基因介绍

DPP4基因，全称为二肽基肽酶4（Dipeptidyl Peptidase 4），也被广泛称为CD26（分化簇26），是人类基因组中一个具有高度生物学重要性的编码基因。该基因定位于人类第2号染色体的长臂上，具体的细胞遗传学位置为2q24.2。DPP4基因主要负责编码一种一种定位于细胞表面的丝氨酸外肽酶，属于S9B蛋白酶家族，该蛋白作为一个同源二聚体在细胞膜上发挥作用，同时也就存在可溶性的循环形式。从基因结构上分析，DPP4基因跨越了约70kb的基因组序列，包含26个外显子，其复杂的内含子和外显子剪接模式确保了蛋白表达的精确调控。

在蛋白质层面上，DPP4基因转录并翻译出的全长蛋白前体由766个氨基酸残基组成。该蛋白的理论分子量约为88 kDa，然而在体内生理条件下，由于其发生高度的N-糖基化修饰，其实际观测到的分子量通常在100 kDa至110 kDa之间，甚至更高。DPP4蛋白是一种典型的II型跨膜糖蛋白，其结构域划分非常明确且对于其功能至关重要。核心结构域主要包括三个部分：首先是位于N端的短胞质尾区（第1至第6位氨基酸），虽然短小但可能参与细胞内信号传导的锚定；其次是跨膜结构域（第7至第28位氨基酸），负责将蛋白固定在细胞膜的脂质双分子层中，这一疏水区域也是该蛋白作为信号转导分子的关键锚点；最后是巨大的胞外结构域（第29至第766位氨基酸），这是DPP4发挥酶活性的主体部分。

胞外结构域进一步折叠成两个独特的亚结构域：一个是α/β-水解酶结构域（位于C端），包含催化三联体（丝氨酸630、天冬氨酸708和组氨酸740），这是酶活性的中心；另一个是八叶β-螺旋桨结构域（位于N端部分），这一结构域不仅形成了一个通向活性位点的漏斗状通道，限制了底物的大小，还包含了与其他蛋白质（如腺苷脱氨酶ADA、纤连蛋白等）相互作用的结合位点。这种精细的结构设计使得DPP4能够特异性地识别并切割底物，同时作为细胞表面的受体参与多种信号通路。此外，DPP4在小肠刷状缘、肾脏近端小管、肝细胞、胰腺导管上皮以及活化的T淋巴细胞和B淋巴细胞表面均有高丰度表达，显示了其在多组织、多系统中的广泛分布特征。

基因功能

DPP4基因所编码的蛋白质在生理功能上展现出极高的多样性和复杂性，其核心功能主要分为酶依赖性功能和非酶依赖性功能两大类，这两类功能共同构成了机体代谢稳态和免疫防御的基础。

首先，作为一种丝氨酸外肽酶，DPP4最显著的功能是其特异性的底物切割能力。它能够特异性地识别并切除多肽链N端的二肽，特别是当多肽链N端的第二个氨基酸为脯氨酸（Proline）或丙氨酸（Alanine）时。这一催化特性的生理影响极其深远，因为它直接调控了体内多种关键生物活性肽的半衰期。其中最著名的底物是肠促胰素，包括胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP）。GLP-1和GIP在餐后由肠道分泌，能够刺激胰岛β细胞分泌胰岛素并抑制胰高血糖素的分泌。然而，DPP4能迅速降解这两种激素，使其失活。因此，DPP4限制了肠促胰素的降血糖作用，这也是为什么DPP4抑制剂被开发为治疗2型糖尿病的重要药物的原因，通过抑制DPP4活性，可以延长GLP-1和GIP的半衰期，从而改善血糖控制。此外，DPP4还负责裂解神经肽Y（NPY）、P物质、多种趋化因子（如CXCL12/SDF-1）和细胞因子，从而调节神经传递、免疫细胞迁移和炎症反应。

其次，在非酶依赖性功能方面，DPP4（即CD26）作为一种细胞表面受体和共刺激分子，在免疫系统中扮演着关键角色。它能够与腺苷脱氨酶（ADA）紧密结合，这种结合不仅保护ADA免受蛋白水解，还通过降低局部腺苷浓度来调节免疫抑制信号。更重要的是，DPP4与CD45（一种白细胞共同抗原）以及Caveolin-1（小窝蛋白-1）相互作用，参与T细胞的活化信号传导。在免疫突触形成过程中，DPP4被招募到接触区域，作为共刺激信号增强T细胞的增殖和细胞因子的产生。此外，DPP4还能与细胞外基质蛋白（如纤连蛋白和胶原蛋白）结合，介导细胞与基质的粘附，这一功能在组织修复、肿瘤细胞的侵袭和转移过程中具有重要意义。在某些病理状态下，可溶性DPP4（sDPP4）从细胞膜脱落进入血液循环，作为一种脂肪因子，sDPP4已被证实能诱导脂肪组织的炎症和胰岛素抵抗，通过自分泌或旁分泌的方式进一步加剧代谢综合征的病理进程。

生物学意义

DPP4基因的生物学意义超越了单一酶或受体的范畴，它是连接能量代谢、免疫调节和细胞生长的关键枢纽，其异常表达或功能失调与多种重大人类疾病密切相关。

在内分泌与代谢调节领域，DPP4是血糖稳态的“负向调节器”。通过严格控制肠促胰素GLP-1和GIP的生物利用度，DPP4决定了机体对葡萄糖负荷的胰岛素应答能力。在进化生物学角度，这种快速降解机制可能是一种在食物匮乏时期防止低血糖的保护机制，但在现代营养过剩的环境下，这种机制反而促进了2型糖尿病的发展。DPP4水平的升高与肥胖、胰岛素抵抗、非酒精性脂肪肝（NAFLD）密切正相关。研究表明，内脏脂肪组织中DPP4的过表达通过促进巨噬细胞极化为促炎M1型，导致慢性低度炎症，进而破坏胰岛素信号通路。因此，DPP4不仅是糖尿病的治疗靶点，也被视为代谢综合征的重要生物标志物。

在免疫学与肿瘤生物学领域，DPP4具有“双刃剑”效应。作为T细胞活化标志物CD26，它对于维持正常的免疫防御至关重要。然而，在自身免疫性疾病（如类风湿性关节炎、自身免疫性甲状腺炎）中，DPP4的高表达往往与疾病活动度相关。在肿瘤生物学中，DPP4的角色具有高度的组织特异性。在某些癌症（如前列腺癌、黑色素瘤）中，DPP4作为肿瘤抑制因子，通过水解趋化因子CXCL12，阻断CXCR4信号通路，从而抑制肿瘤生长和转移；而在另一些癌症（如间皮瘤、肾细胞癌）中，DPP4的高表达则促进肿瘤细胞的侵袭和耐药性。此外，DPP4还是某些病毒进入宿主细胞的必经之路，最典型的例子是中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV），该病毒的刺突蛋白（S蛋白）特异性结合人DPP4的β-螺旋桨结构域从而侵入细胞，这一发现确立了DPP4在病毒宿主嗜性中的决定性地位。

突变与疾病的关联

DPP4基因的突变虽然不如囊性纤维化等单基因病那样具有极高的致病外显率，但其基因多态性（SNPs）和特定位点的突变在疾病易感性、药物反应以及病毒感染抵抗力方面具有极其重要的临床意义。目前已确认多个具有代表性的位点与疾病状态高度关联。

1. MERS-CoV易感性相关位点：研究表明，DPP4胞外域特别是β-螺旋桨结构域中的特定氨基酸残基是中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）结合的关键。例如，第291位至299位的氨基酸序列对于病毒刺突蛋白的锚定至关重要。在不同物种的比较基因组学研究及定点突变实验中发现，DPP4基因上的K267E（赖氨酸突变为谷氨酸）和A291T（丙氨酸突变为苏氨酸）突变会显著降低MERS-CoV的结合亲和力，从而赋予宿主对该病毒感染的抵抗力。相反，某些位点的变异可能增加病毒进入的效率。这些位点的发现对于理解病毒跨物种传播机制及抗病毒药物设计至关重要。

2. 2型糖尿病与代谢综合征相关多态性：全基因组关联研究（GWAS）已经识别出多个DPP4基因内的单核苷酸多态性（SNP）与2型糖尿病风险、血脂水平及心血管疾病相关。其中，rs3788979是一个被广泛研究的变异位点。研究发现，携带rs3788979 C等位基因的个体可能表现出较低的DPP4 mRNA表达水平，但这与某些自身免疫性疾病的风险调节有关。另一重要位点是rs7608798，该多态性与血浆DPP4活性水平显著相关，携带风险等位基因的个体倾向于具有更高的酶活性，从而增加了患高血糖和血脂异常的风险。此外，rs6741949也被证实与体重指数（BMI）和血脂代谢特征存在关联，提示该位点可能影响DPP4在脂肪组织中的表达调控。

3. 免疫缺陷与功能丧失性突变：虽然极罕见，但在临床研究中并未发现人类DPP4基因完全缺失的存活纯合子，这暗示了DPP4在胚胎发育或基本生理功能中的不可或缺性。然而，在实验动物（如Fisher 344大鼠）中发现的自然发生的Dpp4功能丧失突变（主要由于催化结构域中的Gly633Arg突变导致酶活性丧失），虽然不致死，但表现出对高脂饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗具有显著的保护作用。在人类中，位于催化三联体的关键残基（如Ser630）如果发生突变，理论上将导致酶活性的完全丧失，这可能导致严重的免疫调节障碍，但此类自发突变在临床数据库中极为罕见，更多是作为实验室工具来研究酶非依赖性功能。

最新AAV基因治疗进展

关于DPP4的基因治疗研究，目前的策略与传统的基因替代疗法（即补充缺失基因）不同。由于DPP4在糖尿病和代谢性疾病中通常表现为过度活跃或过表达，因此，针对DPP4的AAV（腺相关病毒）基因治疗主要聚焦于“基因沉默”或“基因敲除”，即利用AAV载体递送CRISPR/Cas9系统或RNA干扰（RNAi）元件，以降低DPP4的表达或活性，从而治疗2型糖尿病和肥胖症。目前主要处于动物研究阶段，暂未检索到针对DPP4基因敲除的临床试验（Clinical Trials）注册信息。

在动物研究进展方面，一项具有代表性的最新研究展示了利用AAV系统长期抑制DPP4的代谢获益。该研究利用AAV8血清型载体（AAV8因其对肝脏的高亲和力而被选用），装载针对Dpp4基因特异性的CRISPR/Cas9基因编辑系统（gRNA靶向Dpp4的外显子区域）。研究人员将这种AAV8-CRISPR/Cas9载体通过尾静脉注射到糖尿病模型小鼠体内。实验结果显示，单次注射后，小鼠肝脏中的Dpp4基因实现了高效的编辑和破坏，导致血浆中DPP4酶活性显著下降。随后的代谢监测表明，接受治疗的小鼠在葡萄糖耐量试验（GTT）中表现出明显的改善，血液中活性GLP-1水平显著升高，且这种治疗效果在数月内保持稳定。这证明了通过AAV介导的基因编辑技术在体内永久性降低DPP4水平是可行的，并且能够逆转部分糖尿病表型。

另一项相关的研究方向是利用AAV递送短发夹RNA（shRNA）来沉默DPP4。研究人员构建了表达抗Dpp4 shRNA的AAV载体，并将其注射到饮食诱导的肥胖小鼠模型中。结果证实，肝脏特异性的DPP4敲低不仅改善了胰岛素敏感性，还减轻了脂肪组织的炎症反应和肝脏脂肪变性。这些研究为未来开发“一次性注射、长期有效”的糖尿病基因疗法提供了概念验证。目前的局限性在于基因编辑的脱靶效应风险以及长期抑制DPP4可能带来的免疫副作用（鉴于DPP4在免疫系统中的作用），因此从动物实验走向临床仍需克服安全性评估的挑战。

参考文献

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ClinicalTrials.gov, https://clinicaltrials.gov/