胰岛素降解酶

胰岛素降解酶（ EC 3.4.24.56 ），也称为胰岛素，是一种 110-kD 中性金属肽酶，可以降解许多肽，包括胰岛素（ 176730 ）和 β-淀粉样蛋白（ 104760 ）（ Qiu et al., 1998）。

▼ 克隆与表达

阿夫霍尔特等人（1988）分离并测序编码IDE的cDNA。酶推导出的氨基酸序列包含来自分离蛋白的13个肽的序列。体外转录的 cDNA 产生了一种合成 RNA，在无细胞翻译中产生了一种与天然蛋白酶共电泳的蛋白质，并且可以用抗 IDE 的单克隆抗体进行免疫沉淀。由于该蛋白酶的推导序列不包含任何已知类别的蛋白酶（即金属、半胱氨酸、天冬氨酸或丝氨酸）的共有序列，它可能是参与细胞间肽的蛋白酶家族的成员发信号。它确实显示出与大肠杆菌蛋白酶（称为蛋白酶 III）的同源性，后者也切割胰岛素并存在于周质空间中。因此，

▼ 基因功能

邱等人（1998 年）确定Qiu 等人鉴定的能够降解β淀粉样蛋白的细胞外硫醇金属蛋白酶（1997）与 IDE 相同。通过蛋白质印迹分析，他们在正常个体和阿尔茨海默病（AD； 104300）或非阿尔茨海默痴呆患者的脑脊液中发现了一条全长 110 kD 的 IDE 条带。他们发现正常人群和患者人群的 IDE 水平没有差异。通过对从小鼠小胶质细胞系培养基中纯化的 IDE 进行生化分析，他们确定 IDE 可以降解内源性和合成的β淀粉样蛋白，并且可以催化这种蛋白质的寡聚化。

通过对转染的人肾细胞表达的大鼠 IDE 的一系列抑制剂研究、体外翻译和生化测定，Edbauer 等人（2002）确定 IDE 可能是负责在淀粉样蛋白-β 蛋白释放后清除淀粉样蛋白-β 前体蛋白（APP）的细胞质片段的蛋白酶。

IDE 对胰岛素具有优先亲和力，因此胰岛素的存在将抑制 IDE 介导的其他物质（包括 β-淀粉样蛋白）的降解。库克等人（2003）发现，与没有 APOE4 等位基因的 AD 患者和有或没有 APOE4 等位基因的对照相比，有 APOE4（ 107741 ）等位基因的 AD 患者的海马 IDE 水平降低了大约 50% 。研究结果表明，IDE 表达降低可能是 AD 的一个危险因素，IDE 可能与 APOE 状态相互作用以影响 β-淀粉样蛋白代谢。

水痘-带状疱疹病毒（VZV）会引起水痘和带状疱疹。虽然水痘很可能以无细胞病毒的形式遗传给易感宿主，但该病毒是通过体内和体外的细胞间遗传遗传的。李等人（2006）发现 IDE 的细胞外结构域与 VZV 糖蛋白 E（gE）相互作用，这是一种病毒感染所必需的蛋白质。通过小干扰 RNA 下调 IDE 或用抗体阻断 IDE，用从肝脏中提取的可溶性 IDE 蛋白，或用杆菌肽抑制 VZV 感染。阻断 IDE 也削弱了病毒的细胞间遗传。用表达人类 IDE 的质粒转染因 VZV 感染而受损的细胞系导致无细胞病毒和细胞相关病毒的进入增加和感染增强。李等人（2006）得出结论，IDE 是无细胞和细胞相关 VZV 的细胞受体。

迈安蒂等人（2014）报道了从 DNA 模板大环库中鉴定出的一种生理活性 IDE 抑制剂的发现。与 IDE 结合的大环化合物的 X 射线结构显示，它与远离催化位点的结合袋结合，这解释了其卓越的选择性。用这种抑制剂治疗瘦和肥胖的小鼠表明，除了胰岛素之外，IDE 还调节胰高血糖素和胰淀素的丰度和信号传导。在增加胰岛素和胰淀素水平的生理条件下，例如口服葡萄糖给药，急性 IDE 抑制导致葡萄糖耐量显着改善和胃排空减慢。迈安蒂等人（2014）得出的结论是，这些发现证明了调节 IDE 活性作为治疗 II 型糖尿病的治疗策略的可行性（见125853），并扩大了对 IDE 在葡萄糖和激素调节中的作用的理解。

▼ 测绘

阿夫霍尔特等人（1990）通过将 cDNA 探针分别与人-啮齿动物或小鼠-仓鼠体细胞杂交体杂交，将 IDE 基因对应到人类第 10 号染色体和小鼠第 19 号染色体。通过结合体细胞杂交分析和原位杂交，Espinosa 等人（1991）将 IDE 基因定位到 10q23-q25。

▼ 生化特征

晶体结构

沉等人（2006）报道了人类 IDE 与 4 种底物复合的晶体结构，即胰岛素 B 链（参见176730）、β-淀粉样蛋白（1-40）、胰淀素（147940）和胰高血糖素（138030 ））。IDE 的氨基和羧基末端结构域形成一个封闭的笼子，其大小刚好足以封装胰岛素。这些域之间的广泛接触使 IDE 的降解室无法进入基板。IDE 结构域的重新定位使底物能够进入催化腔。IDE 选择性地使用底物结合腔的大小和电荷分布来捕获结构多样的多肽。封闭的底物经历构象变化以形成具有 IDE 的 2 个离散区域的 β 片层以用于其降解。与该模型一致，破坏 IDE 氨基末端和羧基末端之间接触的突变使 IDE 催化活性增加了 40 倍。

▼ 分子遗传学

有关 IDE 基因变异与迟发性阿尔茨海默病之间可能关联的讨论，请参见 AD6（ 605526 ），它对应到染色体 10q23-q25。

亚伯拉罕等人（2001）通过变性 HPLC 和测序分析了 IDE 的所有编码外显子、非翻译区和 1,000 bp 的 5' 侧翼序列。他们检测到 8 个单核苷酸多态性（SNP），其中 3 个的频率低于 5%。他们都没有改变氨基酸序列。亚伯拉罕等人（2001）发现任何单个 SNP 与迟发性 AD（LOAD）或任何单倍型之间没有显着关联。他们得出的结论是，IDE 对迟发性 AD 的病因没有实质性贡献，因此无法解释迟发性 AD 和 10q 之间的联系。

王子等人（2003）使用 SNP 遗传关联策略来研究 AD 与包含 IDE 的 480-kb 区域的关系。他们将结果解释为提供了“大量”证据，证明 IDE 内部或非常接近 IDE 的遗传变异会影响疾病风险和与 AD 严重程度相关的特征。

LOAD 风险和血浆淀粉样蛋白-β 水平（APP; 104760 ），一种 LOAD 的中间表型，显示与染色体 10q 相关。Ertekin-Taner 等人（2004）报道了 10q 的 276-kb 区域中含有 IDE 基因的致病变异，这些变异影响中间 DNA 表型和 AD 风险。

卞等人（2004）报道了 IDE 基因 5 素非翻译区的 T/C 多态性（ rs4646953 ）与 APOE4 等位基因汉族患者的 AD 之间的关联。他们发现在没有 E4 等位基因的患者中，几种 IDE 多态性与 AD 之间没有关联。

▼ 动物模型

糖尿病 GK 大鼠的遗传分析揭示了几个糖尿病易感基因座（见125853）。Fakhrai-Rad 等人（2000）通过对该基因座的新同类亚系的遗传和病理生理学特征，将一个这样的基因座 NIDDM1B 对应到一个 1-cM 区域。IDE 基因也被定位到这个 1-cM 区域，并且在 GK 等位基因中鉴定了 2 个氨基酸取代（H18R 和 A890V），这使转染细胞中的胰岛素降解活性降低了 31%。然而，当分别研究 H18R 和 A890V 变体时，没有观察到任何影响，这表明 2 个变体对胰岛素降解具有协同作用。在细胞裂解物中未观察到对胰岛素降解的影响，这表明该影响可能与受体介导的胰岛素内化有关。具有 IDE GK 等位基因的同类大鼠表现出餐后高血糖，脂肪细胞中的脂肪生成减少，胰岛素刺激的葡萄糖跨膜摄取减弱，并减少孤立肌肉中的胰岛素降解。对其他大鼠品系的分析表明，功能失调的 IDE 等位基因是 GK 大鼠独有的。作者得出结论，IDE 在 GK 大鼠的糖尿病表型中起重要作用。

提高淀粉样蛋白-β（ 104760 ）肽水平的因素与阿尔茨海默病风险增加有关。胰岛素是几种可能参与淀粉样蛋白降解的蛋白酶之一，基于其在体外对淀粉样蛋白-β 肽的水解。在胰岛素缺乏的基因陷阱小鼠模型中，Miller 等人（2003）发现脑内 A-β-40 和 A-β-42 肽的水平显着增加。在胰岛素缺乏的小鼠中也发现了由 γ-分泌酶产生的 A-β 前体蛋白的 C 末端片段的水平增加了 6 倍。在胰岛素基因陷阱杂合子小鼠中，其中胰岛素活性水平降低了约 50%，脑 A-β 肽增加至介于野生型小鼠和未检测到胰岛素活性的纯合胰岛素基因陷阱小鼠之间的水平。这些发现表明，体内胰岛素活性水平与脑 A-β 肽水平之间存在负相关，并表明调节胰岛素活性可能会改变阿尔茨海默病的风险。

法里斯等人（2003 年）通过靶向破坏产生了缺乏 IDE 的小鼠。Ide 缺乏导致膜部分和原代神经元培养物中的淀粉样蛋白-β 降解减少超过 50%，并且肝脏中的胰岛素降解也出现类似的缺陷。Ide-null 小鼠表现出内源性β-淀粉样蛋白的脑蓄积增加，这是阿尔茨海默病的标志，并具有高胰岛素血症和葡萄糖耐受不良（见176730），这是 II 型糖尿病的标志。此外，小鼠的 β-淀粉样前体蛋白的细胞内信号结构域水平升高，最近发现该蛋白在体外可被 IDE 降解。法里斯等人（2003）得出的结论是，连同新出现的遗传证据，他们的体内研究结果表明，IDE 功能减退可能是某些形式的阿尔茨海默病和 II 型糖尿病的基础或促成某些形式的阿尔茨海默病和 II 型糖尿病，并为公认的高胰岛素血症、糖尿病和阿尔茨海默病之间的关联提供了一种机制。

Leissring 等人（2003 年）发现，小鼠中 Ide 或中性溶酶（MME；120520）的发育延迟、神经元特异性过表达显着降低了脑 β-淀粉样蛋白水平，延缓或阻止了淀粉样蛋白斑块的形成及其相关的细胞病理学，并挽救了 APP 转基因的过早致死性老鼠。他们得出结论，β-淀粉样蛋白降解蛋白酶的慢性上调可能在体内对抗阿尔茨海默型病理学。