內(nèi)源性肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白特性的研究進(jìn)展

張 波，盧兆桐

1 肺表面活性物質(zhì)的簡(jiǎn)介

肺表面活性物質(zhì)(pulmonary surfactant，PS)最早由Macklin在肺泡腔內(nèi)的液體層中發(fā)現(xiàn)。隨著研究的深入，Stratton等［1］發(fā)現(xiàn)PS是由肺泡Ⅱ上皮細(xì)胞(alveolar typeⅡepithelial cells，ATⅡ)和Clara細(xì)胞合成分泌，以單分子層的形式分布于肺泡腔內(nèi)的氣液界面。PS是脂類(lèi)和蛋白質(zhì)的復(fù)合物，約90%為脂類(lèi)，其中磷脂占80%～85%，主要活性成分為二棕櫚酰磷脂酰膽堿(dipalmitoyl phosphatidylcholine，DPPC);肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白(surfactant-associated proteins，SP)約占PS總量的10%，其中親水性蛋白SP-A約占SP總量的50%，此外還包括疏水性蛋白SP-B和SP-C及近年發(fā)現(xiàn)的具有重要功能的親水性蛋白SP-D。雖然SP的含量相對(duì)較少，但在維持PS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及代謝等方面均起著十分重要的作用。

2 肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白的特性

2.1 肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白A(SP-A)

2.1.1 PS穩(wěn)定性和生物活性的調(diào)節(jié) SP-A是凝集素家族的一員，主要由富含半胱氨酸的N端、重復(fù)表達(dá)Gly-X-Y的膠原樣區(qū)、α螺旋狀的頸區(qū)及Ca2+依賴的C型糖基識(shí)別區(qū)(carbohydrate recognition domain，CRD)4個(gè)部分組成。主要功能是通過(guò)膠原樣區(qū)調(diào)節(jié)PS的自身穩(wěn)定性及其生物活性［2］。SP-A最早被發(fā)現(xiàn)的生理功能是抑制ATⅡ分泌PS。最近，國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)ATⅡ表面的SP-A受體P63(CKAP4)在SP-A抑制PS磷脂的分泌及刺激PS脂質(zhì)體(主要是DPPC)的吸收方面發(fā)揮著重要作用。SP-A與細(xì)胞表面的P63結(jié)合后通過(guò)磷脂酰肌醇3-激酶-Akt(phosphatidylinositol 3-kinaseprotein kinase B，PI3K-Akt)信號(hào)通路使ATⅡ內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中大量P63受體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜表面與SP-A形成復(fù)合物發(fā)揮PS的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)能增強(qiáng)磷脂的吸收并轉(zhuǎn)移至板層小體［3］。此外，與SP-B聯(lián)合能促進(jìn)磷脂在氣-液面的吸收，有助于PS形成管狀髓磷脂。因此，在一定程度上維持了ATⅡ內(nèi)PS的水平，從而起到重要的自身調(diào)節(jié)作用。

2.1.2 免疫防御 近年逐漸證實(shí)其還具有強(qiáng)大的免疫防御功能，因其結(jié)構(gòu)上都有N端膠原樣區(qū)和C端凝集素糖識(shí)別區(qū)，亦被稱為膠原樣植物血凝素。SP-A主要通過(guò)受體介導(dǎo)增強(qiáng)巨噬細(xì)胞識(shí)別、吞噬功能從而發(fā)揮免疫防御作用:(1)C1qRp(C1q receptor for phagocytosis)亦稱為CD93，是一種與低聚糖具有高親和力的糖蛋白。通過(guò)與SP-A的膠原樣區(qū)結(jié)合調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬功能。(2)GP-340(Glycoprotein-340)最早被發(fā)現(xiàn)于肺泡蛋白沉積癥患者的肺泡灌洗液中，能與SP-D發(fā)生特異性結(jié)合。國(guó)外學(xué)者現(xiàn)已證實(shí)其是一種能與SP-A和SP-D的CRD特異結(jié)合的可溶性蛋白，作為一種調(diào)理素，主要引導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞的趨化。(3)CRT-CD91鈣網(wǎng)蛋白(Calreticulin，CRT)為Ca2+依賴性多功能蛋白，能與SP-A及SP-D的膠原樣區(qū)結(jié)合。結(jié)合在微生物及凋亡、壞死的細(xì)胞表面的CRT能與CD91反應(yīng)，生成CRT-CD91復(fù)合物，并最終與C1q結(jié)合介導(dǎo)多種細(xì)胞的吞噬。因此，推測(cè)CRT-CD91可能是SP-A介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)的重要途徑。(4)TOLL樣受體(toll-like receptors，TLR)和CD14實(shí)驗(yàn)表明SP-A的CRD能競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)的受體CD14及TLR，阻斷其與病原體的免疫刺激分子結(jié)合從而發(fā)揮抗炎作用。SPA還能間接調(diào)節(jié)肺泡巨噬細(xì)胞上TOLL樣受體的表達(dá)及功能?，F(xiàn)已證實(shí)PS中的相關(guān)蛋白和磷脂都能直接或間接地調(diào)節(jié)TOLL樣受體活性［4］。(5)SP-R210是一種高分子量SPA受體，主要參與PS代謝及免疫應(yīng)答。有實(shí)驗(yàn)表明抗SPR210的多克隆抗體不僅能阻斷SP-A與肺泡巨噬細(xì)胞及ATⅡ結(jié)合，還能阻斷SP-A抑制ATⅡ分泌PS磷脂的功能。研究還發(fā)現(xiàn)SP-R210可通過(guò)誘導(dǎo)抗炎因子白細(xì)胞介素-10(IL-10)及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)合成來(lái)抑制T淋巴細(xì)胞的增生。因此，通過(guò)SP-R210的介導(dǎo)，SP-A不僅能增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬、殺傷活性，而且在炎癥調(diào)節(jié)方面也發(fā)揮著重要作用［5］。

Janssen等［6］研究發(fā)現(xiàn)SP-A在凋亡細(xì)胞的清除方面具有雙重性:SP-A的CRD與跨膜受體SIRP-α(signal inhibitory regulatory protein-α)結(jié)合時(shí)能阻滯信號(hào)通路的傳導(dǎo)，抑制巨噬細(xì)胞的清除功能及前炎癥反應(yīng)細(xì)胞因子(pro-inflammatory cytokines，PIC)的生成，主要在沒(méi)有激發(fā)炎癥反應(yīng)的狀態(tài)下發(fā)揮作用;而SP-A的膠原區(qū)與CRT-CD91結(jié)合可啟動(dòng)p38介導(dǎo)的核因子-κB(NF-κB)途徑，激發(fā)巨噬細(xì)胞的吞噬功能及前炎癥反應(yīng)。有資料顯示SP-A在胃腸道、子宮、脾臟、間皮組織和滑膜等組織均有不同程度的表達(dá)，推測(cè)可能與其免疫調(diào)節(jié)功能有關(guān)。

2.1.3 炎癥反應(yīng)的調(diào)控 有實(shí)驗(yàn)顯示SP-A基因去除的小鼠，雖無(wú)明顯的肺功能異常，但對(duì)細(xì)菌、病毒等病原微生物的易感性增加，感染早期對(duì)細(xì)菌的清除能力減退。Mittal和Sanyal［7］認(rèn)為SP-A的減少可促進(jìn)超氧化物氧自由基及TNFα的生成，誘導(dǎo)多形核白細(xì)胞(PMN)的聚集及前列腺素類(lèi)的釋放，導(dǎo)致大量的炎癥細(xì)胞因子生成，促炎因子又可誘導(dǎo)環(huán)氧化物酶-2(COX-2)表達(dá)增多，導(dǎo)致肺內(nèi)炎癥遞質(zhì)和抗炎遞質(zhì)失衡。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，SP-A在PKC-ζ(protein kinase C zeta)的作用下可通過(guò)抑制LPS誘導(dǎo)的核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用［8］。在LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷中，給予外源性SP-A制劑不僅能明顯減少肺泡巨噬細(xì)胞及單核細(xì)胞分泌TNF、IL-1和IL-6，而且能誘導(dǎo)其分泌IL-10、TGF-β，同時(shí)還能抑制超氧化陰離子的產(chǎn)生，具有抗氧化功能，因此在一定程度上使炎癥反應(yīng)消退，并恢復(fù)了肺泡腔內(nèi)PS的穩(wěn)定聚集［9］。目前認(rèn)為SP-A在炎癥反應(yīng)中主要是起阻滯作用。

2.2 肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白B和C(SP-B和SP-C)

2.2.1 肺泡磷脂結(jié)構(gòu)活性膜的調(diào)節(jié) 目前，認(rèn)為SP-C在肺泡膜與雙層或多層磷脂膜結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)起到樞紐的作用，并加速磷脂的嵌入。相對(duì)于SP-C，SP-B則主要在最初磷脂層膜結(jié)構(gòu)的形成，磷脂層內(nèi)分子有序的擠壓排列及膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定方面發(fā)揮主要作用，并且還能更有效地促進(jìn)磷脂吸附及擴(kuò)散［10］。SP-B還可促進(jìn)不飽和磷脂，如磷脂酰甘油(PG)，從磷脂單分子膜中移出，使單分子膜中的DPPC進(jìn)一步純化濃縮，有助于維持磷脂層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而SP-C對(duì)膜可能沒(méi)有純化作用。此外，SP-B對(duì)磷脂單分子膜吸附及純化的促進(jìn)作用均需Ca2+的參與。Serrano和Pérez-Gil［11］研究發(fā)現(xiàn)SP-B所帶正電荷的α-單環(huán)還能與磷脂(如PG)頭部帶負(fù)電荷的磷酸鹽之間發(fā)生強(qiáng)大電荷反應(yīng)，從而維持磷脂層膜結(jié)構(gòu)側(cè)面的穩(wěn)定性。

2.2.2 協(xié)同作用 目前，關(guān)于SP-B與SP-C是否具有協(xié)同作用仍存在較大爭(zhēng)議。焦點(diǎn)就在于膽固醇對(duì)PS功能的影響及SP-C的棕櫚酰化作用，因?yàn)槎鄶?shù)研究資料顯示膽固醇通過(guò)破壞PS的功能導(dǎo)致磷脂層膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低。此外，PS中膽固醇比例異常增多也與急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的發(fā)生密切相關(guān)，因此也限制了膽固醇在PS制劑中的應(yīng)用。但Baumgart等［12－13］最近研究發(fā)現(xiàn)在給予生理劑量膽固醇的條件下，棕櫚酰化的SP-C可與SP-B發(fā)揮協(xié)同作用，對(duì)穩(wěn)定高度壓縮狀態(tài)下的氣液界面磷脂結(jié)構(gòu)膜有重要作用。研究還發(fā)現(xiàn)膽固醇可通過(guò)增加SP-B和SP-C的α螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及表達(dá)，使磷脂結(jié)構(gòu)膜增厚，有助于SP-B和SP-C發(fā)揮穩(wěn)定磷脂結(jié)構(gòu)膜的作用。

2.2.3 免疫調(diào)節(jié)功能 近年逐漸證實(shí)SP-B和SP-C在維持氣道的穩(wěn)定和免疫防御方面也發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。有實(shí)驗(yàn)表明SP-B基因缺失的小鼠在LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中肺組織的抵抗力明顯降低;并證實(shí)SP-B還可促進(jìn)肺泡巨噬細(xì)胞的變形及吞噬作用，同時(shí)抑制一氧化氮的合成。最近，Glasser等［14］研究發(fā)現(xiàn)SP-C基因缺失小鼠對(duì)細(xì)菌、病毒的易感性增加，且感染后炎癥反應(yīng)也較重。另外，Garcia-Verdugo［15］研究顯示SP-C的氨基N端可與LPS結(jié)合抑制其活性，并還能通過(guò)巨噬細(xì)胞干擾TOLL樣受體介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)從而發(fā)揮氣道的穩(wěn)定和防御作用。

2.3 肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白D(SP-D) 研究已證實(shí)SPD與SP-A均同屬于C型凝集素家族。雖然兩者空間結(jié)構(gòu)類(lèi)似，但在親水性、電荷及空間位相方面等還是存在一定的差異，導(dǎo)致其功能也有所不同。如在與病原微生物結(jié)合時(shí)，SPD主要與表面LPS中的糖基結(jié)合，而SP-A則以磷脂A為主要結(jié)合位點(diǎn)。目前，研究發(fā)現(xiàn)SP-D的主要功能為:(1)調(diào)理素作用:SP-D主要作為調(diào)理素，通過(guò)CDR與配體寡糖鏈反應(yīng)同細(xì)菌、病毒等多種病原體結(jié)合，并通過(guò)自身識(shí)別功能引起大量的相互聚集，然后被激活的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞吞噬清除，從而抵抗病原體的黏附和侵襲，被認(rèn)為是抵御病原微生物的第一道防線［16］。此外，還發(fā)現(xiàn)SP-D的N端膠原樣區(qū)能明顯提高肺泡內(nèi)巨噬細(xì)胞內(nèi)的超氧自由基和一氧化氮水平，以增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的殺傷功能。(2)PS調(diào)節(jié)功能:最近有研究發(fā)現(xiàn)SP-D能與AT-Ⅱ內(nèi)新生成的富含磷脂酰肌醇的大聚體結(jié)合，使大聚體異化分解成具有活性的小聚體，有助于維持新生兒及成人肺組織中PS含量的穩(wěn)定［17］。有報(bào)道證實(shí)SP-D分布于胃、腎臟等，具體功能尚不十分清楚。但有實(shí)驗(yàn)表明SP-D能促進(jìn)上皮細(xì)胞吞噬細(xì)菌等病原微生物，在胃腸道發(fā)揮清除功能。

3 肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白與急性肺損傷(ALI)/ARDS

ARDS是ALI的嚴(yán)重階段，主要表現(xiàn)為由于肺微血管通透性增加而導(dǎo)致肺泡滲出中富含蛋白的肺水腫及透明膜形成，常繼發(fā)于嚴(yán)重創(chuàng)傷、感染中毒癥、休克等危重癥，死亡率較高。其中因ATⅡ的損傷、凋亡和炎癥遞質(zhì)使大量PS失活，導(dǎo)致肺泡表面PS的磷脂及相關(guān)蛋白嚴(yán)重缺乏，是ALI/ARDS患者病情加重的重要機(jī)制之一［18－19］。國(guó)外有研究資料顯示ALI/ARDS患者早期血清SP-A水平是增加的，且與ARDS的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，現(xiàn)已將其作為評(píng)估ALI風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)指標(biāo)，具有一定的參考價(jià)值［20－21］。

Spragg等［22］通過(guò)臨床隨機(jī)對(duì)照研究表明氣道內(nèi)應(yīng)用PS制劑(主要成分為脂類(lèi))能明顯改善嬰幼兒的ARDS，降低死亡率，而對(duì)成人ARDS的生存率并無(wú)明顯改善作用。與成人ARDS相比，嬰幼兒多為單純性PS缺乏而導(dǎo)致ARDS，病因相對(duì)明確，治療效果也比較明顯。目前，PS制劑能改善成人ARDS患者的氧合作用，提高血氧分壓，但長(zhǎng)期生存率仍舊沒(méi)有較大的提高，相反在一些研究中顯示死亡率有逐漸增高的趨勢(shì)。主要原因考慮與PS制劑的類(lèi)型及其主要成分、應(yīng)用技術(shù)、在咽喉部的聚集、氣道內(nèi)維持作用的時(shí)間及ARDS的不同病因等因素有關(guān)，此外患者的年齡也是一個(gè)重要影響因素［23－24］。近年有研究資料顯示重組SP-C制劑在治療ARDS患者中能明顯改善氧和功能，但同樣對(duì)死亡率無(wú)明顯改善。然而，對(duì)肺炎或吸入性肺炎引起的ARDS所致的死亡率有一定的改善作用［25］，提示SP在ALI/ARDS的治療中發(fā)揮了一定的作用。

4 展望

目前，國(guó)內(nèi)外研究均表明肺表面活性物質(zhì)的異常與呼吸系統(tǒng)疾病關(guān)系密切，尤其是在ALI/ARDS的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，因此，含SP的外源性PS制劑的研制及應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。對(duì)于早期應(yīng)用含SP的外源性PS制劑能明顯減輕ALI導(dǎo)致的肺泡萎陷，保護(hù)肺的通氣和換氣功能，彌補(bǔ)內(nèi)源性PS的不足，調(diào)控炎癥反應(yīng)和增強(qiáng)免疫防御功能，對(duì)預(yù)防和治療ALI/ARDS具有重要意義。但對(duì)不同病因ARDS的不同成分PS制劑的替代治療，仍有待于進(jìn)一步的臨床研究。

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