顆粒蛋白前體在免疫和感染及炎癥中的研究進(jìn)展

趙 霞(綜述)，韓世愈(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院婦產(chǎn)科,哈爾濱 150001)

免疫、感染、炎癥是機(jī)體中三個密切關(guān)聯(lián)和相互依存的生理和病理過程，眾多的細(xì)胞類型和細(xì)胞因子參與其中。在對這些細(xì)胞因子的研究中，腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)特別重要[1]，它位處炎癥級聯(lián)的上游，在免疫系統(tǒng)及炎癥過程中表現(xiàn)出眾，功能復(fù)雜。TNF-α信號受體阻滯劑已被成功地應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，治療各種炎癥性疾病，顆粒蛋白前體(progranulin，PGRN)就是其中之一?，F(xiàn)對PGRN與炎性因子及其在諸多病理生理過程中的認(rèn)知予以綜述，并對關(guān)于免疫、感染、炎癥三位一體的PGRN新型作用領(lǐng)域進(jìn)行介紹。

1 PGRN結(jié)構(gòu)與基因定位

PGRN又稱為GEP(granulin-epithelinprecursor)，proepithelin，acrogranin和GP88/PCDGF(PC cell derived growth factor)，是一個由細(xì)胞分泌的信號肽介導(dǎo)的593個氨基酸殘基組成的生長因子。PGRN作為生長因子家族Granulins(包括GranulinA、B、C、D和F)的功能性前體，具有極其廣泛的生理作用。

人類的PGRN基因定位于染色體17q21.32，其基因編碼區(qū)結(jié)構(gòu)緊密，全長大約為4 kb，含有12個外顯子(Ⅰ～Ⅻ)。PGRN的相對分子質(zhì)量為68 500，經(jīng)糖基化修飾后,相對分子質(zhì)量為90×103，包含7.5個重復(fù)模序，每個模序?yàn)橐粋€Granulin(GRN)域，并通過連接子(P1～7)連接，每個模序中含有12個半胱氨酸，共形成6對二硫鍵。在空間結(jié)構(gòu)上，4個β-折疊的“發(fā)夾”結(jié)構(gòu)依次呈梯狀折疊。

PGRN可以被基質(zhì)金屬蛋白酶9、12、14及彈性蛋白酶等多種酶消化成大小約6×103的GRN小肽。在炎癥過程中，PGRN與GRN所執(zhí)行的功能極具對比性，如PGRN可阻止TNF-α誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞的呼吸爆發(fā)，GRN不能；GRN B可刺激上皮細(xì)胞表達(dá)白細(xì)胞介素8，而PGRN不能[2]。現(xiàn)在尚不清楚單GRN是如何發(fā)揮其生物學(xué)功效的，但大多數(shù)PGRN結(jié)合的膜受體均需要一個以上的GRN域進(jìn)行連接。

2 PGRN的表達(dá)及功能

PGRN表達(dá)于廣泛的組織及細(xì)胞，如骨骼、肌肉、軟骨、脂肪組織、造血干細(xì)胞及免疫細(xì)胞等。而在上皮細(xì)胞、某些類型的神經(jīng)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中高表達(dá)[3]。

PGRN具有多種生理功能，參與許多疾病過程。作為生長因子，PGRN可促進(jìn)快速增長的上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和癌細(xì)胞的生成[4]。巨噬細(xì)胞來源的PGRN對炎癥和傷口愈合過程來說是一個重要的調(diào)節(jié)因子[5]。PGRN基因突變可導(dǎo)致額顳葉癡呆發(fā)展[6]，測定血清PGRN可應(yīng)用于PGRN無效突變所致額顳葉癡呆的早期檢測和診斷。在許多神經(jīng)退行性疾病，被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中均有PGRN的表達(dá)增加，如克雅病、運(yùn)動神經(jīng)元病、多發(fā)性硬化癥和阿爾茨海默病[6]。PGRN可以促進(jìn)軟骨細(xì)胞的分化和增殖[7]。PGRN在脂肪組織中表達(dá)，已被證實(shí)是關(guān)鍵的脂肪因子，能夠介導(dǎo)高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗[8]。另外，PGRN的重要性也在免疫系統(tǒng)中顯現(xiàn)，最近研究發(fā)現(xiàn)，PGRN可促進(jìn)CD4+T細(xì)胞分化成Foxp3+的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞[9]。PGRN在亞中性粒細(xì)胞中高度表達(dá)，在B細(xì)胞中可以促進(jìn)抗體的多樣性[10]。PGRN還可與Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)9結(jié)合，并在巨噬細(xì)胞中協(xié)助招募CpG寡核苷酸(CpG oligonucleotides，CpG-ODNs)[11]，而該過程是消除感染的關(guān)鍵。

據(jù)報道，PGRN可以結(jié)合超過20種不同級別、種類繁多的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)分布范圍極廣，從細(xì)胞外液到胞外基質(zhì)，再到細(xì)胞組分。PGRN的這種通用性可能與它的7.5個GRN域及串珠狀特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。利用各GRN域的不同組合，形成不同的結(jié)構(gòu)，從而被不同的蛋白質(zhì)識別，如PGRN F-A-C域形成類似三聚體的結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合腫瘤壞死因子受體1(tumor necrosis factor receptor，TNFR1)和TNFR2[9]；F-B區(qū)則是公認(rèn)的層粘連蛋白(G)EGF樣域的結(jié)合部位。PGRN多種功能就是由不同特異性的連接蛋白所介導(dǎo)的。

3 PGRN與免疫調(diào)節(jié)

PGRN在免疫系統(tǒng)中的作用尚無明確闡述。人白細(xì)胞(位點(diǎn))DR抗原[human leukocyte antigen(locus)DR，HLA-DR]是主要組織相容性復(fù)合物Ⅱ類分子，有證據(jù)表明，從B淋巴母細(xì)胞株純化的HLA-DR分子，被9個內(nèi)源性肽綁定，其中一個就來自GRN-D[12]，說明PGRN參與抗原呈遞過程。

最近一項(xiàng)研究證實(shí)，巨噬細(xì)胞中PGRN結(jié)合TLR9對抗原呈遞非常重要[11]。TLRs是一類在先天免疫系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的經(jīng)典蛋白，耗盡PGRN可損害TLR9對CpG-ODNs的反應(yīng)；并且PGRN與CpG-ODNs結(jié)合后，可以影響其對巨噬細(xì)胞的胞內(nèi)傳遞作用。這表明PGRN亦在先天免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在人類，相比于CD8+CD28+的T細(xì)胞，PGRN在CD8+CD28-的細(xì)胞中高效表達(dá)[13]。CD8+CD28-T細(xì)胞，也被稱為抑制性T細(xì)胞，在許多自身免疫性疾病中保持監(jiān)管職能。PGRN高水平表達(dá)于CD8+CD28-T細(xì)胞，提示其可能對免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)極為重要。在體外T細(xì)胞分化的實(shí)驗(yàn)中，PGRN誘導(dǎo)先天CD4+T細(xì)胞特異性分化為CD4+Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞[9]。PGRN受TNF-α的負(fù)調(diào)控作用，從而保護(hù)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞[9]。這些發(fā)現(xiàn)均表明，PGRN可以提高調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的功能，抑制自身免疫性疾病。

4 PGRN與感染管理

PGRN在中性粒細(xì)胞中高效表達(dá)，它能被中性粒細(xì)胞釋放的彈性蛋白酶轉(zhuǎn)換成GRNs[2]。GRN B可刺激白細(xì)胞介素8在上皮細(xì)胞表達(dá)增加，從而招募更多中性粒細(xì)胞向炎癥部位聚集。分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制劑(secretory leucocyte protease inhibitor，SLPI)可與PGRN結(jié)合并抑制PGRN被彈性蛋白酶轉(zhuǎn)換為GRN，從而影響著先天免疫和炎癥過程[2]。

被李斯特菌感染的PGRN-/-小鼠，相較于野生型小鼠(PGRN+/+小鼠)，不能有效清除細(xì)菌[5]。幽門螺桿菌感染后的胃上皮細(xì)胞誘導(dǎo)PGRN表達(dá)明顯增加[14]。當(dāng)治療與豬葡萄球菌感染有關(guān)的運(yùn)動系統(tǒng)疾病的豬時，GRN與抗生素一起向膝關(guān)節(jié)內(nèi)注射，已被證明是最有效的治療方案[15]。PGRN還可結(jié)合人體免疫缺陷病毒1和2中的Tat蛋白和山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒[16]，導(dǎo)致各種組織的慢性單核細(xì)胞浸潤。

5 PGRN與炎性反應(yīng)

5.1與急性炎癥的關(guān)系 急性皮膚損傷時，PGRN立即被誘導(dǎo)表達(dá)并保持在高水平達(dá)10 d之久[17]。對經(jīng)皮穿刺造成的新鮮傷口，PGRN可增加成纖維細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的計數(shù)[18]。彈性蛋白酶水平升高是SLPI-/-小鼠固有的愈合機(jī)制障礙，PGRN被證明能夠降低彈性蛋白酶，提高SLPI-/-小鼠的急性創(chuàng)面愈合過程[2]。

PGRN可參與急性神經(jīng)損傷，PGRN、GRN及其中間片段在脊髓或背根神經(jīng)節(jié)損傷后被顯著誘導(dǎo)[19]。在脊髓挫傷模型，PGRN以一個呈時間變化的規(guī)律被誘導(dǎo)出現(xiàn)在小膠質(zhì)細(xì)胞中，即傷后第7日達(dá)到峰值水平，隨后逐漸下降[20]。

脂多糖引發(fā)急性肺炎的肺灌洗液中，伴有顯著的中性粒細(xì)胞浸潤和一整套促炎細(xì)胞因子的表達(dá)增加；用PGRN治療后，促炎因子的水平呈劑量依賴性降低，并可顯著降低病死率[21]。急性局部缺血時，PGRN具有神經(jīng)保護(hù)作用。大腦中動脈閉塞模型中，與野生型小鼠相比，PGRN轉(zhuǎn)基因小鼠的腦梗死程度更小。用脂多糖處理后，PGRN轉(zhuǎn)基因小鼠的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)低得多；而抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)上調(diào)[22]。

急性損傷和炎癥時，PGRN可在炎癥初始招募成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞到損傷的部位[23]。并且通過上調(diào)白細(xì)胞介素10，控制炎性細(xì)胞因子(如白細(xì)胞介素6、TNF-α和單核細(xì)胞趨化蛋白1等)，從而限制和管理炎癥的強(qiáng)度。

5.2與慢性炎癥的關(guān)系

5.2.1拮抗作用 最近有研究表明，PGRN作為一種新的配體可與TNFR1/2結(jié)合；PGRN通過競爭阻止TNF-α結(jié)合TNFR1/2，影響TNF-α介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[9]。用重組PGRN治療因TNF-α導(dǎo)致炎性關(guān)節(jié)炎的轉(zhuǎn)基因小鼠以及其他類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎動物模型，會明顯減輕癥狀[9]。

骨質(zhì)疏松表型的脫鈣病例表達(dá)顯著低水平的PGRN、白細(xì)胞介素13及白細(xì)胞介素10；相反卻表達(dá)高水平的TNF-α、白細(xì)胞介素6和白細(xì)胞介素17[24]。PGRN水平增加可致白細(xì)胞介素13、白細(xì)胞介素10、25-羥維生素D水平增加，同時降低TNF-α、白細(xì)胞介素17的水平[24]，即PGRN也通過TNFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制在骨細(xì)胞代謝中起著重要的作用。

PGRN和TNF-α之間的平衡對慢性自身免疫性疾病開始及發(fā)展十分關(guān)鍵，PGRN/TNF-α摩爾比可能是自身免疫性疾病良好的預(yù)后標(biāo)志物。構(gòu)建重組體1/2FAC是最優(yōu)化的PGRN來源的TNFR2結(jié)合蛋白[9]，這種分子被稱為atsttrin[25]。人類rpgrn和atsttrin均可減少血清促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素6和軟骨寡聚基質(zhì)蛋白降解，而增加抗炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素10和白細(xì)胞介素13的水平[9]。

5.2.2促進(jìn)作用 PGRN對肥胖和胰島素抵抗的糖尿病具有促炎效果[26]。2型糖尿病患者PGRN血清水平與正?；蛑饕獮閮?nèi)臟脂肪堆積的糖耐量異常的肥胖者相比均顯著升高。血清PGRN水平與體質(zhì)量指數(shù)、網(wǎng)膜脂肪組織的巨噬細(xì)胞浸潤程度、血清C反應(yīng)蛋白水平、糖化血紅蛋白值以及總膽固醇相關(guān)，其中C反應(yīng)蛋白關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)[27]。體外實(shí)驗(yàn)證明，PGRN介導(dǎo)的趨化程度類似于單核細(xì)胞趨化蛋白1[27]。另一項(xiàng)研究表明，與胰島素敏感的肥胖患者相比，PGRN水平、網(wǎng)膜脂肪組織中巨噬細(xì)胞的數(shù)量，大網(wǎng)膜脂肪細(xì)胞大小及血清C反應(yīng)蛋白值，顯著高于胰島素抵抗的肥胖病患者[28]，PGRN基因與體質(zhì)量指數(shù)、內(nèi)臟脂肪、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶和磷脂酰肌醇激酶基因呈顯著相關(guān)性。內(nèi)臟脂肪團(tuán)的增加與PGRN水平增加有關(guān)聯(lián)，高或正常相對代謝率組與低相對代謝率組相比PGRN水平增高更明顯。調(diào)整體質(zhì)量指數(shù)與性別等影響因素后發(fā)現(xiàn)，循環(huán)PGRN可以獨(dú)立于其他變量來預(yù)測相對代謝率與體質(zhì)量的比值[26]。

PGRN還被發(fā)現(xiàn)是一個關(guān)鍵的脂肪因子，可以調(diào)解高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗[8]。脂肪細(xì)胞中TNF-α誘導(dǎo)PGRN的表達(dá)，這種誘導(dǎo)可被過氧化物酶體增殖物激活受體激動劑阻止。高脂飲食可引起胰島素抵抗，同時顯著上調(diào)脂肪組織中PGRN的表達(dá)。PGRN-/-小鼠被喂食高脂飲食時不能發(fā)展成胰島素抵抗；而對于標(biāo)準(zhǔn)飲食喂養(yǎng)的野生型小鼠，喂食PGRN也可引起胰島素抵抗[8]。在PGRN誘導(dǎo)的胰島素抵抗中，白細(xì)胞介素6已被確定為下游細(xì)胞因子[8]。

脂肪組織源性PGRN可誘導(dǎo)胰島素抵抗，下丘腦源性的PGRN卻是一種葡萄糖傳感器，能夠抑制食欲。腦室周圍白質(zhì)和下丘腦神經(jīng)元中高表達(dá)PGRN，其表達(dá)在低能量飲食時減少，在高能量飲食時增加。側(cè)腦室注射PGRN可顯著抑制夜間攝食。此外，抑制下丘腦PGRN表達(dá)可增加食欲，促進(jìn)體質(zhì)量增長[29]。

除了參與血糖調(diào)節(jié)，PGRN還被證明在非酒精性脂肪肝病中有致炎癥作用[30]。并且血清PGRN水平與血脂水平和肝纖維化程度相關(guān)。調(diào)整潛在的混雜因素后，血清PGRN仍然可作為非酒精性脂肪肝病患者肝纖維化程度的獨(dú)立預(yù)測因子[30]。

6 結(jié) 語

究竟PGRN是如何依賴TNFRs在免疫細(xì)胞中進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的，這一機(jī)制仍有待挖掘。雖然發(fā)現(xiàn)PGRN可結(jié)合TNFRs，但其確切的分子機(jī)制及其衍生蛋白atsttrin，也有待確證。對Wnt信號通路提出的治療策略可以治療PGRN基因突變引起的額顳葉癡呆，該通路在免疫系統(tǒng)也存在，那么能否用PGRN抵消Wnt通路在免疫系統(tǒng)及炎癥過程中的作用，還未可知。還有，既然TNFs被認(rèn)為對神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制發(fā)揮了重要作用，那么是否PGRN和atsttrin也能對該病有治療作用，特別對被認(rèn)為是慢性炎癥性疾病的額顳葉變性，這些問題都值得深思。所以，隨著對PGRN作用的了解，深化了對炎性疾病的認(rèn)識，但尚需做深入的機(jī)制研究。

[1] Forsgren S,Renstrom L,Purdam C,etal.TNF-α in the locomotor system beyond joints:high degree of involvement in myositis in a rabbit model[J].Int J Rheumatol,2012:637452.

[2] Zhu J,Nathan C,Jin W,etal.Conversion of proepithelin to epithelins: roles of SLPI and elastase in host defense and wound repair[J].Cell,2002,111(6):867-878.

[3] Daniel R,He Z,Carmichael K,etal.Cellular localization of gene expression for progranulin[J].Histochem Cytochem,2000,48(7):999-1009.

[4] He Z,Bateman A.Progranulin gene expression regulates epithelial cell growth and promotes tumor growth in vivo[J].Cancer Res,1999,59(13):3222-3229.

[5] Yin F,Banerjee R,Thomas B,etal.Exaggerated inflammation,impaired host defense,and neuropathology in progranulin-deficient mice[J].Exp Med,2010,207(1):117-128.

[6] Baker M,Mackenzie IR,Pickering-Brown SM,etal.Mutations in progranulin cause-negative frontotemporal dementia linked to chromosome 17[J].Nature,2006,442(7105):916-919.

[7] Feng JQ,Guo FJ,Jiang BC.Granulin epithelin precursor:a bone morphogenic protein 2-inducible growth factor that activates Erk1/2 signaling and JunB transcription factor in chondrogenesis[J].FASEB J,2010,24(6):1879-1892.

[8] Matsubara T,Mita A,Minami K,etal.PGRN is a key adipokine mediating high fat dietinduced insulin resistance and obesity through IL-6 in adipose tissue[J].Cell Metab,2012,15(1):38-50.

[9] Tang W,Lu Y,Tian QY,etal.The growth factor progranulin binds to TNF receptors and is therapeutic against inflammatory arthritis in mice[J].Science,2011,332(6028):478-484.

[10] Puga I,Cols M,Barra CM,etal.B cell-helper neutrophils stimulate the diversification andproduction of immunoglobulin in the marginal zone of the spleen[J].Nat Immunol,2012,13(2):170-180.

[11] Park B,Buti L,Lee S.Granulin is a soluble cofactor for Toll-like receptor 9 signaling[J].Immunity,2011,34(4):505-513.

[12] Newcomb JR,Cresswell P.Characterization of endogenous peptides bound to purified HLA-DR molecules and their absence from invariant chain-associated αβdimers[J].Immunol,1993,150(2):499-507.

[13] Lazuardi L,Herndler-Brandstetter D,Brunner S.Microarray analysisreveals similarity between CD8+CD28-T cells from young and elderly persons,but not of CD8+CD28+T cells[J].Biogerontology,2009,10(2):191-202.

[14] Wang H,Sun Y,Liu S,etal.Upregulation of progranulin by Helicobacter pylori in human gastric epithelial cells via p38MAPK and MEK1/2 signaling pathway:role in epithelial cell proliferation and migration[J].FEMS Immunol Med Microbiol,2011,63(1):82-92.

[15] Chang HK,Gallo RC,Ensoli B.Regulation of cellular gene expression and function by the human immunodeficiency virus type 1 tat protein[J].Biomed Sci,1995,2(3):189-202.

[16] Shoham N,Cohen L,Gazit A,etal.The Tat protein of the caprine arthritis encephalitis virus interacts with the Notch2 EGFlike repeats and the epithelin/granulin precursor[J].Intervirology,2003,46(4):239-244.

[17] Ong CH,Bateman A.Progranulin (granulin-epithelin precursor,PC-cell derived growth factor,acrogranin) in proliferation and tumorigenesis[J].Histol Histopathol,2003,18(4):1275-1288.

[18] He Z,Bateman A.Progranulin (granulin-epithelin precursor,PC-cell-derived growth factor,acrogranin) mediates tissue repair and tumorigenesis[J].Mol Med,2003,81(10):600-612.

[19] Lim HY,Albuquerque B,Haussler A,etal.Progranulin contributes to endogenous mechanisms of pain defense after nerve injury in mice[J].Cell Mol Med,2012,16(4):708-721.

[20] Naphade SB,Kigerl KA,Jakeman LB,etal.Progranulin expression is upregulated after spinal contusion in mice[J].Acta Neuropathol,2010,119(1):123-133.

[21] Guo Z,Li Q,Han Y,etal.Prevention of LPS-induced acute lung injury in mice by progranulin[J].Mediat Inflamm,2012.

[22] Tao J,Ji F,Wang F,etal.Neuroprotective effects of progranulin in ischemic mice[J].Brain Res,2012,1436:130-136.

[23] Guerra RR,Kriazhev L,Hernandez-Blazquez FJ,etal.Progranulin is a stress-response factor in fibroblasts subjected to hypoxia and acidosis[J].Growth Factors,2007,25(4):280-285.

[24] Hossein-Nezhad A,Mirzaei K,Ansar H,etal.Mutual role of PGRN/TNF-α on osteopenia developing in obesity′s inflammation state[J].Minerva Med,2012,103(3):165-175.

[25] Liu CJ.Progranulin:a promising therapeutic target for rheumatoid arthritis[J].FEBS Lett,2011,585(23):3675-3680.

[26] Hossein-Nezhad A,Mirzaei K,Ansar H,etal.Obesity,inflammation and resting energy expenditure:possible mechanism of progranulin in this pathway[J].Minerva Endocrinol,2012,37(3):255-266.

[27] Youn BS,Bang SI,Kloting N,etal.Serum progranulin concentrations may be associated with macrophage infiltration into omental adipose tissue[J].Diabetes,2009,58(3):627-636.

[28] Kloting N,Fasshauer M,Dietrich A.Insulin-sensitive obesity[J].Am J Physiol Endocrinol Metab,2010,299(3):E506-E515.

[29] Kim HK,Shin MS,Youn BS,etal.Involvement of progranulin in hypothalamic glucose sensing and feeding regulation[J].Endocrinology,2011,152(12):4672-4682.

[30] Yilmaz Y,Eren F,Yonal O,etal.Serum progranulin as an independent marker of liver fibrosis in patients with biopsy-proven nonalcoholic fatty liver disease[J].Dis Markers,2011,31(4):205-210.