C補(bǔ)體1q在肺部疾病中的作用研究

黃金福綜述，朱冬蘭，陳 琳，鐘小寧審校

0 引 言

C補(bǔ)體1q(Completment1q,C1q)是先天性免疫補(bǔ)體系統(tǒng)經(jīng)典途徑的重要識(shí)別分子,能夠啟動(dòng)經(jīng)典途徑從而在免疫調(diào)節(jié)、炎癥調(diào)節(jié)和維持機(jī)體平衡等方面發(fā)揮重要作用。近年的研究顯示，C1q與慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)、肺癌、哮喘、肺結(jié)核及肺損傷等疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，因此本文將探討C1q在上述肺部疾病中的研究作用，為 C1q 在肺部相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制的研究及防治提供參考。

1 C1q的結(jié)構(gòu)與功能

C1q是一種由A、B和C型的18條多肽鏈組成的多聚體蛋白質(zhì)，通過(guò)非共價(jià)和共價(jià)相互作用組裝成6源異三聚體，這些鏈由含有鏈間二硫鍵的短N(yùn)末端部分組成[1]。作為經(jīng)典補(bǔ)體系統(tǒng)C1的重要識(shí)別分子，其分子結(jié)構(gòu)N-末端(cC1q)為含有特征性重復(fù)三聯(lián)體的膠原樣區(qū)域，該膠原樣三螺旋結(jié)構(gòu)的存在對(duì)C1q頭部球狀結(jié)構(gòu)域與靶點(diǎn)的結(jié)合至關(guān)重要[2]；而C端(gC1q)則是由125-135的氨基酸殘基組成的球狀結(jié)構(gòu)域。因其獨(dú)特的“花束樣”結(jié)構(gòu)，C1q可與多種類型的配體相結(jié)合而發(fā)揮作用。C1q的球狀區(qū)域可結(jié)合抗體Fc區(qū)域、病原體表面分子從而發(fā)揮其識(shí)別作用，而膠原樣區(qū)域則通過(guò)與補(bǔ)體C1r和C1s蛋白酶形成的四聚體或與免疫細(xì)胞表面的受體相互作用參與免疫反應(yīng)效應(yīng)機(jī)制[3]。

C1q能夠與免疫球蛋白M(Immunoglobulin M,IgM)或IgG免疫復(fù)合物等自身配體結(jié)合激活補(bǔ)體級(jí)聯(lián)從而在先天性免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4]。在適應(yīng)性免疫反應(yīng)中，C1q對(duì)多種細(xì)胞功能具有調(diào)節(jié)作用，包括細(xì)胞分化、細(xì)胞間黏附、趨化作用、清除凋亡細(xì)胞碎片等[5]。此外，C1q還能結(jié)合許多非自身配體，如C反應(yīng)蛋白、病原體表面的凝集素以及革蘭陰性菌等，進(jìn)而快速啟動(dòng)細(xì)胞吞噬作用,抑制炎癥反應(yīng)而清除病原體,有助于維持機(jī)體的免疫耐受[6]。故C1q可作為先天性免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁[3]。綜合其結(jié)構(gòu)與功能， C1q可作為藥物開(kāi)發(fā)的重要靶點(diǎn), 具有成為新型治療藥物的潛力。

2 C1q在肺部疾病中的作用

2.1 C1q與COPDCOPD是一種慢性肺部炎癥性疾病[7]。研究證明，適應(yīng)性免疫反應(yīng)的啟動(dòng)及失衡是COPD炎癥加重與持續(xù)存在的重要機(jī)制[8]。而樹(shù)突狀細(xì)胞是連接先天性免疫及適應(yīng)性免疫的橋梁，作為專職抗原提呈細(xì)胞，可在抗原暴露后將其提取,從而啟動(dòng)T細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)[9]。COPD患者肺內(nèi)的樹(shù)突狀細(xì)胞能夠直接誘導(dǎo)表面共刺激分子4(Co-stimulatory molecule，CD4)陽(yáng)性T淋巴細(xì)胞分化為T輔助(T helper 17,Th17)17細(xì)胞及調(diào)節(jié)性T(Treg)細(xì)胞[10]。Th17細(xì)胞通過(guò)分泌白細(xì)胞介素17A(Interleukin 17A,IL-17A)-參與了慢阻肺的肺泡壁破壞、肺氣腫形成、氣道炎癥及肺動(dòng)脈重建[11]；而Treg細(xì)胞則通過(guò)其分泌產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(Transforming growth factor-β,TGF-β)發(fā)揮拮抗炎癥、負(fù)性調(diào)控機(jī)體免疫等作用[12]。這意味著Treg/Th17在數(shù)量及功能上的動(dòng)態(tài)平衡成為維持機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)的重要前提。

C1q主要由抗原提呈細(xì)胞如單核細(xì)胞、單核細(xì)胞來(lái)源的樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌[13]。研究表明，由抗原提呈細(xì)胞產(chǎn)生的C1q是煙草煙霧誘導(dǎo)的肺部炎癥中Treg細(xì)胞和 Th17細(xì)胞分化的關(guān)鍵介質(zhì)。Treg維持自身免疫耐受，而Th17促進(jìn)自身免疫應(yīng)答[14]。煙草煙霧誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子(如IL-1β)抑制C1q的表達(dá)，C1q的下調(diào)促使Th17細(xì)胞增殖，進(jìn)而使外周淋巴器官免疫反應(yīng)增強(qiáng)，同時(shí)抑制Treg細(xì)胞的分化[15]。相反，補(bǔ)充外源性C1q能在體外和體內(nèi)誘導(dǎo)Treg細(xì)胞分化以及減少Th17細(xì)胞增殖從而抑制其相關(guān)炎癥反應(yīng)。然而，C1q在體外并不直接影響Treg細(xì)胞分化反應(yīng)，C1q通過(guò)與TGF-β結(jié)合增強(qiáng)叉頭螺旋轉(zhuǎn)錄因子3或降低維甲酸相關(guān)孤兒受體γt的表達(dá)，從而調(diào)節(jié) CD4+T細(xì)胞的分化[16]。造成這種免疫反應(yīng)可能的機(jī)制有： C1q可能通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期并改變與白細(xì)胞介素信號(hào)相關(guān)基因從而調(diào)節(jié)免疫耐受；清除凋亡細(xì)胞碎片與循環(huán)免疫復(fù)合物在機(jī)體免疫應(yīng)答中至關(guān)重要，C1q與凋亡細(xì)胞表面結(jié)合，并通過(guò)與吞噬細(xì)胞(cC1q/CD91)和凋亡細(xì)胞(gC1q和磷脂酰絲氨酸)上表達(dá)的C1q受體相互作用[17],啟動(dòng)巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的吞噬攝取，從而發(fā)揮識(shí)別和清除作用[18]。因此,體內(nèi)C1q下調(diào)或功能障礙,就會(huì)導(dǎo)致上述生理過(guò)程不能有效進(jìn)行從而影響COPD的發(fā)生發(fā)展。值得注意的是，C1q可能通過(guò)誘導(dǎo)樹(shù)突狀細(xì)胞成熟，進(jìn)而分泌特異性細(xì)胞因子誘導(dǎo)Th17細(xì)胞免疫應(yīng)答，但其具體機(jī)制尚不清楚[19]。

肺部免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)與COPD的病情進(jìn)展密切相關(guān)。C1q可通過(guò)調(diào)節(jié)Treg/Th17的動(dòng)態(tài)平衡改善COPD的氣道炎癥。因此，在慢性炎癥條件下利用外源性小分子C1q增強(qiáng)Treg的功能可能為治療COPD提供新的靶點(diǎn)和依據(jù)。

2.2C1q與肺癌肺癌是一種起源于支氣管黏膜上皮的肺部惡性腫瘤[20]。研究發(fā)現(xiàn)C1q在癌癥中具有雙刃劍作用：惡化腫瘤或抑制腫瘤，這取決于癌癥類型[21]。高水平C1q可作為基底樣乳腺癌、宮頸癌[22]、人表皮生長(zhǎng)因子受體2(Human epidermal growth factor receptor-2,HER2)陽(yáng)性乳腺癌總生存的良好預(yù)后指標(biāo)，而在肺腺癌和腎透明細(xì)胞癌中，C1q促進(jìn)腫瘤的細(xì)胞的增殖、浸潤(rùn)及血管生成[23]。

補(bǔ)體系統(tǒng)在腫瘤發(fā)生中起關(guān)鍵作用，C1q作為癌癥免疫的主要調(diào)節(jié)者之一，能夠結(jié)合免疫球蛋白IgM成為免疫復(fù)合物并激活補(bǔ)體經(jīng)典途徑[24]。激活的補(bǔ)體系統(tǒng)既能通過(guò)促進(jìn)急性炎癥和裂解腫瘤細(xì)胞來(lái)預(yù)防腫瘤形成，也能通過(guò)刺激機(jī)體產(chǎn)生慢性炎癥并抑制免疫反應(yīng)來(lái)促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[25]。補(bǔ)體激活經(jīng)典途徑是腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要因素之一[26]。在原發(fā)性肺腫瘤細(xì)胞中，經(jīng)典的補(bǔ)體途徑可以通過(guò)C1q與抗原-抗體復(fù)合物或獨(dú)立的抗體結(jié)合而啟動(dòng)[27]。磷酸單酯可抑制C1q與肺癌細(xì)胞的結(jié)合，因此增加肺癌細(xì)胞膜磷脂成分磷酸單酯的表達(dá)可延緩肺癌惡化。這些結(jié)果表明補(bǔ)體活化與癌癥的惡化之間存在關(guān)聯(lián)[28]。而在肺部腫瘤間質(zhì)和血管內(nèi)皮細(xì)胞中，C1q高表達(dá)并通過(guò)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞間的黏附、細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖以及血管生成和轉(zhuǎn)移，對(duì)腫瘤生長(zhǎng)起促進(jìn)作用[29]。C1q高表達(dá)與腫瘤的生長(zhǎng)相互促進(jìn)，這與腫瘤微環(huán)境中C1q和樹(shù)突狀細(xì)胞(CD11c陽(yáng)性細(xì)胞)的存在有關(guān)[30]。樹(shù)突狀細(xì)胞的成熟度與肺腺癌的預(yù)后相關(guān)，成熟樹(shù)突狀細(xì)胞比例較高時(shí)預(yù)后較好，未成熟樹(shù)突狀細(xì)胞比例較高時(shí)其預(yù)后較差[31]。C1qC鏈的表達(dá)對(duì)于蛻膜內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生功能性C1q至關(guān)重要，蛻膜內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的功能性C1q，成為了血管內(nèi)滋養(yǎng)細(xì)胞和蛻膜內(nèi)皮之間的分子橋梁。研究證明，腫瘤微環(huán)境中的主要成分為透明質(zhì)酸，C1q可以通過(guò)其球狀結(jié)構(gòu)域與透明質(zhì)酸結(jié)合[32]。與透明質(zhì)酸結(jié)合的C1q通過(guò)增強(qiáng)蛋白激酶1/2,應(yīng)激活化蛋白激酶/氨基末端激酶,和磷酸化p38的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞間的黏附和增殖，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[33]。

C1q激活經(jīng)典途徑，在肺癌患者的生物樣本中表達(dá)增加，與預(yù)后不良相關(guān)。同時(shí)，C1q作為乳腺癌、腎透明細(xì)胞癌等癌癥的預(yù)后生物標(biāo)記物，將有望在不同癌癥的早期診斷中發(fā)揮重要作用。

2.3C1q與哮喘哮喘是呼吸系統(tǒng)的一種慢性炎癥性疾病，T輔助淋巴細(xì)胞(Th2、Th17、Treg)失衡在哮喘發(fā)生中起重要作用[34]。哮喘伴有支氣管的高反應(yīng)性、氣流阻塞和氣道重塑，氣道高反應(yīng)性與哮喘的嚴(yán)重程度有關(guān)，而氣道炎癥參與了氣道高反應(yīng)性的形成[35]。因此，通過(guò)C1q治療氣道炎癥來(lái)降低氣道高反應(yīng)性可作為一個(gè)候選的治療哮喘的方案[36]。

研究發(fā)現(xiàn)給卵清蛋白或白樺花粉致敏的白變種小鼠(BALB/c)小鼠注射可溶性C1q，小鼠氣道高反應(yīng)性降低，支氣管肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞和II型天然淋巴細(xì)胞的浸潤(rùn)減少[37]，且肺部的Th2浸潤(rùn)降低到與給藥右旋硫酸苯異丙胺時(shí)相似的水平[38]。當(dāng)三磷酸鳥(niǎo)苷酶刺激漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞時(shí)，用可溶性或固定化C1q治療，可降低促炎性細(xì)胞因子(如IFN-α、IL-8和腫瘤壞死因子-α)的產(chǎn)生[39]。以上研究表明C1q對(duì)Th2驅(qū)動(dòng)的過(guò)敏性哮喘具有一定的抗炎作用。C1q通過(guò)形成C1q/凋亡體免疫復(fù)合物從而抑制人巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞介導(dǎo)的Th2細(xì)胞亞群增殖，并促進(jìn)調(diào)亡細(xì)胞的快速清除，防止細(xì)胞內(nèi)炎癥介質(zhì)等損傷成分的釋放，進(jìn)而發(fā)揮其免疫抑制作用[40]。其抗炎及免疫抑制作用發(fā)生的可能機(jī)制有：C1q在單核細(xì)胞來(lái)源的樹(shù)突狀細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)， 可誘導(dǎo)原始CD4+T細(xì)胞分化為Treg細(xì)胞，Treg細(xì)胞增殖并促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子IL-10的產(chǎn)生從而有效抑制遲發(fā)性超敏反應(yīng)[41]；漿細(xì)胞樣樹(shù)突狀細(xì)胞可介導(dǎo)Th2型哮喘部分炎癥反應(yīng),而C1q治療可以抑制三磷酸鳥(niǎo)苷酶對(duì)人和小鼠漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞的激活[39]。

免疫失衡及氣道炎癥是哮喘發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制，調(diào)節(jié)性樹(shù)突狀細(xì)胞通過(guò)表達(dá)或分泌C1q在過(guò)敏性哮喘中起免疫抑制及抗炎作用。因此，以上研究有助于為哮喘和其他自身免疫性疾病的預(yù)防性干預(yù)及治療找到新的靶點(diǎn)途徑。

2.4C1q與肺結(jié)核肺結(jié)核是由結(jié)核分枝桿菌感染肺部引起的一種慢性呼吸系統(tǒng)傳染病[42]。目前，因缺乏區(qū)分活動(dòng)性肺結(jié)核與其他肺部疾病或潛在肺結(jié)核感染的特異性生物標(biāo)記物，活動(dòng)性肺結(jié)核的診斷困難[43]。提高結(jié)核病檢測(cè)率可遏制結(jié)核病的進(jìn)一步傳播。

Lubbers等[44]檢測(cè)了活動(dòng)期肺結(jié)核患者的C1q水平，證實(shí)了患者C1q蛋白水平升高，但其他臨床表現(xiàn)相似的疾病如肺炎、結(jié)節(jié)病或分枝桿菌感染患者C1q蛋白水平?jīng)]有升高。因此，血清中補(bǔ)體成分C1q可以作為活動(dòng)性肺結(jié)核的候選生物標(biāo)志物。研究發(fā)現(xiàn)，血清中C1q水平與結(jié)核嚴(yán)重程度相關(guān)，并與結(jié)核分枝桿菌感染后的人群生存率下降有密切關(guān)系[45]。然而，在干擾素釋放之前血清C1q的水平無(wú)較大波動(dòng)，這表明C1q上調(diào)與結(jié)核的進(jìn)展有關(guān)，與結(jié)核感染無(wú)關(guān)[46]。研究證明，卡介苗的接種導(dǎo)致肺C1q的增加。提示除了作為肺結(jié)核進(jìn)展的標(biāo)志物外，C1q還可能在形成卡介苗黏膜接種后發(fā)揮保護(hù)作用。其保護(hù)功能可能與表面帶有抗原-抗體復(fù)合物的淋巴細(xì)胞抑制遲發(fā)型超敏反應(yīng)密切相關(guān)，C1q通過(guò)調(diào)節(jié)遲發(fā)型超敏反應(yīng)進(jìn)而抑制肺結(jié)核細(xì)胞的活性[47]。導(dǎo)致肺部感染結(jié)核的結(jié)核桿菌能在巨噬細(xì)胞中長(zhǎng)期存在，C1q可通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞對(duì)結(jié)核桿菌的吞噬。肺泡巨噬細(xì)胞的表達(dá)受體如gC1qR和cC1qR通過(guò)與C1q的球狀頭部或膠原樣尾部相互作用，從而加強(qiáng)病原體的吸收，并調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞在炎癥反應(yīng)中的吞噬作用和細(xì)胞因子的釋放[48]。此外，單核細(xì)胞與C1q共孵育可產(chǎn)生大量的抗炎細(xì)胞因子IL-10，且C1q能使巨噬細(xì)胞極化至抗炎M2表型，以上研究證實(shí)C1q與抗炎和組織修復(fù)有關(guān)[18]。C反應(yīng)蛋白IgG或IgM與病原體結(jié)合形成復(fù)合物，C1q與該復(fù)合物結(jié)合，從而通過(guò)其相關(guān)的絲氨酸蛋白酶C1s和C1r激活補(bǔ)體級(jí)聯(lián)，從而導(dǎo)致調(diào)理素C3b沉積在病原體表面，最終形成膜攻擊復(fù)合物[49]。

血清中C1q的水平可作為活動(dòng)性肺結(jié)核與潛伏性結(jié)核感染、結(jié)核性胸膜炎與非結(jié)核性胸膜炎的潛在鑒別診斷標(biāo)志物，且C1q易于在結(jié)核感染過(guò)程中測(cè)量，因此動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)血清C1q濃度能有效反映肺結(jié)核的病情活動(dòng)。綜合以上分析，C1q在診斷及鑒別人類活動(dòng)性結(jié)核病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但C1q在結(jié)核病免疫病理和疾病進(jìn)展中的精確功能仍值得進(jìn)一步研究

2.5C1q與肺損傷急性肺損傷是以微血管內(nèi)皮細(xì)胞急性炎癥反應(yīng)和損傷為早期病理學(xué)特征的綜合征[50]。C1q為可溶性模式識(shí)別蛋白，這種蛋白是一種天然免疫分子，在血液循環(huán)和肺上皮細(xì)胞上高度表達(dá)[51]。

Shah等[52]研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)C1q水平的下降促進(jìn)肺血管炎癥，并增強(qiáng)肺內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)損傷的敏感性。C1q是抑制內(nèi)皮細(xì)胞活化的功能冗余蛋白，當(dāng)肺內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)暴露于循環(huán)中的促炎物質(zhì)(如脂類、細(xì)胞因子)時(shí)， C1q等功能沉冗蛋白可維持其靜止?fàn)顟B(tài)。Dilip Shah的另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是C1q可增強(qiáng)脂多糖或鹽酸灌注后的肺內(nèi)皮屏障功能，并通過(guò)阻斷肺內(nèi)皮細(xì)胞關(guān)鍵連接黏附蛋白的降解來(lái)介導(dǎo)該作用；C1q抑制內(nèi)皮細(xì)胞活化和增強(qiáng)內(nèi)皮屏障的功能是通過(guò)抑制p38絲裂原活化蛋白激酶的磷酸化和阻斷核因子(Nuclear factor-k-gene binding，Nf-kb)P65亞單位的核易位來(lái)介導(dǎo)的[53]。

C1q在抑制肺內(nèi)皮細(xì)胞活化和保護(hù)肺免受損傷方面具有重要作用。循環(huán)固有免疫蛋白在調(diào)節(jié)肺血管穩(wěn)態(tài)中起重要作用，利用C1q信號(hào)通路可有效地預(yù)防肺部炎癥性血管疾病的發(fā)生并延緩疾病進(jìn)程。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜合C1q調(diào)節(jié)細(xì)胞功能、激活補(bǔ)體級(jí)聯(lián)、清除凋亡細(xì)胞及免疫復(fù)合物等作用，C1q在肺部疾病領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。C1q在COPD與哮喘中，可作為治療疾病的潛在靶標(biāo)。而在肺結(jié)核中，C1q可作為其診斷以及鑒別疾病的分子標(biāo)記物。C1q還能預(yù)防肺損傷并延緩其進(jìn)程。此外，C1q在肺癌中促進(jìn)腫瘤惡化，并可作為肺癌預(yù)后不佳的預(yù)測(cè)因子。今后C1q的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及它在肺部疾病的臨床作用可作為研究重點(diǎn)，進(jìn)而發(fā)掘出更多潛在的肺部疾病靶向治療途徑, 更好地指導(dǎo)我們的臨床工作。