Введение
Белки млекопитающих, обнаруженные у человека. Альфа-1 антитрипсин или α1 антитрипсин (A1AT, α1AT, A1A или AAT) — это белок, принадлежащий к суперсемейству серпинов. У человека он кодируется геном SERPINA1. Являясь ингибитором протеаз, он также известен как ингибитор альфа-1 протеиназы (A1PI) или альфа-1 антипротеиназа (A1AP), поскольку ингибирует различные протеазы (а не только трипсин). В старой биомедицинской литературе его иногда называли ингибитором трипсина сыворотки (ИТС, устаревшая терминология), так как его способность ингибировать трипсин была важной характеристикой при ранних исследованиях. Как тип ингибитора ферментов, он защищает ткани от ферментов воспалительных клеток, особенно нейтрофильной эластазы, и имеет нормальный диапазон в крови 0,9–2,3 г/л (в США нормальный диапазон выражается в мг/дл или микромолях), однако концентрация может многократно возрастать при остром воспалении. Если в крови содержится недостаточное количество A1AT или функционально дефектный A1AT (например, при дефиците альфа-1 антитрипсина), нейтрофильная эластаза получает чрезмерную свободу для разрушения эластина, что приводит к снижению эластичности легких и, как следствие, к респираторным осложнениям, таким как хроническая обструктивная болезнь легких у взрослых. В норме A1AT покидает место своего синтеза — печень — и поступает в системный кровоток; дефектный A1AT может не поступать в кровоток, накапливаясь в печени, что приводит к циррозу как у взрослых, так и у детей. Помимо связывания с нейтрофильной эластазой, выделяемой воспалительными клетками, A1AT также связывается с эластазой, локализованной на поверхности клеток, в этом случае эластаза не действует как фермент, а вместо этого служит сигналом для перемещения клеток. Помимо клеток печени, A1PI продуцируется в костном мозге, лимфоцитарными и моноцитарными клетками лимфоидной ткани, а также клетками Панета кишечника. Инактивация A1AT другими ферментами, кроме эластазы, вследствие воспаления/инфекции приводит к остановке миграции Т-клеток именно в месте патологического повреждения. Это указывает на роль α1PI не только в перемещении лимфоцитов по тканям, но и, как следствие инфекции, на его основную роль в качестве стража иммунной бдительности. A1AT является как эндогенным ингибитором протеаз, так и экзогенным, используемым в качестве лекарственного средства. Фармацевтическая форма очищается из крови доноров и продается под непатентованным названием ингибитор альфа-1 протеиназы (человек) и под различными торговыми названиями (включая Aralast NP, Glassia, Prolastin, Prolastin C и Zemaira). Также доступны рекомбинантные версии, но в настоящее время они чаще используются в медицинских исследованиях, чем в качестве лекарственных препаратов.
Alpha 1 antitrypsin or α1 antitrypsin (A1AT, α1AT, A1A, or AAT) is a protein belonging to the serpin superfamily. It is encoded in humans by the SERPINA1 gene. A protease inhibitor, it is also known as alpha1–proteinase inhibitor (A1PI) or alpha1 antiproteinase (A1AP) because it inhibits various proteases (not just trypsin). In older biomedical literature it was sometimes called serum trypsin inhibitor (STI, dated terminology), because its capability as a trypsin inhibitor was a salient feature of its early study. As a type of enzyme inhibitor, it protects tissues from enzymes of inflammatory cells, especially neutrophil elastase, and has a reference range in blood of 0.9–2.3 g/L (in the US the reference range is expressed as mg/dL or micromoles), but the concentration can rise manyfold upon acute inflammation. When the blood contains inadequate amounts of A1AT or functionally defective A1AT (such as in alpha 1 antitrypsin deficiency), neutrophil elastase is excessively free to break down elastin, degrading the elasticity of the lungs, which results in respiratory complications, such as chronic obstructive pulmonary disease, in adults. Normally, A1AT leaves its site of origin, the liver, and joins the systemic circulation; defective A1AT can fail to do so, building up in the liver, which results in cirrhosis in either adults or children. In addition to binding to neutrophil elastase released by inflammatory cells, A1AT also binds to elastase localized on the cell surface in which case elastase does not act as an enzyme, but instead acts to signal cells to undergo locomotion. Besides liver cells, A1PI is produced in bone marrow, by lymphocytic and monocytic cells in lymphoid tissue, and by the Paneth cells of the gut. Inactivation of A1AT by enzymes other than elastase due to inflammation/infection causes the migration of T cells to halt precisely at the site where the pathologic insult exists. This suggests a role for α1PI not only in locomotion of lymphocytes through tissue, but as a consequence of infection, a primary role as a sentinel in immune vigilance. A1AT is both an endogenous protease inhibitor and an exogenous one used as medication. The pharmaceutical form is purified from human donor blood and is sold under the nonproprietary name alpha1–proteinase inhibitor (human) and under various trade names (including Aralast NP, Glassia, Prolastin, Prolastin C, and Zemaira). Recombinant versions are also available but are currently used in medical research more than as medication.
Функция
A1AT — это серпин массой 52 кДа и в медицине считается наиболее важным серпином; термины α1-антитрипсин и ингибитор протеаз (Pi) часто используются как взаимозаменяемые. Большинство серпинов инактивируют ферменты, связываясь с ними ковалентно. Эти ферменты высвобождаются локально в относительно низких концентрациях, где они быстро удаляются белками, такими как A1AT. В острой фазе реакции требуется дальнейшее повышение уровня, чтобы "ограничить" повреждение, вызванное активированными нейтрофильными гранулоцитами и их ферментом эластазой, который расщепляет эластин – волокно соединительной ткани. Помимо ограничения активности эластазы для уменьшения деградации тканей, A1AT также способствует перемещению лимфоцитов по тканям, включая незрелые Т-клетки через тимус, где они созревают и становятся иммунокомпетентными Т-клетками, высвобождаемыми в ткани для усиления иммунного ответа. Как и все ингибиторы сериновых протеаз, A1AT обладает характерной вторичной структурой, состоящей из бета-листов и альфа-спиралей. Мутации в этих областях могут приводить к образованию нефункциональных белков, способных к полимеризации и накоплению в печени (инфантильный цирроз печени).
Роль в болезни
Расстройства, связанные с этим белком, включают дефицит альфа-1 антитрипсина – аутосомное кодоминантное наследственное заболевание, при котором недостаток альфа-1 антитрипсина приводит к хроническому неконтролируемому разрушению тканей. Это вызывает деградацию, особенно ткани легких, и в конечном итоге приводит к характерным проявлениям легочной эмфиземы. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что сигаретный дым может вызывать окисление метионина 358 α1 антитрипсина (382 в пре-процессированной форме, содержащей 24-аминокислотный сигнальный пептид) – остатка, необходимого для связывания эластазы; считается, что это один из основных механизмов, посредством которого курение сигарет (или пассивное курение) может приводить к эмфиземе. Поскольку A1AT экспрессируется в печени, определенные мутации в гене, кодирующем этот белок, могут вызывать неправильную укладку и нарушение секреции, что может привести к циррозу печени. Крайне редкая форма Pi, известная как PiPittsburgh, функционирует как антитромбин (родственный серпин) из-за мутации (Met358Arg). Сообщается, что один человек с этой мутацией умер от кровотечения. Биопсия печени покажет обилие PAS-положительных глобул в перипортальных гепатоцитах. У пациентов с ревматоидным артритом (РА) обнаружено образование аутоантител к карбамилированной форме A1AT в синовиальной жидкости. Это позволяет предположить, что A1AT может играть противовоспалительную или тканезащитную роль вне легких. Эти антитела связаны с более тяжелым течением заболевания, могут выявляться за годы до его начала и могут предсказывать развитие РА у пациентов с артралгией. Следовательно, карбамилированный A1AT в настоящее время разрабатывается как антигенный биомаркер для РА.
Номенклатура
Белок был первоначально назван "антитрипсин" из-за его способности ковалентно связываться и необратимо инактивировать фермент трипсин in vitro. Трипсин, являющийся типом пептидазы, – это пищеварительный фермент, активный в двенадцатиперстной кишке и других отделах желудочно-кишечного тракта. Обозначение "альфа 1" относится к поведению белка при электрофорезе белков. В процессе электрофореза белковые компоненты крови разделяются под действием электрического тока. Существует несколько зон, первая из которых – альбумин, вторая – альфа, третья – бета и четвертая – гамма (иммуноглобулины). Белки, не являющиеся альбуминами, называются глобулинами. Альфа-зона может быть дополнительно разделена на два подрегиона, обозначаемые как "1" и "2". Альфа-1 антитрипсин является основным белком альфа-глобулиновой зоны 1. Также используется название ингибитор альфа-1 протеиназы (α1 PI).
Генетика
Ген расположен на длинном плече хромосомы 14 (14q32.1). Было описано более 100 различных вариантов α1-антитрипсина в разных популяциях. Жители Северо-Западной Европы наиболее подвержены риску носительства одной из наиболее распространенных мутантных форм A1AT – мутации Z (Glu342Lys в M1A, rs28929474).
История
Аксельсон и Лорелл впервые исследовали возможность того, что аллельные варианты A1AT могут вызывать заболевание, в 1965 году.