肺泡表面活性物質(zhì)蛋白D與急性肺損傷關(guān)系的研究進(jìn)展

李 瑞(綜述)，周立新(審校)

(中山大學(xué)附屬佛山醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，廣東佛山 528000)

肺表面活性物質(zhì)是一種覆蓋于肺泡表面，由磷脂及相關(guān)蛋白組成的異質(zhì)性多分子復(fù)合物，由肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞合成并分泌，具有降低肺泡表面張力、提高肺的順應(yīng)性、促進(jìn)肺氣體交換、參與肺的防御的生理功能，其主要成分是磷脂和肺表面活性蛋白(surfactant protein，SP)。SP僅占肺表面活性物質(zhì)總量的10%，但在肺臟中卻有重要的作用，SP按其發(fā)現(xiàn)的先后順序有SP-A、SP-B、SP-C和SP-D 4種，其中SP-A和SP-D是親水性蛋白，主要調(diào)節(jié)肺免疫功能，參與主動(dòng)防御過(guò)程，SP-B和SP-C是疏水性蛋白，可降低肺泡表面張力，在維持肺的呼吸功能上發(fā)揮重要作用。SP-D首先在呼吸道被檢測(cè)到，主要是由肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞及下呼吸道的Clara細(xì)胞分泌，儲(chǔ)存于板層小體。目前研究發(fā)現(xiàn)其在幾乎所有黏膜表面均有少量表達(dá)，包括汗腺的上皮細(xì)胞、胃腸道黏膜、胰腺、前列腺以及泌尿生殖器表面［1］。SP-D的異常參與多種肺部疾病的發(fā)生與發(fā)展，如哮喘、間質(zhì)性肺疾病、囊性纖維化、慢性阻塞性肺疾病等，且作為多種疾病的生物標(biāo)志物也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

1 SP-D的生化結(jié)構(gòu)

SP-D是多聚體的親水性膠原糖蛋白，屬于C型凝集素大家族，相對(duì)分子質(zhì)量約43×103，由4個(gè)桿狀的三聚體以二硫鍵的形式交聯(lián)形成十字形結(jié)構(gòu)，每個(gè)三聚體包含3個(gè)相同的以并聯(lián)形式相連的多肽鏈，鏈內(nèi)有4個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域。①N末端:參與鏈內(nèi)二硫鍵的低聚反應(yīng);②C型糖識(shí)別域:負(fù)責(zé)凝集素活性;③短的螺旋區(qū)域;④膠原樣區(qū)域:SP-D N末端有2個(gè)保守的半胱氨酸殘基，這兩個(gè)殘基參與了鏈間二硫鍵的交叉連接，以穩(wěn)定三聚體，同時(shí)也參與N端多個(gè)三聚體亞基的連接。C型糖識(shí)別域的三聚體簇是與糖基配體高親和力結(jié)合所必需的，C端與三聚體頸部結(jié)構(gòu)域之間的相互作用對(duì)其三聚體內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用［2］，通過(guò)C型糖識(shí)別域與配體寡糖鏈的反應(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［3］。SP-D的膠原樣區(qū)域決定了三聚體的空間結(jié)構(gòu)及SP-D分子C端結(jié)構(gòu)域，并能明顯提高肺泡內(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 SP-D的功能

研究表明SP-D不參與肺的先天性防御和非抗體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，不僅可以識(shí)別和清除肺內(nèi)異物和凋亡細(xì)胞，在下調(diào)炎性反應(yīng)、抑制自身抗體的產(chǎn)生等方面也有重要作用［4］。

2.1 免疫調(diào)節(jié) SP-D可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞以及樹(shù)突細(xì)胞等免疫細(xì)胞的功能［5］。獲得性免疫系統(tǒng)通過(guò)它們的抗原結(jié)合片段(Fab)識(shí)別抗體，先天性免疫凝集素SP-D可以直接結(jié)合免疫球蛋白(immune globulin，Ig)，是連接先天性與獲得性免疫的通路，SP-D通過(guò)C型糖識(shí)別域結(jié)構(gòu)結(jié)合不同組織的IgG、IgM、sIgA和IgE從而發(fā)揮不同類(lèi)型的免疫作用，如SP-D可以結(jié)合IgG的Fab和Fc片段，覆蓋于免疫復(fù)合物表面，使之聚集并增強(qiáng)其吞噬作用［6］。SP-D與抗體分子Fc區(qū)域部分Fab區(qū)結(jié)合，并允許IgG的Fab區(qū)識(shí)別抗原，在一定程度上增強(qiáng)了機(jī)體清除抗原的范圍和效率。此外，SP-D還可以選擇性地與血液中的IgG相結(jié)合，增強(qiáng)免疫復(fù)合物的聚集和吞噬作用，放大IgG介導(dǎo)的免疫反應(yīng)［7］。作為免疫調(diào)節(jié)劑，SP-D能與多種微生物、脂類(lèi)、有機(jī)顆?？乖嗷プ饔?，并調(diào)節(jié)免疫效應(yīng)細(xì)胞功能及這些免疫細(xì)胞對(duì)配體的反應(yīng)。

2.2 抗病原菌 SP-D通過(guò)識(shí)別一系列微生物靶標(biāo)，如病毒、細(xì)菌、酵母菌和真菌表面的脂多糖、磷脂、肽聚糖等來(lái)發(fā)揮生物學(xué)作用。SP-D通過(guò)C型糖識(shí)別域介導(dǎo)的鈣離子結(jié)合細(xì)菌和真菌細(xì)胞表面單糖殘基末端來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)肺內(nèi)的病原菌的識(shí)別，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子和趨化因子的釋放來(lái)抵抗病原菌［8］。另外，SP-D能抑制淋巴細(xì)胞的增殖，與肺泡巨噬細(xì)胞有高度的親和力并同時(shí)增強(qiáng)其活性，以達(dá)到抑制變態(tài)反應(yīng)、殺滅微生物的作用。實(shí)驗(yàn)證明，SP-D對(duì)大多數(shù)革蘭陰性桿菌(如銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌等)、革蘭陽(yáng)性球菌(如肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌等)、病毒(如單純皰疹病毒、呼吸道合胞病毒、流感病毒A、人類(lèi)免疫缺陷病毒等)以及曲霉菌甚至卡氏肺孢子蟲(chóng)均有一定的殺滅作用［9-11］。

2.3 下調(diào)肺部炎性反應(yīng) 急性肺損傷(acute lung injury，ALI)時(shí)，SP-D有利于下調(diào)肺部炎性反應(yīng)。King等［12］以 SP-D-/-與 SP-D+/+小鼠分別制作了直接與間接肺損傷模型，檢測(cè)血清及肺泡灌洗液(bronchoalvoelar lavage，BAL)內(nèi)多種炎性細(xì)胞因子含量，結(jié)果顯示在間接肺損傷中，SP-D-/-小鼠BAL中白細(xì)胞介素6濃度是SP-D+/+的4倍，血清中亦有增加，表明在間接肺損傷中，SP-D抑制肺部炎性反應(yīng);分析SP-D抑制肺部炎性反應(yīng)的原因發(fā)現(xiàn)，在間接肺損傷中，SP-D-/-小鼠BAL中的巨噬細(xì)胞是SP-D+/+的2倍，而中性粒細(xì)胞未增加;相反，在直接肺損傷中兩組BAL中的中性粒細(xì)胞均增加，而巨噬細(xì)胞無(wú)變化，表明在間接肺損傷中，SP-D抑制單核細(xì)胞進(jìn)入肺或者抑制巨噬細(xì)胞從肺間隙進(jìn)入肺泡;研究還發(fā)現(xiàn)在間接肺損傷中，SP-D-/-小鼠粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞刺激因子濃度是SP-D+/+小鼠的5倍，腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α，TNF-α)增加但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在直接肺損傷，SP-D+/+小鼠粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞刺激因子濃度較SP-D-/-增加了20倍，TNF-α無(wú)差異，推測(cè)在間接肺損傷中，SP-D是通過(guò)抑制粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞刺激因子的分泌而減輕肺部炎性反應(yīng)的。McIntosh等［13］證明脂多糖作為T(mén)NF-α的誘導(dǎo)劑，增加了SP-D在BAL中的濃度和肺組織SP-D mRNA的水平，SP-D的增加有利于防止TNF-α介導(dǎo)的肺部損傷。

3 SP-D與ALI

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是ALI的嚴(yán)重階段，兩者常繼發(fā)于嚴(yán)重感染、休克、創(chuàng)傷及燒傷等疾病，是肺泡上皮細(xì)胞及肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞受損后肺泡膜通透性增加而引起的彌漫性肺間質(zhì)及肺泡水腫，從而導(dǎo)致急性低氧性呼吸功能不全或衰竭。目前認(rèn)為，感染、創(chuàng)傷后的全身炎性反應(yīng)失控是導(dǎo)致ALI/ARDS的根本原因，其中因肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的損傷、凋亡和炎性介質(zhì)使肺泡表面活性物質(zhì)減少或失活，導(dǎo)致肺泡表面的磷脂及相關(guān)蛋白的嚴(yán)重缺乏，是ALI/ARDS患者病情加重的重要機(jī)制之一［14］。SP-D也是ALI/ARDS發(fā)生、發(fā)展的重要參與者，且作為其嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

3.1 ALI時(shí) SP-D在血清及肺中的濃度變化Greene等［15］將63例患者隨機(jī)分為ARDS風(fēng)險(xiǎn)組(22例)和ARDS組(41例)，分別檢測(cè)入組后第1、3、7、14天血清及BAL中SP-D濃度，結(jié)果顯示在有ARDS風(fēng)險(xiǎn)組中，血清SP-D濃度水平基本正常，而ARDS組第1 天 SP-D 濃度明顯高于正常［(86 μg/L vs 32 μg/L)，P＜0.02］，第3天、第7天增至高峰，第14天下降至正常。BAL中SP-D濃度與正常對(duì)照組上述時(shí)間點(diǎn)比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在與預(yù)后的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)，僅BAL的SP-D濃度與病死率密切相關(guān)，死亡組(7例)與存活組(27例)BAL中的SP-D濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此認(rèn)為ARDS患者血清SP-D水平明顯升高，BAL中SP-D水平越低，肺泡上皮細(xì)胞損害越嚴(yán)重。Cheng等［16在診斷為ARDS的38例入組的試驗(yàn)中，氣管插管24 h內(nèi)檢測(cè)肺水腫液SP-D含量，結(jié)果顯示氧合指數(shù)＜98 mm Hg的ARDS患者的肺水腫液SP-D濃度較氧合指數(shù)＞98 mm Hg的明顯減少，存活組與死亡組SP-D濃度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明肺水腫液中低水平的SP-D與更差氧和指數(shù)的肺以及預(yù)后相關(guān)。

Fujita等［17］在ALI后對(duì)SP-D濃度變化的時(shí)間過(guò)程及原因的分析中發(fā)現(xiàn)，在肺泡中注入爭(zhēng)光霉素后的小鼠的ALI模型中第7天血清SP-D濃度上升至高峰，后逐漸下降，至28 d仍高于正常。肺勻漿SP-D濃度在3 d上升至高峰，至第7天下降至正常范圍，其原因最可能是SP-D從上皮屏障漏出至血液中，至第7天達(dá)到高峰，血清SP-D水平反映肺泡膜通透性程度。Pan等［18］以344只小鼠制作了4種 ALI模型，4種模型在左肺中分別注入角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子(此模型有肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞增生而無(wú)肺纖維化)、爭(zhēng)光霉素(ALI模型)、百草枯+75%氧氣(亞ALI模型，產(chǎn)生了明顯肺纖維化)、鹽酸(有肺損傷但尚未出現(xiàn)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞增生)，結(jié)果顯示4種ALI模型中血清SP-D水平均明顯增加，在角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子組，2 d后血清 SP-D濃度由(36±3)μg/L增加到(132±8)μg/L，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，肺SP-D mRNA及表達(dá)亦有增加，上皮通透性幾乎無(wú)變化(BAL中白蛋白水平極少的增加)，說(shuō)明僅有肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞增生而無(wú)肺損傷時(shí)血清SP-D即可升高;在爭(zhēng)光霉素組，第7天血清SP-D濃度達(dá)高峰，BAL及肺勻漿組織中SP-D濃度亦有增加，后兩者增加高峰在第3天，BAL中SP-D濃度在21 d降到正常范圍，但血清及肺勻漿組織中SP-D濃度在第28天仍持續(xù)較高;在第3種肺損傷模型中，分別在第1、2、3、4周監(jiān)測(cè)SP-D濃度，發(fā)現(xiàn)血清SP-D水平較初始水平明顯升高，但在各時(shí)間點(diǎn)比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;前3種ALI模型肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞增生與肺損傷共存，而第4種模型以鹽酸注入肺泡后4 h(病理證實(shí)有呼吸道、肺泡損傷及肺水腫，但可認(rèn)為無(wú)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞增生)測(cè)得血清SP-D濃度亦明顯升高，24 h后仍持續(xù)升高，說(shuō)明無(wú)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的增生僅有肺損傷發(fā)生時(shí)即可出現(xiàn)血清SP-D水平的增高。實(shí)驗(yàn)證明，SP-D可以作為反映肺泡損傷及肺Ⅱ型上皮細(xì)胞增生的良好指標(biāo)，在肺損傷后4 h即可監(jiān)測(cè)到血清SP-D濃度升高。

總之，人體及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證實(shí)ALI早期血清中SP-D濃度即開(kāi)始升高，持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，血清SP-D水平可以反映肺泡損傷、肺Ⅱ型上皮細(xì)胞增生及肺泡膜通透性的程度，而在BAL及肺組織中SP-D濃度變化尚無(wú)一致結(jié)論，可能與檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)的不同有關(guān)。

3.2 SP-D濃度在血液中升高的原因 目前SP-D出現(xiàn)在循環(huán)中的機(jī)制還不明確，可能有以下因素:①SP-D與磷脂的連接緊密程度不如其他肺泡表面活性蛋白，所以更易進(jìn)入血液［19］。②炎癥，如ALI或ARDS發(fā)生后肺血管通透性增加，可能導(dǎo)致肺泡SP-D向血管滲漏［20］。③肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞完整性的受損而致SP-D從細(xì)胞流出至肺泡及血液中［21］。以上推測(cè)可能為ALI時(shí)SP-D在血液中升高的主要原因，但也不能排除有炎性反應(yīng)時(shí)血液循環(huán)中SP-D的清除率下降以及非肺器官(如黏膜細(xì)胞等)SP-D分泌量增加的可能性［22-23］。

3.3 SP-D與呼吸機(jī)通氣模式 機(jī)械通氣是ALI/ARDS的主要治療措施，不當(dāng)?shù)耐饽Ｊ綍?huì)產(chǎn)生或加重呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷，從而加重全身炎性反應(yīng)，而SP-D水平可以反映呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷的程度。Eisner等［24］將納入研究的565例ALI/ARDS患者隨機(jī)分為小潮氣量通氣組(6 mL/kg)和常規(guī)潮氣量通氣組(12 mL/kg)，監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)水平及3 d后血清SP-D濃度，并統(tǒng)計(jì)病死率、機(jī)械通氣時(shí)間等，結(jié)果顯示基礎(chǔ)SP-D水平死亡組(370例)明顯高于存活組(195例)，高基礎(chǔ)水平的SP-D與高死亡風(fēng)險(xiǎn)度相關(guān)(SP-D濃度每增加100 μg/L，OR 增加1.21;95%CI 1.08～1.35)，且機(jī)械通氣時(shí)間增加(0.88 d，95%CI 1.41～ 0.36，P=0.001)，器官衰竭發(fā)生天數(shù)亦增加(1.06 d，95%CI，1.57～0.55，P=0.001);另外，小潮氣量組 SP-D濃度由84(40～162)μg/L上升至143(69～243)μg/L，常規(guī)潮氣量組SP-D濃度由77(37～172)μg/L上升至172(83～337)μg/L;兩組SP-D濃度上升程度后者明顯高于前者;此研究證明，機(jī)械通氣可能造成ALI/ARDS血清SP-D水平的升高，小潮氣量通氣策略較常規(guī)潮氣量通氣可減少血清SP-D的增加程度，基礎(chǔ)水平的SP-D濃度與病死率相關(guān);認(rèn)為SP-D水平的上升主要是因?yàn)榉闻萆掀ねㄍ感缘母淖儯驗(yàn)锳LI/ARDS早期尚無(wú)明顯的肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的增生，所以常規(guī)潮氣量通氣較小，對(duì)肺泡上皮細(xì)胞的損害增加致肺泡上皮通透性的改變是造成兩組SP-D水平上升程度差異的原因。

3.4 SP-D作為ALI的生物標(biāo)志物 ALI/ARDS是全身炎性反應(yīng)失控的結(jié)果，多種炎性因子水平均有異常，而因?yàn)镾P-D主要在肺部分泌，所以可以作為肺損傷程度相對(duì)特異性的生物標(biāo)志物。Ware等［25］采用高PEEP與低PEEP機(jī)械通氣治療ARDS患者(549例)，檢測(cè)基礎(chǔ)水平包括SP-D的多種細(xì)胞因子(白細(xì)胞介素6、白細(xì)胞介素8、TNF受體、血管性假性血友病因子、纖溶酶原激活物抑制劑、細(xì)胞間黏附分子等)含量，根據(jù)患者預(yù)后情況分為存活組和死亡組，并且分別以生物標(biāo)志物、臨床預(yù)測(cè)指標(biāo)以及兩者綜合制作了病死率模型，再行受試者工作特征曲線分析，結(jié)果顯示存活組血清SP-D濃度明顯低于死亡組;8種生物標(biāo)志物的受試者工作特征曲線下面積(AUC)為 0.756(95%CI，0.733～ 0.821)，其中SP-D和白細(xì)胞介素8與患者的年齡、急性生理、慢性健康狀況評(píng)分Ⅲ的病死率模型AUC值為0.834(95%CI，0.789～0.862);臨床預(yù)測(cè)指標(biāo)(包括急性生理與慢性健康狀況評(píng)分Ⅲ、器官衰竭發(fā)生率、年齡、病因、肺泡-動(dòng)脈氧合梯度、平臺(tái)壓)的AUC值為0.82，再綜合這8種生物標(biāo)志物AUC值為0.85。因此，單獨(dú)這些生物標(biāo)志物預(yù)測(cè)病死率價(jià)值仍需進(jìn)一步證實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

ALI/ARDS患者血液中SP-D水平明顯升高，主要與肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞受損、增生、肺泡上皮及毛細(xì)血管通透性的增加等有關(guān)，因此SP-D的升高程度可以在很大程度上反映ALI/ARDS患者早期肺損傷程度，且與器官衰竭的發(fā)生、機(jī)械通氣時(shí)間以及病死率相關(guān)。因此，SP-D可以作為ALI/ARDS患者評(píng)價(jià)肺損傷程度、預(yù)測(cè)病死率的一種較好的生物標(biāo)志物，有望用于指導(dǎo)ALI/ARDS干預(yù)措施的選擇以及臨床療效的評(píng)估。

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