Cell Discovery:PAPP-A受proMBP和STC2共价调控的结构基础及分子机制的研究成果

北京大学第三医院妇产科杭婧副研究员/乔杰院士/魏瑗教授研究团队在国际权威期刊Cell Discovery以Research Article形式在线发表了题为“Structural insights into the covalent regulation of PAPP-A activity by proMBP and STC2”（《PAPP-A受proMBP和STC2共价调控的结构基础》）的研究成果。

该研究报道了内源性纯化的PAPP-A（金属蛋白酶妊娠相关血浆蛋白A）分别与调制剂proMBP（嗜酸性粒细胞主要碱性蛋白前体）或STC2（斯钙素蛋白2）形成的两个复合物的冷冻电镜结构。这两种调制剂均通过广泛的相互作用与PAPP-A结合，形成的空间位阻阻止了底物蛋白的结合和切割。研究还指出proMBP对PAPP-A的调控在选择性宫内生长受限（sIUGR）妊娠中具有调节胎盘功能的重要作用。

本研究具有重要的潜在应用价值，可根据PAPP-A聚合状态及活性的改变以及调制剂proMBP调节变化等参数来实现sIUGR等不良妊娠的筛查，为未来胎盘源性妊娠疾病的干预治疗、药物开发和后续应用提供可能性。

金属蛋白酶妊娠相关血浆蛋白A（PAPP-A）是一种锌依赖的金属蛋白酶，最初作为胎盘滋养层分泌的蛋白质在孕妇循环外周血中发现。它可以切割胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBPs）进而增加活性胰岛素样生长因子（IGFs）的生物利用度，促进细胞增殖、分化、迁移和代谢等过程的发生。

妊娠期间，胎盘滋养层细胞分泌产生大量PAPP-A并释放到血浆中，而绝大部分循环外周血的PAPP-A与嗜酸性粒细胞主要碱性蛋白前体（proMBP）通过二硫键共价结合形成非活性的PAPP-A·proMBP复合物，仅有约1%未形成复合物的PAPP-A二聚体具有活性。

此外，斯钙素蛋白2（STC2）也可以通过形成PAPP-A·STC2复合物来共价抑制PAPP-A的活性。然而，PAPP-A蛋白水解的结构基础、这两种调制剂之间的机理差异以及调控的生理意义均知之甚少。

本项研究中，研究者利用人类孕晚期（>34周）妊娠血浆和悬浮细胞的内源性提取技术，报道了PAPP-A·proMBP以及PAPP-A·STC2两个复合物的冷冻电镜结构，这两种调制剂与PAPP-A形成2:2异四聚体，并与PAPP-A催化裂口远端的多个结构域建立广泛的相互作用。这种外位结合（exosite）特性形成的空间位阻阻止了底物IGFBPs的结合和切割，而由含切割位点的IGFBPs连接子区域衍生肽对调制剂的处理不再敏感。

PAPP-A·proMBP复合物的冷冻电镜结构（a. 旋转90°的PAPP-A·proMBP复合物的电镜密度图；b. 与a中相应的卡通图表示；c. PAPP-A和proMBP蛋白的结构域组织示意图）

进一步通过选择性宫内生长受限（sIUGR）的双胎胎盘和脐血样本的分子/细胞生物学研究，研究者发现调制剂proMBP的浓度在大、小胎儿中存在明显差异，致使PAPP-A活性改变。同时，在胎盘绒毛外滋养层细胞（EVTs）过表达PAPP-A可以促进其迁移和侵袭，提升EVT的浸润；当proMBP存在时，这种促进效应被消除，表明了该过程与PAPP-A的酶活调控密切相关，从而影响了胎儿发育，导致了sIUGR双胎生长失衡。该研究为proMBP(STC2)→PAPP-A→IGFBPs信号通路的研究提供了关键的分子基础。

本研究具有重要的生理学与病理学意义。在人类妊娠过程中，母体血液中PAPP-A的浓度会累积数百倍以上，但在胎儿宫内生长受限、子痫前期等病理性妊娠中，这种升高会急剧降低。因此将PAPP-A的浓度、PAPP-A对IGFBPs切割程度以及活性的IGFs数量等分子指标联系起来，通过对PAPP-A聚合状态的有效调控实现对sIUGR双胎进行干预治疗，有望降低其发生的概率，为未来的药物开发和后续治疗应用提供可能性。

proMBP或STC2调节PAPP-A活性的模型示意图

北京大学第三医院妇产科钟启航博士、楚红蕾硕士，北京大学生命科学学院王国鹏博士以及北京大学肿瘤医院章程博士为该论文的共同第一作者，杭婧、乔杰与魏瑗为该论文的共同通讯作者。这项工作得到了北京大学生命科学学院高宁教授、化学与分子工程学院雷晓光教授等团队的大力支持和帮助。该研究成果得到国家重点研发计划及国家自然科学基金等科研项目的资助。