291: 透明质酸酶（Hyaluronidases）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

人类的透明质酸酶。在透明质酸酶-1中，催化氨基酸谷氨酸显示为亮蓝绿色，两个糖基化位点显示为绿色。图中显示的是一个由透明质酸四糖制成的短片段，它是根据从蜂毒中获得的类似酶制成的（见下文）。该片段是裂解反应的最终产物。透明质酸酶-2 显示的是通过计算得到的结构模型。
人类的透明质酸酶。在透明质酸酶-1中，催化氨基酸谷氨酸显示为亮蓝绿色，两个糖基化位点显示为绿色。图中显示的是一个由透明质酸四糖制成的短片段，它是根据从蜂毒中获得的类似酶制成的（见下文）。该片段是裂解反应的最终产物。透明质酸酶-2 显示的是通过计算得到的结构模型。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

我们的身体由数万亿个细胞组成，它们共同完成日常生活中的许多生物任务。这些细胞并不像砖块和灰泥那样紧密地粘在一起。相反，一层坚韧而富有弹性的结缔组织（connective tissue）将它们固定在一起，使我们的身体能够自由活动和呼吸，并在受损时进行自我修复。透明质酸（hyaluronan，玻尿酸）是这种结缔组织的重要组成部分，是由两种单糖组成的长碳水化合物链。与许多碳水化合物一样，它在水中的吸收量可达自身重量的一千倍，并形成柔韧的胶状聚集体。在结缔组织中，它们以不同的比例与 胶原蛋白（collagen）等更坚硬的元素结合在一起，形成了从将细胞粘合在一起的弹性薄片到润滑关节运动的滑润液体等各种物质。

减少碳水化合物

我们的细胞会制造几种酶来分解不再需要的透明质酸链。透明质酸酶-2（hyaluronidase-2，这里显示的是预测计算模型AF_AFQ12891F1的结构）首先将长链分解成易于管理的片段。然后，透明质酸酶-1（PDB ID 2pe4）将该片段进一步分解成含有四种糖的较小片段。最后，另外两种酶将这些片段分解成单个糖。

回收需要成本

值得注意的是，我们体内大约三分之一的透明质酸链每天都在被循环利用，以满足身体不断变化的需求。透明质酸在我们的健康中发挥着各种作用，在胚胎发育过程中帮助分裂细胞之间形成相互作用，帮助伤口愈合，还能帮助运动细胞在体内移动。如下图所示，它们还能帮助精子使卵子受精。但不幸的是，也有不太好的一面，癌细胞可能会利用它们来帮助肿瘤扩散到身体的其他部位。

炎症反应

两种透明质酸裂解酶。两者都源自细菌，催化氨基酸以红色显示，HylA 上的氨基酸序列差异以浅蓝色显示。已发现红色和紫色所示的特定氨基酸控制酶产生不同类型的透明质酸片段。
两种透明质酸裂解酶。两种酶都源自细菌，催化氨基酸以红色显示，HylA 上的氨基酸序列差异以浅蓝色显示。红/紫色显示的特定氨基酸被发现控制酶产生不同类型的透明质酸片段。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

细菌也含有一种降解透明质酸的酶，与透明质酸酶略有不同，叫做透明质酸裂解酶（hyaluronate lyase）。免疫系统会不断监测漂浮的透明质酸碎片，因为这可能是细菌感染的信号。例如，这里展示的酶是从痤瘡丙酸桿菌（Cutibacterium acnes）中提取的，而痤瘡丙酸桿菌在痤疮的形成过程中起着重要作用。这种细菌会产生透明质酸片段，免疫系统会引发针对这些片段的炎症反应，这种反应具有很强的选择性。研究表明，这些细菌的某些菌株会导致痤疮，而另一些则不会。区别在于透明质酸酶中的 HylA 和 HylB略有不同，它们以不同的方式裂解透明质酸；HylA（PDB ID 8fyg）裂解透明质酸形成大的片段，促进炎症并导致痤疮，而 HyaB（PDB ID 8fnx）则将透明质酸切碎成微小的二糖碎片，免疫系统不会强烈感知这些碎片。

探索结构

透明质酸酶

显示方式: 静止图像

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蛇、蜘蛛、蝎子和蛰虫等许多动物的毒液中通常含有透明质酸酶。这里展示的其中一种结构（PDB ID 1fcv）来自蜜蜂的毒液。透明质酸酶本身没有毒性，但在毒液中有助于分解蜇伤部位周围的结缔组织，从而使毒液中的有毒成分进一步扩散。其结构与我们的透明质酸酶非常相似，例如 透明质酸酶-1（PDB ID 2pe4）和 PH-20（计算模型AF_AFP38567F1）。然后，它有帮助精子穿过卵细胞周围的保护膜，协助受精过程。点击图表下方的按钮，切换到可操作的交互式图像，详细了解这些结构。

进一步的讨论议题

  1. 透明质酸的结构是在20世纪70年代利用纤维衍射技术确定的（例如 PDB ID 2hya）。
  2. 一些噬菌体制造不寻常的透明质酸分解酶。例如，请参阅 PDB ID 2c3f中的尾纤维蛋白。水蛭也会制造另一种 透明质酸酶来帮助进食，可以在 PDB ID 7eyo中找到其结构。

参考文献

  1. 8fnx、8fyg Hajam, I.A., Katiki, M., McNally, R., Lazaro-Diez, M., Kolar, S., Chatterjee, A., Gonzalez, C., Paulchakrabarti, M., Choudhury, B., Caldera, J.R., Desmond, T., Tsai, C.M., Du, X., Li, H., Murali, R., Liu, G.Y. 2023 Functional divergence of a bacterial enzyme promotes healthy or acneic skin. Nat Commun 14 8061-8061
  2. Sindelar, M., Jilkova, J., Kubala, L., Velebny, V., Turkova, K. 2021 Hyaluronidases and hyaluronate lyases: From humans to bacteriophages. Colloids Surf. B Biointerfaces 208 112095
  3. Garantziotis, S., Savani, R. C. 2019 Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context. Matrix Biol. 78-79 1-10
  4. 2pe4 Chao, K.L., Muthukumar, L., Herzberg, O. 2007 Structure of Human Hyaluronidase-1, a Hyaluronan Hydrolyzing Enzyme Involved in Tumor Growth and Angiogenesis. Biochemistry 46 6911-6920
  5. 1fcv Markovic-Housley, Z., Miglierini, G., Soldatova, L., Rizkallah, P.J., Muller, U., Schirmer, T. 2000 Crystal structure of hyaluronidase, a major allergen of bee venom. Structure 8 1025-1035

本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《当月的分子》2024年3月的文章的中文翻译。请参考我们的条款和条件页面。

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