胱抑素3; CST3
细胞色素抑制剂C
伽玛追踪
HGNC 批准的基因符号：CST3
细胞遗传学位置：20p11.21 基因组坐标（GRCh38）：20:23,626,706-23,637,955（来自 NCBI）
▼ 说明
胱抑素 C 属于 II 型胱抑素基因家族，是溶酶体蛋白酶的有效抑制剂（Pirttila et al., 2005）。
▼ 克隆与表达
Grubb 和 Lofberg（1982） 报道了半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 的氨基酸序列，他们将其称为“γ-trace”，从人的尿液中分离出来。它是一个由 120 个残基组成的单一多肽，分子量约为 13.26 kD。该蛋白质在合成后不久就会组成型分泌（Barrett et al., 1984; Merz et al., 1997）。
亚伯拉罕森等人（1987） 从人胎盘 lambda-gt11 cDNA 文库中分离出重组半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 生产克隆。其中一个克隆编码 120 个氨基酸的完整成熟胱抑素 C 蛋白，具有 26 个残基的疏水前导序列，表明其具有细胞外功能。推导的蛋白质序列证实了从人尿中分离的半胱氨酸蛋白酶抑制剂C的蛋白质序列。
Abrahamson（1988） 报道了 6 种人类半胱氨酸蛋白酶抑制剂的分离和表征，其中包括胱抑素 C。胱抑素 D（123858）、S（123857） 和 SA（123856） 主要在唾液腺中表达，而胱抑素 C 几乎在唾液腺中表达。身体的所有器官。根据其在生物体液中的高浓度，作者得出结论，半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 可能是半胱氨酸蛋白酶最重要的细胞外抑制剂之一。
▼ 基因结构
亚伯拉罕森等人（1990） 确定 CST3 基因包含 3 个外显子，跨度为 4.3 kb。
胡等人（1995） 通过对包含整个基因的 6.1 kb 基因组 DNA 以及 0.9 kb 5 引物侧翼区域和 1.7 kb 3 引物侧翼区域进行测序，确定了小鼠 Cst3 基因的结构。该序列揭示了与人类 CST3 基因非常相似的整体组织。
▼ 测绘
通过人类与啮齿动物体细胞杂交，Abrahamson 等人（1989） 将人类 CST3 对应到 20 号染色体。
Rao 等人使用 Southern 印迹分析、脉冲场凝胶电泳（PFGE） 以及放射性和荧光原位杂交（1991） 证实了 CST3 和其他家族 II 半胱氨酸蛋白酶抑制剂被分配到 20 号染色体。带有半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 特异性探针的 PFGE 显示了单个 300 kb BssHII 片段，并且原位杂交将该基因座特异性定位到 20p11。该位置被发现靠近 Alagille 综合征患者的断点（参见 118450）。
根据荧光原位杂交、Southern blot 和 PFGE 研究的结果，Schnittger 等人（1993） 得出结论，CST3 和半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因家族的其他 7 个成员可能聚集在染色体 20p11.2 上的 1.2 Mb 片段内。通过荧光原位杂交，Dickinson 等人（1994） 表明半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因簇（CST1 至 5、CST1 和 2 假基因）跨度小于 905 kb。
胡等人（1995） 将小鼠 Cst3 基因定位到小鼠 2 号染色体远端。
▼ 基因功能
胱抑素 C，最初被称为“γ-trace”，最初被描述为正常脑脊液（CSF） 和肾衰竭患者尿液的成分（Grubb 和 Lofberg，1982）。它存在于许多神经内分泌细胞中，据报道其在脑脊液中的浓度是健康成人血浆中的5.5倍（Lofberg和Grubb，1979；Lofberg等，1981；Lofberg等，1983）。 Grubb 和 Lofberg（1982） 在人垂体中检测到了这种蛋白质，并认为它是胃肠胰神经内分泌系统的一部分。
动脉粥样硬化和腹主动脉瘤（AAA；100070）的发病机制涉及弹性层的破坏。弹性蛋白半胱氨酸蛋白酶，包括组织蛋白酶 S（CTSS; 116845） 和 K（CTSK; 601105），在动脉弹性蛋白损伤部位过度表达。在动脉粥样硬化和动脉瘤性主动脉病变中，Shi 等人（1999） 发现与正常血管壁平滑肌细胞相比，胱抑素 C 水平严重降低。在通过超声检查筛查的 122 名 AAA 患者中，腹主动脉直径增加与血清胱抑素 C 水平呈负相关。在体外，细胞因子刺激的血管平滑肌细胞分泌组织蛋白酶，当用 TGF-β-1 处理诱导胱抑素 C 分泌时，组织蛋白酶的弹力分解活性可能被阻断（190180）。这些发现强调了半胱氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 之间的不平衡在动脉壁重塑中的潜在重要作用，并确定半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 缺乏症发生在血管疾病中。施等人（1999） 指出，在他们的研究中观察到半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 的显着抑制与半胱氨酸蛋白酶表达的增加同时发生，这代表了人类疾病中第一个获得性半胱氨酸蛋白酶抑制剂缺陷。
皮尔蒂拉等人（2005） 发现 61 名接受癫痫手术的颞叶癫痫患者（参见例如 608096） 的脑组织中海马齿状回分子层的胶质细胞中胱抑素 C 表达增加。这一发现在 26 名海马硬化患者和颗粒细胞弥散患者中最为明显。高胱抑素C表达也与新生神经元细胞的异常迁移有关。在慢性癫痫大鼠模型中也观察到类似的结果。皮尔蒂拉等人（2005） 得出结论，胱抑素 C 参与癫痫齿状回的网络重组。
在 29 名多发性硬化症患者（MS; 126200） 中的 19 名患者的脑脊液样本中，Irani 等人（2006） 鉴定了半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 的 12.5-kD 裂解产物，该产物是通过从 C 末端去除最后 8 个氨基酸而形成的。在 27 名不相关神经系统疾病患者或另外 27 名急性横贯性脊髓炎患者的脑脊液样本中未发现 12.5-kD 峰值，但在一些 HIV 感染患者中发现其水平低于 MS 患者。伊拉尼等人（2006） 认为半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 的裂解可能是一种适应性宿主反应。
德尔博西奥等人（2007）和汉森等人（2007） 孤立鉴定了半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 的 12.5 kD 产物，该产物是由于 -20 摄氏度下不当储存导致前 8 个 N 末端氨基酸降解而形成的。与对照组相比，21 名和 43 名 MS 患者的 CSF 中分别未观察到胱抑素 C 片段的显着差异。两组都得出结论，脑脊液胱抑素 C 并不是诊断 MS 的有用标志物。惠勒等人在回应中（2007） 指出他们将脑脊液样本储存在-80 摄氏度下（Irani 等人, 2006），并且他们确定的切割位点位于C 末端。更准确的测量表明，C 端片段为 12,546.6 Da，N 端片段为 12,561.3 Da，表明存在 2 个大小相似但不同的半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 片段。
▼ 分子遗传学
Balbin 和 Abrahamson（1991） 在 CST3 基因启动子区域的 85 bp 片段内鉴定了 3 个变体。所有 3 个基因都具有相同的等位基因，并表现出孟德尔遗传。多态性显然是相关的，因为未鉴定出仅携带 3 个碱基变化中的 1 个的等位基因。变体等位基因，称为“B”。频率为 0.29（“A”的频率为 0.71）。这 3 种多态性导致 2 种常见的单倍型：“A”、“A”和“A”。包括-157G、-72A和+73G以及“B”；包括 -157C、-72C 和 +73A（Olafsson，1995；Finckh 等人，2000）。
脑动脉淀粉样变性，冰岛型
Ghiso 等人使用高效液相色谱（HPLC） 胰蛋白酶指纹分析（1986） 发现冰岛淀粉样变性（105150） 中正常胱抑素 C 和胱抑素 C 变体之间的差异，冰岛淀粉样变性也称为遗传性脑出血伴淀粉样变性（HCHWA）。在一名 HCHWA 患者中，Abrahamson 等人（1987） 发现了 CST3 基因的突变（L68Q; 604312.0001）。詹森等人（1987） 在冰岛型淀粉样变性患者沉积的淀粉样蛋白中发现了异常的半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 蛋白序列。异常包括氨基末端缺少 10 个氨基酸以及第 58 位氨基酸取代（对应于半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 中的第 68 位）。
阿尔茨海默病
通过连锁分析，Blacker 等人（1997） 和戈达德等人（2004） 在 20 号染色体上含有 CST3 基因的 11.8-cM 候选区域中鉴定了晚发性阿尔茨海默病（AD8; 607116） 的易感位点。戈达德等人（2004） 观察到 AD 与位于 CST3 基因附近的标记之间的关联。
Finchh 等人在 517 名 AD 患者中（2000） 发现 CST3 B 单倍型的纯合性与迟发性 AD 显着相关（比值比为 3.8）。克劳福德等人（2000） 发现 +73G 等位基因与迟发性 AD 之间存在关联。然而，莫纳斯特罗等人（2005） 和 Nacmias 等人（2006） 发现 CST3 基因多态性与 AD 之间没有关联。
CST3 外显子 1 中的非同义 73G/A 多态性导致信号肽中倒数第二个 A25T 错义变化（604312.0002）（Radde et al., 2006）。 CST3 thr25 等位基因与阿尔茨海默病风险增加有关（Finckh 等，2000；Cathcart 等，2005；Bertram 等，2007）。有人认为，thr25 变异会损害细胞内胱抑素 C 加工，导致 thr25 等位基因携带者血浆中细胞外胱抑素 C 的分泌受损和水平降低。凯瑟等人（2007）表明人半胱氨酸蛋白酶抑制剂C在淀粉样蛋白-β前体蛋白（APP；104760）转基因小鼠的脑中过度表达可减少大脑淀粉样蛋白-β沉积，并且半胱氨酸蛋白酶抑制剂C结合淀粉样蛋白-β并抑制原纤维形成。结果表明半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 浓度可调节脑淀粉样变性风险，并为遗传风险评估和治疗干预提供机会。
米等人（2007） 将过表达人 CST3 的转基因小鼠与过表达人 APP 的小鼠杂交。他们发现半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 与可溶性淀粉样蛋白-β 肽结合并抑制其大脑淀粉样蛋白沉积。米等人（2007） 假设内源性胱抑素 C 是脑脊髓液、血液和大脑中可溶性淀粉样蛋白 β 的载体，它抑制淀粉样蛋白 β 聚集成不溶性斑块。
年龄相关性黄斑变性 11
在一项病例对照研究中，Zurdel 等人（2002） 研究了 CST3 的单倍型 A 或 B（A25T; 604312.0002） 是否与白种人群体中渗出性年龄相关性黄斑变性（611953） 存在遗传相关性。他们发现 A25T（变体 B）可能是一种隐性风险等位基因，显着增加了高达 6.6% 的德国 ARMD 患者的疾病风险。
巴特勒等人（2015） 使用外显子组测序项目的 3,781 个外显子组作为群体对照，对 350 名英国白人 ARMD 患者的 CST3 A25T（c.73G-A） 变异进行了病例对照分析。尽管结果在 0.05 的 α 水平下并不显着，但纯合子比杂合子患 ARMD 的风险更大。将他们的数据与之前报道的关联研究（Zurdel 等，2002）的数据相结合，AMD 风险存在隐性效应的证据得到了加强（比值比，1.89；p = 0.005）。巴特勒等人（2015） 认为具有隐性效应的常见变异是部分“遗传性缺失”的原因。多因素疾病，全基因组关联研究可能不足以检测到。
▼ 等位基因变异体（2 个选定示例）：
.0001 淀粉样变性，脑动脉，冰岛型
CST3、LEU68GLN
在患有冰岛型脑动脉淀粉样变性（105150） 的患者中，Abrahamson 等人（1987） 发现了 CST3 基因中的 358T-A 颠换，导致 leu68 到 gln（L68Q） 的取代。帕尔斯多蒂尔等人（1988） 使用限制性位点分析表明，杂合 L68Q 突变与该疾病在 8 个家族中分离。
亚伯拉罕森等人（1992） 描述了一种快速、简单的冰岛型脑动脉淀粉样变性诊断方法，该方法基于寡核苷酸定向酶促扩增血液样本中含有半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 基因外显子 2 的 275 bp 基因组 DNA 片段，然后消化用 AluI 扩增产物。患者扩增 DNA 片段中 AluI 识别位点的丢失导致琼脂糖凝胶电泳上的条带图案出现偏差。 4个不同家族的受影响成员均具有L68Q突变。
通过体外功能分析，Abrahamson 和 Grubb（1994） 发现突变型 L68Q 胱抑素 C 蛋白可有效抑制半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶 B（116810），但在转移至非变性缓冲液后立即开始二聚化并失去生物活性。二聚化高度依赖于温度，孵化温度从 37 摄氏度升高至 40 摄氏度，导致二聚化率增加 150%。与 37 摄氏度相比，40 摄氏度时生理浓度的聚集增加约 60%。 Abrahamson 和 Grubb（1994） 提出，通过医疗干预来终止疾病特征携带者的发热期，可能会减少体内 L68Q 半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 聚集体的形成。
.0002 与年龄相关的黄斑变性，11
CST3，ALA25THR（rs1064039）
在一项病例对照研究中，Zurdel 等人（2002） 研究了 CST3 的单倍型 A 或 B（A25T） 是否与白种人群体中渗出性年龄相关性黄斑变性（611953） 存在遗传相关性。患者和对照之间的基因型计数存在显着差异，这完全可以用患者（6.6%） 高于对照（2.3%） 的纯合 CST3 基因型 B/B 来解释，这表明与 ARMD 相关的比值比CST3 B/B 为 2.97（95% CI，1.28-6.86）。祖德尔等人（2002） 得出结论，A25T 可能是一种隐性风险等位基因，显着增加了高达 6.6% 的德国 ARMD 患者的疾病风险。
巴特勒等人（2015） 使用外显子组测序项目的 3,781 个外显子组作为群体对照，对 350 名英国白人 ARMD 患者进行了 CST3 A25T 变异（rs1064039） 的病例对照分析。虽然结果在 0.05 的 α 水平下并不显着，但纯合子（AA） 比杂合子（GA） 患 ARMD 的风险更大。将他们的数据与之前报道的关联研究（Zurdel 等，2002）的数据相结合，AMD 风险存在隐性效应的证据得到了加强（比值比，1.89；p = 0.005）。
