一文了解伴刀豆球蛋白A (Concanavalin A)

凝集素是一類非免疫來源的carbohydrate結(jié)合蛋白，可以特異性識別carbohydrate部分并可逆地結(jié)合carbohydrate，具有凝集細(xì)胞或沉淀多糖和糖綴合物的能力。根據(jù)進(jìn)化關(guān)系和分子結(jié)構(gòu)，植物凝集素可分為7個不同的家族，即豆科植物凝集素、幾丁質(zhì)結(jié)合凝集素、II型核糖體失活蛋白和相關(guān)凝集素、GNA相關(guān)凝集素、Jacalin相關(guān)凝集素、Amarathin凝集素家族和葫蘆科韌皮凝集素。

豆科植物凝集素家族是凝集素家族的一員，主要存在于豆科植物的種子中。盡管豆科植物凝集素的氨基酸序列和三級結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出顯著的相似性，但它們的四級結(jié)構(gòu)是不同的。刀豆球蛋白A (ConA)作為該家族最著名的代表，因其多種生物學(xué)效應(yīng)而日益受到關(guān)注。ConA的歷史始于1916年從刀豆中分離出的研究。

ConA（ConcanavalinA）是1936年第一個被純化結(jié)晶的豆科植物凝集素（來源于C. ensiformis (Jack bean) 圖1），后來在1972年，ConA的一級結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)被解析。ConA的單體被稱為“jelly roll"基序，它由兩個反平行的βsheets、一個彎曲的七股“front β sheet"和一個平的六股“back β sheet"片組成，五股“roof β sheet"片被認(rèn)為依次連接前后sheets。大多數(shù)豆類凝集素與ConA具有相似的單體結(jié)構(gòu)。ConA的二聚體被稱為“典型的豆科植物凝集素二聚體",它包括以反向平行和并排的方式排列兩個back sheets。ConA的兩個并排的二聚體背對背連接，形成ConA的四聚體(圖2)。ConA在pH 5.5以上以四聚體形式存在，而在pH 5.5以下以二聚體形式存在。

圖1. Concanavalin A來源于C. ensiformis (Jack bean) 植物

圖2. A）ConA monomer,  B) ConA dimer, C) ConA tetramer with mannose, glucose and metal ions.

1936年ConA的研究首-次證明凝集素是carbohydrate-binding蛋白，ConA對甘露糖(mannose)和葡萄糖(glucose)具有特異性。Con A識別在許多血清和膜糖蛋白中作為“核心寡糖"一部分存在的α-連接甘露糖。ConA和glucose之間的結(jié)合活性依賴于Ca2+和過渡離子的同時存在，并且第一個描述的具有金屬結(jié)合位點(diǎn)的豆科植物凝集素就是是ConA。直到1985年進(jìn)行了ConA的分子克隆和生物合成。

植物凝集素Con A被用作有絲分裂原（mitogen）來誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞分裂以進(jìn)行核型分析。凝集素通過與細(xì)胞受體表面的糖綴合物結(jié)合，觸發(fā)多種涉及不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的反應(yīng)最終導(dǎo)致細(xì)胞增殖。Con A誘導(dǎo)人類白細(xì)胞分裂濃度達(dá)10ug/150萬個細(xì)胞。

同時凝集素Con A具有激活抑制細(xì)胞的能力，1972年Dutton在對小鼠淋巴細(xì)胞的研究中報道了除了在脾臟暴露于Con A后能良好誘導(dǎo)T細(xì)胞增殖之外，輔助細(xì)胞和抑制細(xì)胞的活動都被觸發(fā)。Con A激活能夠幫助B細(xì)胞對胸腺依賴性抗原作出反應(yīng)的細(xì)胞。Con A也可以激活T細(xì)胞亞群，使其對許多同種異體的正常和惡性細(xì)胞具有細(xì)胞毒性。雖然對Con A的反應(yīng)是非特異性的，但免疫調(diào)節(jié)性T細(xì)胞機(jī)制被這種絲裂原激活，能激活的細(xì)胞抑制B和T細(xì)胞反應(yīng)。

ConA除了對免疫細(xì)胞的刺激作用之外，也有研究關(guān)注ConA的抗腫瘤活性，包括誘導(dǎo)凋亡和自噬的特性，并進(jìn)一步討論ConA的臨床前研究。隨著植物凝集素在多種腫瘤細(xì)胞中誘導(dǎo)抗增殖活性的分子機(jī)制逐漸被闡明，也許植物凝集素將成為未來腫瘤治療中潛在的抗腫瘤藥物。

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