羧肽酶

羧肽酶（英语：Carboxypeptidase， 简称 CP， EC 3.4.16-18）是一类能够从蛋白质或多肽链的C末端（羧基端）顺序水解释放游离氨基酸的肽链外切酶。根据其催化机制和对不同C末端氨基酸的特异性，羧肽酶在蛋白质成熟、消化、激素原加工、血液凝固调节以及神经肽失活等多种生理和病理过程中扮演关键角色[1][2]。

分类与催化机制

根据其活性中心关键催化残基的不同，羧肽酶主要分为两大类：

1. 金属羧肽酶（Metallocarboxypeptidases， MCPs， EC 3.4.17.-）：

   • 催化机制：依赖于一个锌离子（Zn²⁺）作为辅因子。其活性中心通常包含一个谷氨酸残基（作为广义碱）和一个锌结合水分子（作为亲核体），共同作用于肽键的羰基碳。属于M14肽酶家族。

   • 代表成员：

     • 消化型：如羧肽酶A1、A2（偏好疏水性芳香族或支链脂肪族氨基酸，如Phe， Leu）、羧肽酶B（偏好碱性氨基酸，如Arg， Lys）。它们以前体形式（酶原）由胰腺分泌，在小肠中被激活，参与膳食蛋白质的最终消化。

     • 调节型：如羧肽酶N（血浆羧肽酶， 调节缓激肽和过敏毒素）、羧肽酶E（激素原加工）、羧肽酶M（膜结合型， 参与肽激素代谢和细胞信号）。

2. 丝氨酸羧肽酶（Serine carboxypeptidases， SCPs， EC 3.4.16.-）：

   • 催化机制：属于丝氨酸蛋白酶，其催化三联体通常为丝氨酸、天冬氨酸和组氨酸。常见于植物、酵母和某些动物组织中。

   • 代表成员：如蛋白酶Kex1（酵母， 参与激素加工）、溶酶体羧肽酶A（哺乳动物， 参与胞内蛋白质降解）。

3. 丝氨酸型羧肽酶（Serine-type carboxypeptidases， 如血管紧张素转换酶相关羧肽酶， EC 3.4.17.-）：机制类似丝氨酸蛋白酶，但分类上单独列出。

生物学功能

不同羧肽酶因其组织分布和底物特异性的差异，执行多样化的功能：

1. 蛋白质消化：

   • 胰腺分泌的CPA和CPB是小肠腔内蛋白质消化的最后步骤酶，与胰蛋白酶、糜蛋白酶等内肽酶协同，将寡肽彻底水解为可被吸收的游离氨基酸。

2. 激素原与神经肽的加工：

   • 羧肽酶E（亦称激素原转化酶相关羧肽酶）在分泌途径（如调节性分泌颗粒）中，与激素原转化酶协同作用，切除激素原（如胰岛素原、脑啡肽原）C末端的碱性氨基酸（Arg/Lys），产生具有生物活性的成熟肽[3]。

3. 血液调节与炎症：

   • 羧肽酶N（血浆CPN）：是一种组成性活性的循环酶，能迅速水解并失活多种血管活性肽，如缓激肽（强效血管扩张剂）和补体片段C3a、C5a（过敏毒素），在调节血压、血管通透性和炎症反应中起关键“缓冲”作用。

   • 羧肽酶U（TAFI， 凝血酶激活的纤溶抑制物）：在凝血级联中被激活，通过去除纤维蛋白（血凝块）C末端的赖氨酸残基，抑制纤溶酶原的激活，从而抑制纤溶（抗纤溶），稳定血凝块。

4. 胞内蛋白质降解：

   • 溶酶体中的羧肽酶参与长寿蛋白质和摄取蛋白的最终降解。

临床意义

羧肽酶活性或功能的异常与多种疾病相关，并可作为诊断标志物或治疗靶点。

1. 炎症与过敏：

   • 遗传性羧肽酶N缺乏症极为罕见，但可导致血管性水肿和炎症反应失控，因为缓激肽等介质无法被有效清除。

2. 血栓与出血性疾病：

   • TAFI（CP-U）水平或活性的个体差异影响纤溶潜力，与静脉血栓形成、动脉粥样硬化和出血风险相关。

3. 癌症：

   • 某些羧肽酶（如羧肽酶E， 羧肽酶D）在多种肿瘤中异常高表达，可能通过促进肿瘤生长、血管生成和转移发挥作用，是潜在的肿瘤标志物和治疗靶点。例如，CPE的剪接变体被认为是神经内分泌肿瘤的生物标志物[4]。

4. 糖尿病与肥胖：

   • 羧肽酶E参与胰岛素和多种食欲调节神经肽（如黑皮质素）的加工。其基因突变可导致小鼠（fat/fat小鼠）和人类的严重肥胖与2型糖尿病。

5. 神经退行性疾病：

   • 可能与神经毒性肽（如β-淀粉样蛋白）的代谢或异常积累相关。

作为药物靶点

• TAFI抑制剂：旨在增强纤溶活性，作为溶栓疗法（治疗心肌梗死、缺血性卒中）的辅助药物，正在研发中。

• CPE抑制剂：作为潜在的抗肿瘤药物被研究。

• 天然抑制剂：如从马铃薯中分离的羧肽酶抑制剂，是研究酶作用机制的重要工具。

检测与应用

• 血浆CPN、TAFI活性或水平可作为炎症或血栓风险的辅助指标。

• 免疫组化检测CPE等可用于某些肿瘤的诊断和分型。

参考文献

1. Avilés, F. X., Vendrell, J., & Guasch, A. (1993). Metallocarboxypeptidases: structure and function. Methods in Enzymology, *248*, 3-28. （金属羧肽酶的结构与功能综述）

2. Skidgel, R. A., & Erdös, E. G. (2007). Structure and function of human carboxypeptidase N, the anaphylatoxin inactivator. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, *39*(12), 2324-2333. （人羧肽酶N的结构与功能）

3. Fricker, L. D. (1988). Carboxypeptidase E. Annual Review of Physiology, *50*(1), 309-321. （羧肽酶E的经典综述）

4. Murthy, S. R., et al. (2013). Carboxypeptidase E: a potential novel therapeutic target for cancer. Endocrine-Related Cancer, *20*(4), R49-R61. （羧肽酶E作为潜在癌症治疗新靶点）

5. Morser, J., et al. (2010). Carboxypeptidase U (TAFIa): a new drug target for fibrinolytic therapy? Journal of Thrombosis and Haemostasis, *8*(5), 826-836. （羧肽酶U（TAFIa）：纤溶治疗的新药靶？）