综述：菱形蛋白超家族：理解其无处不在的作用（Death, taxes, and rhomboids: Understanding the ubiquitous roles of the rhomboid protein super-family）

本综述系统梳理了菱形蛋白超家族（rhomboid super-family）的结构与功能，涵盖超过12.2万个成员（包括活性与非活性蛋白酶）。文章重点探讨了其保守的菱形折叠（rhomboid fold）、底物识别机制（如动态构象变化与膜脂变薄效应）及其在疾病中的作用（如癌症、神经退行性疾病与寄生虫感染）。作者强调该家族蛋白通过膜环境调控实现功能多样性（如EGFR信号传导、ERAD质量控制），并指出其作为药物靶点的潜力与挑战（如活性位点高度保守）。推荐研究者关注其脂质依赖性与构象动力学的最新进展。

　　

菱形蛋白超家族：古老结构与现代功能

菱形蛋白超家族是膜蛋白中最大的家族，涵盖超过122,000个成员，遍布几乎所有生命领域。这一家族虽序列保守性低，但均共享一个核心的六次跨膜α-螺旋束结构——菱形折叠（rhomboid fold）。其功能从经典的蛋白酶活性到非催化性的质量控制角色，彰显了其在细胞组织与稳态中的基础地位。

菱形蛋白的多重角色

菱形蛋白的功能极为多样。活性蛋白酶成员（如果蝇Rhomboid-1）通过切割跨膜底物参与EGFR信号传导，调控生长因子成熟；细菌中的AarA则介导群体感应。近年来，研究焦点逐渐转向催化失活的“伪蛋白酶”（pseudoprotease），如Derlin和iRhom家族。它们虽无蛋白酶活性，却在内质网相关降解（ERAD）途径中识别错误折叠的膜蛋白，并协助其逆转运至胞质降解。此外，iRhom2通过调控ADAM17金属蛋白酶影响炎症信号传导，而线粒体菱形蛋白酶PARL则在线粒体动态与线粒体自噬（mitophagy）中发挥核心作用。

保守的结构与关键基序

尽管序列差异显著，菱形蛋白家族的结构拓扑高度保守。典型的6TM束（6次跨膜螺旋）常见于原核生物，而真核生物成员可能额外获得N端或C端跨膜螺旋（1+6或6+1拓扑）。多个关键基序维持其结构与功能：

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  GxxxG模体：位于TM4，介导螺旋间紧密堆积，稳定整体结构。突变该序列会破坏蛋白酶活性与Derlin功能。

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  WR模体：位于L1环，通过疏水屏蔽与静电作用稳定蛋白在膜中的朝向，并参与脂质变薄（membrane thinning）。

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  催化三联体：仅存在于活性蛋白酶中，包含经典丝氨酸-组氨酸 dyad（GxSx与A/GH序列），负责底物肽键水解。

底物识别：动态与脂质环境的交响

菱形蛋白酶不依赖严格的共识序列识别底物，而是通过构象动力学与局部膜环境实现特异性。研究表明：

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  底物通常为单次跨膜蛋白，其跨膜区包含螺旋破坏残基（如脯氨酸或甘氨酸），易于解旋并进入蛋白酶活性位点。

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  门控螺旋（如TM5）的构象动力学是速率限制步骤。突变门控残基可显著改变切割效率与位点特异性。

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  脂质环境直接影响蛋白酶活性。例如，GlpG在薄脂双层（如DLPC）中活性最高，且特异性结合磷脂酰乙醇胺（PE）以促进膜变薄。类似地，RHBDL4的活性受胆固醇水平调节，PARL则依赖心磷脂（cardiolipin）实现最佳切割。

伪蛋白酶（如Derlin）同样依赖膜变薄机制识别错误折叠的客户蛋白，并通过细胞质域（如SHP box）招募CDC48/p97等ATP酶，驱动逆转运过程。

菱形蛋白与疾病关联

菱形蛋白功能紊乱与多种疾病密切相关：

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  寄生虫感染：疟原虫（Plasmodium）和弓形虫（Toxoplasma）的菱形蛋白酶（如PfROM4、TgROM5）切割粘附蛋白，促进宿主细胞侵袭。

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  癌症：RHBDL4通过Wnt/EGFR信号通路促进乳腺癌与结肠癌进展；iRhom2则通过调节角质蛋白K16影响上皮稳态与肿瘤发生。

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  神经退行性疾病：PARL功能缺陷导致线粒体质量失控，与帕金森病、阿尔茨海默病及2型糖尿病相关。

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  炎症调控：iRhom2-ADAM17轴调控TNFα分泌，影响炎症反应与组织修复。

靶点潜力与挑战

尽管菱形蛋白家族是重要的药物靶点，其高度保守的活性位点与共同折叠为抑制剂设计带来挑战。当前研究正探索变构调控、脂质环境修饰以及特异性界面抑制等策略，以克服选择性难题。

展望：未解之谜与未来方向

菱形蛋白研究仍处于快速发展阶段。未来需聚焦于：

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  更多高分辨率结构（尤其伪蛋白酶复合物）的解析；

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  动态过程在天然膜环境中的表征（如固态NMR与冷冻电镜）；

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  脂质依赖性功能的机制阐明；

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  跨物种功能保守性与特异性的进化基础。

通过整合结构生物学、生物物理学与细胞功能研究，菱形蛋白超家族将继续作为理解膜蛋白功能与设计的典范系统。