肺表面活性蛋白A及雞SP-A功能研究進展

黃 琪，陳鴻軍

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海獸醫(yī)研究所，上海 200241）

·綜述·

肺表面活性蛋白A及雞SP-A功能研究進展

黃 琪，陳鴻軍

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海獸醫(yī)研究所，上海 200241）

本文簡述了肺表面活性蛋白A（surfactant protein A，SP-A）的生物學(xué)功能研究進展。人、動物和雞的SP-A在先天性免疫防御中發(fā)揮著重要作用，不僅具有降低肺表面張力，防止因肺容量過低而導(dǎo)致塌陷的生理功能，還具有結(jié)合特異性微生物，增強巨噬細胞吞噬與殺傷的抗感染免疫功能。因此開發(fā)利用雞SP-A對雞呼吸道傳染病防控具有良好的應(yīng)用前景。

肺表面活性蛋白A；功能；先天性免疫；雞

雞肺表面活性蛋白A（chicken surfactant protein A，cSP-A）是肺泡上皮分泌的一種親水性糖蛋白，在機體呼吸系統(tǒng)先天性免疫防御中發(fā)揮重要作用。cSP-A屬于膠原凝集素的一種，與哺乳動物肺表面活性蛋白A同源。研究表明凝集素（collectin）屬于可溶性的模式識別受體，存在于動物不同的組織中，與不同的微生物表面多糖相互作用。目前為止，共發(fā)現(xiàn)了六種不同的凝集素:甘露糖結(jié)合凝集素（MBL）、表面活性蛋白A（SP-A）、膠原凝集素10（COLEC10）、膠原凝集素11（COLEC11）、膠原凝集素12（COLEC12）、肺凝集素（LL）和纖維膠凝蛋白（FCN）[1]。與人類相比，大多數(shù)雞凝集素的結(jié)構(gòu)和功能尚未完全清楚。

由于雞呼吸道缺乏MBL和補體系統(tǒng)，天然免疫分子cSP-A則起著更為主要的、不可替代的作用[2]。與其他組織細胞相比較，cSP-A在肺臟中分布較多，因此它們主要在肺部起天然免疫防御作用。其他部位中別的免疫分子含量則較高，cSP-A的免疫作用居于次要地位。本文主要對哺乳動物SP-A及雞SP-A的生物學(xué)特性、抗病毒抗細菌的作用以及在炎癥反應(yīng)中的調(diào)節(jié)作用進行綜述。

1 cSP-A的生物學(xué)特性

cSP-A主要由肺泡上皮細胞合成與分泌，是目前在家禽呼吸系統(tǒng)中最為重要的蛋白。cSP-A基因編碼222個多肽，蛋白質(zhì)分子量為24.72 kDa，等電點為5.09，蛋白具有較高的親水性。分析cSP-A基因序列發(fā)現(xiàn)，與哺乳動物的SP-A相似，從N端到C端依次為5個結(jié)構(gòu)域:短的N-端區(qū)、膠原樣區(qū)（collagen-like region，CLR）、未知區(qū)（unknown）、莖區(qū)（neck domain）和凝集素糖識別區(qū)（carbohydrate recognition domain，CRD），具有C型凝集素家族的共同結(jié)構(gòu)特征[3]。cSP-A共由4個外顯子編碼而成:外顯子1編碼信號肽、N端和小部分膠原樣區(qū)域，外顯子2編碼未知區(qū)、頸區(qū)和CRD區(qū)分別由外顯子3和4編碼。cSP-A單體的CLR為一多聚化三聯(lián)螺旋體結(jié)構(gòu)，與人SP-A的CLR相比，它相對較短，是SP-A與磷脂相互作用的部位[4]；CRD為球狀結(jié)構(gòu)區(qū)，cSP-A在CRD區(qū)域氨基酸組成與其他哺乳動物CRD區(qū)域同源性在39.5%～45.7%，較為保守，并有2個糖基化位點、2個鈣離子結(jié)合位點、1個結(jié)合甘露糖的基序（Glu215-Pro216-Asn217），這一基序的存在可能會使CRD結(jié)合病原微生物糖蛋白的作用更為顯著。有研究報道顯示完整的SP-A分子是同質(zhì)三肽鏈結(jié)構(gòu)單位的寡聚體，多至六聚體，但只有三聚體以上的寡聚體才具有生物學(xué)活性[5]。

cSP-A組織表達相對廣泛，但主要在呼吸系統(tǒng)，例如氣管、喉頭、鳴管、氣囊等，此外，在胸腺和頭狀骨也有少量表達[6]。cSP-A在呼吸系統(tǒng)的高水平表達，可能與家禽呼吸道巨噬細胞在生理狀態(tài)下較少活躍有關(guān)，推測cSP-A在雞呼吸系統(tǒng)可能起著主要的天然免疫防御作用，當病原體入侵時，可借這些部位的cSP-A立即啟動吞噬行為，而無須等待特異性抗體的產(chǎn)生。這種免疫防御作用可能是除肺部免疫球蛋白、補體介導(dǎo)的吞噬活動之外，又一種新的清除病原體的機制，且似乎對肺臟更為有利[3]。幾種雞凝集素蛋白在臟器中的表達情況如下（表1）。

表1 人和雞凝集素在臟器中的分布Table 1 Issue expression of chicken collagenous lectins

2 SP-A抗感染免疫作用

SP-A參與肺表面活性物質(zhì)（pulmonary surfactant，PS）的形成與代謝，維持細胞內(nèi)外PS的水平，同時作為廣譜調(diào)理素，參與局部防御、調(diào)節(jié)免疫和炎性反應(yīng)，維護肺泡結(jié)構(gòu)和功能，在先天性免疫防御中發(fā)揮重要作用。SP-A主要通過兩種途徑抵抗病原體的侵入:直接的抗病原體作用和通過免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用。

2.1 直接抗病原體作用 動物的SP-A屬于天然免疫分子，也是模式識別分子，依靠其CRD結(jié)合細菌或病毒等病原體表面的特異性碳水化合物，如G+脂磷壁酸和肽多糖或者G-的內(nèi)毒素（脂多糖）以及某些病毒的主要結(jié)構(gòu)蛋白—糖蛋白，如甲型流感病毒的HA蛋白，從而發(fā)揮中和病毒及阻抑細菌粘附的直接效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，感染甲型流感病毒（Influenza A virus，IAV）后，缺失SP-A的小鼠與野生型小鼠相比，病毒滴度增加，肺部炎性細胞和促炎細胞因子濃度也增加[7]。研究表明，感染H9N2 IAV后，雞肺中cLL和cSP-A的mRNA表達水平呈下調(diào)趨勢，而在氣管中則成上調(diào)趨勢[8]。目前cLL已被證實能夠抑制人源的A型流感病毒的紅細胞凝集活性，由于cSP-A和cLL的分子結(jié)構(gòu)與哺乳動物源的SP-A基本相同，因此推測其功能也相似。此外，SP-A還通過增加病原體細胞膜的通透性，抑制某些細菌的生長。SP-A缺陷小鼠在感染致腎盂腎炎大腸桿菌（UPEC）后，對尿路感染表現(xiàn)出更高的易感性，表現(xiàn)在細菌較高的CFU值以及更明顯的中性粒細胞浸潤等病理變化，同時還發(fā)現(xiàn)SP-A可以直接抑制UPEC的生長[9]。此外研究發(fā)現(xiàn)，與對照組（接種PBS）相比，接種大腸桿菌的小鼠肺中SP-A mRNA水平的表達量較對照組（接種PBS）明顯降低。

2.2 SP-A在先天性免疫應(yīng)答中的作用 先天性免疫防御系統(tǒng)是機體抵抗病原體入侵的第一道防線，是機體在暴露于病原，特異性免疫反應(yīng)建立之前的最重要的防御階段。SP-A通過調(diào)節(jié)免疫因子，或者吞噬細胞以及Toll樣受體在先天性免疫防御中發(fā)揮抗感染作用。

SP-A通過CRD區(qū)與病原體糖基結(jié)合，刺激肺泡巨噬細胞和中性粒細胞的活性，增強其對病原菌的攝取，抑制多種細胞因子和炎癥介質(zhì)的合成和釋放，以此調(diào)控肺泡水平的免疫作用[10]。與哺乳動物不同，在未感染狀態(tài)下雞呼吸系統(tǒng)的巨噬細胞數(shù)量遠遠小于同體重的家兔，但是在呼吸系統(tǒng)的主要部位卻有cSP-A蛋白的表達，當病原菌入侵時，借助cSP-A可迅速啟動吞噬行為。研究表明SP-A能以Ca2+依賴方式增強中性粒細胞對A型流感嗜血桿菌、綠膿桿菌、大腸桿菌、肺炎鏈球菌以及金黃色葡萄球菌等的攝取[11]。SP-A基因缺失小鼠感染B族鏈球菌后，吞噬細胞吞噬細菌的能力明顯降低，加入外源性SP-A后，吞噬能力便可恢復(fù)。此外，SP-A可以提高巨噬細胞中NO的產(chǎn)量，刺激巨噬細胞產(chǎn)生氧自由基，促進殺菌[12]。SP-A與Toll樣受體（Toll like receptors，TLRs）也有重要的相互作用，尤其是TLR2和TLR4。SP-A可抑制肺泡上皮細胞C1q介導(dǎo)的補體活化和炎癥反應(yīng)，并直接綁定到TLRs。TLR2和TLR4主要參與呼吸道合胞病毒（Respiratory Syncytial virus，RSV）的感染以及H5N1引起的急性肺損傷的調(diào)節(jié)[13,14]。Kawai等[15]證實SP-A通過CRD促進CD14與TLR-4結(jié)合形成復(fù)合物，以激活下游轉(zhuǎn)錄因子（如NF-κB、p38 MAPK）的激活，增加炎癥因子的釋放，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。但SP-A與該受體的相互作用機制還不清楚。

2.3 SP-A在獲得性免疫應(yīng)答中的作用 SP-A抑制T淋巴細胞的增殖，降低IL-2的產(chǎn)生和淋巴細胞的活性，這可能與轉(zhuǎn)化生長因子在SP-A合成時出現(xiàn)有關(guān)[16]。SP-A對T細胞活性的調(diào)節(jié)隨激活信號的強弱表現(xiàn)不同:高信號強度時抑制T細胞的激活，弱信號時增強他們的活化與增殖[17]。通過與SP-A的結(jié)合，低反應(yīng)狀態(tài)的肺泡淋巴細胞保護肺實質(zhì)避免炎癥引起損傷[18]。SP-A通過調(diào)節(jié)肺泡中T細胞的活性，進而影響適應(yīng)性免疫應(yīng)答反應(yīng)，直接或間接地與病原體、細胞因子（如轉(zhuǎn)化生長因子-β、TGF-β）相互作用，進而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。在正常生理狀態(tài)下，SP-A綁定無活性的 TGF-β，肺損傷發(fā)生時，TGF-β脫離SP-A，發(fā)揮一級炎癥級聯(lián)反應(yīng)的作用[16]。此外，在呼吸道病毒感染的免疫反應(yīng)中，樹突狀細胞發(fā)揮著重要作用，研究表明，SP-A有調(diào)節(jié)樹突狀細胞的作用[14]。

2.4 SP-A免疫調(diào)節(jié)作用 SP-A通過CRD與上皮細胞以及吞噬細胞表面的受體結(jié)合，激活TLR-4引起下游轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、p38 MAPK以及IRF3的激活，來調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)[19]。在肺部正常生理狀態(tài)下，SP-A通過CRD頭部與巨噬細胞表面的信號調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，抑制p38 MAPK激活以及減少各種細胞介質(zhì)產(chǎn)物的釋放。一旦病原菌入侵，SP-A膠原尾部便與鈣網(wǎng)蛋白/CD91相結(jié)合，進而激活p38 MAPK磷酸化以及NF-κB的活化作用，導(dǎo)致細胞因子與趨化因子產(chǎn)物的增加，如TNF-α、IL-8和MCP-1。

SP-A既能夠直接協(xié)同IgG激活細胞的配體，也上調(diào)肺泡巨噬細胞表面的甘露糖受體，以增強細胞的吞噬功能。SP-A通過外源性病原體存在與否，決定SP-A與何種受體結(jié)合，進而發(fā)揮不同作用[20]。這有利于清除入侵的病原體，又能防止炎癥反應(yīng)過度，對維持免疫穩(wěn)態(tài)有著重要意義。

3 應(yīng)用前景

目前的研究表明，哺乳動物SP-A在抗感染免疫反應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用，因此，開發(fā)禽源肺免疫活性物質(zhì)（cSP-A）用于預(yù)防和治療雞多病因呼吸綜合征具有重要意義。外源性的肺表面活性物質(zhì)替代療法治療ALI/ARDS已經(jīng)獲得較好效果，成為治療的首選療法之一。目前用于臨床的PS制劑，多為哺乳動物源的SP-B和SP-C。以此作為借鑒，如能進行cSP-A原核或真核表達[21]，提取和濃縮獲得cSP-A純品，制備氣霧劑PS，通過霧化吸入方式對禽群進行群體預(yù)防，極有可能控制雞呼吸道傳染病。

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PROGRESSES ON PULMONARY SURFACTANT PROTEIN A AND CHICKEN SP-A

HUANG Qi, CHEN Hong-jun

(Shanghai Veterinary Research Institute, CAAS,Shanghai 200241, China)

This paper briefl y describes research progress the pulmonary surfactant protein A (SP - A) biological function. SP-A from human, animal and chicken plays an important role in innate immunity by maintaining alveolar integrity and preventing alveolar collapse at low lung volumes, and binding several pathogens, enhancing phagocytosis and chemotaxis of alveolar macrophages. Chicken SP-A (cSP-A) is one of chicken lung lectins, which is the most abundant protein of surfactant. Therefore, cSP-A shows broad application prospects in bioengineering and prevention of avian infectious diseases.

Pulmonary surfactant protein A; physiological functions; innate immunity; chicken

S852.42

A

1674-6422（2017）01-0075-05

2016-03-07

安徽省自然科學(xué)基金（1408085MC49）；國家自然基金面上項目（31572502）；中央公益性單位專項經(jīng)費（2015JB15）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物流感病原生態(tài)學(xué)創(chuàng)新團隊專項經(jīng)費

黃琪，女，碩士研究生，預(yù)防獸醫(yī)學(xué)專業(yè)

陳鴻軍，E-mail:vetchj@shvri.ac.cn