亲环蛋白 A（CYPA）ELISA指标|茁彩生物(亲环孢素蛋白) #科技 #蛋白 #功能 #调控 #细胞 #脯氨

亲环蛋白 A（Cyclophilin A，简称 CYPA），又称肽基脯氨酰顺反异构酶 A（Peptidylprolyl cis-trans Isomerase A，编码基因 PPIA），是一类广泛存在于真核生物体内的保守性蛋白质，隶属于亲环蛋白家族（Cyclophilins，Cyps）。作为体内含量最丰富、研究最深入的亲环蛋白家族成员，CYPA 以其强大的肽基脯氨酰顺反异构酶（PPIase）活性为核心功能，参与蛋白质折叠、信号传导、免疫调节等多种生理过程，同时在炎症反应、病毒感染、肿瘤发生等病理过程中发挥关键作用。随着分子生物学和医学研究的不断推进，CYPA 的多功能性及其在疾病诊断与治疗中的潜在价值逐渐被揭示，成为生命科学领域的研究热点之一。

CYPA 的发现与免疫抑制剂的作用机制研究紧密相关。20 世纪 80 年代初，科学家在研究免疫抑制剂环孢素 A（Cyclosporin A，CsA）的作用靶点时，从牛胸腺提取物中首次分离出一种能与 CsA 特异性结合的蛋白质，因其与环孢素 A 结合的特性及广泛存在于细胞内（“Cyclo-” 代表环孢素结合，“phil-” 代表亲和，“in” 为蛋白质后缀），故命名为 “亲环蛋白（Cyclophilin）”；后续通过分子量测定和功能分析，确定该蛋白为亲环蛋白家族中分子量最小（约 18 kDa）、含量最丰富的成员，遂命名为 “亲环蛋白 A（CYPA）”。

1989 年，研究人员克隆出人类 CYPA 的编码基因，将其定位于染色体 7p13，因该基因编码的蛋白质具有肽基脯氨酰顺反异构酶活性，故将其命名为 “PPIA（Peptidylprolyl cis-trans Isomerase A）”。后续研究证实，CYPA 是目前已知的催化效率最高的 PPIase 之一，其酶活性可被 CsA 特异性抑制，这一特性也成为研究 CYPA 功能的重要工具。

人类 PPIA 基因全长约 4.6 kb，包含 7 个外显子和 6 个内含子，转录生成的 mRNA 长度约为 0.8 kb，经翻译形成由 165 个氨基酸残基组成的蛋白质，相对分子质量约为 18 kDa（因无复杂翻译后修饰，实际分子量与理论值高度一致）。

CYPA 的表达具有以下显著特征：

广泛表达性：CYPA 是一种管家基因编码的蛋白质，在人体几乎所有组织和细胞中均有表达，其中在免疫细胞（如 T 细胞、巨噬细胞）、肝细胞、心肌细胞、血管内皮细胞中表达量较高；在细胞内，CYPA 主要定位于细胞质中（约占总量的 80%），同时也存在于细胞核、线粒体、内质网及细胞外基质中，这种广泛的亚细胞定位与其多功能性密切相关。
保守性：CYPA 的氨基酸序列在不同物种间高度保守，例如人类与小鼠的 CYPA 氨基酸序列同源性高达 98%，与酵母的同源性也超过 70%。这种高度保守性表明 CYPA 在进化过程中承担着不可或缺的生理功能，其结构与功能的稳定性对生物体的生存至关重要。
表达调控机制：CYPA 的表达受多种内外因素调控，核心目的是维持细胞稳态或应对应激反应：

应激调控：当细胞受到氧化应激（如活性氧 ROS 积累）、热休克、紫外线照射或病原体感染时，CYPA 的表达会显著上调。例如，氧化应激可激活细胞内的 NF-κB、AP-1 等应激信号通路，这些转录因子与 PPIA 基因启动子区域的特异性结合位点结合，促进 CYPA 转录；
炎症调控：炎症因子（如 TNF-α、IL-1β、IL-6）可通过激活 JAK-STAT 或 MAPK 信号通路，上调 CYPA 表达。例如，在动脉粥样硬化斑块中，巨噬细胞分泌的 TNF-α 可诱导血管内皮细胞表达 CYPA，加剧炎症反应；
细胞周期调控：CYPA 的表达随细胞周期动态变化，在细胞分裂期（G2/M 期）表达量最高，可能参与细胞周期进程的调控，例如通过调节细胞骨架蛋白的折叠，促进细胞分裂。

如前所述，CYPA 在人体组织和细胞中分布广泛，且亚细胞定位具有多样性：

组织水平：免疫组织化学研究显示，CYPA 在脾脏、淋巴结等免疫器官中表达量最高，其次是肝脏、心脏、肾脏等实质器官；在肿瘤组织中，CYPA 表达通常显著高于正常组织（如肺癌、乳腺癌、结直肠癌），且与肿瘤的恶性程度正相关。
细胞水平：细胞质是 CYPA 的主要分布区域，此处的 CYPA 主要参与新生蛋白质的折叠与成熟；细胞核中的 CYPA 可与核内蛋白（如转录因子、DNA🧬 修复蛋白）相互作用，调控基因转录和 DNA🧬 损伤修复；线粒体中的 CYPA 则参与线粒体蛋白质的折叠及氧化磷酸化过程，维持线粒体功能稳定；此外，在应激或病理状态下，CYPA 可被分泌到细胞外（称为 “分泌型 CYPA”），通过与细胞表面受体结合，发挥细胞间信号传递作用。

CYPA 的分子结构相对简单但功能关键，其核心结构域决定了其 PPIase 活性、与 CsA 的结合能力及与其他蛋白质的相互作用，具体结构特点如下：

（一）核心催化结构域（活性中心）

CYPA 的氨基酸序列中，第 54-165 位氨基酸残基构成其核心催化结构域，该结构域折叠形成一个由 8 个 β 折叠片环绕一个 α 螺旋组成的 “桶状结构”，桶状结构的内部为疏水口袋，即 CYPA 的 PPIase 活性中心。

活性中心包含多个关键氨基酸残基，其中Arg55、Phe113、Trp121、His126 是维持酶活性的核心位点：

Arg55 可通过氢键与底物肽段中的脯氨酸残基结合，固定底物构象；
Phe113 和 Trp121 形成疏水口袋的内壁，通过疏水相互作用包裹底物的脯氨酸侧链；
His126 则通过质子转移机制，催化肽基脯氨酰键的顺反异构化反应 —— 该反应是蛋白质折叠过程中的限速步骤，CYPA 可将这一反应的速率提高 1000-10000 倍，显著加速蛋白质的正确折叠。

此外，活性中心也是 CsA 的结合位点：CsA 是一种环状十一肽，可进入 CYPA 的疏水活性中心，与 Arg55、Phe113 等残基形成氢键和疏水相互作用，从而占据活性中心，抑制 CYPA 的 PPIase 活性。值得注意的是，CYPA-CsA 复合物还可进一步与钙调磷酸酶（Calcineurin）结合，抑制其磷酸酶活性，进而阻断 T 细胞活化信号通路，这也是 CsA 发挥免疫抑制作用的核心机制。

（二）N 端结构域（信号与定位相关）

CYPA 的 N 端（1-53 位氨基酸残基）为柔性结构域，不含复杂二级结构，但包含多个重要的功能位点：

核定位信号（NLS）：N 端的 Lys12-Lys13 序列是潜在的核定位信号，可介导 CYPA 进入细胞核，与核内蛋白相互作用；
分泌信号：尽管 CYPA 不含典型的 N 端信号肽，但 N 端的疏水性氨基酸区域（如 Met1-Ala20）可能参与 CYPA 的非经典分泌途径（如囊泡介导分泌或直接跨膜分泌），使其在应激状态下被分泌到细胞外；
磷酸化位点：N 端的 Ser7、Thr18 等残基可被蛋白激酶（如 PKC、CK2）磷酸化，磷酸化修饰可改变 CYPA 的空间构象，影响其酶活性、亚细胞定位及与其他蛋白质的结合能力。

（三）结构与功能的关联性

CYPA 的分子结构与其功能高度匹配，主要体现在以下两个方面：

活性中心的特异性：CYPA 的疏水活性中心仅能识别含脯氨酸的肽段，且对脯氨酸前一位氨基酸的性质具有一定选择性（偏好疏水性氨基酸），这种特异性确保 CYPA 仅催化特定蛋白质的折叠，避免非特异性作用；同时，CsA 对活性中心的精准抑制，也为研究 CYPA 功能提供了特异性工具。
结构的柔性与多功能性：CYPA 的 N 端柔性结构域使其能够适应不同结合伴侣的空间构象，例如与细胞质中的新生蛋白结合时，N 端可发生构象变化以增强结合亲和力；与核内转录因子结合时，N 端的核定位信号则介导其进入细胞核。这种结构柔性是 CYPA 实现 “一酶多能” 的重要基础 —— 既发挥 PPIase 活性，又参与信号传导、基因调控等非酶功能。

生理功能

CYPA 的生理功能以 PPIase 活性为核心，同时通过与多种蛋白质的相互作用，参与细胞内多种生理过程，涵盖蛋白质折叠、信号传导、免疫调节、细胞凋亡等多个方面。

（一）蛋白质折叠与质量控制

作为一种分子伴侣，CYPA 通过其 PPIase 活性，催化肽基脯氨酰键的顺反异构化，加速新生蛋白质的折叠与成熟，这是 CYPA 最基本的生理功能：

细胞质中的折叠调控：在核糖体合成蛋白质的过程中，CYPA 可与新生肽链结合，通过催化脯氨酸残基的构象转换，帮助蛋白质形成正确的二级和三级结构，减少错误折叠蛋白质的积累；
细胞器内的质量控制：线粒体和内质网中的 CYPA 可分别参与线粒体基质蛋白（如呼吸链复合物亚基）和内质网腔蛋白（如分泌型蛋白）的折叠，确保细胞器功能稳定；若蛋白质发生错误折叠，CYPA 还可与泛素化系统协同作用，促进错误折叠蛋白的降解，维持细胞内蛋白质稳态。

研究表明，CYPA 缺陷会导致细胞内错误折叠蛋白质大量积累，引发内质网应激和氧化应激，最终导致细胞功能紊乱甚至死亡，这也印证了 CYPA 在蛋白质质量控制中的关键作用。

（二）信号传导调控

CYPA 通过与信号通路中的关键蛋白相互作用，调控多种细胞信号通路的活性，影响细胞增殖、分化和应激反应：

MAPK 信号通路调控：CYPA 可与 MAPK 通路中的 Raf-1 激酶结合，通过催化 Raf-1 中脯氨酸残基的异构化，促进 Raf-1 的活化；活化的 Raf-1 进一步磷酸化 MEK 和 ERK，最终激活 MAPK 通路，调控细胞增殖和迁移。例如，在血管内皮细胞中，CYPA 介导的 MAPK 通路激活可促进血管生成。
NF-κB 信号通路调控：CYPA 可与 NF-κB 通路中的 IκB 激酶（IKK）复合物结合，增强 IKK 的磷酸酶活性，促进 IκB 的磷酸化降解，从而释放 NF-κB 使其进入细胞核，激活炎症因子（如 TNF-α、IL-6）的表达。这一过程在炎症反应和免疫激活中发挥重要作用。
AKT 信号通路调控：CYPA 可与 AKT 激酶的 PH 结构域结合，促进 AKT 向细胞膜募集并被磷酸化激活；活化的 AKT 可通过磷酸化下游靶蛋白（如 Bad、GSK-3β），抑制细胞凋亡、促进细胞增殖。在肿瘤细胞中，CYPA 介导的 AKT 激活是肿瘤细胞存活和耐药的重要机制之一。

（三）免疫调节与炎症反应

CYPA 在免疫系统的发育和功能调控中扮演重要角色，其作用主要体现在以下两个方面：

T 细胞活化调控：如前所述，CYPA 与 CsA 结合形成的复合物可抑制钙调磷酸酶活性，而钙调磷酸酶是 T 细胞活化过程中关键的信号分子 —— 它可通过去磷酸化作用激活转录因子 NFAT（活化 T 细胞核因子），促进 IL-2 等细胞因子的表达。CYPA-CsA 复合物对钙调磷酸酶的抑制，可阻断 T 细胞活化，这也是 CsA 用于预防器官移植排斥反应和治疗自身免疫性疾病的核心机制。
炎症因子释放与免疫细胞功能：在炎症状态下，细胞外 CYPA 可作为一种促炎因子，与免疫细胞表面的受体（如 CD147、LRP1）结合，激活巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞，促进 TNF-α、IL-1β、IL-6 等炎症因子的释放；同时，细胞外 CYPA 还可诱导免疫细胞的趋化运动，使其向炎症部位聚集，增强炎症反应。例如，在动脉粥样硬化、类风湿关节炎等慢性炎症疾病中，细胞外 CYPA 水平显著升高，且与炎症严重程度正相关。

（四）细胞凋亡与氧化应激调节

CYPA 可通过多种途径调控细胞凋亡，同时参与氧化应激的应对，维持细胞稳态：

抗凋亡作用：CYPA 可通过激活 AKT 信号通路，磷酸化凋亡相关蛋白 Bad（使其失活），抑制线粒体释放细胞色素 C，从而阻断内源性凋亡通路；此外，CYPA 还可与凋亡蛋白酶 Caspase-3、Caspase-9 结合，抑制其活性，进一步抑制细胞凋亡。在肿瘤细胞中，CYPA 的高表达是肿瘤细胞抵抗凋亡、获得耐药性的重要原因。
氧化应激应对：CYPA 具有一定的抗氧化能力，可通过清除细胞内的活性氧（ROS），减轻氧化应激损伤；同时，CYPA 可与抗氧化相关蛋白（如谷胱甘肽还原酶）相互作用，增强其活性，促进细胞内谷胱甘肽的再生，维持氧化还原平衡。在心肌缺血再灌注损伤、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）中，CYPA 的抗氧化作用可减轻组织损伤。