在人體結締組織中，膠原蛋白和彈性蛋白是細胞外基質(zhì)主要的結構蛋白；由二者構成的膠原纖維與彈性纖維廣泛分布于肌腱、韌帶、皮膚、血管，調節著(zhù)細胞外基質(zhì)的張力及彈性，在組織間行使著(zhù)連接、支持和保護的作用。膠原纖維和彈性纖維是由各自的單體蛋白通過(guò)分子間交聯(lián)組裝形成的。盡管在不同組織中，纖維的構成和交聯(lián)模式不盡相同，但交聯(lián)的位點(diǎn)均發(fā)生于分子表面的賴(lài)氨酸殘基之間。交聯(lián)的起始步驟需要賴(lài)氨酸或羥賴(lài)氨酸殘基氧化脫氨形成高反應活性的醛基，進(jìn)而通過(guò)醛-氨或醛-醛之間的自發(fā)反應形成分子間交聯(lián)。LOX蛋白正是催化交聯(lián)起始步驟的關(guān)鍵酶，因此該家族蛋白對于膠原纖維、彈性纖維的形成以及結締組織的發(fā)育有著(zhù)極為重要的影響。此外，越來(lái)越多的研究表明，LOX家族蛋白的異常表達與組織纖維化以及乳腺癌細胞的轉移密切相關(guān)。
A：LTQ及其介導的生化反應；B：hLOXL2晶體結構 (residues 318-774, N455Q)
LOX家族包含5個(gè)分泌蛋白，其基因在上世紀九十年代相繼得到克隆。家組成員之間N端結構域的保守性較低，而C端催化結構域則高度保守。值得一提的是，催化結構域中含有兩個(gè)對酶活性至關(guān)重要的輔助因子：lysyl tyrosylquinone (LTQ) 以及銅離子。前者是由LOX蛋白自身的兩個(gè)保守氨基酸殘基（lysine 以及 tyrosine）經(jīng)翻譯后的氧化、交聯(lián)形成的一種醌基，它在脫氨反應過(guò)程中起著(zhù)還原力傳遞的中間體作用。LTQ的形成是一個(gè)自催化過(guò)程；而銅離子則是該過(guò)程中的關(guān)鍵因子。
盡管LOX蛋白具有十分重要的生理功能以及疾病關(guān)聯(lián)性，但多年以來(lái)該家族蛋白尚無(wú)任何結構得以解析。施一公教授課題組所報導的人源LOXL2晶體結構則填補了這一空白。在結構中，LOXL2的銅結合位點(diǎn)被鋅離子所占據，阻斷了LTQ的形成；而銅離子的引入則可以顯著(zhù)的激活LOXL2并促進(jìn)LTQ的形成，表明該結構所呈現的是一種鋅離子結合下的前體狀態(tài)。值得注意的是，結構中LTQ的兩個(gè)前體氨基酸之間呈現16.6 ?的距離，表明LOXL2在LTQ形成的過(guò)程中可能會(huì )發(fā)生一定的構象變化；而依據現有結構通過(guò)小分子化合物或抗體來(lái)阻斷LOXL2的激活則是一種可能的藥物設計思路?？偨Y而言，該結構的解析有助于初步理解此類(lèi)蛋白酶的結構與功能關(guān)系，并為后續的結構研究及藥物研發(fā)提供基礎和支持。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生張曦為本文的第一作者，施一公教授和劉旻昊博士為本文的共同通訊作者。本研究感謝范仕龍老師、鄧海騰老師、張文浩等提供的幫助。本研究工作得到了清華大學(xué)結構生物學(xué)高精尖創(chuàng )新中心、國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設施清華基地、清華-北大生命聯(lián)合中心以及國家自然科學(xué)基金的大力支持。
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