透明质酸合成酶(has)是一类存在于质膜上,能够特异性作用于透明质酸(ha)合成过程中的酶。1993年,deangelis利用转位子突变方法,从a组链球菌中成功克隆得到第一个has,命名为sphas(s.pyogeneshas),从此揭开了人类研究表达不同来源、不同功能has的序幕。1996年,美国4个实验室几乎同时确认了真核生物的has-cdnas,证实人类has基因是多基因家族,其编码3种同工酶:has1、has2和has3。真核生物has阶段性的研究极大地推进了ha的生物合成,如今在部分哺乳动物细胞和部分真核细胞中,通过一种单一的has蛋白催化合成ha,都已经成为现实。目前,ha作为has催化合成的产物,其制剂在临床已经得到广泛的应用。但是,对于人体ha合成起关键作用的酶——has,无论是生物学功能还是临床应用都刚刚步入研究与应用的新阶段。
■生物学活性
has在不同发育阶段的表达情况。toole等利用自然发生突变法、转基因技术和基因敲除技术,对has在人体不同发育阶段的表达进行了研究,发现不同has在合成ha过程中发挥不同作用。has1在整个生命过程均有表达,虽然由其催化生成的高分子量ha在各种细胞中水平很低,但对维持机体的正常作用却必不可少。has2在胚胎发育阶段表达显著,由其催化合成的高分子量ha具有维持组织结构和体液平衡的重要作用,从而在机体组织扩张和生长过程中意义重大。has3在胚胎末期和成年人许多组织中有所表达,能够自发作用于细胞周围基质,且能与细胞表面ha受体结合,激发信号级联反应,产生细胞内多种生理效应。
3种has活性的区别。3种has都能在细胞中独立地催化生成ha,但活性各不相同,其活性差异最终表现在生理功能上有所不同。has3的催化活性大于has2,has2的催化活性又大于has1。通过体外实验对不同has合成ha产物大小进行对比,发现:has1和has2催化生成ha链长度相似,而has3催化生成的ha链最短。细胞外的大分子ha被has酶解或发生氧化反应降解可以获得小分子ha。小分子ha能够刺激细胞激增,启动信号级联反应,同时还参与血管生成和炎症反应。大分子ha则有相反的作用:对细胞增殖有抑制作用。不同has合成不同长度的ha链这一发现,使不同分子量ha体内、体外合成的调节成为可能。
toole等通过敲除小鼠has1或has3基因,发现小鼠仍可以存活;但是敲除has2基因时,小鼠却难以生存。这是因为在小鼠的胚胎发育期has2的缺乏将会导致ha合成不足,引发严重的发育缺陷,如卵黄囊和心脏缺陷。然而,针对不同分子量ha功能差异的研究,目前仍十分有限。has1、has2、has3差别所具有的生理学意义,也不十分清楚。多个人类has基因编码不同的has都有力支持着相同的结论:has是细胞活动的重要调节者,而不单单只是组织结构的合成酶。影响has作用的因素。has催化两种糖基在质膜内合成ha,并将逐渐增长的ha链运出质膜进入胞外基质,使ha在基质中发挥其黏合与保护细胞的功能。ha链合成的整个过程,历经胞内、质膜、胞外3种环境。因此,has催化合成ha的过程受到诸多因素影响。
itano等在成纤维细胞培养基中发现,ha的生物合成速度部分地受到细胞密度的调节,即受细胞增殖状况的调节。当细胞密度较低时,has活性增高,ha生物合成量增多,细胞呈现动态激增;当细胞密度较高时,ha生物合成相应较少,细胞的动态活性降低。
佛波醇酯等物质能够激活蛋白激酶c,可以提高人体细胞中ha的生物合成。能够激活环磷酸腺苷(camp)依赖性蛋白激酶,也可以提高ha的生物合成。此类ha合成的提高,皆是由于上述两类物质激活了前体has蛋白的结果。has催化合成ha还受一系列激素、生长因子和细胞因子的调节。
组织中缺乏ha的细胞与正常细胞相比,更容易对has产生反应。因而当ha浓度较低时,少量的外源性has就能有效地刺激ha的形成。这一特点可以保持体液的动态平衡。
■临床应用
ha在药学领域中的应用研究方兴未艾,作为合成ha的关键酶,has又吸引了欧美等国家的广泛关注。has合成的ha,是人体生命活动中ha的极为重要来源,具有维持组织结构和体液平衡功能,在组织扩张和生长过程中发挥重要作用。ha还能辅助增强药物活性,从而发挥其药物载体效用,具有广阔的应用前景。
参与创伤修复过程。has合成的ha,能促进软组织、软骨组织、骨组织损伤修复,因此对烧伤的治疗、骨骼损伤的修复有广阔的医用前景。治疗出生后的干眼病、关节机能障碍等骨骼疾病和免疫相关的机能障碍。has可以调节ha的动态合成,控制细胞迁移,并能修复磷状上皮细胞,临床已经试图利用has基因进行疾病治疗。在病理情况下,通过调节has的mrna水平来抑制合成ha,从而保持细胞外基质平衡,调节因ha合成不足导致的细胞内外渗透压的改变。除此之外,has在排卵期、胚胎形成以及机体发育过程中均有所表达,可在一定程度上起到补偿组织细胞、维持器官功能的作用。对于has的研究虽然只是刚刚起步,但是已经引起科学家们的高度重视。has的基因表达及其与ha相关疾病治疗的研究都历史性地推进了人类对has的认识和利用。has分子结构的阐明和对has表达机制的进一步了解,为增强或抑制ha形成以治疗疾病提供了分子理论基础,有助于人们更加深刻地认识到这一特殊分子系统的生物化学特征,以及机体生长发育和修复机制,也为治疗与ha相关的疾病提供了理论依据,从而预示着对has合成和生物功能的研究及应用有着令人振奋的广阔前景。