ADAMTS蛋白酶在女性生殖系统中的研究进展

Research Progress of ADAMTS Protease in Female Reproductive System

摘要: ADAMTS (含I型血小板反应蛋白基序的去整合素金属蛋白酶)家族是一个由26个分泌分子组成的超家族，由两个相互关联但不同的家族组成。该家族核心功能在于调控细胞外基质(extracellular matrixc, ECM)的动态重塑，同时参与血管生成抑制、生长因子激活及细胞信号传导，在组织形态发生、生殖系统发育、炎症反应和肿瘤转移等病理生理过程中发挥枢纽作用。现有研究证实，ADAMTS家族在女性生殖系统的发育调控中具有关键作用，其表达谱系与卵泡发育、子宫内膜周期性重塑等生理过程中的密切相关，值得注意的是，该家族成员的功能异常与子宫肌瘤、子宫内膜异位症等多种妇科疾病的病理进程呈现显著相关性。本文将回顾ADAMTS家族成员的蛋白结构特征、生物学功能及其在女性生殖领域中的最新研究进展，探讨ADAMTS蛋白在妇科疾病中的差异性表达模式，评估其作为疾病标志物及药物靶点的潜在价值，为女性生殖健康相关疾病的分子机制研究提供新的理论视角。

Abstract: The ADAMTS (A Disintegrin and Metalloproteinase with Thrombospondin Motifs) family is a superfamily composed of 26 secretory molecules and consists of two interrelated but distinct subfamilies. The core function of this family is to regulate the dynamic remodeling of the extracellular matrix (ECM), and it also participates in angiogenesis inhibition, growth factor activation, and cell signaling. It plays a pivotal role in various pathophysiological processes, including tissue morphogenesis, reproductive system development, inflammatory responses, and tumor metastasis. Existing studies have confirmed that the ADAMTS family plays a key role in the regulation of female reproductive system development, with its expression profile closely related to physiological processes such as follicular development and endometrial periodic remodeling. Notably, functional abnormalities of ADAMTS family members are significantly associated with the pathological processes of several gynecological diseases, including uterine fibroids and endometriosis. This paper reviews the structural characteristics and biological functions of ADAMTS family members and their latest research progress in the field of female reproduction. It explores the differential expression patterns of ADAMTS proteins in gynecological diseases, evaluates their potential value as disease markers and drug targets, and provides a new theoretical perspective for the molecular mechanism research of diseases related to female reproductive health.

1. 概述

ADAMTS家族是一类Zn²⁺依赖性金属蛋白酶超家族，自1997年Matsushima等首次从小鼠结肠腺癌中克隆出ADAMTS1以来，该家族目前已确认包含19个独立亚型(其中ADAMTS11因与ADAMTS5存在高度序列同源性而被取消独立命名) [1]。依据催化底物的特异性差异，ADAMTS家族分可进一步细分为五个功能亚类：蛋白聚糖酶(ADAMTS1、4、5、8、9、15和20)，氮端前胶原信号肽酶(ADAMTS2、3和14)，软骨寡聚基质蛋白裂解酶(ADAMTS7和12)，血管性血友病因子蛋白酶(ADAMTS13)和一群未知底物的孤儿金属蛋白酶(ADAMTS6、10、16、17、18和19)。作为ECM动态平衡的关键调控因子，ADAMTS家族通过特异性识别并水解ECM中的结构蛋白及生物活性分子[2] [3]，在器官发生中的组织重塑、血管网络构建、免疫应答调控以及肿瘤微环境演化等过程中发挥核心调控功能[4] [5]。其功能异常与多种疾病密切相关，如ADAMTS2突变导致Ehlers-Danlos综合征[6]，血栓性血小板减少性紫癜的发生与ADAMTS13的沉默密切相关[7]，ADAMTS5参与骨关节炎的发生发展[8]；ADAMTS1和ADAMTS7通过刺激血管平滑肌细胞的迁移可介导动脉粥样硬化的发生发展[9]。近期研究发现，一些家族成员的异常表达与肿瘤疾病的发生、迁移等生物学行为密切相关，例如ADAMTS1、4、5和18等[10]。且ADAMTS蛋白多糖酶在女性生殖系统中呈现广泛表达特征[11]，其表达水平与多囊卵巢综合征[12]、子宫内膜异位症等女性生殖系统疾病进程相互影响[13]，在女性生殖相关的激素调控方面发挥重要作用[14]-[17]。本文将对ADAMTS家族在女性生殖系统中的研究进展展开系统性综述。

2. ADAMTS蛋白酶的构成及功能

在结构上，所有ADAMTS家族成员均呈现典型的多结构域特征，其空间构象由催化活性结构域和调控性辅助结构域两部分构成。具体而言，N-端催化结构域依次包括信号肽、前导肽、金属蛋白酶结构域和类去整合素样结构域。主要负责酶活性和底物初步结合，发挥水解酶的催化作用[4]，扩展了酶的氨基末端区域。C-端辅助结构域在所有ADAMTS中显示出最大的结构变异性，包含中心血小板反应蛋白1型基序(TSP1)、半胱氨酸富集结构域、间隔子结构域和可变数量的TSR结构域。一些特定的ADAMTS还在羧基末端区域显示出更专门的结构域，主要负责调控底物特异性、ECM定位及相互作用，在与其他ECM组分相互作用和控制酶的催化活性中发挥重要作用。

2.1. N端信号肽序列

其位于最N端，主导定位作用，引导蛋白质分泌至细胞外。一般会在ADAMTS被分泌之前脱离ADAMTS分子。

2.2. 前导肽

该区域通常由41~295个氨基酸组成，其长度及序列特征在不同成员中存在差异。前导肽的去除是激活蛋白酶的关键起点，该区域内的分子内相互作用可以维持酶原的失活状态，只有当被特异性蛋白酶并在高尔基复合体中降解移除后可转化ADAMTS蛋白酶，才可获得催化活性。因此。但要注意的是，ADAMTS13的生物学特性例外，其在前导肽未完全切除的情况下仍保留部分酶活性，并作用于血管性血友病因子(von Willebrand factor, vWF) [18]。弗林样结构域(RXXR)位于前导肽和催化域之间，除了ADAMTS10和ADAMTS12缺乏保守的弗林蛋白酶(Furin)识别位点，其他成员能够通过弗林样结构域完成蛋白酶解加工过程。

2.3. 类金属蛋白酶结构域

该催化结构域包含的活性基列HEXGHX-F/L-G/N-XXHD与蛇毒金属蛋白酶(SVMPs)的催化活性序列具有高度同源性，构成ADAMTS蛋白家族成员的特征性分子标识。该基序由三个结合Zn²⁺的组氨酸(H)，发生链转角的甘氨酸(G)及可作为催化核心位点的谷氨酸(E)构成。ADAMTS蛋白激活过程依赖于弗林蛋白样的前蛋白转换酶等特异性识别依赖于前导肽与催化域间的调控基序，进行水解后暴露具有催化活性的结构中心，进而触发蛋白水解级联反应。这种酶促反应不仅调控细胞外基质蛋白的定向降解，也参与细胞膜表面蛋白的脱落过程。ADAMTS蛋白凭借此结构域中的水解酶活性，在细胞周期调控、细胞外基质动态重塑、新生血管形成以及细胞迁移等关键生物学过程中发挥着关键作用，其活性异常与肿瘤侵袭转移等病理过程存在密切联系。

2.4. 类去整合素结构域

该区域包含的类去整合素结构域富含半胱氨酸，其核心镶嵌着一个由13~15个氨基酸残基组成的去整合素的环状结构环。其环状结构内含的ＲG(D/X)识别基序(X多为带负电荷的氨基酸)虽不具备直接整合素的能力，但可通过变构调节显著影响细胞与细胞间及细胞与基质间的粘附动力学，构成细胞微环境调控的重要因子。该结构域C端半胱氨酸富集区内的高变区能够介导整合素依赖的细胞信号转导，促进细胞因子释放，激发炎症反应[19]，调控细胞间的融合，在炎症应答、组织修复及病理状态下的细胞行为调控中具有重要生物学意义。

2.5. TSP1域及TSP1重复序列

在ADAMTS家族中，TSP1 (血小板反应蛋白1)结构域表现高度保守性，其氨基酸序列在不同成员间几乎完全一致。TSP1功能域通过特异性识别并结合CD36受体，在血管内皮细胞中发挥抑制增殖和迁移作用，从而有效阻断新生血管的形成[9]。TSP1重复序列被定义为ADAMTS蛋白C端存在的1至7个串联重复片段，其中ADAMTS4是该家族中唯一缺乏此结构域亚型，而ADAMTS12和ADAMTS13包含7个完整的TSP1序列。这些TSP1域和TSP1重复序列组成高度同源，不仅参与底物特异性识别和酶促反应调控，还决定蛋白质在ECM的准确定位，并在炎性细胞募集和平滑肌细胞迁移等生理病理过程中发挥关键调控作用。在ADAMTS4结构中，TSP1域包含关键的糖胺聚糖和CD36结合位点，这些位点的完整性对于ADAMTS4有效降解其底物至关重要。一旦TSP1域发生变异，将显著影响ADAMTS4的酶解活性。同样，ADAMTS1结构中的TSP1域发生突变也会干扰其生理功能，阻碍其正常分泌至细胞外及整合至ECM中的过程。

2.6. 富含半胱氨酸域

富含半胱氨酸域(C-rich域)内含有至少10个甚至更多的半胱氨酸残基，特征显著。ADAMTS2、ADAMTS8、ADAMTS13的富含半胱氨酸域嵌入了特殊的RGD(S)氨基酸序列，因而可视为蛋白酶与整合蛋白的结合位点。ADAMTS家族的这些成员凭借其富含半胱氨酸以及RGD(S)序列的特殊结构，在细胞外基质重塑、细胞信号传导以及细胞黏附等生理过程中扮演着核心角色。

2.7. 间隔区

间隔结构域作为ADAMTS蛋白酶分子结构的关键连接元件，将富含半胱氨酸的调控模块与羧基末端TSP1重复序列分开。该间隔结构域在家族的不同成员间呈现显著的长度多态性，如ADAMTS5、ADAMTS6、ADAMTS7的间隔区分别由158、127和221个氨基酸残基构成[20]，这种序列长度的显著差异提示了该结构域的独特的分子适应性及功能多样性。

2.8. 补体重复域

有研究发现ADAMTS2、ADAMTS13蛋白酶的C端存在CUB域(C1r/C1s, Uegf, Bmp1 domain) [21]，这一结构域与蛋白酶–底物结合的过程之间存在着密切的关联。依据催化底物的差异，ADAMTS可分为：(1) 聚蛋白多糖酶(包括ADAMTS1、4、5、8、9、15和20)：其主要作用于细胞外基质中的大分子蛋白聚糖。该亚群也因血管生成抑制因子ADAMTS1、8视为血管抑制类属；(2) 包含ADAMTS2、3和14在内的前胶原N端肽水解酶特异性参与三螺旋胶原蛋白前体的加工成熟过程，对维持结缔组织稳定性具有关键作用；(3) 包含ADAMTS7和12在内的软骨寡聚基质蛋白(COMP)裂解酶有一个独特的黏蛋白域，通过结合硫酸软骨素介导蛋白水解，参与软骨基质代谢调控；(4) ADAMTS13负责切割vWF的多聚前体蛋白，发挥其促凝血功能；(5) ADAMTS6、10、16、17、18和19因尚未发现特异性作用底物被归类为孤儿金属蛋白酶[10] [22]，其生物学功能有待进一步阐明。

2.9. 结构–功能关系与疾病的关联

上述各结构域的特定组合赋予了不同ADAMTS成员独特的底物特异性、细胞定位和生物学功能。金属蛋白酶结构域提供核心水解活性；去整合素样结构域、TSP1结构域、富含半胱氨酸域及RGD基序介导细胞–基质和细胞–细胞相互作用；TSP1重复序列和C端特异性结构域(如CUB)则影响ECM定位和底物识别。理解这些结构域的功能是解析ADAMTS在特定生理病理过程中作用机制的基础。例如，ADAMTS1和ADAMTS8的TSP1结构域赋予其抗血管生成能力，而ADAMTS4、5、9的特定结构域组合使其成为关键的聚糖酶。这些功能特性直接关联着它们在后续讨论的女性生殖系统发育、常见妇科相关疾病中的关键作用。下文将重点阐述ADAMTS家族成员在女性生殖系统生理及病理过程中的具体功能和表达变化。

3. ADAMTS蛋白与女性生殖系统疾病

ADAMTS的主要生物学功能在于调控细胞外基质(ECM)的结构和功能[22]，不仅影响癌症、炎症、关节炎和结缔组织疾病的发病机制，也可影响基质的形成和吸收、血管生成、排卵和凝血等生理过程。研究表明，ADAMTS家族成员在参与了女性生殖系统的卵泡发育、排卵、胎盘形成、妊娠和分娩等雌性生殖系统的组织形态及发育过程。例如小鼠颗粒细胞的增殖会因ADAMTS9、ADAMTS1的缺乏而抑制，进而阻碍早期次级卵泡发育和卵母细胞成熟[23] [24]；卵丘ECM中透明质蛋白多糖因ADAMTS1、4和9的降解而促进卵丘–卵母细胞复合体(COC)中ECM重构，使基质扩张、卵泡壁破裂后进行排卵[24]-[26]；一些成员因在细胞侵袭、血管形成和ECM结构调控中的功能作用，成为流产、子痫前期、妊娠滋养细胞疾病等相关疾病发生的关键分子，例如ADAMTS1、4和5在孕早期正常胎盘形成中起着重要的作用，ADAMTS8可能通过抑制滋养细胞增殖、侵袭并诱导细胞凋亡，对孕早期胎盘形成产生阻碍[27] [28]，通过检验它们；ADAMTS1、4和9可以通过诱导子宫肌层、宫颈和羊膜的ECM重构从而引起子宫肌层收缩、宫颈扩张和胎膜破裂启动分娩[12] [29]；ADAMTS4、5、9可能与胎膜破裂及炎症反应相关，可作为一种新的预测早产的候选生物标志[30]-[32]。深入研究ADAMTS蛋白多糖酶的功能，有助于揭示女性生殖系统生理与病理过程的分子机制，为预测女性生殖器官功能障碍及疾病发生提供潜在的生物学标记物及治疗靶点，对女性生殖系统疾病的防治具有重要的临床意义。

4. ADAMTS蛋白与常见妇科疾病

近年研究表明，ADAMTS家族通过调控细胞外基质(ECM)重塑及炎症微环境，在子宫内膜息肉、子宫内膜癌及多囊卵巢综合征等妇科疾病中发挥关键作用，其表达异常与疾病进展及治疗反应密切相关。

4.1. 子宫内膜息肉

子宫内膜息肉(Endometrial polyps, EPs)作为妇科常见病，其发病机制尚未完全明确。研究发现，ADAMTS12可能通过促血管生成及炎症调控参与EPs病理进展。相关临床数据显示，EPs患者血清中ADAMTS12水平显著升高，且复发性病例中该指标进一步上调，提示其作为疾病诊断及复发预测生物标志物的潜力[33]。在EPs组织中，ADAMTS12可通过激活ERK信号通路上调血管内皮生长因子(VEGF)表达，进而促进微血管生成(微血管密度增加2.3倍)和细胞增殖(体外增殖率提升47%) [34]，且EPs微环境中肥大细胞数量较正常子宫内膜增加近7倍，其释放的组胺、类胰蛋白酶等介质可通过诱导局部炎症反应协同促进血管新生[35]。值得注意的是，ADAMTS12的TSP1重复序列结构域可能在其促血管生成作用中扮演重要角色。除此以外，基因组学分析发现p53信号通路异常激活与ADAMTS12过表达存在显著相关性，提示遗传调控可能参与ADAMTS12的功能失调。基于上述证据表明ADAMTS12可能通过ERK/VEGF轴驱动血管生成，并协同肥大细胞介导的炎症微环境，共同促进EPs的发生发展及复发进程。这一机制为开发靶向ADAMTS12的分子干预策略提供了理论依据。

4.2. 子宫内膜癌

ADAMTS家族在子宫内膜癌(Endometrial Carcinoma, EC)中展现出促癌与抑癌的双重功能特性。有研究发现ADAMTS5 (其金属蛋白酶结构域活性)会导致具有聚集蛋白酶活性的ECM降解，在诊断为癌症的患者中显著升高，而在诊断为EC的患者中具有抗血管生成活性的ADAMTS8显著降低[36]。ADAMTS18、19同作为抑癌成员，其表达下调与疾病进展显著相关，且在体外具有抗肿瘤增生能力，且ADAMTS19的低表达均与EC患者FIGO分期、淋巴结转移和肿瘤组织的分化程度密切相关[37] [38]，联合检测STAT3磷酸化水平与ADAMTS19表达可显著提升EC预后评估效能，为分层治疗提供新策略。相反，ADAMTS1在EC中特异性高表达，发挥促癌作用。机制研究揭示，前列腺素F2α (PGF2α)通过FP受体激活诱导ADAMTS1表达，其金属蛋白酶结构域活性进而促进肿瘤细胞ECM侵袭并抑制内皮增殖。此外，肿瘤细胞条件培养基(CM)可通过TGF-β/JNK通路双向调控内皮ADAMTS1表达，形成促转移微环境[39]。

4.3. 宫颈癌

在宫颈癌(Cervical cancer)中，ADAMTS家族成员也呈现了显著的功能分化。ADAMTS12作为促癌因子，在宫颈癌组织中表达显著上调，其高表达与患者总生存率降低及侵袭表型密切相关[40]。ADAMTS12的致癌作用可能与调控ECM重构相关基因与肿瘤微环境中B细胞和巨噬细胞，影响TGF-β信号通路有关。相反，ADAMTS18则发挥抑癌功能，其表达水平从宫颈癌早期(Ⅰ期)至晚期(Ⅳ期)逐级下调，且其低表达与淋巴结转移、远处转移及不良预后独立相关[41]。多因素Cox分析证实ADAMTS18是宫颈癌的独立预后标志物，为宫颈癌辅助早期诊断及复发监测提供了新方向。

4.4. 多囊卵巢综合征

ADAMTS家族成员在卵巢中呈现特异性表达谱，其中ADAMTS1作为核心调控因子，通过介导细胞外基质(ECM)重塑及血管生成参与卵泡发育、排卵及黄体形成等关键生理过程。ADAMTS1在卵丘细胞、颗粒细胞及卵泡膜细胞中广泛表达，其mRNA水平在卵丘细胞中显著高于ADAMTS4、5、9 [30] [42]。然而在ADAMTS1在多囊卵巢综合征(Polycystic ovary syndrome，PCOS)患者组织中的表达水平却呈现出现矛盾，有研究发现PCOS患者卵泡液中ADAMTS1蛋白水平比正常排卵女性高1.8倍，且与体外受精胚胎着床率呈正相关[43]，而有研究却表明与正常女性相比，PCOS患者的ADAMTS1血清水平未见异常[44]。尽管在正常患者与PCOS患者中的ADAMTS表达量差异存在争议，但可以明确的是PCOS患者卵母细胞成熟率及优质胚胎率与颗粒细胞中ADAMTS1高表达正相关[45]。ADAMTS1的表达异常也与卵巢功能异常如多囊卵巢综合征密切相关。

4.5. 卵巢癌

ADAMTS家族成员在卵巢癌(Ovarian cancer, OC)中呈现功能异质性，其异常表达与肿瘤恶性进展及转移密切相关。ADAMTS9-AS2作为长链非编码RNA，在OC组织及细胞系中显著下调，其低表达与晚期临床特征和不良总生存期相关[46] [47]。机制研究表明，ADAMTS9-AS2通过调节miR-182-5p/FOXF2轴进而抑制OC细胞增殖及侵袭，提示其作为抑癌因子及潜在治疗靶点的价值。ADAMTS12则在卵巢癌肠转移组织中呈现特异性高表达，其过表达与成纤维细胞增殖活性、纤维化及炎症微环境成正比[48]。且ADAMTS12与FAP (成纤维细胞激活蛋白)协同驱动基质重构，促进高级别浆液性OC并发恶性肠梗阻的发生。因而ADAMTS12基因的高表达可作为卵巢癌转移预警标志物。

5. ADAMTS家族作为治疗靶点的潜力

鉴于ADAMTS家族成员在多种疾病，包括妇科疾病中的关键作用，它们已成为重要的潜在治疗靶点。目前针对特定ADAMTS成员的药物研发已取得一定进展，例如ADAMTS13已作为TTP治疗的核心靶点[49]，现有策略包括血浆置换、利妥昔单抗和阻断vWF-血小板结合。ADAMTS4、5则是骨关节炎中软骨降解的关键介质，多种小分子抑制剂和单抗在临床前模型显示保护软骨效果[50]，为靶向其他ADAMTS成员提供了思路。因此，在女性生殖系统疾病中，可以通过开发靶向ADAMTS的特异性抑制剂，补充或激活表达下调ADAMTS抑癌基因以及利用ADAMTS成员靶向调控ECM和血管生成的特性，治疗相关疾病或抑制肿瘤生长。然而，ADAMTS家族成员结构相似性高，开发高选择性抑制剂难度大，且其功能在生理和病理状态下的双重性需要精确调控，在早期阶段，针对女性生殖系统疾病的特异性靶向药物研发需要更多临床前和临床研究验证其安全性和有效性。

6. 总结及展望

ADAMTS在基质降解和血管抑制方面发挥着重要作用，因而参与了多种疾病的发生发展，包括女性生殖系统疾病。本综述揭示了ADAMTS成员在子宫内膜病变、PCOS、宫颈癌等疾病发生发展中的作用，但针对其分子机制的研究还较少。越来越多的证据表明ADAMTS在各类女性生殖系统疾病中可能扮演重要的角色，但还需更广泛、深入的研究，为ADAMTS功能异常所导致的女性生殖系统疾病提供新的诊疗思路和分子靶标。基于当前研究进展，未来的研究方向应着重于相关分子机制研究、靶向药物开发与验证、诊断与预后标志物的优化与临床应用、临床转化研究等方面对ADAMTS家族在女性生殖系统的深入研究，促进对相关疾病发病机制的认识，为开发新型诊断工具和靶向治疗策略开辟道路，最终造福于女性健康。

NOTES

^*通讯作者。