肺表面活性蛋白D與呼吸道合胞病毒感染

朱亞非綜述，包 玲審校

0 引 言

肺表面活性物質(zhì)(pulmonary surfactant，PS)是由肺泡Ⅱ型細(xì)胞合成并分泌的一種脂蛋白復(fù)合物，具有降低肺泡表面張力、提高肺順應(yīng)性及促進(jìn)肺氣體交換等生理功能。肺表面活性蛋白(surfactant protein，SP)占PS總量的10%，但在肺生理機(jī)能的正常運轉(zhuǎn)中承擔(dān)著重要作用。目前已知的SP有SP-A，SP-B，SP-C和SP-D 4種。隨著基礎(chǔ)及臨床研究的日益增多，SP-D作為最晚發(fā)現(xiàn)的一種肺表面活性蛋白，已有多項研究證實其在免疫調(diào)節(jié)和抗菌、抗病毒等方面的作用［1-2］，文中就SP-D結(jié)構(gòu)、功能及其與RSV的關(guān)系、對肺部炎癥性疾病的治療作用作一綜述，為臨床RSV感染的治療提供一定的幫助。

1 SP-D的結(jié)構(gòu)和功能

SP-D是一種非血清凝集素，首先是在呼吸系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的，主要由肺Ⅱ型上皮細(xì)胞和位于下呼吸道的Clara細(xì)胞所分泌，儲存于板層小體。SP-D通常出現(xiàn)于黏膜表面，肺是其產(chǎn)生的主要場所，但幾乎在所有的黏膜表面都有表達(dá)，包括汗腺的上皮細(xì)胞、胃腸道黏膜、泌尿生殖器表面等。

1.1 SP-D的結(jié)構(gòu) 編碼SP-D的基因位于人類10號染色體的長臂q22.2-23.1區(qū)域，其相對分子質(zhì)量約43000，電鏡顯示其四級結(jié)構(gòu)為4個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)，三級結(jié)構(gòu)為3個相同的以并聯(lián)形式相連的三聚體，其一級結(jié)構(gòu)分為4部分，從N端到C端依次為:氨基端區(qū)(N端區(qū))、膠原樣區(qū)、頸區(qū)和糖識別域。N端區(qū)含半胱氨酸，連接亞單位中各肽鏈;膠原樣區(qū)纏繞形成三聯(lián)螺旋體結(jié)構(gòu);頸區(qū)參與蛋白質(zhì)的折疊;糖識別域上有鈣離子依賴識別位點，在鈣離子參與下識別結(jié)合病原體表面的碳水化合物的羥基，糖識別域的羧基端參與SP-D與糖脂、磷脂酰肌醇的反應(yīng)［3］。

1.2 SP-D 的功能

1.2.1 參與病原微生物的清除 研究發(fā)現(xiàn)SP-D對銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌、流感嗜血桿菌等大多數(shù)的革蘭陰性菌和肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌等革蘭陽性球菌，以及RSV、流感病毒A、單純皰疹病毒、人類免疫缺陷病毒(human immunoddficiency virus，HIV)等病毒和真菌都有一定的殺滅作用［4-5］。通過糖識別域與病原體表面結(jié)合或與病原體微粒配體結(jié)合，介導(dǎo)的病原體黏附于巨噬細(xì)胞表面，使病原體更易被吞噬細(xì)胞吞噬。動物實驗表明SP-D可阻止內(nèi)毒素入血及抑制系統(tǒng)炎癥的發(fā)生，減少炎癥因子的表達(dá)，血中濃度降低，從而減少感染對機(jī)體的傷害，起著調(diào)節(jié)全身炎癥反應(yīng)的作用［6］。SP-D可抑制由流感病毒A導(dǎo)致的血細(xì)胞凝集反應(yīng)，阻止病毒的附著和進(jìn)入，此外，SP-D可有效抑制流感病毒A感染，并對流感病毒A誘導(dǎo)過度的炎癥反應(yīng)有平衡作用［7］。SP-D通過糖識別域與HIV外殼蛋白gp120結(jié)合抑制HIV的傳染［8］。SPD具有促進(jìn)吞噬細(xì)胞的吞噬和呼吸道黏膜纖毛對各種呼吸道病毒清除，也可在預(yù)防病毒的復(fù)制和傳播中起作用。

SP-D還可與伊氏肺孢子菌，煙曲霉等相互作用［9］。SP-D可增加肺泡巨噬細(xì)胞對伊氏肺孢子菌的黏附作用，SP-D基因缺陷型小鼠感染伊氏肺孢子菌后肺損傷更明顯。SP-D與各種人體病原真菌結(jié)合，通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞以加強(qiáng)對它的吞噬和殺傷作用，SP-D基因缺失的小鼠表現(xiàn)出各種真菌感染的易感性增加［10］。

Yamazoe等［11］研究也發(fā)現(xiàn)SP-D可改變抑制脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)與其受體的結(jié)合，從而抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥，SP-D能抑制淋巴細(xì)胞的增殖，與肺泡巨噬細(xì)胞有高親和力，同時增加它的活性，從而達(dá)到殺滅微生物的作用。Yokota等［12］研究也提示 SP-D可增強(qiáng) LPS的生物學(xué)活性。因此，SP-D有提高機(jī)體對病原體的清除能力，抑制機(jī)體過度的炎癥反應(yīng)，降低病原體和不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)對人體的損害［13］。

1.2.2 參與免疫反應(yīng)和細(xì)胞凋亡 體外研究表明SP-D可調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞和樹突細(xì)胞的功能［8］。Gardai等［14］發(fā)現(xiàn) SP-D 的雙重免疫功能的調(diào)控主要是靠頭端與信號抑制肽結(jié)合，或尾端與鈣網(wǎng)質(zhì)蛋白/CD91結(jié)合，而決定其對炎癥反應(yīng)的促進(jìn)或抑制作用。SP-D可選擇性地與血液中IgG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);通過調(diào)節(jié)促炎因子、炎癥細(xì)胞趨化因子及過氧化酶系統(tǒng)，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷，具有抗氧化作用［15］。SP-D的糖識別域可結(jié)合多種過敏原，如花粉、塵螨等，通過抑制嗜堿粒細(xì)胞釋放組胺、抗原誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞增生和抑制過敏原致敏小鼠的嗜酸細(xì)胞炎癥，減少特異性IgE的產(chǎn)生［16］。LeVine等［17］體外研究提示SP-D通過糖識別域識別RSV的糖蛋白，增強(qiáng)肺泡巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞對RSV的吞噬作用，SP-D可改善由巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的氧自由基對RSV的抑制作用，避免過度炎癥反應(yīng)的發(fā)生?？傊琒P-D可影響免疫細(xì)胞的多種功能，主要作用是結(jié)合或凝集非自我結(jié)構(gòu)，從而引發(fā)各種效應(yīng)物機(jī)制，增強(qiáng)免疫細(xì)胞對靶目標(biāo)的攝取和殺傷。

SP-D在維持肺泡巨噬細(xì)胞正常功能方面具有重要的作用［1］，它可與細(xì)胞碎片、裂解細(xì)胞及凋亡細(xì)胞的核酸結(jié)合，后與吞噬細(xì)胞表面受體(CD91/鈣網(wǎng)質(zhì)蛋白)結(jié)合，促進(jìn)它們的清除。最近研究發(fā)現(xiàn)SP-D通過糖識別域和膠原區(qū)域識別凋亡細(xì)胞的DNA和RNA，促進(jìn)人類單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞對DNA的吞入，清除由壞死的中性粒細(xì)胞和病原體釋放的DNA，減少抗DNA抗體的產(chǎn)生。缺乏SP-D的小鼠體內(nèi)由于不能有效的清除壞死或凋亡的細(xì)胞及其 DNA，凋亡細(xì)胞堆積，易發(fā)生肺炎［18］。Vandivier等［19］研究結(jié)果顯示SP-D過表達(dá)小鼠體內(nèi)的凋亡細(xì)胞清除速率明顯高于SP-D敲除的小鼠，提示SP-D在凋亡細(xì)胞的清除方面發(fā)揮重要的作用。

2 SP-D與RSV感染的關(guān)系

2.1 RSV感染 RSV屬副黏病毒科肺炎屬，是引起呼吸道感染的主要病原，多發(fā)于嬰幼兒，且以毛細(xì)支氣管炎為特征，與兒童哮喘有一定的關(guān)聯(lián)。RSV感染的發(fā)病機(jī)制與多重因素有關(guān)，除RSV直接導(dǎo)致氣道黏膜受損外，RSV可作為變應(yīng)原誘導(dǎo)機(jī)體免疫應(yīng)答，一方面清除RSV，另一方面造成免疫損傷，發(fā)生喘息和哮喘的病理生理學(xué)改變。同時，神經(jīng)免疫機(jī)制也參與RSV感染的發(fā)病機(jī)制［20-21］。

2.2 SP-D與RSV感染 RSV感染后，宿主體內(nèi)的SP-D水平發(fā)生改變。Kerr等［22］通過酶聯(lián)免疫法對18例嚴(yán)重RSV感染患兒的支氣管肺泡灌洗液中SP水平進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)支氣管肺泡灌洗液中SP-D、SP-A及SP-B水平均下降，表明嚴(yán)重的RSV感染存在SP-D濃度的改變，結(jié)果可能導(dǎo)致肺功能的異常。

RSV感染后，SP-D在機(jī)體炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)中亦有重要的臨床價值。LeVine等［17］研究支持了SP-D在RSV感染中的保護(hù)性作用，該研究使用RSV感染野生型小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在SP-D缺陷小鼠體內(nèi)RSV病毒復(fù)制增加，體內(nèi)炎癥細(xì)胞在肺組織中的聚集增加。因此，SP-D的缺陷直接降低了小鼠的防御機(jī)制。Hickling等［23］通過細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，重組SP-D能以劑量依賴方式抑制RSV感染，病毒復(fù)制完全受抑制。

此外，SP-D在RSV感染所致肺部疾病的嚴(yán)重程度和療效評價方面亦有一定的臨床價值。Kawasaki等［24］的研究評價毛細(xì)支氣管炎患者體內(nèi)SP-D濃度與感染嚴(yán)重程度的相關(guān)性。研究結(jié)果顯示，隨著呼吸功能受損嚴(yán)重程度的加重，患者血清SP-D水平呈上升趨勢，提示血清SP-D水平與RSV感染嚴(yán)重程度存在一定的相關(guān)性。因此，SP-D作為一種免疫應(yīng)答的產(chǎn)物可用于評價RSV感染的嚴(yán)重程度。Meyerholz等［25］研究評價血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)預(yù)處理及RSV感染后SP-D在新生羊羔體內(nèi)的表達(dá)。研究結(jié)果顯示經(jīng)VEGF預(yù)處理后RSV感染的羊羔體內(nèi)RSV mRNA表達(dá)降低。RSV感染后羊羔體內(nèi)SP-D mRNA的表達(dá)明顯降低，經(jīng)VEGF或倍他米松預(yù)處理后RSV感染的羊羔體內(nèi)SP-D mRNA表達(dá)僅稍降低，提示SP-D可作為評價治療后肺部感染改變的重要生物學(xué)指標(biāo)。

RSV感染后炎癥反應(yīng)的出現(xiàn)及反應(yīng)程度還與宿主的遺傳易感性相關(guān)。Ampuero等［26］前瞻性分析嬰兒(＜6 m)RSV感染與SP-D基因多態(tài)性的相關(guān)性。對比分析118例RSV感染嬰兒(重度感染59例，中度感染34，輕度感染25例)與104例志愿獻(xiàn)血者體內(nèi) SP-D基因型。結(jié)果顯示，SP-D的 Thr(11)等位基因頻率在重度RSV感染嬰兒體內(nèi)明顯增高。雜合型Thr(11)/Met(11)基因頻率在輕度和中度RSV感染嬰兒體內(nèi)明顯增高。Thr(160)等位基因頻率在中度和重度RSV感染嬰兒體內(nèi)明顯增高。Thr(11)-Thr(160)-Ser(270)單體型在輕度和中度RSV感染嬰兒體內(nèi)亦多見。

3 SP-D臨床局限性與展望

SP-D具有雙重免疫功能，一方面通過調(diào)理吞噬作用，促進(jìn)吞噬細(xì)胞清除病原微生物，另一方面通過抑制細(xì)胞因子、氧化自由基等炎性介質(zhì)的釋放，抑制淋巴細(xì)胞增生和樹突狀細(xì)胞的成熟、活化，避免過度炎癥反應(yīng)的發(fā)生，以維持機(jī)體的免疫平衡。由于SP-D具有雙重免疫功能，因此和其他藥物相比，其在治療感染性疾病或免疫疾病中具有天然的優(yōu)勢。但是，不同細(xì)菌或病毒感染，易感人群的基因型、病情嚴(yán)重程度及機(jī)體免疫反應(yīng)等均存在一定的差異，這就為SP-D的臨床應(yīng)用提出了較大的難題。Stolley等［27］研究了serpinB1缺乏小鼠體內(nèi)SP-D在銅綠假單胞菌清除和感染控制方面的價值。結(jié)果提示，使用SP-D治療肺部感染或炎癥性疾病，如果小鼠體內(nèi)存在過度蛋白水解作用，SP-D對肺部感染無明顯療效。因此，對于SP-D治療肺部炎癥的臨床價值仍需要進(jìn)一步的研究。

目前，臨床上用SP-D替代療法和作為特發(fā)性肺纖維化和結(jié)節(jié)病等多種肺部疾病甚至肺外疾病的生物標(biāo)記已逐漸應(yīng)用，其在肺的主動防御中起著核心作用，能夠增強(qiáng)抗原的清除，調(diào)和過敏反應(yīng)，有利于炎癥的消退。目前外源性的肺表面活性劑治療新生兒呼吸窘迫綜合征中已被廣泛使用，但其在多重肺部感染性疾病治療中的價值尚需大樣本多中心聯(lián)合研究以提供臨床數(shù)據(jù)。因此，對SP-D結(jié)構(gòu)和功能的深入研究，可為有效干預(yù)肺部疾病和肺外疾病提供重要的理論依據(jù)，也有助于其在臨床上的應(yīng)用。

［1］Nayak A，Dodagatta-Marri E，Tsolaki AG，et al.An Insight into the Diverse Roles of Surfactant Proteins，SP-A and SP-D in Innate and Adaptive Immunity［J］.Front Immunol，2012，3:131.

［2］Crouch E，Nikolaidis N，McCormack FX，et al.Mutagenesis of surfactant protein D informed by evolution and x-ray crystallography enhances defenses against influenza A virus in vivo［J］.J Biol Chem，2011，286(47):40681-40692.

［3］Hartshorn KL，White MR，Rynkiewicz M，et al.Monoclonal antibody-assisted structure-function analysis of the carbohydrate recognition domain of surfactant protein D［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2010，299(3):L384-L392.

［4］Hillaire ML，van Eijk M，van Trierum SE，et al.Assessment of the antiviral properties of recombinant porcine SP-D against various influenza A viruses in vitro［J］.PLoS One，2011，6(9):e25005.

［5］桑 紅.真菌病的診治概況［J］.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2013，26(8):785-788.

［6］King BA，Kingma PS.Surfactant protein D deficiency increases lung injury during endotoxemia［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2011，44(5):709-715.

［7］Hillaire ML，Haagsman HP，Osterhaus AD，et al.Pulmonary surfactant protein D in first-line innate defence against influenza A virus infections［J］.J Innate Immun，2013，5(3):197-208.

［8］Madsen J，Gaiha GD，Palaniyar N，et al.Surfactant Protein D modulates HIV infection of both T-cells and dendritic cells［J］.PLoS One，2013，8(3):e59047.

［9］Che CY，Jia WY，Xu Q，et al.The roles of surfactant protein D during Aspergillus fumigatus infection in human corneal epithelial cells［J］.Int J Ophthalmol，2012，5(1):13-17.

［10］Pandit H，Madhukaran SP，Nayak A，et al.SP-A and SP-D in host defense against fungal infections and allergies［J］.Front Biosci(Elite Ed)，2012，4:651-661.

［11］Yamazoe M，Nishitani C，Takahashi M，et al.Pulmonary surfactant protein D inhibits lipopolysaccharide(LPS)-induced inflammatory cell responses by altering LPS binding to its receptors［J］.J Biol Chem，2008，283(51):35878-35888.

［12］Yokota S，Amano K，Nishitani C，et al.Implication of antigenic conversion of Helicobacter pylori lipopolysaccharides that involve interaction with surfactant protein D［J］.Infect Immun，2012，80(8):2956-2962.

［13］Engür D，Kumral A.Surfactant protein D as a novel therapy for periventricular leukomalacia:is it the missing piece of the puzzle［J］ACS Chem Neurosci，2012，3(12):990.

［14］Gardai SJ，Xiao YQ，Dickinson M，et al.By binding SIRPalpha or calreticulin/CD91，lung collectins act as dual function surveillance molecules to suppress or enhance inflammation［J］.Cell，2003，115(1):13-23.

［15］Palaniyar N.Antibody equivalent molecules of the innate immune system:parallels between innate and adaptive immune proteins［J］.Innate Immun，2010，16(3):131-137.

［16］Qaseem AS，Sonar S，Mahajan L，et al.Linking surfactant protein SP-D and IL-13:implications in asthma and allergy［J］.Mol Immunol，2013，54(1):98-107.

［17］LeVine AM，Elliott J，Whitsett JA，et al.Surfactant protein-d enhances phagocytosis and pulmonary clearance of respiratory syncytial virus［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2004，31(2):193-199.

［18］Palaniyar N，Clark H，Nadesalingam J，et al.Innate immune collectin surfactant protein D enhances the clearance of DNA by macrophages and minimizes anti-DNA antibody Generation［J］.J Immunol，2005，174(11):7352-7358.

［19］Vandivier RW，Ogden CA，F(xiàn)adok VA，et al.Role of surfactant proteins A，D，and C1q in the clearance of apoptotic cells in vivo and in vitro:calreticulin and CD91 as a common collectin receptor complex［J］.J Immunol，2002，169(7):3978-3986.

［20］R?met M，Korppi M，Hallman M.Pattern recognition receptors and genetic risk for rsv infection:value for clinical decision-making［J］.Pediatr Pulmonol，2011，46(2):101-110.

［21］Numata M，Chu HW，Dakhama A，et al.Pulmonary surfactant phosphatidylglycerol inhibits respiratory syncytial virus-induced inflammation and infection［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2010，107(1):320-325.

［22］Kerr MH，Paton JY.Surfactant protein levels in serererespiratory syncytial virus infection［J］.Am J Respir Crit CareMed，1999，159:1115-1118.

［23］Hickling TP，Bright H，Wing K，et al.A recombinant trimeric surfaetant protein D carbohydrate recognition domain inhibits respiratory syncytial virus infection in vitro and in vivo［J］.Eur J Immunol，1999，29(11):3478-3484.

［24］Kawasaki Y，Endo K，Suyama K，et al.Serum SP-D levels as a biomarker of lung injury in respiratory syncytial virus bronchiolitis［J］.Pediatr Pulmonol，2011，46(1):18-22.

［25］Meyerholz DK，Gallup JM，Lazic T，et al.Pretreatment with recombinant human vascular endothelial growth factor reduces virus replication and inflammation in a perinatal lamb model of respiratory syncytial virus infection［J］.Viral Immunol，2007，20(1):188-196.

［26］Ampuero S，Luchsinger V，Tapia L，et al.SP-A1，SP-A2 and SP-D gene polymorphisms in severe acute respiratory syncytial infection in Chilean infants［J］.Infect Genet Evol，2011，11(6):1368-1377.

［27］Stolley JM，Gong D，F(xiàn)arley K，et al.Increased surfactant protein D fails to improve bacterial clearance and inflammation in serpinB1-/-mice［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2012，47(6):792-799.