介紹

RAGE 是免疫系統中的一種核心訊號分子，參與炎症的持久和複雜反應。RAGE 也是糖基化產物的受體，並充當模式識別受體，識別共同特徵而不是特定配體。關於 RAGE 的細胞外結構的新資訊導致了這一發現。X 射線晶體學和核磁共振實驗程式表明，配體結合是由外域和配體之間的靜電相互作用驅動的，外域帶正電，而配體帶負電。

RAGE 和炎症

這種受體，RAGE，是細胞表面受體超家族的一部分，稱為免疫球蛋白 (Ig)。它是包括糖尿病、炎症、動脈粥樣硬化、神經退行性疾病甚至癌症在內的嚴重慢性疾病發展中的主要分子。健康動物的 RAGE 分子表達量很低，但隨著健康狀況或疾病的惡化，表達量會增加。RAGE 分子表達的增加也會增加附著在 RAGE 分子上的配體表達。RAGE 配體的例子包括 AGEs，它們是晚期糖基化終產物和 S100 蛋白家族的成員。AGEs 也是許多其他組的一部分，包括高遷移率族蛋白盒 1 (HMGB1)、β 澱粉樣蛋白和纖維蛋白聚集體。配體與 RAGE 受體的結合激活了各種訊號通路，這些通路依賴於配體、環境或細胞型別。這些通路可能是

RAS-細胞外訊號調節激酶通路
應激啟用蛋白激酶通路
p38 絲裂原活化蛋白 (MAP) 激酶通路
cAMP 響應元件結合 (CREB) 蛋白
轉錄家族啟用 (STAT3)

當炎症反應正在進行時，RAGE-配體附著會導致 RAGE 分子表達增加。這是一種正反饋迴路，會導致 NF-κB 的持續啟用，NF-κB 是一種核轉錄因子，允許將正炎症反應轉化為慢性生理狀態。這種現象的研究人員意識到，為了防止 RAGE 分子抑制炎症反應，RAGE-配體和 RAGE 分子產生的正反饋迴路應該透過阻斷受體-配體相互作用位點來破壞。然而，這需要對 RAGE-配體相互作用機制有深入的瞭解。

結構

X 射線晶體學和核磁共振波譜法使得能夠研究 RAGE 的結構以及 RAGE-配體識別的機制。RAGE 具有很大的正表面電荷，使其能夠為帶負電荷的配體建立靜電陷阱。RAGE 的分子組織在啟動配體相互作用的訊號中起著重要作用。透過研究熒游標記的受體，很明顯 RAGE 不以細胞質膜中的單一分子形式存在，而是收集在受體組裝體中。

RAGE 具有單個跨膜螺旋，將外域與短的胞質域連線起來，以及一個配體識別和結合所需的細胞外成分。這種細胞外成分具有三個類似免疫球蛋白 (Ig) 的結構域。N 端 Ig 結構域被分配給 Ig 樣分子的 V 集，被稱為 RAGE 的 V 結構域。另外兩個 Ig 結構域是 C1 和 C2 集的一部分。N 端 V 結構域位於遠離質膜的位置，但 C2 結構域位於靠近膜的位置。V 和 C1 結構域可以連線在一起形成一個細長的結構。V 和 C1 結構域可以固定併成為 VC1 結構域，可以通過幾個沒有二級結構的氨基酸連線到 C2 結構域，從而使 VC1 和 C2 結構域連線起來。核磁共振波譜研究表明，VC1 作為一個單位移動，並且可以與 C2 結構域結合。

V 結構域包含大量的精氨酸和賴氨酸，它們在中性 pH 值下帶有正電荷。RAGE V 結構域的精氨酸和賴氨酸含量比 Ig 結構域的 V 集要高。精氨酸和賴氨酸殘基在 V 和 C1 結構域的表面形成大的帶正電荷的區域。同時，C2 結構域在其表面主要具有酸性殘基，並且帶負電荷。由於這兩個結構域帶相反的電荷，RAGE 的細胞外成分被細分。這種細分反映在不同結構域的配體結合特性中，因為配體不會由於電荷排斥而與 C2 結合。大多數配體傾向於與 V 結構域或 VC1 結構域結合，因為配體帶負電荷。只有一個案例是配體與 C2 結構域結合。儘管如此，電荷-電荷相互作用對於受體-配體複合物的形成非常重要，並且表明 RAGE 分子的帶正電荷的配體結合域可以識別配體的負電荷的某些排列，並且可以識別這些排列作為配體的共同特徵。

受體-配體相互作用

正電子發射斷層掃描 (體內) 和體外實驗使得能夠研究配體的結合。體外研究是透過監測 RAGE 配體的細胞反應以及蛋白質-蛋白質相互作用來進行的。結論是，RAGE-配體結合會導致細胞立即做出反應。當 RAGE 和配體之間的結合親和力高時，配體及其 RAGE 分子的訊號強度會增加。當訊號複合物被啟用更長時間時，訊號強度也會增加。配體結合過程有兩個階段。首先，解離階段揭示了訊號傳導能力複合物的壽命。在體外解離緩慢的配體可以誘導更長和更強烈的受體啟用。表面等離子共振 (SPR) 是一種觀察這些啟用的方法，因為它檢查了受體的即時相互作用，該受體可以被固定，以及可以結合的配體。可以觀察到結合的熱力學，包括 RAGE-配體吸引力的親和力以及解離的動力學。SPR 技術還發現，多聚體或由多個亞基組成的配體與其受體的結合時間更長。

RAGE 配體

Rage 配體非常多樣，並且具有共同特徵，可以啟用 RAGE 分子。以下是 RAGE 配體的例子

AGEs (晚期糖基化終產物)

這些分子是異質的，來源於蛋白質、肽和糖的縮合和氧化。形成 AGE 的第一步是糖的醛基與來自賴氨酸或精氨酸氨基酸的胺基的反應。這是一個非特異性且非酶促的過程，稱為糖基化。當個體糖基化水平高且頻繁時，會導致糖尿病和其他併發症。AGEs 的氧化可以透過氨基的羧甲基化來增加配體上的整體負電荷。AGEs 和 RAGE 之間具有很高的親和力，並啟動了對促炎反應的高度耐受性。AGE 和 RAGE 的相互作用被認為是糖尿病併發症和心血管疾病的主要原因。

S100 蛋白

該蛋白家族包含超過 25 個成員，每個成員都表現出不同的模式和功能。這些蛋白質很小且呈酸性，並且具有兩個由柔性環連線的不同鈣結合位點。S100 蛋白形成同二聚體，有時還形成異二聚體和寡聚體，例如四聚體和八聚體。S100 蛋白主要存在於脊椎動物中，並定位於細胞質中，充當鈣感測器。這些蛋白質可以表現出細胞內鈣訊號傳導和結合，導致 S100 蛋白構象和形狀發生改變。在細胞外空間，由於鈣濃度高，S100 蛋白會負載鈣，因此它們可以輕鬆地與 RAGE 結合。

澱粉樣蛋白 β 和澱粉樣蛋白纖維

阿爾茨海默病是由澱粉樣蛋白 β 肽的細胞外沉積引起的，而澱粉樣蛋白 β 肽源於澱粉樣蛋白前體蛋白的蛋白水解裂解。澱粉樣蛋白 β 肽包含 40 到 42 個氨基酸。這些肽具有酸性和疏水區域，容易積累澱粉樣蛋白纖維，這些纖維在腦中積聚形成澱粉樣斑塊，導致阿爾茨海默病。阿爾茨海默病的小鼠模型表明，RAGE 結合澱粉樣蛋白 β 並將其從血液中移動到中樞神經系統 (CNS) 的血腦屏障。體外分析表明，RAGE 和澱粉樣蛋白 β 對可溶性澱粉樣蛋白 β 肽具有高親和力。RAGE 也可以結合澱粉樣蛋白纖維。

高遷移率族蛋白 1 (HMGB1)

這種蛋白質具有細胞外調節功能，並充當促炎啟用劑。HMGB1 有三個結構域：兩個 N 末端結構域參與 DNA 結合，一個 C 末端結構域包含各種酸性氨基酸，並指導與 RAGE 分子的結合。HMBG1 結合 RAGE 和 Toll 樣受體 9 (TLR9)，形成啟用 B 細胞的 HMGB1-RAGE-TLR9 複合物。DNA 可以與 RAGE 高親和力結合並形成穩定的複合物，而無需 HMGB1 蛋白，但 DNA-RAGE 相互作用尚未產生明顯的結果。

配體及其共同特徵

RAGE 可以識別不同配體中的共同特徵。RAGE 配體在其表面具有淨負電荷。它們通常也具有中性 pH 值，但 S100 蛋白具有酸性 pH 值。此外，AGE 通常在其表面不帶負電荷，直到它們在糖基化和氧化過程中發生轉化。大多數配體也發生寡聚化。AGE 修飾蛋白質，導致與較高摩爾質量分子的共價鍵。S100 蛋白也形成四聚體或八聚體的巨大組裝體。

參考文獻

Fritz, Gunter. RAGE: a single receptor fits multiple ligands. Trends Biochem Sci. 2011 Dec(12): 625-32. Epub2011 Oct19.