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摘要 丝氨酸蛋白酶抑制剂是一类分布广泛的蛋白酶抑制剂超家族，能与体内参与各种调控作用的丝氨酸蛋白酶相互制约，形成一定的动态平衡，调节生物体内许多重要的生命活动。该文就近几年来关于昆虫丝氨酸蛋白酶抑制剂在免疫调节中的研究进展进行综述。
关键词 昆虫；丝氨酸蛋白酶抑制剂；免疫调节
中图分类号 R997.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）08-0245-01
Roles of Insect Serine Protease Inhibitors in Immunomodulation
YANG Wei-ke DONG Zhan-peng CHEN An-li LIAO Peng-fei
（Institute of Sericulture and Apiculture，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Mengzi Yunnan 661101）
Abstract Serine protease inhibitors（Serpins）are widely distributed protease inhibitor superfamily，which could restrict each other with serine proteases（SPs） mediating crucial physiological processes to form a dynamic and regulate many important life activities of the organism.In this paper，we mainly discussed the progress on immunomodulation of insect Serpins in recent years.
Key words insect；serine protease inhibitors；immunomodulation
絲氨酸蛋白酶抑制剂（serine protease inhibitors，Serpins）是一类丝氨酸蛋白酶活性调节剂，属于一类超家族蛋白质，能够抑制丝氨酸蛋白酶（serine proteases，SPs）或半胱氨酸蛋白酶（cysteine proteases，CPs）的活性，广泛存在于动物、植物、真菌、原核生物和病毒等生物体中[1]。
1 Serpins的结构、作用机制及生物学作用
1.1 Serpins的结构与作用机制
Serpins一般是由350～500个氨基酸残基折叠成一个保守的三维结构，蛋白分子量一般为40～50 kD；由8～9个a螺旋、3个β折叠（折叠A、B、C）和1个约有20个氨基酸组成的活性中心环（reactiveeentreloop，RCL）构成[2]。Serpins对蛋白酶的抑制反应是不可逆的，RCL被靶蛋白酶识别后形成特异性复合物，近氨基端的氨基酸Pl与近羧基端的氨基酸Pl’受到活化的丝氨酸残基攻击，内部形成酞基酶介导的复合结构；随后RCL断裂，氨基末端插入β折叠A的中心部位形成了新的羧基尾S4A，这种构象转变被称为紧张型（S）转化为松弛型（R），此时构成复合物的抑制剂和蛋白酶结构都发生改变，蛋白酶失去催化活性[3]。
1.2 Serpins的生物学作用
Serpins是蛋白酶抑制剂中数量最多、分布最广的一个超家族，它主要通过调控丝氨酸蛋白酶（SPs）和半胱氨酸蛋白酶（CPs）的活性来发挥作用。其生物学作用主要是参与凝血、纤维蛋白溶解、补体激活、免疫调节及炎症反应、组织重建和肿瘤抑制等过程[4]。
2 昆虫Serpins在免疫调节中的作用
昆虫先天性免疫反应过程需要多种丝氨酸蛋白酶（SPs）的参与从而保证免疫信号的传递及扩大，而丝氨酸蛋白酶抑制剂（Serpins）在此过程中通过调控SPs的活性，使得免疫反应迅速剧烈地进行，并且把它限定到一定的程度与范围内，保护宿主自身免受伤害[5]。目前，对昆虫Serpins免疫作用的研究主要集中在果蝇和烟草天蛾上。
2.1 果蝇Serpins的免疫调节作用
果蝇基因组含有29个编码丝氨酸蛋白酶抑制剂的基因，研究表明serpin27A、serpin43Ac和serpin28D等参与果蝇先天免疫反应。其中，serpin27A可以通过抑制前酚氧化酶原（prophenoloxidase，PPO）活化酶（pro-PO-activating enzyme，PPAE）调控昆虫的黑化反应；细胞外的serpin43Ac会调节丝氨酸蛋白酶活性，最终通过Toll途径表达抗菌肽，抵御外源微生物的侵染[6]。serpin28D在果蝇受伤后被强烈诱导表达，在受伤位点调控黑化反应，参与细胞免疫反应[7]。
2.2 烟草天蛾Serpins的免疫调节作用
在烟草天蛾中，Serpins的研究主要集中于对黑化反应的影响。烟草天蛾serpin-1的一个反应位点变异体serpin-1J，在血淋巴中通过抑制前酚氧化酶激酶PAPs来抑制前酚氧化酶原PPO的激活，阻断黑化反应的进程[8]。在细菌刺激之后，烟草天蛾serpin-2、serpin-3、serpin-4和serpin-5的表达量均显著增加，其中serpin-3能有效地抑制酚氧化酶活性，间接调节昆虫的免疫防御反应；而serpin-4和serpin-5是通过与血淋巴中丝氨酸蛋白酶形成非共价复合物，在局部发生黑化反应，从而抑制多酚氧化酶原的激活，发挥其免疫防御功能[9-10]。
3 结语
丝氨酸蛋白酶SPs及其抑制剂Serpins和抗菌肽一起参与昆虫的免疫反应，对昆虫Serpins免疫调节作用的研究有助于完善昆虫的先天性免疫，为深入认识和拓展理解Serpins的作用有重要的科学意义。 4 參考文献
[1] LAW R H，ZHANG Q，MCGOWAN S，et al.An overview of the serpin superfamily[J].Genome Biol，2006，7（5）：216.
[2] HUNTINGTON J A，READ R J，CARRELL R W.Structure of a serpin-protease complex shows inhibition by deformation[J].Nature，2000，407（6806）：923-926.
[3] 赵飞，王转花.丝氨酸蛋白酶抑制剂的结构特点及作用机制[J].山西大学学报，2008，31（S1）：166-70.
[4] 郝振宇，曾蓉，申佩弘，等.丝氨酸蛋白酶抑制剂的结构和功能研究进展[J].基因组学与应用生物学，2011，30（45）：1290-1298.
[5] HAN J，ZHANG H，MIN G，et al.A novel Drosophila serpin that inhibits serine proteases[J].FEBS Lett，2000，468（2-3）：194-198.
[6] LIGOXYGAKIS P，PELTE N，JI C，et al.A serpin mutant links Toll activation to melanization in the host defence of Drosophila[J].EMBO J，2002，21（23）：6330-6337.
[7] SCHERFER C，TANG H，KAMBRIS Z，et al.Drosophila Serpin-28D regulates hemolymph phenoloxidase activity and adult pigmentation[J].Dev Biol，2008，323（2）：189-196.
[8] JIANG H，WANG Y，YU X，et al.Prophenoloxidase-activating proteinase-3（PAP-3）from Manduca sexta hemolymph：a clip-domain serine protei-nase regulated by serpin-1J and serine proteinase homologs[J].Insect Biochem Mol Biol，2003，33（10）：1049-1060.
[9] ZHU Y，WANG Y，GORMAN M J，et al.Manduca sexta serpin-3 regulates prophenoloxidase activation in response to infection by inhibiting prophenoloxidase-activating proteinases[J].J Biol Chem，2003，278（47）：46556-46564.
[10] TONG Y，KANOST M R.Manduca sexta serpin-4 and serpin-5 inhibit the prophenol oxidase activation pathway：cDNA cloning，protein expre-ssion，and characterization[J].J Biol Chem，2005，280（15）：14923-14931.
关键词 昆虫；丝氨酸蛋白酶抑制剂；免疫调节
中图分类号 R997.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）08-0245-01
Roles of Insect Serine Protease Inhibitors in Immunomodulation
YANG Wei-ke DONG Zhan-peng CHEN An-li LIAO Peng-fei
（Institute of Sericulture and Apiculture，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Mengzi Yunnan 661101）
Abstract Serine protease inhibitors（Serpins）are widely distributed protease inhibitor superfamily，which could restrict each other with serine proteases（SPs） mediating crucial physiological processes to form a dynamic and regulate many important life activities of the organism.In this paper，we mainly discussed the progress on immunomodulation of insect Serpins in recent years.
Key words insect；serine protease inhibitors；immunomodulation
絲氨酸蛋白酶抑制剂（serine protease inhibitors，Serpins）是一类丝氨酸蛋白酶活性调节剂，属于一类超家族蛋白质，能够抑制丝氨酸蛋白酶（serine proteases，SPs）或半胱氨酸蛋白酶（cysteine proteases，CPs）的活性，广泛存在于动物、植物、真菌、原核生物和病毒等生物体中[1]。
1 Serpins的结构、作用机制及生物学作用
1.1 Serpins的结构与作用机制
Serpins一般是由350～500个氨基酸残基折叠成一个保守的三维结构，蛋白分子量一般为40～50 kD；由8～9个a螺旋、3个β折叠（折叠A、B、C）和1个约有20个氨基酸组成的活性中心环（reactiveeentreloop，RCL）构成[2]。Serpins对蛋白酶的抑制反应是不可逆的，RCL被靶蛋白酶识别后形成特异性复合物，近氨基端的氨基酸Pl与近羧基端的氨基酸Pl’受到活化的丝氨酸残基攻击，内部形成酞基酶介导的复合结构；随后RCL断裂，氨基末端插入β折叠A的中心部位形成了新的羧基尾S4A，这种构象转变被称为紧张型（S）转化为松弛型（R），此时构成复合物的抑制剂和蛋白酶结构都发生改变，蛋白酶失去催化活性[3]。
1.2 Serpins的生物学作用
Serpins是蛋白酶抑制剂中数量最多、分布最广的一个超家族，它主要通过调控丝氨酸蛋白酶（SPs）和半胱氨酸蛋白酶（CPs）的活性来发挥作用。其生物学作用主要是参与凝血、纤维蛋白溶解、补体激活、免疫调节及炎症反应、组织重建和肿瘤抑制等过程[4]。
2 昆虫Serpins在免疫调节中的作用
昆虫先天性免疫反应过程需要多种丝氨酸蛋白酶（SPs）的参与从而保证免疫信号的传递及扩大，而丝氨酸蛋白酶抑制剂（Serpins）在此过程中通过调控SPs的活性，使得免疫反应迅速剧烈地进行，并且把它限定到一定的程度与范围内，保护宿主自身免受伤害[5]。目前，对昆虫Serpins免疫作用的研究主要集中在果蝇和烟草天蛾上。
2.1 果蝇Serpins的免疫调节作用
果蝇基因组含有29个编码丝氨酸蛋白酶抑制剂的基因，研究表明serpin27A、serpin43Ac和serpin28D等参与果蝇先天免疫反应。其中，serpin27A可以通过抑制前酚氧化酶原（prophenoloxidase，PPO）活化酶（pro-PO-activating enzyme，PPAE）调控昆虫的黑化反应；细胞外的serpin43Ac会调节丝氨酸蛋白酶活性，最终通过Toll途径表达抗菌肽，抵御外源微生物的侵染[6]。serpin28D在果蝇受伤后被强烈诱导表达，在受伤位点调控黑化反应，参与细胞免疫反应[7]。
2.2 烟草天蛾Serpins的免疫调节作用
在烟草天蛾中，Serpins的研究主要集中于对黑化反应的影响。烟草天蛾serpin-1的一个反应位点变异体serpin-1J，在血淋巴中通过抑制前酚氧化酶激酶PAPs来抑制前酚氧化酶原PPO的激活，阻断黑化反应的进程[8]。在细菌刺激之后，烟草天蛾serpin-2、serpin-3、serpin-4和serpin-5的表达量均显著增加，其中serpin-3能有效地抑制酚氧化酶活性，间接调节昆虫的免疫防御反应；而serpin-4和serpin-5是通过与血淋巴中丝氨酸蛋白酶形成非共价复合物，在局部发生黑化反应，从而抑制多酚氧化酶原的激活，发挥其免疫防御功能[9-10]。
3 结语
丝氨酸蛋白酶SPs及其抑制剂Serpins和抗菌肽一起参与昆虫的免疫反应，对昆虫Serpins免疫调节作用的研究有助于完善昆虫的先天性免疫，为深入认识和拓展理解Serpins的作用有重要的科学意义。 4 參考文献
[1] LAW R H，ZHANG Q，MCGOWAN S，et al.An overview of the serpin superfamily[J].Genome Biol，2006，7（5）：216.
[2] HUNTINGTON J A，READ R J，CARRELL R W.Structure of a serpin-protease complex shows inhibition by deformation[J].Nature，2000，407（6806）：923-926.
[3] 赵飞，王转花.丝氨酸蛋白酶抑制剂的结构特点及作用机制[J].山西大学学报，2008，31（S1）：166-70.
[4] 郝振宇，曾蓉，申佩弘，等.丝氨酸蛋白酶抑制剂的结构和功能研究进展[J].基因组学与应用生物学，2011，30（45）：1290-1298.
[5] HAN J，ZHANG H，MIN G，et al.A novel Drosophila serpin that inhibits serine proteases[J].FEBS Lett，2000，468（2-3）：194-198.
[6] LIGOXYGAKIS P，PELTE N，JI C，et al.A serpin mutant links Toll activation to melanization in the host defence of Drosophila[J].EMBO J，2002，21（23）：6330-6337.
[7] SCHERFER C，TANG H，KAMBRIS Z，et al.Drosophila Serpin-28D regulates hemolymph phenoloxidase activity and adult pigmentation[J].Dev Biol，2008，323（2）：189-196.
[8] JIANG H，WANG Y，YU X，et al.Prophenoloxidase-activating proteinase-3（PAP-3）from Manduca sexta hemolymph：a clip-domain serine protei-nase regulated by serpin-1J and serine proteinase homologs[J].Insect Biochem Mol Biol，2003，33（10）：1049-1060.
[9] ZHU Y，WANG Y，GORMAN M J，et al.Manduca sexta serpin-3 regulates prophenoloxidase activation in response to infection by inhibiting prophenoloxidase-activating proteinases[J].J Biol Chem，2003，278（47）：46556-46564.
[10] TONG Y，KANOST M R.Manduca sexta serpin-4 and serpin-5 inhibit the prophenol oxidase activation pathway：cDNA cloning，protein expre-ssion，and characterization[J].J Biol Chem，2005，280（15）：14923-14931.