全 文 ：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展!
曾广智!，，谭宁华!!，贾锐锐!，潘蓄林!，
（! 中国科学院昆明植物研究所植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室，云南 昆明 #$%%&；
中国科学院研究生院，北京 !%%%’(）
摘要：组织蛋白酶是半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，在生物界已发现 %余种，人体中主
要存在 !!种，它们与人类肿瘤、骨质疏松、关节炎等多种重大疾病密切相关，是近年来备
受关注的一类靶标蛋白酶。自从 %世纪 (%年代以来，多种组织蛋白酶的晶体结构陆续明
确，有关其研究进展较快。本文以人类组织蛋白酶为重点，主要介绍近 !$年来组织蛋白酶
结构、功能和抑制剂研究方面的一些重要进展。
关键词：组织蛋白酶；结构；功能；抑制剂
中图分类号：) (&# 文献标识码：* 文章编号：%$’+,%%（%%$）%&+ %’’,+!-
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蛋白酶是人体内蛋白水解的主要参与者，根据其底物特异性可将其分为肽链内切酶、
肽链端解酶、氨基肽酶和羧肽酶等；根据其蛋白水解机制分类为丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸
蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、苏氨酸蛋白酶和金属蛋白酶。其中半胱氨酸蛋白酶研究较多，
它广泛存在于病毒、细菌、真菌、原生动物及原虫、植物、哺乳动物和人当中，其最大的
云 南 植 物 研 究 %%$，78（&）：’’, Y ’$&
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!! 通讯联系人 CLJJEIHL4U845 32G7LJ Q 9EP：-#+-,!+$’-%%，X3Z：-#+-,!+$’-%%Q /6B38P：47G34[B38P\ ]8K\ 3N\ N4
收稿日期：%%$+%&+%，%%$+%$+%接受发表
作者简介：曾广智（!(,#+）女，硕博研究生，主要从事体外生物活性模型的建立与应用，天然抑制剂的构效关
系分析及作用机理研究。
基金项目：中科院项目（西部之光项目、AVC?!+%(+%’+!、AVC?6V 6^!!）及国家 -#’项目（%%!**’&%!!）
亚族是木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶（!#$%&&等，’((’；)**+ $,- .#/%01%2*0，3445）。哺
乳动物中的木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶即属于组织蛋白酶（6$*/72%,），它是一类主要
存在于溶酶体中的胞内蛋白酶，弱酸性环境中易被活化，是一类在碱性和中性溶液中不稳
定的糖蛋白（除组织蛋白酶 8、9、.外）。自从上世纪 ’(年代提出组织蛋白酶的概念以
来，人们首先于 34:(2发现了组织蛋白酶 6，在其后约 :(年的时间中有关该酶的研究进展
缓慢，只有组织蛋白酶 ;、<、!陆续被鉴定并测序，直至 344(2测定了组织蛋白酶 ;的晶
体结构后，有关组织蛋白酶的研究进展迅速，越来越多的组织蛋白酶被发现，到目前为止
从组织蛋白酶 =到组织蛋白酶 >都已有报道。根据蛋白水解机制分类，组织蛋白酶成员
中大部分属于半胱氨酸蛋白酶，少数为天冬氨酸蛋白酶（组织蛋白酶 8、9）和丝氨酸蛋
白酶（组织蛋白酶 =、?）；根据其底物特异性分类，组织蛋白酶又包括肽链内切酶———组
织蛋白酶 ;、@、<、A、!、.、B，肽链端解酶———组织蛋白酶 ;、6、<、C，氨基肽酶
———组织蛋白酶 6、<，羧肽酶———组织蛋白酶 ;、C。人体中的组织蛋白酶主要包括组织
蛋白酶 ;、6、@、<、A、!、)、.、B、D和 C（表 3）（EF0G等，’((3，’((’；H$G$,%2/%，
’((I；;0-+J2G$，’((:），它们与人体的多种生理、病理过程密切相关。
表 ! 人类组织蛋白酶的一般特性
E$K& 3 6/$0$#*0%2*%#2 +L /F1$, #$*/72%,2
组织蛋 酶学编号 人类基因位点 别名 在人体器官中的分布
白酶 96 H+M
6$*R; IS:S’’S3 T7’’ 6$*/72%, ;3（+K2+&*）；6$*/72%, UU !%V0，*/O0+%- N&$,-，G%-,O，27&,
6$*R6 IS:S3:S3 33W3:S3RW3:SI 8%77*%-O&R77*%-$2 U（8XXU）；8%77*%-O& A%-,O，7&$#,*$，&F,N，27&,，
$1%,+77*%-$2 U；8%77*%-O& *0$,2L0$2； #O*+*+P%# E &O17/+#O*2
6$*/72%, Y；8%77*%-O& $0O&$1%-$2 U
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6$*/72%, ^
TII 云 南 植 物 研 究 ’5卷
! 组织蛋白酶的结构
人体中的组织蛋白酶相互之间在氨基酸序列上存在同源性，并且都与木瓜蛋白酶具有
一定的相似性，故都属于木瓜蛋白酶家族（!#$%等，&’’(）。基于氨基酸序列的同源性和
酶分子中散布的高度保守的氨基酸序列构成的模体（)*+$,），目前人的组织蛋白酶主要分
为两大亚族，一种是组织蛋白酶 -类的蛋白酶或称 ./012343模体蛋白酶，主要包括组织
蛋白酶 -（5+6-，下同）、7、8、9和 :；另一种为只包括 5+6;的组织蛋白酶 ;类蛋白酶。
5+62、0分子之间同源性很高且都具有 ./23<=模体，有人建议把它们称为组织蛋白酶 2
类的蛋白酶，但也有人把它们归入组织蛋白酶 - 类（/$>%> ?@ 5AB)?，CDDD；0>E 等，
&’’’）。5+65、F、G类别目前尚未明确，有研究表明 5+6G具有一些不同于其他木瓜蛋白
酶类半胱氨酸蛋白酶的特征，它可能属于该类酶中的一个新亚族（9$H#)?等，CDDD）。
组织蛋白酶都是由无活性的前体酶原（B#>B#*I+A>B%$?）水解而成，其在体内的合成途
径为：首先在核糖体结合膜上以前体酶原的形式合成，经转铁蛋白先进入内质网，然后进
入高尔基体，同时通过糖基化及磷酸化作用形成甘露糖 J K J磷酸蛋白，最后通过溶酶体
上甘露糖 J K J磷酸特异性受体的识别作用，间接转运到溶酶体中（LM#N等，CDDD；O*#+
?@ ;M++P>，&’’Q）。同所有木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶一样，组织蛋白酶的前体酶原也
由信号肽（%$R?P6B>B+$@>）、前体肽（B#*B>B+$@>）和含有成熟蛋白酶活性中心的催化域
（I+PS+$I @*)$?）构成。信号肽的长度在 &D T CD个氨基酸残基之间，它负责将核糖体表达
的前体酶原蛋白转运至内质网，在内质网被水解掉后形成只含前体肽和催化域的酶原
（B#*I+A>B%$?）（图 &）。前体肽氨基酸残基数差别较大（UK T U&(之间），它占据了酶的活性
中心，使酶原没有催化活性，并随之转运入胞内溶酶体，在溶酶体的酸性条件下自动水
解，去掉前体肽，产生有活性的成熟的组织蛋白酶。所以前体肽又是能阻止酶原活性的高
亲和性可逆抑制剂。催化域长度在 C&D T CKD个氨基酸残基之间，它在 U个多肽域中具有
高度的保守性（->I$PP>等，CDDC；LM#N等，CDDD）。
!#*I+A>B%$? 8（!V; 4V &;WX） 5+A>B%$? 8（!V; 4V &
2$RZ & 9+#MI+M#>% *, !#*I+A>B%$? 8 ?@ 5+A>B%$? 8
组织蛋白酶在氨基酸序列上存在保守性，都具有由 5S%C(、:$%&(’和 <%?&Q(残基（木
瓜蛋白酶编号）组成的保守活性位点，其他的一些氨基酸序列区域也表现出一定程度的保
’UU[期 曾广智等：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展
守性，其中包括形成二硫键的多个半胱氨酸残基。在空间结构上组织蛋白酶也表现出高度
保守性，成熟的组织蛋白酶除了 !#$!为分子量约 %&& ’(的低聚体（人的 !#$!为四聚
体）外，其余的为分子量 %& ) *+ ’(之间的单体，它们都包括几乎同样大小的两个结构域
图 % 人类半胱氨酸组织蛋白酶类的氨基酸序列
,-./ % 01-23 4-5 678972476 3: ;912 4#;7<6-26
氨基酸序列及资料来源：=>?@$=?A（;##<：BBCCCD 7E-D 4D 9’B71EFB）及 GC-66$HI3# 25 JI=>?@（;##<：BB9D 7K<6LD 3I.B6
&N* 云 南 植 物 研 究 %O卷
———!（!#$）域和 %（%&’($）域。!域包含 )个!*螺旋区，其中最长的一个!*螺旋（中心
螺旋）由约 +,个氨基酸残基组成，其 -末端含有保守位点 ./012。%域为主要由 2 3 4条
*链形成的桶状结构，其中含有保守位点 5&0627、8096:2。在大部分酶的 !域中至少形成
了两个二硫键，从而增加了该结构域的稳定性，而在 %*域中只发现了一个二硫键（图 1）
（;<=>?$(，6777；@A>B等，1,,,）。
图 ) 组织蛋白酶水解机理
C&’D ) 5/E>FG/0&0 H<(?9&0H F# 由于 !域和 %域的存在，使得该酶
结构上形成明显分界，它们之间也因此
形成了一个“J”形的活性位点沟槽
（‘J’*0(?IE ?<$&K 0&$
8096:2活性残基就位于该“J”形沟槽中
（@A>B等，1,,,）。在中性或弱酸性的环境
中，5&0627残基中的咪唑基能使 ./012残
基中的巯基极化而使其失去质子，形成
./012*LM N5&0627*OH5P 离子对，而 8096:2
则通过形成氢键使该离子对趋于稳定。由
于 ./012*LM负离子具有很强的亲核能力，
能进攻其底物肽的羰基碳，通过脱酰基作
用使得含羰基的基团离去，从而发挥其蛋白水解作用（图 )）。根据酶催化所必需的该活性
位点及底物结合域中可以结合底物氨基酸 -末端和 .末端的底物结合亚位点的作用关系，
可以设计该类酶的抑制剂（!H&0$>，677:；;<=>?$(，6777）。
! 组织蛋白酶的功能
!# 生理功能
溶酶体中的组织蛋白酶除了已知的蛋白降解功能外，还能水解某些前体蛋白（酶原和
激素原）生成其活性形式，或激活其他蛋白水解酶系统而使其发挥作用，从而参与机体的
多种生理活动（R>EFS0B?，1,,+）。
1T6T6 免疫作用 巨噬细胞、树枝状细胞及 R淋巴细胞能够合成 OO型组织相容性复合物
（;5. OO），并调节产生抗原呈现作用，通过产生相应抗体对抗异种蛋白是机体免疫的一种
机制。研究表明组织蛋白酶 L、!、R、5、C、J（尤其是 .?$*L）都参与 ;5. OO调节的抗原
呈现作用。根据所在细胞类型的不同，它们有的能够降解胞内蛋白，产生用于呈现的抗原
肽；有的能降解 O&（O9K?>&?9$ <(?&9），促进 ;5. OO的成熟，导致抗原呈现作用，从而参与机
体的自身免疫系统反应。（!EFS0B?，1,,+；%&0 ?9E .(?IH?9，1,,,）。
1T6T1 溶骨作用 人体正常骨骼代谢依赖于成骨细胞的骨形成与破骨细胞的骨吸收之间
的动态平衡。在破骨细胞的溶骨作用过程中，破骨细胞首先附着于骨表面，并分泌质子形
成封闭的酸性骨吸收微环境，然后依次降解骨矿物质和骨基质。而在骨基质的降解过程
中，组织蛋白酶 U、!等（尤其是 .?$*U）发挥了重要的作用（R>EFS0B?，1,,+；%FA00GG
?9E 5/H?99，1,,1）。
6+)+期 曾广智等：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展
!#$ 其他作用 细胞凋亡又称程序性细胞死亡，是细胞在生物体发育过程中发生的程
序化事件，是导致最终自我消亡的一种生命活动。近年来研究表明，组织蛋白酶与细胞凋
亡关系密切，已发现组织蛋白酶 %、& 等能直接或间接地激活细胞凋亡的主要蛋白酶
&’()’(*（+,-.等，!///）。另外，实验研究还发现组织蛋白酶与其它多种生理功能相关，
如组织蛋白酶 0除了与角质细胞分化、毛囊循环作用密切外，还与生殖过程中精子和卵子
的发生有关；组织蛋白酶 %、0等在机体出生后的中枢神经系统的成熟和发育完整过程中
作用重大；组织蛋白酶 1还参与血管生成等（%*-234(.’，!//5）。
!! 组织蛋白酶与病理过程的关系
组织蛋白酶分子主要存在于溶酶体中，发挥其生理状态下的蛋白水解作用。但在某些特
定条件下，胞外也可以检测到它的存在。胞外酶的存在会导致胞外蛋白的水解，多与恶性病
变有关（+,-. 等，!///）。近年来研究表明组织蛋白酶越来越被认为是在病变、肿瘤入侵、
免疫系统相关疾病以及各种寄生虫感染疾病中起作用的一类关键酶（+,-. 等，!//#）。
!!# 肿瘤（&’67*-） 肿瘤的发生是一多因素、多阶段的过程，其侵袭转移包括以下 $
个步骤：（#）粘附，即肿瘤细胞内的整合素与胞外基质（8&9）成分结合；（!）降解，即
肿瘤细胞或其周围的基质细胞分泌蛋白酶降解细胞外基质成分；（$）穿透，即肿瘤细胞通
过细胞外基质降解处移行（蒯小玲和萧树东，!//!）。肿瘤病人的主要死因就是因为胞外
基质、基底膜被降解，使得肿瘤细胞能够离开肿瘤组织而进行转移。降解过程所需的蛋白
酶就包括多种组织蛋白酶，它们通过蛋白水解作用以促进肿瘤的空间扩展、肿瘤血管的生
成和血管内外肿瘤细胞的转移（0*7’:;;*等，!//!；+,-.等，!//!）。在多种人类肿瘤中都
已经发现组织蛋白酶表达水平上调，尤其是 &’<=%（%*-234(.’，!//5）。
&’<=%是所有半胱氨酸蛋白酶中研究最多的一种，它广泛存在于哺乳动物的各种组织
中，是第一个发现与乳腺癌相关的溶酶体蛋白酶，除此之外它还与多种人类肿瘤的发生发
展关系密切（><<3 ’62 17?:-@*:(<*-，#AAB；C3D;:6(.:等，!///）。肿瘤细胞可分泌 &’<=%，该
分泌型的 &’<=%由于缺乏甘露糖 E F E磷酸受体识别标记，故不能被摄入溶酶体，而多以
酶原的形式存在于胞浆和细胞外。由于肿瘤细胞能够酸化其周围的环境，所以能够激活酶
原形成活性 &’<=%，激活的 &’<=%除了自身参与胞外基质成分的降解外，还能激活蛋白水解级
联反应，最终生成能够降解多种胞外基质成分的物质。除此之外，较之正常细胞分泌的 &’<=
%，肿瘤细胞分泌的 &’<=%在中性及碱性环境中活性不受影响，甚至增高，故而在多种人类
和动物的肿瘤中如胃癌、膀胱癌、结肠癌、神经胶质瘤、黑色素瘤等都发现 &’<=%表达水平
和（或）活性升高。曾有报道在宫颈癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌等恶性肿瘤组织中 &’<=
% 表达及其活性成倍甚至 $ G A 倍高于邻近正常组织（0*7’:;;* 等，!//!；H*@7?:. 等，
#AAA；蒯小玲和萧树东，!//!；C3D;:6(.:等，!///）。I*2’等认为 &’<=%活性、浓度增高是
移行性细胞癌变病人肿瘤侵袭、转移以及预后较差的一个危险因子（1<’’7.等，!//!）。
除 &’<=%之外，其他许多组织蛋白酶也与肿瘤关系密切。如 &’<=H与卵巢癌、黑色素
瘤，尤其是乳腺癌的浸润、转移有关，认为它可以作为乳腺癌的预后标志（袁建达等，
#AAA；董爱森和金晓明，#AAF）；&’<=0 可以通过催化降解基质膜，促进肿瘤的侵袭、转
移，已经在肾癌、睾丸癌、肺非小细胞癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、膀胱癌和甲状腺癌
等多种癌症中发现组织蛋白酶 0高表达（0*7’:;;*等，!//!）等。
!5$ 云 南 植 物 研 究 !B卷
!!! 骨质疏松症（#$%&’(’)’$*$，#+） 人体正常骨代谢依赖于骨形成及骨吸收之间的
动态平衡，#+是骨吸收与骨形成代谢失衡，骨吸收大于骨形成所造成的一种疾病，是老
年人尤其是绝经期及绝经后妇女中的一种常见病、多发病。骨吸收过程中，破骨细胞首先
附着于骨骼表面，形成相对封闭的骨吸收微环境，分泌质子和蛋白水解酶，先溶解骨矿物
质，继而降解骨基质，导致骨空洞形成。在溶骨过程中参与骨基质降解的酶主要有两种
———半胱氨酸蛋白酶和基质金属蛋白酶（,,+$），其中发挥主要作用的是半胱氨酸蛋白酶
中的 -.%/0，它选择性地大量表达于破骨细胞，其生理作用底物正是在有机骨基质中含量
达 123的 4型胶原，除此之外它还能降解骨基质中的骨桥接素（#$%&’(’5%*5）和骨连接素
（#$%&’5&6%*5），是破骨细胞中表达量最高、溶骨活性最强的一种半胱氨酸蛋白酶，它对成
骨胶原的降解能力远远高于其他各种 ,,+$，是骨吸收过程中的一个关键酶（7&6.*88&等，
!99!；:&);’<$=.，!99>；?&8.*$$& 等，!999；-8.@&.A 等，!999；B*&C.5 等，!99D），也是近
年来骨质疏松研究中的一个热点。
除 -.%/0外，在破骨细胞形成的吸收微环境中还存在组织蛋白酶 7，它具有很强胶原
溶解作用，也直接参与了骨基质降解。另外有研究证实 -.%/:、E在体内外都显示出骨吸
收作用，也与 #+的形成有关（0.%A5AC.等，!99!；F*88等，D11>）。
!!G 类风湿性关节炎（BH&AC.%’*; .)%H)*%*$，BI）和骨关节炎（#$%&’.)%H)*%*$，#I） BI
是一种以关节滑膜炎症为特征的慢性全身性自身免疫性疾病，滑膜炎持续反复发作，可以
导致关节内软骨和骨的破坏，关节功能障碍，甚至残废。#I是由于关节软骨退化及关节
表面及边缘新骨形成，可动关节发生非炎症性病变，引起关节疼痛的一种常见病。BI和
#I都是变性骨连接疾病中的常见病（:&);’<$=.，!99>）。
软骨包含两种主要成分：一种为 44型胶原，它能形成 G/?纤维网状结构，使组织具有
可延伸性；另一种为保证软骨具有坚韧性的聚合素；两种蛋白成分中的任意一种过度降解
都将导致关节内软骨的破坏。研究发现，44型胶原的降解仅与基质金属蛋白酶（软骨细胞
分泌）和组织蛋白酶 0有关，-.%/0在 BI和 #I病人关节连接处表达水平增高，并且还能
被炎症细胞因子进一步激活，表明 -.%/0可能是 BI、#I中软骨破坏的主要参与者。另外
在许多实验中还发现，BI病人的关节滑膜及滑液中 -.%/:及 -.%/7高表达，而所有出现在
炎症性关节连接处的组织蛋白酶都能够水解聚合素，并且 -.%/:还可能通过参与关节处蛋
白水解级联反应，通过激活前体基质金属蛋白酶（()’C&%.88’()’%&*5.$&$）而间接发挥作用
（7&6.*88&等，!99!；:&);’<$=.，!99>；,’)% .5; :A%%8&，D11J）。
!!> 其他疾病 组织蛋白酶还参与了其他许多疾病的发生发展。EA=H’@. 等（D11K；
!99G）利用免疫杂交的方法，证实在动脉粥样硬化的平滑肌等细胞中含有大量的免疫反应
性 -.%/E和 -.%/0。这两种酶都有很强的弹性蛋白酶活性，它们可能通过降解弹性动脉壁，
使得血管壁重建，从而促进动脉粥样硬化过程中动脉斑的形成。另外，人体中组织蛋白酶
的异常也会导致许多疾病的发生，如 -.%/0基因突变或缺乏所导致的固缩骨发育障碍（+L/
65’;L$’$%’$*$）；-.%/-缺乏所导致的掌趾角化 M牙周破坏综合征（7&6.*88&等，!99!）；对阿
尔茨海默和唐氏综合症患者的脑组织进行免疫生化检测发现 -.%/E表达水平增高（7&C&)&
等，D112）；在神经肌肉系统的自身免疫性疾病———重症肌无力患者的胸腺中 -.%/N表达
水平增高；还有报道 -.%/?可能在一些神经性疾病中有作用，如阿尔茨海默症和由朊病毒
G>G>期 曾广智等：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展
所引发的、常见于羊类的神经退变疾病———羊瘙痒症（!#$%&&等，’((’；)*&*+$等，’((,；
-./&0等，’(((；1$2$3%+4%，’((,）。
! 组织蛋白酶的抑制剂
组织蛋白酶与多种疾病相关，有关其抑制剂的研究可能为这些重大疾病提供新的治疗
手段。同时，由于组织蛋白酶广泛分布于多种生物中，针对寄生虫体内的组织蛋白酶，研
制其相应的酶抑制剂，可以为解决许多棘手的人类寄生虫感染（如疟疾、锥虫病、阿米巴
病、血吸虫病等）提供新的有效治疗药物（!#$%&&等，’((’；5$%6等，’((’）。
!# 内源性蛋白抑制剂
同其它半胱氨酸蛋白酶一样，人的组织蛋白酶都具有以下几种类型的内源性蛋白抑制剂
（!#$%&&等，’((’；788* $39 :#4%/;%+8/，<==>；?#@/$84，<===；)./2 等，’(((；)./2 等，’((’）：
（<）前体肽：是半胱氨酸蛋白酶酶原结构中的一个组成部分，它占据着酶的活性中心，
阻止酶与底物结合，使其不能发挥催化作用。由于前体肽对酶具有很强的特异性识别作用，
所以以其作用为结构基础，能为合理设计新的选择性半胱氨酸蛋白酶抑制剂提供依据。
（’）A0+8$8%3家族：该家族抑制剂对靶蛋白酶选择性较差，它又包括三大类：#0+8$8%3+、
+8B%3+及 2%3%3*63+。其中 #0+8$8%3+氨基酸残基为 <<( C <’(个，分子量约 <’ C <, 2D$；+8B%3+
氨基酸残基数目在 <((左右，分子量约 << 2D$；#0+8$8%3+和 +8B%3+都属于低分子量半胱氨酸
蛋白酶抑制剂；E%3%3*63+是分子量较大的胞外蛋白，包含了 ,个类似于 A0+8$8%3+的域结
构，其中两个域表现出抑制活性，它是组成高分子量半胱氨酸蛋白酶抑制剂的重要成员。
（,）:/F%3家族：即丝氨酸蛋白酶抑制剂，是对多种组织蛋白酶有交叉活性的一类蛋
白抑制剂。
（G）)40/*F%3+类：即甲状腺球蛋白 <型域结合抑制剂，是近年来才确定的组织蛋白酶
抑制剂，相对于 A0+8$+8%3家族抑制剂其选择性较高。
（H）!’ 巨球蛋白：是一种普遍的蛋白酶抑制剂。
（I）细胞毒性 )淋巴细胞抗原J’（#08*8*K%# )J&0;F4*#08 $38%63J’）：为组织蛋白酶 !
前体肽的类似物，它可能通过与前体肽作用相似的方式来发挥对组织蛋白酶的抑制作用。
!$ 合成肽类抑制剂
,L’L< 醛类（M&9409+） 肽醛是组织蛋白酶抑制剂中的主要类型，也属于丝氨酸和半
胱氨酸蛋白酶的双重可逆性抑制剂，其结构上的共同特点是具有对发挥其抑制作用所必需
的醛基。如从链霉菌属微生物培养液中提取的 &.FF8%3+、#40;*+8$8%3+、$38%F$%3、&$+8%3$&
和J?MNO都属于肽醛类物质。近年来对该类抑制剂的研究重点主要集中在获得对组织蛋
白酶有高度特异性的醛类抑制剂上（!#$%&&等，’((’；788* $39 :#4%/;%+8/，<==>）。P$&2J
/等（’(((）在肽的 A末端引入乙二醛基，得到了一系列对组织蛋白酶活性很高的新的肽
醛类化合物———肽乙二醛或称肽!J酮JJ醛，其中化合物 #对 A$8J:具有很强的抑制作用，
可能是目前报道的活性最强的组织蛋白酶 :的可逆性抑制剂。
,L’L’ 酮类（E8*3+） 体内研究表明，醛类抑制剂中的醛基一旦被氧化成羧酸以后，
其抑制作用很快消失，用三氟甲基等取代醛基得到的相应的!J酮肽，其代谢稳定性及对丝
氨酸蛋白酶的水解活性得到增强，相对而言其对半胱氨酸蛋白酶的活性却要弱的多。但如
GG, 云 南 植 物 研 究 ’>卷
果用其他的吸电子基团代替三氟甲基，得到的!!酮肽及其衍生物，则对半胱氨酸蛋白酶的
可逆性抑制作用增强，如二肽苯氧甲基酮及二肽甲氧基甲基酮，都对 #$!%有很高的亲和
力（&’(#)**’等，+,,+；-$$. #/0 1(2)34’)5$’3，6778）。通过对二肽甲氧基甲基酮进行 !-环
合或 !环合，并用氮原子取代其中的氧，再对氮上的取代基进行修饰，可以得到一系列
#$!%的可逆性有效抑制剂（!）（9#3:;)5 等，+,,6；<;==> 等，6777）。另外，?#@#. 等
（+,,,）也合成了一些对组织蛋白酶 A有活性的吡咯酮类物质，如化合物 在 6 B 6,C 89浓
度时，即可抑制 7,D8E #$!A的活性。
FD+DF 腈类（?)$3)*’5） 肽腈化合物由于其结构中腈基碳能亲核进攻半胱氨酸蛋白酶活
性中心的硫负离子，形成化合物与酶共价结合的可逆的硫代亚胺型中间产物而阻止酶活性的
发挥，所以它们属于半胱氨酸蛋白酶的可逆性抑制剂（G3’’/5H#/等，+,,6）。通过基于结构的
药物设计，可以得到一系列酶的有效抑制剂。如对 #$!A活性强且口服生物利用度好的新的模
拟肽类化合物 #（G3’’/5H#/等，+,,F）；对 #$!1有抑制的二肽腈类化合物 $（I#30等，+,,+）。
另外还有许多非肽的腈类抑制剂，如含有 6 C氰基吡咯烷基的非肽化合物 %（J#*@;’>3’$ 等，
+,,6）及非肽的联芳基腈类组织蛋白酶 %的抑制剂———化合物 &（K.L)(2#;0等，+,,F）。
FD+DM 环氧琥珀酰类（NH.O>5;(()/>*5） 最早发现的该类抑制剂，是 678P 年从曲霉菌
（!#$%&’(() *+#,-’.)）中发现的组织蛋白酶的强的不可逆抑制剂 N!QM，其结构中起主要作
用的基团是：反式!& !（1，1）!环氧琥珀酸。其作用机制为：酶活性位点中的硫负离子能进
图 M 环氧琥珀酰类抑制剂的作用机理
J)@R M S/2)L)$.3> 4’(2#/)54 .= ’H.O>5;(()/>* 0’3)T#$)T’5
攻环氧乙烷上的碳使其开环，从而抑
制酶的活性。体内外研究表明 N!QM对
组织蛋白酶选择性不高，通过结构修
饰，可以得到一系列环氧琥珀酰类
（环氧琥珀酰肽、环氧琥珀酰酯等）
的衍生物，它们都对半胱氨酸蛋白酶
有抑制作用，如对 #$!A 有高度选择
性抑制作用的 U!,F,、 U!,8M 等
（&’(#)**’等，+,,+；-$$. #/0 1(2)34’)5$’3，6778；9;3#$#等，6776）。
FD+DV 腙类（W>03#X./’5）及酰肼类（#3L.2>03#X)0’5） 肽腙类化合物通常是合成醛类组
织蛋白酶抑制剂的中间产物，但它们本身也可以通过酶的 1 C进攻被保护的碳原子形成四
面体结构，从而抑制组织蛋白酶 1的活性。酰肼类化合物能与酶形成共价的氨基甲酰 C酶
中间体结构而使酶失活（图 V、Q），是近些年才发现的新的抑制剂类型，尤其对组织蛋白
酶 %有选择性抑制作用（’）（&’(#)**’等，+,,+；>Y)/等，+,,F）。
图 V 肽腙类化合物对组织蛋白酶的抑制机理
J)@R V S/2)L)$.3> 4’(2#/)54 .= 2>03#X./’5
图 Q 酰肼类化合物对组织蛋白酶的抑制机理
J)@R Q S/2)L)$.3> 4’(2#/)54 .= (#3L.2>03#X.0’5
VMFM期 曾广智等：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展
表 ! 一些合成的组织蛋白酶抑制剂
!#$% & ’()*+%*,- ,)+,#,*./0 .1 -*+%20,)0
345 云 南 植 物 研 究 &6卷
!#$ 乙烯基砜类（%&’() *+),-.’/0） 醛类或酮类的组织蛋白酶抑制剂中都含有能与酶
活性残基中的 * 1反应的羰基，用乙烯基砜取代羰基，可以得到活性更强的乙烯基砜类组
织蛋白酶抑制剂，其主要类型是肽类乙烯基砜化合物（!），它们是人类组织蛋白酶 2的
强效选择性不可逆抑制剂（3+44(等，5666；*/77&等，#88!）。
!#9 !:内酰胺类（!:);<7;=0） !:内酰胺类结构是抗生素及丝氨酸蛋白酶抑制剂的药效
基团，近年来研究发现在!:内酰胺环的 !，>位取代得到了对组织蛋白酶有作用的新型抑
制剂。如通过合成得到 > 1取代:!:?@A:B-/:!:内酰胺类化合物，其中一些 !位含酰胺的化合
物对组织蛋白酶 C、2、*有很强的抑制活性；在!:内酰胺环的 >位引入苯硫或苯砜基得到
了 ?;7:C的强效抑制剂（#，）（D-.+等，#88#，#88!）。
!#E 膦酰基二肽类 由于含有 F末端甘氨酸或丙氨酸及 ?末端芳香氨基酸的组织蛋白
酶反应底物对 ?;7:?有弱抑制作用，用磷酸基团取代这类反应底物的羧酸基团，可以得到
一系列对其有抑制活性的膦酰二肽类化合物（$）。虽然它们对 ?;7:?的抑制作用不强，
但对研究 ?;7:?及其他组织蛋白酶的新型抑制剂提供了一种新思路（B;G/)
后随着第一个组织蛋白酶晶体结构的确定，人们对该酶及其抑制剂的研究逐渐深入，关于
该酶抑制剂的报道也很多，虽然命名各有不同，但基本上都可以归为以上几大类。在所有
类型的抑制剂中，绝大部分都属于其水解部位的酰胺被亲电子基团取代的肽类或模拟肽类
化合物，从而能与酶活性中心的巯基形成共价复合物，进而抑制酶的活性（IJ//’,;’等，
#885）。
%&% 其它天然抑制剂
随着天然药物化学的发展，天然药物在疾病（尤其是肿瘤等恶性疾病）的治疗中发挥
了越来越重要的作用，天然药物的开发也引起了人们的极大关注。由于组织蛋白酶与人类
许多疾病关系密切，除了合成抑制剂外，化学家们也希望能从天然产物中来寻找它们的抑
制剂。自从上世纪 68年代组织蛋白酶 K的晶体结构确定以后，其他酶的晶体结构也陆续
明确，有关其抑制剂的报道大量出现，其中也有些天然抑制剂的报道，它们大部分来源于
微生物，来源于植物的很少，且其中大部分又都属于肽类抑制剂。
!!5 植物 ?(07;7&’0———B-(7.<(07;7&’0 近年来不断有报道从水稻（J&番木瓜（,;,;(;）、向日葵（0+’4).G/J）、胡萝卜（<;JJ.7）、苹果（;,,)/）、鳄梨（;L.<;M.）、
白屈菜（!#$%&’(%)* *+,)-）及多种豆科植物（)/N+=&’.+0 ,);’70）中发现植物 ?(07;7&’0（如
;,,)/<(07;7&’，0.(;<(07;7&’，<-/)&M.<(07;7&’等）。这些抑制剂在氨基酸序列上同 ?(07;7&’家族有
很高的同源性，且相互之间结构相似，都具有高度保守的与酶结合的“O%%PI”区域，
这使得它们有别于动物来源的 ?(07;7&’0，故有人把它们归入 ?(07;7&’家族，认为他们构成了
该家族的第 >成员———B-(7.<(07;7&’0。该类物质对半胱氨酸蛋白酶有抑制作用，其作用可
能与调控植物的内源性蛋白酶、保护植物不受虫害，尤其是避免真菌和昆虫侵害有关
（Q(;’等，566E；Q.N/)R等，566E；KJA&’等，566E；2.&G;等，566E；K/’R;H+)等，#885）。
!!# 非 B-(7.<(07;7&’0的肽类抑制剂 从植物中除了发现 B-(7.<(07;7&’0以外，还从土豆块
茎（B.7;7. 7+@/J）、菠萝杆（B&’/;,,)/ 07/=）及高等真菌 !$%.’/01# (#1)$+2%- 等中发现了一些
不属于 B-(7.<(07;7&’0的肽类物质，其中一个肽类物质 ST+&07;7&’ 与 U-(J.,&’0 相似性较高，
9>!>期 曾广智等：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展
它们都对半胱氨酸蛋白酶具有不同程度的抑制作用（!#$%&% 等，’(()；*+&,$- 等，’((.；
!#$+%&%等，’((/；012&2$+$等，’(((；3+,&#等，)444）（表 .）。
表 ! 非 #$%&’$(%)%*+(的天然肽类抑制剂
5$67 . 8$9:+$7 ;;9&<&% &6&9=+1 => #=#?;2@9=%@19$9
来源
A=:+%
分子量（B$）
CDED（B$）
氨基酸残基
FF
等电点
;0
活性（*&） F%9&G&9@（*&）
H$9?3 H$9?!
参考文献
I>#+#%
J&#$;;7 19K L M) ! !#$+%&%等，’(()
J=9$9= 9:6+ N )4444 ’O4 OD. 4D4/ #C *+&,$-等，’((.
!#$%$& ’()$%& ’P’)( ’)O PD/ ’DP #C 4D4M’ #C !#$+%&%等，’((/
*+,-.’,,& 1;Q P’4444 L MD. 012&2$+$等，’(((
*,$#-/0’ %’0),&.$1 N .P444 L PDP 4DPO!C 4DP’ #C 3+,&#等，)444
注：!为对酶有活性，但没有具体数值报道。
图 / !:;;9&#及 R?SP的结构
T&UQ / A9+:%9:+1 => !:;;9&# $#< R?SP
.D.D. 其它天然模拟肽或非肽抑制剂
除肽类物质外，天然来源的半胱
氨酸蛋白酶抑制剂中还发现了许多模
拟肽或非肽化合物，其中微生物来源
的占了大多数，如 ’(S( 年从链霉属
（A9+;9=K@%1）微生物中得到的 !:?
;;9&#及 ’(/O年从曲霉（!12’.3$,,)1 4&5
2-%$)1）中得到的 R?SP（图 /）等。近
些年不断有报道从链霉菌、曲霉菌、青霉菌、拟青霉菌及一些植物和海洋生物中得到半胱
氨酸蛋白酶的有效抑制剂，其结构类型大多属于环氧琥珀酰类或醛类，除此之外还有黄
酮、生物碱等以前未曾报道过的类型（表 P）（C&,=U$K&等，’((’；E==等，’((M；5+$K:+$
等，’((S；V$1:K:+=等，’((S；0112&W&等，’((O；V$K$<$等，’((O；I=1,W=X1W$?Y$W&K&% $#<
3$#W=X1W$，’((O；T:19$#& 等，’(((；Z91:W$ 等，’(((，)444；5$6$9$ 等，)444；8$W$= 等，
)444；0112&W&等，)44’；J$9&7 等，)44) $，6；A2&#<= 等，)44)）。我们实验室在随机筛选
H$9?3的抑制剂时，发现了 . 个来源于杉科 6&7-8$)9 9).-%&#)9 的双黄酮成分，它们对
H$9?3都具有较强的抑制活性，属于组织蛋白酶的新型天然抑制剂（张玉梅等，)44M）。另
外 Y=#U等（)44.）报道 :./%&.$& ;-.#)%’$ 的粗提物能阻止绝经后及卵巢功能衰退所引发的
骨质疏松症的发生，其作用的发挥可能是因为其阻断了组织蛋白酶 *前体酶原向成熟酶
的转换过程。
, 展望
近年来，随着生物化学和分子生物学的发展，有关组织蛋白酶的研究进展很快。组织
蛋白酶在人体中除了其蛋白降解的主要功能外，还参与激活某些前体或蛋白酶系统而发挥
多种生理功能如免疫和溶骨作用等，与人体肿瘤、骨质疏松症、关节炎等多种重要疾病密
切相关，是近年来备受关注的一类靶标蛋白酶。自从微生物中发现其天然抑制剂 !:;;?
9和 R?SP以来，不断合成了各种新的肽类抑制剂，并用于体内试验也已证实有效。所以
研发组织蛋白酶抑制剂作为临床治疗药物已引起了国内外许多研究机构和制药公司的注意
OP. 云 南 植 物 研 究 )/卷
表 ! 其它天然模拟肽或非肽抑制剂
!#$% & ’()*$ +,-+#+(.*/ .0 1+1%(+2 3%3(+4%/ .* ,.,53%3(+4%/
6&7&期 曾广智等：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展
续表 !
!# 云 南 植 物 研 究 $%卷
续表 !
及重视。如主要以蛋白酶和多聚酶为靶点来开发新药的 !#$%$& 公司，已经投入了大量的
资金用于 ’()*+抑制剂（抗类风湿性关节炎和多发性硬化等自身免疫性疾病）和 ’()*,抑
制剂（抗骨质疏松）的研究；!#$%$&还与 -.)$//01公司（专门研究自身免疫性疾病及
过敏性疾病的生物技术公司）联合，专门开发组织蛋白酶 +的小分子抑制剂；目前已报道
用于骨质疏松症治疗的一种组织蛋白酶 ,的抑制剂———+2*345678已经进入临床研究。这
些都说明，组织蛋白酶的抑制剂应用前景看好，针对其作用特点，寻找其相应的选择性、
可逆性抑制剂用于临床疾病的治疗，也是值得人们进一步研究、探索的热点。
〔参 考 文 献〕
董爱森，金晓明，9774 : 组织蛋白酶 ;作为乳癌预后指标的评价［<］: 国外医学：临床生物化学与检验学分册，#
（4）：537—58=
蒯小玲，萧树东，5==5 : 组织蛋白酶 2与胃肠道肿瘤［<］: 国外医学：消化系统疾病分册，$$（5）：48—46
98>3期 曾广智等：组织蛋白酶及其抑制剂研究进展
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K//8#C# U，Y#/8#0 Q，%CD.# Y， 3* %,，HAA? 3 *QMTW14 -0 &，(05,6 7=/-,#(, 9.0-,#(/, #(8#<#-0./，9.0;D7,; <= E,(+1,%/(84 /93
［>］3 - 76*(=(+*，$!（I）：N1A—N@L
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7-8,9/#( U #( 7D6-D.,; Q0D/, 0/-,076/-/［>］3 ?6* ?4486+#2%&4%1+,，%：HN?W—HNAI
U-D(D’ Y，*/D$, G，YDC-/DC Q， 3* %,，12213 %-.D7-D.,T9.0-,7-#0( 0: <0(, ’,-/-/,/ 0: 7(7,. 7,66/［>］3 7&12 0(+1234 0(+#2<’，%*(（1）：@2W—@HH
U0<6#(/C# >R，48.’ Q，%60(, !X，12223 ](.5,6#($ -8, .06, 0: 9.0-,/,/ #( 7(7,.［>］3 5,(6 52(4 71*%，#*!：HH@—H@W
U0#J G，%8;, )R，^8DT%6O’( U， 3* %,，HAA?3 +8$, ;#/96= /,6,7-#0( 7( ;#::,.,(-#-, #(/,7-#7#;6 7-#5#-= 0: /0=<,( 7=/--#(/
［>］3 $,%6* -，!&（@）：@IH—@IA
U.#OB K，&.0<(#7TU0/0.0C Q，!.O#( >， 3* %,，HAA@3 *8, 9.#’.= /-.D7-D., 0: #(8#<#-0. 0: 7=/-,#(, 9.0-,#(/,/ :.0’ 90--0［>］3
.!0; B3**，%%%：HW—12
P,7#66, X，U6,- >，!.0’’, &，12213 GD’( (; 9./#-#7 99#(T6#C, 7=/-,#(, 9.0-,/,/： -8,#. .06, #( 98=/#060$= (; 9-8060$=
1W@ 云 南 植 物 研 究 1I卷
!# $%&%’ #%(%)*+,%’- . ./.0.’*$ #%-.1［2］3 !#$ %#&，!#：4456—4477
8%,%$% 9:，;<1%$ 2=，=/. >?， #’ ()，@6653 A/% )B-*-*,!) &B-’%.% +$*’%!-%-，&!’/%+-. =，.- .&$%!-%# . :)C/%.,%$’- #.-%!-%
!# D*E -B#$*,% 0$!.3 : .,,<*&B’*&/%,.&!) -’<#B［2］3 *$ + ,(’-)，!$%（4）：747—7FG
8%!$&.& H，I.’*J! :，=’$
8%!$&.& H，I.’*J! :，A<$K H， #’ ()，@66Q3 9/!$!&’%$.C!’.* !# -’$<&’<$% *O +.%!++)% -’%, ./.0.’*$ *O &B-’%.% +$*’%.!-%-［2］3
3/-) !#$ 4-55#P6#7)#8，’&’（L）：456—4F4
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5F3 云 南 植 物 研 究 1W卷