2022年12月22日，北京大學(xué)第三醫(yī)院婦產(chǎn)科杭婧副研究員/喬杰院士/魏瑗教授研究團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威期刊Cell Discovery以Research Article形式在線發(fā)表了題為“Structural insights into the covalent regulation of PAPP-A activity by proMBP and STC2”（《PAPP-A受proMBP和STC2共價(jià)調(diào)控的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》）的研究成果。

該研究報(bào)道了內(nèi)源性純化的PAPP-A（金屬蛋白酶妊娠相關(guān)血漿蛋白A）分別與調(diào)制劑proMBP（嗜酸性粒細(xì)胞主要堿性蛋白前體）或STC2（斯鈣素蛋白2）形成的兩個(gè)復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。這兩種調(diào)制劑均通過廣泛的相互作用與PAPP-A結(jié)合，形成的空間位阻阻止了底物蛋白的結(jié)合和切割。研究還指出proMBP對PAPP-A的調(diào)控在選擇性宮內(nèi)生長受限（sIUGR）妊娠中具有調(diào)節(jié)胎盤功能的重要作用。

本研究具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，可根據(jù)PAPP-A聚合狀態(tài)及活性的改變以及調(diào)制劑proMBP調(diào)節(jié)變化等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)sIUGR等不良妊娠的篩查，為未來胎盤源性妊娠疾病的干預(yù)治療、藥物開發(fā)和后續(xù)應(yīng)用提供可能性。

論文截圖

金屬蛋白酶妊娠相關(guān)血漿蛋白A（PAPP-A）是一種鋅依賴的金屬蛋白酶，最初作為胎盤滋養(yǎng)層分泌的蛋白質(zhì)在孕婦循環(huán)外周血中發(fā)現(xiàn)。它可以切割胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白（IGFBPs）進(jìn)而增加活性胰島素樣生長因子（IGFs）的生物利用度，促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化、遷移和代謝等過程的發(fā)生。

妊娠期間，胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌產(chǎn)生大量PAPP-A并釋放到血漿中，而絕大部分循環(huán)外周血的PAPP-A與嗜酸性粒細(xì)胞主要堿性蛋白前體（proMBP）通過二硫鍵共價(jià)結(jié)合形成非活性的PAPP-A·proMBP復(fù)合物，僅有約1%未形成復(fù)合物的PAPP-A二聚體具有活性。

此外，斯鈣素蛋白2（STC2）也可以通過形成PAPP-A·STC2復(fù)合物來共價(jià)抑制PAPP-A的活性。然而，PAPP-A蛋白水解的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、這兩種調(diào)制劑之間的機(jī)理差異以及調(diào)控的生理意義均知之甚少。

本項(xiàng)研究中，研究者利用人類孕晚期（>34周）妊娠血漿和懸浮細(xì)胞的內(nèi)源性提取技術(shù)，報(bào)道了PAPP-A·proMBP以及PAPP-A·STC2兩個(gè)復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，這兩種調(diào)制劑與PAPP-A形成2:2異四聚體，并與PAPP-A催化裂口遠(yuǎn)端的多個(gè)結(jié)構(gòu)域建立廣泛的相互作用。這種外位結(jié)合（exosite）特性形成的空間位阻阻止了底物IGFBPs的結(jié)合和切割，而由含切割位點(diǎn)的IGFBPs連接子區(qū)域衍生肽對調(diào)制劑的處理不再敏感。

PAPP-A·proMBP復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（a. 旋轉(zhuǎn)90°的PAPP-A·proMBP復(fù)合物的電鏡密度圖；b. 與a中相應(yīng)的卡通圖表示；c. PAPP-A和proMBP蛋白的結(jié)構(gòu)域組織示意圖）

進(jìn)一步通過選擇性宮內(nèi)生長受限（sIUGR）的雙胎胎盤和臍血樣本的分子/細(xì)胞生物學(xué)研究，研究者發(fā)現(xiàn)調(diào)制劑proMBP的濃度在大、小胎兒中存在明顯差異，致使PAPP-A活性改變。同時(shí)，在胎盤絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞（EVTs）過表達(dá)PAPP-A可以促進(jìn)其遷移和侵襲，提升EVT的浸潤；當(dāng)proMBP存在時(shí)，這種促進(jìn)效應(yīng)被消除，表明了該過程與PAPP-A的酶活調(diào)控密切相關(guān)，從而影響了胎兒發(fā)育，導(dǎo)致了sIUGR雙胎生長失衡。該研究為proMBP(STC2)→PAPP-A→IGFBPs信號通路的研究提供了關(guān)鍵的分子基礎(chǔ)。

本研究具有重要的生理學(xué)與病理學(xué)意義。在人類妊娠過程中，母體血液中PAPP-A的濃度會累積數(shù)百倍以上，但在胎兒宮內(nèi)生長受限、子癇前期等病理性妊娠中，這種升高會急劇降低。因此將PAPP-A的濃度、PAPP-A對IGFBPs切割程度以及活性的IGFs數(shù)量等分子指標(biāo)聯(lián)系起來，通過對PAPP-A聚合狀態(tài)的有效調(diào)控實(shí)現(xiàn)對sIUGR雙胎進(jìn)行干預(yù)治療，有望降低其發(fā)生的概率，為未來的藥物開發(fā)和后續(xù)治療應(yīng)用提供可能性。

proMBP或STC2調(diào)節(jié)PAPP-A活性的模型示意圖

北京大學(xué)第三醫(yī)院婦產(chǎn)科鐘啟航博士、楚紅蕾碩士，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王國鵬博士以及北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院章程博士為該論文的共同第一作者，杭婧、喬杰與魏瑗為該論文的共同通訊作者。這項(xiàng)工作得到了北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院高寧教授、化學(xué)與分子工程學(xué)院雷曉光教授等團(tuán)隊(duì)的大力支持和幫助。該研究成果得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及國家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目的資助。

來源：北京大學(xué)