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THEMOLECULAR BIOLOGY OF ELASTIN AND COLLAGEN IN THE DERMIS

中国医学科学院 血管病研究所 阜外医院 席思川

[内容摘要] 本文就真皮弹性蛋白与胶原纤维的分子结构、合成与其基因调控等方面的分子生物学进展加以综述成文，目的是更好地了解皮肤创伤愈合的分子生物学基础。

真皮结缔组织内含有较多的弹性蛋白与胶原纤维，它们对维持皮肤的正常结构与功能具有十分重要的意义眉此，进一步了解真皮弹性蛋白与胶原纤维的分子生物学研究进展，对于皮肤创伤愈合的基础研究及临床治疗都具有一定指导作用。

弹性医自的生物券和生物化学

用透射电镜观察，正常人皮肤弹性纤维含有两种不同结构成分，即弹性蛋白和微纤维。弹性蛋白是一种特殊的结缔组织蛋白，它的前身是弹性蛋白 原，约为700个氨基酸组成的一条线状多肽链[1]。人弹性蛋白原的一级顺序已通过弹性蛋白互补DNA（CDN）的克隆化而详细地被阐明[2]，但做纤维组分的生物化学还没有充分地被揭示。最近研究指出，人皮肤成纤维细胞能合成弹性蛋白原，且能通过分子杂交来分析这些细胞弹性蛋白基因的表 达[3]。特别是在弹性蛋白基因表达初期，基因组的DNA核苷酸顺序被转录产生大量mRNA前体，它含有编码顺序（外显子）和插入的非编码顺序（内含子）的互补顺序。mRNA前体转录后受到某些反应的加工；包括套的形成和多聚腺青化作用，以及“拼接”——从前体分子中除去播人的非编码顺序[4]。然后，含有弹性蛋白原核着酸顺序编码的成熟mRNA分子能在成纤维细胞和其它产生弹性蛋白的细胞中作为弹性蛋白原多肽翻译的模板。随后，弹性蛋白原分子被输送到细胞外环境中，按合成弹性纤维[5]。弹性蛋白原纤维形成涉及锁链素和异锁链素分子间交联形成的纤维的稳定作用。锁链素和异锁链素不存在于别的哺乳动物的蛋白中，因而它们的浓度能作为组织中交联的弹性纤维数量的指标，特别是这两种氨基酸衍生物的浓度能在小块组织水解产物中，通过高度特异且敏感的酶联免疫吸附测定法或放射免疫测定法来测定[6]。弹性纤维在组织中的稳恒态水平取决于合成速度与降解速度之间的平衡[7]，其生物合成途径涉及到转录和翻译调控机制，但关于弹性蛋白翻译局调控的资料却很少。降解途径由弹性蛋白酶来调节。作用最大的促弹性组织离解的蛋白酶存在于多形核白细胞和巨噬细胞中。弹性蛋白酶的活性受多种血浆蛋白，包括 a；一蛋白酶抑制剂（a；——一抗胰蛋白酶）和a2巨球蛋白的抑制。因而在特定组织的微环境内，弹性蛋白酶和其抑制剂之间失去平衡，会导致病理情况下弹性纤维降解增加[8]。

弹性蛋自基因未达的测定

重组DNA技术的发展为检查细胞内弹性蛋白 基因表达提供了新工具，特别是与人特异顺序CD－NA杂交，可确定反映细胞和组织中弹性蛋白基因表达的弹性蛋白mRNA稳恒态水平[9]。最近，6克隆化和特征化数种人弹性蛋白原编码的CDNA，清楚地显示编码人弹性蛋白原，是一级核背酸顺序，呈现很大的变异性。这种变异性与选择性拼接现象是一致的，使细胞含有独特的mRNA组群，能够导致弹性蛋白原异构物的合成[10]。同其它细胞外间质 蛋白如纤粘连蛋白相似，这些异构物蕴藏着不同的生理、化学和机能的特点。人们推测，选择性拼接在提供特定组织的弹性纤维特性方面起着明显的调节作用。新发展的弹性蛋白cDNA Northern转移分析，证明杂交过程中大约有3500个碱基mRNA转录，这如同已知的弹性蛋白原mRNA的大小是一致的[9]。因此，这些相应的人弹性蛋白顺序新发展的。DNA为检查弹性蛋白基因表达提供了一个有用的工具。

胶原的分子生物学

胶原是脊椎动物组织中主要的蛋白质，在真皮组织中含量也不少。目前发现的12种胶原中，I，III型胶原是主要的问质胶原，同样也是真皮结缔组织中的主要胶原类型[11]。I型胶原纤维粗大，其胶原分子由二条a1链和一条a2链组成，链间无一S一S——健结构，在SDS一PAGE电泳中可见到I型胶原a1、a2链单聚体形成的电泳带，简写为al、2、a1、2；见到I型胶原a1链与a2链，两条a1键三聚体形成的电泳带，简写为 ；见到I型胶原两条a1一条a2链三聚体形成的电泳带，简写成 。其三条a链分别由a1（I）、a2（I）两种不同的基因编码。 血型胶原纤维纤细，与互型胶原分子不同，由三条相同的a1链组成，链间有一S——S一键结构，在一般 的SDS—PAGE电泳中仅见到由其a1链三聚体形成的 电泳带，且与I型胶原的y带混在一起[13]，只有经 -流基乙醇降解的SDS—PAGE电泳，才出现位于a1、1与p带之间的a1、3电泳带，a1、3即III型胶原a1链单聚体的电泳带，III型胶原的三条al链由同一基因a1（III）编码[14、15]。

各型胶原合成过程基本相同，首先是从mRNA 翻译得到PrePro a肽键，PrePro a肽键分子量比最终产物大得多，其特点是在其N端有一个疏水的信号序列。这个信号序列使prepro a肽链和内质网膜形成核膜蛋白结合体，然后协助prePro a肽链转运到内质同腔以便进一步分泌到细胞外。在这个转运过程中，PrePro a肽链除去信号肽成为前a（pro a）链。其次是转择时和转泽后的羟化、糖化和二硫键的形成等修饰作用。这些修饰过程彼此相互联系， 相互制约。直到前胶原合成完毕经高尔基氏复合体 分泌到细胞外为止。分泌到细胞外的前胶原经前胶 原端肽酶分解，切除端肽成为原胶分子，最后经过交联反应聚合为不溶性胶原[16]。

关于胶原合成的调控是如何进行的还不完全清楚。首先是控制和选择哪一类型的胶原进行合成，再者是控制胶原合成的数量。mRNA的含量与转录水平的调控有关，也与mRNA前体的切拼过程有关。转泽后的修饰过程中，已知维生素C缺乏时羟化过程受抑制，前胶原链不能形成稳定的三螺旋结构，使胶原的合成速度降低，决定脯氨酸4一羟化酶活性的a亚基的合成速度对该酶活性的调控也影响羟化过程[17]。

一般情况下胶原的降解是缓慢的，但当组织出现病理改变时降解可加快。交联的胶原纤维解聚时体内胶原的降解有重要作用。在中性PH下中性粒细胞弹性蛋白酶等作用于胶原非螺旋区氨基端或羟基端的交联区使交联破裂。胶原酶则作用于胶原三螺旋区。粒细胞弹性蛋白酶可作用于与胶原酶作用点不同的胶原三螺旋区。一旦胶原纤维被胶原酶等在三螺旋区切割成片段，这些片段在体温条件下很快电一发地变性并进一步被过其他酶降解成寡肽或氨基酸[18]。

参考文献

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