1.2  精氨酸脱亚氨基酶的用途

精氨酸脱亚胺酶（Arginine deiminase，ADI）能够降解精氨酸为瓜氨酸和氨水。因此早前ADI主要应用于转化精氨酸生产瓜氨酸。近几年来，ADI的抗癌活性越来越受人们的关注。

1.2.1  酶法转化制备L-瓜氨酸

L-瓜氨酸（L-citrulline）是人体尿素循环的一个重要中间代谢物，有利尿作用，可同 鸟氨酸、 精氨酸等合用于治疗高氨血症。在体内代谢能产生内源性细胞舒张因子一氧化氮（NO），NO具有扩张小动脉血管、参与免疫反应等生理功能，可用于男性性功能障碍、高血压和冠心病等多种疾病的治疗，能有助于提高机体免疫能力，且在脑血流的调节中发挥重要作用[9]。因此瓜氨酸的生产有着重要的意义。

酶法生产瓜氨酸，以L-精氨酸或DL-精氨酸为底物，利用精氨酸脱亚胺酶的催化功能生产L-瓜氨酸，反应如下：

图1-2 ADI的催化反应

1.2.2  精氨酸缺陷型癌症的治疗

精氨酸对人类的正常细胞是一种非必须的氨基酸[10]。因为在正常细胞中，精氨酸可以由瓜氨酸通过尿素循环过程中的精氨基琥珀酸合成酶（ASS）和精氨基琥珀酸裂解酶（ASI）而合成。然而一些人类癌细胞不表达ASS，从而不能从瓜氨酸合成精氨酸[11]。因此，ADI分解外部精氨酸有可能从根本上消灭或控制精氨酸缺陷型癌细胞。研究也证实，精氨酸脱亚胺酶可抑制精氨酸缺陷型肿瘤(黑素瘤，肝细胞瘤)的生长，但对正常细胞的生长无影响[12]。

    精氨酸脱亚胺酶抗癌机理跟天冬氨酸治疗白血病的机制基本相同，都是剥夺癌细胞生长必需的营养物质的治疗手段。在白血病的治疗中，采用来源于E.coli的天冬酰胺酶，可分解血癌生长必需的天冬酰胺，以造成血癌细胞的选择性饥饿而起到治疗的作用[13]。但是天冬酰胺酶在降解天冬酰胺的同时也降解谷氨酰胺，从而一起一些副作用。相反，ADI只降解精氨酸，不会降解其他的氨基酸，并且ADI能够专一性地作用于T细胞，而不影响B细胞，能比天冬酞胺酶能更有效地抵抗白血病[14]。

1.2.3  其他应用

    乳腺癌是一种依靠血管生成的疾病，抑制血管的生成是一种很有希望的治疗乳腺癌的方法。研究表明ADI是细胞增殖的抑制剂，能够阻止血管内壁细胞的扩增[15]。因此，ADI有可能成为一种抗乳腺癌的新药。精氨酸分解代谢中，产生一定量的氨，这样可以有效地防止牙菌斑形成和蛀牙的产生[16]。

1.3 精氨酸脱亚胺酶的克隆表达

为进一步研究ADI的抗肿瘤活性，代谢机制及大量制备ADI为临床应用服务，许多学者尝将 ADI在大肠杆菌中进行克隆与表达。1989年，Burne等人[17]从链球菌（Streptococcus sanguis）染色体DNA中通过λ噬菌体构建基因文库分离得到ADI途径基因，并随后在E.coli中表达。1994年，Misawa等[18]将支原体（Mycoplasma arginini）的ADI基因在E.coli中表达。利用定点突变技术将ADI基因中五个色氨酸密码子TGA（大肠杆菌的终止密码子）转变成TGG，从而成功把支原体的ADI基因在大肠杆菌表达。2002年，Oudjama 等[19]从铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）中克隆了编码ADI的基因arcA，然后在E.coli中表达纯化后确定了重组P.aeruginosa（PaADI）的晶体结构。同一年Beloussow等[20]报道支原体的重组ADI与天然的ADI相比，都具有相似的催化特性和抗癌活性。后来谭玲玲等[21]还发现重组ADI具有比天然Adi更稳定的抗胰蛋白酶降解活性，而且重组ADI的半衰期比天然ADI要更长。2005年，茅立华[22]利通过PCR扩增来源于恶臭假单胞杆菌(P.putida)的ADI基因，然后将此基因片段插入pET30a，转化BL21(DE3)感受态细胞，得到基因工程菌BL21(DE3)(pET30a-cit)，每毫升发酵液中ADI的酶活为235.7 U，SDS-PAGE检测到表达蛋白的分子量约为43 kDa。2007年，Kim等人[23]将乳球菌的ADI基因在E.coli BL21中表达，比酶活达140U/mg。2009年，Kozai等[24]发现在重组ADI（来源Mycoplasma hominis）复性的过程中添加高浓度的磷酸二氢钾和L-精氨酸将大大提高复性后的酶活力，纯化后的重组ADI在pH6.5的磷酸缓冲液中能保存一个月。