鈣蛋白酶與運動性骨骼肌損傷

畢秋蕓 謝宜飛

(1.淄博職業學院制藥與生物工程系教師 山東淄博 255314； 2.淄博市工程質量監督站監督科 山東淄博 255000)

鈣蛋白酶、又稱鈣激活蛋白酶、依鈣蛋白酶或鈣依賴性中性蛋白酶,廣泛分布于絕大多數動物細胞中,最早是從大鼠腦組織勻漿液中提取。后來從大鼠腎臟純化出對鈣敏感性不同的2種鈣蛋白酶亞型,即鈣蛋白酶一和鈣蛋白酶二。激活2者表現半最高活性所需的鈣離子濃度不同,鈣蛋白酶一所需鈣離子濃度為1～20nmol/L,鈣蛋白酶二所需鈣離子濃度為250～750nmol/L。

后來又發現了組織特異表達的鈣蛋白酶,為骨骼肌特異性蛋白,即鈣蛋白酶三是骨骼肌特異蛋白,也有人發現還存在于晶狀體和視網膜中。

1 鈣蛋白酶結構及功能

鈣蛋白酶一、二都由2個亞基組成,其中小亞基在2種鈣蛋白酶中是相同的,是單個基因的產物,而大亞基則是不同基因的產物。鈣蛋白酶三沒有小亞基,只有大亞基,但它的主要部分與鈣蛋白酶一、二的四個結構域類似,鈣蛋白酶三與鈣蛋白酶一、二可能具有基因同源性。

鈣蛋白酶系統主要作用對象是細胞骨架蛋白、蛋白激酶和磷酸酶以及激素受體,參與如細胞凋亡、細胞分裂和肌源性分化等各種過程,主要參與居間纖維的分解、神經絲蛋白的水解、表皮生長因子受體的降解、成肌細胞的融合、類固醇激素結合蛋白的轉化、血小板的凝集等作用。鈣蛋白酶一不僅參與正常的細胞內級聯信號轉導,也與機體內發生的各種病理狀態相關聯。

2 鈣蛋白酶活性調節

鈣蛋白酶一屬于細胞內壽命較長的蛋白質,活性受嚴格的調控,目前發現的主要調節因素有以下幾種:

2.1 鈣離子與鈣蛋白酶抑制蛋白

鈣離子與鈣蛋白酶抑制蛋白是鈣蛋白酶的主要調節因素,是胞內專一抑制鈣蛋白酶活性的蛋白質,可以識別鈣蛋白酶與鈣離子結合引起的構象變化并與之特異性結合,大多數組織中的鈣蛋白酶抑制蛋白濃度足以抑制鈣蛋白酶活性。當鈣蛋白酶被鈣離子激活后,如果附近有鈣蛋白酶抑制蛋白存在,將迅速與之結合,而抑制蛋白酶活性,從而保證鈣蛋白酶對底物只進行局部的特定位點的水解。

2.2 鈣蛋白酶激活蛋白

鈣蛋白酶激活蛋白是一種熱穩定性蛋白質,能提高鈣蛋白酶的水解速率約25倍。它可在較正常情況下鈣蛋白酶所需鈣離子濃度低的情況下,抑制鈣蛋白酶二的自溶作用,可以增加蛋白酶對同源性鈣蛋白酶抑制蛋白的降解作用。

2.3 其他

研究發現,服用雌激素可以降低運動后鈣蛋白酶的活性;注射腎上腺素也可使鈣蛋白酶活性升高;磷脂對鈣蛋白酶活性也有調節作用,研究發現磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇能降低鈣蛋白酶自溶所需的鈣離子濃度,多聚磷酸肌醇鹽對鈣蛋白酶具有更強的激活作用。

3 鈣蛋白酶與運動引起的骨骼肌結構變化

運動性骨骼肌損傷是一種高強度和(或)長時間后發生的、骨骼肌纖維的微細損傷,常表現為延遲性肌肉酸痛。的產生機制有人認為是由于運動引起的肌纖維結締組織的機械損傷所致,尤其是離心運動收縮后,肌纖維和結締組織出現破裂,部分肌絲斷裂或消失等現象。骨骼肌離心收縮過程中有些骨架蛋白會發生變化,如結蛋白會發生斷裂、降解甚至很快消失。離心運動中,肌細胞及周圍結締組織被重復拉長,部分膠原斷裂及細胞細微損傷,肌細胞膜通透性異常,細胞內蛋白質及其他原生質流失,細胞及組織滲透壓改變,鈣離子大量進入細胞內,激活鈣蛋白酶,導致肌節結構紊亂。

IB Nazarov等在研究中發現一次運動后休息24～48h骨骼肌中鈣蛋白酶活性和總嗜中性粒細胞過氧化物酶升高,系統訓練后蛋白水解酶的變化較小,骨骼肌中游離泛素含量在運動后沒有變化;AN Belcastro等發現直線跑運動增加鈣蛋白酶的活性,此酶能加速運動引起的肌肉損傷或疲勞,后來他又提出了運動損傷的鈣蛋白酶假說,運動本身會增加鈣蛋白酶的總量,提高細胞內鈣離子濃度會激活鈣蛋白酶,因為鈣蛋白酶粘著于骨骼肌細胞和肌纖維底層,鈣蛋白酶參與的降解過程被認為對運動后即刻引起的肌肉結構和功能變化有作用。

鈣蛋白酶能引起肌肉中蛋白質的水解,但總的來說,鈣蛋白酶系統的具體調控及生理功能還不很清楚,還需通過分子生物學技術等相關手段加以研究。

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