研究人员似乎已找到了剪切肽激素和由其前体生产神经介质的酶。

25年以来，细胞生物学家们一直在对一组行踪神秘、作用巨大的酶进行着探寻。其中包括激素，如胰岛素，促细胞生长的因子和运载神经细胞的信号到达目标的神经介质。但是，这些肽并非生来就可马上工作，它们是作为大蛋白质的一部分先被制造出来，然后再由大蛋白质中被剪切生成。可是，直到去年或两年前，对剪切蛋白质的酶进行的研究工作，一直都是受阻的。

现在的情况完全不同了。几个实验室的研究人员，似乎已最终揭示了通常称作“转化酶”或叫“转移酶”的奇特酶类。如确实如此的话，将会有助于解答生物化学家们所面临的脑功能和胚胎发育所遵循路线的有关疑难问题，这是生命科学中最基本的两大难题。更重要的是，这些转化酶有临床应用价值。其中的一种，可在包括引起艾滋病的病毒和流感病毒在内的病毒的成熟中起作用。因此，这些酶很可能就是抗病毒类药物的靶子。

过去，大概是因为太困难的缘故，研究工作总是裹足不前。研究人员认为，绝对确定最近识别的酶，就是实际上长期搜寻的转化酶，未免有些突然。正如英国剑桥大学里的一位生物化学家约翰 · 赫顿（John Hutton）所表明的，在过去25年的研究期间，“已提出过许多候选者，但到后来全被否决”。但是，如今研究人员业已克隆了以前不认为在动物中出现的三种新分裂蛋白质酶的哺乳动物基因，并开始获得证据，说明它们在活4胞内的作用如转化酶。“整个领域总算开始有了眉目”。

在过去25年的大部分时间里，研究者们试图采用常规生化方法分离转化酶。正如赫顿所指出的，他们并不缺少候选者，问题在于哺乳动物细胞包含如转化酶一样，在同一位点上发挥剪切作用的多种蛋白酶，通常攻击如赖氨酸和精氨酸或两个精氨酸的基本氨基酸对。由此以来，研究人员要在试管中分离出能在正确位置上剪切较大前体“激素原”的酶并非难事。但是，当证实这些就是细胞内的转化酶时，却是困难重重。

大约7年前，最终开始打破了这种僵局。在伯克利，加利福尼亚大学的杰里米 · 索纳（Jeremy Thorner）和其同事，在对一种称为ke×2的酵母菌突变体进行研究时，发现它不能制造两种肱，一种是酵母菌性交配需要的一种因子，另一种是细胞杀伤毒素。这些研究者们所注意到的肽，通常是从较大前体蛋白质中剪切出来，例如哺乳动物的肽激素。索纳领导的小组，继续探讨了为切割蛋白质的酶编码基因ke×2的突变。

结果提示：酵母菌蛋白酶，很可能就是哺乳动物酶的一种原型。假定，酵母菌的酶和细菌的枯草杆菌酶类似，当时，在动物中未发现如枯草杆菌蛋白酶的酶。尽管如此，ke×2的产物性质却是很正确，它能剪切二元氨基酸。

支持酵母菌酶可能就是哺乳动物转化酶原型这一观点的更直接证据，由罗伯特 · 富勒（Roberi Fuller）于1987年通过基因转化实验所提供。实验结果表明，酵母菌酶能在哺乳动物细胞内正确地剪切哺乳动物的激素原。“我们醒悟到了那种含义”。托马斯说：“那些[哺乳动物转化]酶，在功能上必定和ke×2蛋白质类似。”假如它们的结构也类似的话，那么就可以把ke×2基因作为探针，挖掘出哺乳动物酶的那些基因。

但是，研究人员探索哺乳动物酶的工作，曾遭到了长达2年之久的挫折。其原因，正如对转化酶进行了长期探究，在加拿大蒙特利尔临床研究所里的N · 塞达赫（Nabil seiclah）所说，ke×2基因探针，毕竟不能探知任何哺乳动物基因。同时，富勒、索纳，及他们在伯克利的同事安东尼，布雷克（Anthony Brake），果断地采取了另外的方法，对和ke×2产物类似的蛋白质顺序进行了计算机检索实验，获得了令人吃惊的结果：发现了一个与ke×2相关的哺乳动物基因，没有人怀疑它可以编码一种蛋白质。

发现与ke×2相关的哺乳动物基因，实际是在1986年，由荷兰奈美根大学里的A · 罗伯洛克（Anton Roebroke）和其同事所发现的。他们都对转化酶极感兴趣，但却在从事着fes/fps致癌基因的研究。在这些研究过程中，他们识别了一个和致癌基因的开始部分靠近的新基因，据新基因的结构，被指定为fur（对于fes/fps上游区），指示它编码一种膜蛋白质。研究者们推测，该蛋白质可能是一种受体，和致癌基因产物相互作用，把生长刺激信号传入细胞。

但是，当伯克利的小组发现了ke×2的类似物时，出现了一种全新的可能。furin，并不是一种生长因子受体，正如已知的fur基因产物一样，可能是一种哺乳动物转移酶。furin不是唯一的候选转移酶。去年，芝加哥大学里的史蒂文 · 斯米金（Steven. Smeekin）和D · 斯坦纳（Donald. Steiner）及其同事，借助聚合酶链反应技术的帮助，独立地克隆了另外两个与ke×2相关的哺乳动物基因。

如果两个新基因是为哺乳动物转化酶编码的话，正如该领域内的人们现在所认为的那样，那么他f门的发现就和斯坦纳及克雷蒂安小组的发现十分吻合了，斯坦纳从60年代开始，通过表明胰岛素必须从激素原中分离出来，对转化酶进行了研究。克雷蒂安的早期工作，帮助确定了某些垂体肽，包括一种黑素细胞促进激素在内，也是被作为大前体的一个部分合成。从此以后，研究者们不顾任何困难，一直坚持研究。

某些追踪实验持续了很长时间，随之出现过许多假线索，可是，现在为什么研究者们坚信最终发现了可靠的转化酶呢？原因之一，据塞达赫说，在于他们可以表明，基因在细胞内已知激素原发生分裂的地方活动，例如，他们已看到了塞达赫和斯坦纳小组所发现的2个基因的表达，尤其是在垂体腺和脑的一定区域如丘脑下部，胰腺中分泌胰岛素的细胞内的表达水平很高。指示，由这些基因制造的蛋白酶，从其前体中剪切出神经内分泌的肽。这种观点，因发现那些酶固定在细胞内分泌的粒剂中的事实而得到支持。在细胞的这些位置上，肽被加工和储存，直到最后释放。

这些定位结果，不能证明这些蛋白质就是实质的转化酶。但是，基因的有效性，确定了另外更多的明确实验。现在，研究者们可把为蛋白酶编码的基因和编码激素原的基因一起转化进正常激素原不被切割的细胞内。这是早期分离酶的工作和新工作之间的最大区别处，塞达赫指出。现在，可以能够研究活细胞内蛋白酶的活动。如果它们能够剪切激素原，就可有力的证实，它们实质上就是转化酶。

早期转化实验的结果是肯定的。蒙特利尔小组和托马斯、斯坦纳以及他们的同事，最近完成了一项实验0把为proopiomelanocortin（POMC）编码的基因，和激素原转化酶一块转化到细胞内。这种激素原，是从垂体腺中制造的，其内部结构，不少于7个活性肽，包括内源麻醉剂4－内啡肽和促肾上腺皮质激素在内。

POMC被加工成各种活性肽的过程是复杂的，形成一组不同的产物，在前部和中间体垂体叶内。另外，蒙特利尔和托马斯－斯坦纳小组得到类似结果，虽然不尽十分一致。但结果表明，POMC在基因转化实验中实质是被复制。两种转化酶，斯坦纳说：“形成一种酶核心，复制出许多正常出现的分裂活动，如果不是全部的话。

另外的指示信号是剑桥大学里的赫顿得出的，表明新蛋白酶就是一般的分裂酶。在以前的工作中，他和其同事标示了两种酶的生物化学特性，两者都是固定在分泌微粒内，分裂几种激素原，在赖氨酸～精氨酸顺序上、现在，研究者们对抗体所进行的研究结果表示，分泌微粒中的一种酶，和新蛋白酶中的其中一种相当'那是酶学和基因克隆的结合。”赫顿说。

从现在所有这些情况看，由芝加哥和蒙特利尔的小组所发现的两种蛋白酶，分裂神经肽和激素，例如胰岛素，储存在细胞的分泌微粒内，仅是在应答适当的刺激素时才释放出来。其间，furin表现出的作用略有不同。和另外两种蛋白酶相比，它被合成在更多型的细胞中。的确，furin被制造在目前所研究过的所有细胞型中。而定位的研究结果指示，它在高尔基体由细胞内向外行动路线中的运动蛋白质上面工作，而不是在储存于分泌微粒内的蛋白质内活动。

Furin有效切除广泛蛋白质前体，托马斯说。例如，他的小组业已表明、它的分裂活动，是由其前体形成神经生长因子。它可以释放冯 · 维勒布兰德因子（von Willebrand factor），是正常血液凝块所需因子之一，是从其前体中产生的。“该项工作假定，furin关系到看上去相关前体的成熟。”托马斯说。这就是它们普遍有4个氨基酸基序的原因（精氨酸，X－赖氨院－精氨酸－精氨酸）。并标示出切割位点。

另外，神经生长和冯 · 维勒布兰德因子，和与这一基序有关的蛋白质，包括艾滋病毒被膜蛋白质SP120的前体和流感病毒血凝素蛋白质的前体在内，均被需用于感染病毒粒子的生产。

那仅是研究者们正在研究解决的有关激素原分裂酶的许多问题之一。首先，到目前为止，被发现的在3个以上。不同的分裂酶如何相互作用，形成已知需要加工的大量肽产物，是另外一个问题。正如克雷蒂安所指出的，蛋白酶的活动形式，在脑内似乎是特别有意义，因为如POMC－类激素原的分化处理，产生脑神经免疫功能的差异。可以归结为：“该酶处于合成神经肽所有路线的交叉路口上。”克雷蒂安说。

该酶可能在胚胎发育中发挥作用，两个最新发现，将帮助一条探索路线的前进。托马斯和他的研究生乔尔 · 海弗利克（he！Hayflick）业已识别了一种和ke×2相关的基因，它在果蝇发育的早期活动。在温哥华，英国哥伦比亚大学安 · 罗斯实验室内的一位研究生肯 · 彼得斯（ken peters），鉴别了一种影响蛔虫发育的基因。和哺乳动物相比，在遗传和发育研究方面，以上两种动物有着许多相似处。

最后，有信号提示，转化酶本身可能需要加工，以便于激活。如果是这样的话，那将是仅仅看上去适合。

[Science，1991年5月10日］