半胱氨酸组织蛋白酶（Cysteinyl cathepins, CTSs）因具有蛋白质水解功能，能介导核内体和溶酶体中不需要的蛋白质再循环被广泛知晓。随着活体成像技术在体内和体外实验中的应用，CTSs的研究获得了极大的发展，包括：1）CTSs可以从溶酶体迁移到细胞质、细胞核、核膜、质膜和细胞外环境等其他细胞空间)；2）除了细胞酸性区室外，CTSs还可以在中性环境中发挥生物活性；3）CTSs还在细胞外基质代谢、细胞信号转导、蛋白质加工与运输和细胞事件中发挥多种非传统功能，如在体内和体外实验中，炎症细胞因子、氧化应激、神经激素以及生长因子等多种刺激均可以调节CTSs的表达与活性。越来越多的临床及基础研究证实CTSs参与以动脉粥样硬化、斑块破裂、血栓形成、钙化、动脉瘤、支架内再狭窄以及新生血管形成为特征的血管性疾病。在动脉粥样硬化性心血管疾病（ACVD）患者的诊断和治疗中具有广泛的发展前景，其中循环和组织的CTSs能作为生物标志物和诊断成像工具，其特异性与非特异性抑制剂或心血管疾病药物的干预，可能成为动物中CTSs的潜在治疗靶点。

近日，延边大学附属医院（延边医院）心血管内科、高血压科主任成宪武教授在权威性BMC 系列Cell & Bioscience杂志（最新影响因子9.584）在线发表了题为“Overview of multifunctional cysteinyl cathepsins in atherosclerosis-based cardiovascular disease: from insights into molecular functions to clinical implications”的综述，聚焦CTSs在生物学上的最新发现，及其在ACVD发生发展过程中发挥的作用，讨论了CTSs作为生物标志物和小分子靶点的潜在功能，以预防ACVD的潜在应用。

组织蛋白酶（CTS）的结构和模型。A:每个CTS都有一个信号肽、前区、轻链和重链。B:正常翻译和替代翻译。CTS的一般成熟过程如下：正常翻译后，前组织蛋白酶在内质网(ER)进行信号肽的切割和折叠，在反面高尔基网（TGN）进行磷酸化甘露糖-6残基（M6p），早期核内体磷酸化，在核内体中去除前区，在溶酶体中进一步活化(轻链和重链)，然后搭载Ca2+依赖性细胞器分泌到细胞外。一些CTSs通过胞吐方式直接释放到细胞外，从而不进入M6p形式。在选择性翻译中，选择性剪接和跳过相关翻译产生不含信号肽的CTS，该CTS移动到细胞质、细胞核和线粒体，导致细胞凋亡和增殖。

组织蛋白酶在动脉粥样硬化（AS）中的作用，展示了AS的起始阶段至并发症。上图（A）：斑块形成的横切面。左侧图像描述了AS的初始阶段：组织蛋白酶可以调节趋化因子如CXCL12、ICAM-1和VCAM-1的产生，从而触发炎症细胞（中性粒细胞和巨噬细胞）、免疫细胞（T细胞）和内皮祖细胞（EPC）的募集、粘附、转运、抗原呈递与活化、血管壁的增殖及分化。右侧图像显示斑块含有大量泡沫细胞、脂质和坏死碎片，被富含胶原蛋白基质组成的纤维帽所包围。组织蛋白酶参与多种病变，包括胶原降解和弹性蛋白断裂、EPC、内皮细胞的迁移和血管形成、氧化低密度脂蛋白（OxLDL）降解到聚集与积累、高密度脂蛋白（HDL）降解到胆固醇外排减少、巨噬细胞和平滑肌细胞(SMC)衍生泡沫细胞形成、SMC转运和增殖、血管和炎症细胞凋亡。下图（B）：斑块破裂、血栓形成和支架再狭窄的横切面。如图所示，CVD相关细胞源性组织蛋白酶导致纤维帽破裂在内皮剥脱期，引发了高血栓形成性坏死核心的暴露，导致血小板活化、聚集和血栓形成，并触发一系列蛋白水解过程，如血管疾病细胞释放CTSG、u-PA和t-PA，促进纤维蛋白降解和血栓的溶解。如钙化的中间部分所示， AGE, AngII和CaPO4通过调节RANKL/RANK介导的ERK/e-fos或p38MAPK信号通路触发活化T细胞c-1 （NFATc-1）核因子的表达，从而诱导钙化，介导CD68+ MR+ CA2+ CTSK低细胞（称为“功能失调的破骨细胞样细胞”）中的组织蛋白酶K（CTSK）。如右侧图所示，CTSK通过促caspase-8 （pro-Cas-8）成熟触发氧化应激诱导的细胞凋亡，促caspase-8通过激活M6PR信号级联，产生增殖素-1刺激人类和动物中平滑肌再生和损伤相关增生/支架再狭窄的发展。

内皮细胞中CTSK介导的Notch-1激活的分子模型。Notch-1受体以前体形式合成，经由相应的酶在以下三个位点切割。S1：通过furin样转化酶生成成熟受体；S2：由金属蛋白酶肿瘤坏死因子α-转换酶（TACE，又称ADAM17）；S3：通过γ-分泌酶或CTSK生成Notch胞内结构域（NICD）。VEGF通过激活内皮细胞中VEGFR-PI3K/Akt信号通路刺激CTSK的表达。在CTSK介导的蛋白水解过程中，NICD进入细胞核，触发下游血管生成因子转录，调节EC迁移、微管形成、增殖和凋亡。NICD也针对核内体进行降解。

组织蛋白酶在炎症反应中的作用。NLRP3炎性体的激活通过以下方式发生：(1)被ROS和吞噬细胞来源的分子(LDL和aβ40/42)破坏的溶酶体释放CTSB和CTSL进入细胞质，在细胞质中激活富含亮氨酸重复序列(LRL)、NACHT和pyrin结构域（PYD）的NLRP3，诱导原caspase-3/-9和凋亡相关斑点样蛋白(包括caspase募集结构域（CARD-ASC）的寡聚化，形成炎性小体复合物；2)CTSB和CTSL通过NLRP10降解负向调节NLRP3炎性小体的激活；3）CTSB还可以促进游离脂肪酸棕榈酸和toll样受体2/4 (TLR2/4)介导的血清淀粉样蛋白A（SAA）蛋白诱导的炎性小体NLRP3复合物的形成。活化的NLRP3炎性小体产生活化的caspase-3/-9形式，可导致内皮细胞通透、凋亡或通过将这些成熟的细胞因子释放到血液中激活IL-1β和IL-18。

在确定人类CTS家族成员之后，已经进行了大量人类和动物病理学研究、生物标志物和影像学研究以及复杂的机制和生化研究，揭示了单个CTS在ACVD及其并发症中的多种不同作用。目前已经明确发现，CTSs不仅在溶酶体中作为简单的管家酶，而且在细胞外空间、细胞核、质膜和细胞质溶胶中等溶酶体外空间也具有重要的功能，如作为调节蛋白酶。对基因敲除和转基因小鼠的实验研究提供了直接证据表明：CTSs的增加通过细胞内信号级联、受体激活、血管生成生长因子、细胞因子和HDAC-6的修饰、脂质代谢、细胞凋亡和增殖、血管生成和基质蛋白重塑参与ACVD。目前在动物和人类中已经开发了几种安全且高选择性的CTS抑制剂，但从30年前首次发现人类CTSS和CTSK以来，还没有CTS抑制剂可用于ACVD。在血浆和局部组织中增加的CTSs可以作为诊断工具以及生物标志物和成像探针，但这些物质也可能影响ACVD的机制，因此也必须评估其对ACVD的疗效。此外，由于与现代生活中各种心理压力相关的缺血性外周和冠状动脉疾病在老年人群中的患病率不断增加，在设计治疗策略时也应考虑到针对ACVD的双重治疗和相关病理应激。为了确定可逆性和选择性CTS抑制剂对ACVD患者的治疗是否安全有效，还需进行大量患者的临床试验。

本文的第一作者与通讯作者均为是延边大学附属医院（延边医院）心血管内科和高血压科主任成宪武教授。