炎癥反應(yīng)中雙糖鏈蛋白聚糖作用機(jī)制研究進(jìn)展

趙婷婷 ，馬 然 ，封 棣 ，張浩軍 ，李 平 ?

（1.中日友好醫(yī)院 臨床醫(yī)學(xué)研究所，北京 100029；2.北京市免疫炎性疾病 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；3.北京工商大學(xué) 食品與化學(xué)工程學(xué)院，北京 100048）

雙糖鏈蛋白聚糖（biglycan，BGN）是一種胞外基質(zhì)蛋白聚糖，現(xiàn)已被證明是參與炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵分子。當(dāng)組織應(yīng)激或損傷時(shí)，BGN從細(xì)胞外基質(zhì)水解釋放后以損傷相關(guān)分子模式 （damage-associated molecular patterns，DAMPs）發(fā)揮作用，目前已經(jīng)成為炎癥反應(yīng)尤其是無(wú)菌性炎癥疾病研究的重要課題。本文就近年來(lái)炎癥疾病中BGN與Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）相互作用的研究進(jìn)展做一綜述。

1 BGN的生物學(xué)特性

BGN是富含小分子亮氨酸的蛋白聚糖（small leucinerich proteoglycans，SLRPs）家族成員之一，由2條糖胺聚糖側(cè)鏈和一個(gè)核心蛋白組成。其核心蛋白分子量約42kD，含12 個(gè)亮氨酸重復(fù)單位（leucine-rich repeat，LRR），糖胺聚糖由硫酸皮膚素或硫酸軟骨素組成。BGN又稱蛋白聚糖-I（proteoglycan-I，PG-I），最早于骨 組織中發(fā)現(xiàn)，由 Fisher等人于1989年報(bào)道。BGN編碼基因由7個(gè)內(nèi)含子和8個(gè)外顯子構(gòu)成，位于Xq27-Xq28。它廣泛分布在骨、軟骨、肌腱、纖維組織等多種細(xì)胞外基質(zhì)組織中，是細(xì)胞外基質(zhì)的重要成分。

組織應(yīng)激或損傷后，基質(zhì)成分被大量釋放，并與病原模式識(shí)別受體（pathogen recognition receptors，PRRs）發(fā)生相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，眾多的細(xì)胞外基質(zhì)成分中，只有極少數(shù)能夠與PRRs相互作用，并作為PRRs的內(nèi)源性配體參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。由于BGN含有LRR，所以它能與含有LRR基序的Toll樣受體等結(jié)合，將危險(xiǎn)信號(hào)傳遞到免疫系統(tǒng)中去，啟動(dòng)快速應(yīng)答反應(yīng)。最新研究表明，BGN在感染性炎癥反應(yīng)和缺血性腎損傷[1]、活性氧介導(dǎo)的炎癥性疾病[2]、非小細(xì)胞肺癌[3]等無(wú)菌性炎癥反應(yīng)中均發(fā)揮了重要作用。

2 BGN在炎癥中的調(diào)控作用

2.1 感染性炎癥與無(wú)菌性炎癥

炎癥不僅是機(jī)體抵御微生物入侵的防御機(jī)制，也是無(wú)菌條件下組織損傷的關(guān)鍵反應(yīng)。過(guò)去的幾十年里，對(duì)有關(guān)病原體介導(dǎo)的炎癥機(jī)制已經(jīng)有了深入的認(rèn)識(shí)。中性白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞能夠通過(guò)特定的病原模式識(shí)別受體識(shí)別高度保守的微生物結(jié)構(gòu)，稱為病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）[4，5]。 PRRs根據(jù)不同的識(shí)別配體和細(xì)胞定位可以分為五類：跨膜的TLRs，細(xì)胞質(zhì)的NLRs，細(xì)胞內(nèi)的維甲酸誘導(dǎo)基因-Ⅰ樣受體，跨膜的C型凝集素受體（如Dectin-1）和黑素瘤缺乏因子2樣受體[4，6]。PAMP通過(guò)PRRs引起先天免疫應(yīng)答識(shí)別啟動(dòng)核因子 κB（nuclear factor κB，NFκB）、促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、P38 或Ⅰ型干擾素信號(hào)通路[5～7，12]。這些信號(hào)通路的激活導(dǎo)致了腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor α，TNFα）、白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）等細(xì)胞因子的分泌，繼而趨化因子招募更多的炎性細(xì)胞到感染部位[8]。在先天免疫應(yīng)答激活后，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)提供更具體的反應(yīng)來(lái)控制和消除引起感染的原因。受體在連接先天免疫與適應(yīng)性免疫中具有重要作用[9，10]。

過(guò)去研究也發(fā)現(xiàn)，在沒有微生物病原體的情況下組織損傷期間也會(huì)發(fā)生炎癥[2，5，8]。而且無(wú)菌性炎癥是許多肺、腎臟和肝臟疾病的共同特征，也是動(dòng)脈粥樣硬化、腫瘤、痛風(fēng)、心肌梗死、中風(fēng)和多種自身免疫性疾病（如系統(tǒng)性紅斑狼瘡等）的重要特征，并且可導(dǎo)致器官纖維化[5，11]。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，組織應(yīng)激或損傷會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的內(nèi)源性分子以DAMPS的形式釋放。細(xì)胞壞死過(guò)程中，一些特定的細(xì)胞成分，如熱休克蛋白，嘌呤代謝產(chǎn)物（ATP或尿酸）和高遷移率族蛋白B1被釋放到細(xì)胞外的空間，從而變成DAMPs。細(xì)胞外的DAMPs和PAMPs類似，都可以通過(guò)PRRs的特異性配體識(shí)別并引起先天免疫應(yīng)答。目前無(wú)菌性炎性疾病的發(fā)病率正逐年升高，但缺乏微生物病原體的先天免疫激活機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

2.2 BGN是TLR2和TLR4的內(nèi)源性配體

BGN可被骨形態(tài)發(fā)生蛋白 （bone morphogenetic pro-tein，BMP）-1、 基質(zhì)金屬蛋白酶 （matrix metalloproteinase，MMP）-2、MMP-3、MMP-13 等水解[12]。 已有研究發(fā)現(xiàn)，可溶性BGN參與了巨噬細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中完整的BGN可作為TLR2和TLR4的內(nèi)源性配體，使p38和NFκB通路快速激活，并且提高促炎細(xì)胞因子TNFα 的合成[10，13]。 此外，BGN 通過(guò) TLR2/4 促進(jìn)中性白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞合成多種趨化因子，例如，巨噬細(xì)胞炎性蛋白-1α （macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α）、單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）與調(diào)節(jié)活化正常T細(xì)胞表達(dá)與分泌的趨化因子（regulated upon activation， normalT-cell expressed and secreted，RANTES）[10]。另外，浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞經(jīng)促炎細(xì)胞因子（如IL-1β）的刺激，自身就能合成BGN。從細(xì)胞外基質(zhì)中釋放的BGN蛋白水解片段可能不全都與TLR2/4結(jié)合并發(fā)出信號(hào)。因此，由巨噬細(xì)胞從頭合成的BGN作為放大機(jī)制，在損傷部位提供BGN完整的“信號(hào)”形式?；谶@種機(jī)制，BGN啟動(dòng)了一個(gè)能在自分泌和旁分泌方式中引發(fā)和促進(jìn)炎癥應(yīng)答的前饋循環(huán)。

2.3 BGN調(diào)控TLR2/4與嘌呤受體P2X7和P2X4復(fù)合物

除了作為TLR2/4內(nèi)源性配體，BGN還能聚集幾類受體，誘導(dǎo)它們形成受體復(fù)合物[13，14]，并進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[13]。在急性和慢性炎癥中，BGN均能促進(jìn)重要的促炎細(xì)胞因子IL-1β的分泌[15]。通常，成熟IL-1β的合成、加工和分泌至少需要兩個(gè)步驟。首先，通過(guò)依賴TLR的NFκB的活化合成IL-1β前體；進(jìn)而，在NOD樣受體家族含pyrin結(jié)構(gòu)域蛋白 3 （NLR family， pyrin domain-containing 3，NLRP3）炎性小體和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（caspase-1）的刺激下使IL-1β前體裂解形成成熟的IL-1β。但是，可溶性BGN可以通過(guò)誘導(dǎo) TLR2、TLR4和嘌呤受體 P2X7和P2X4在巨噬細(xì)胞表面形成多受體復(fù)合物，直接刺激成熟IL-1β的合成和分泌。BGN通過(guò)結(jié)合TLR2/4啟動(dòng)IL-1β前體和NLRP3炎性小體的合成；同時(shí)，通過(guò)結(jié)合P2X7和P2X4受體，誘導(dǎo)NLRP3/凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis associated speck-like protein containing a CARD，ASC）炎性小體和caspase-1的形成與活化，驅(qū)動(dòng)IL-1β的成熟和分泌。這一過(guò)程需活性氧和熱休克蛋白70的參與[4]。此外，研究發(fā)現(xiàn)只有完整的BGN才能在巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中觸發(fā)促炎信號(hào)，提示BGN的核心蛋白和糖胺聚糖側(cè)鏈在TLR2/4與P2X7/P2X4受體的聚集中均發(fā)揮重要作用[16]。

2.4 感染性和無(wú)菌性炎癥中BGN與TLR2/4的相互作用

研究表明，隨著炎癥的增強(qiáng)，BGN高表達(dá)并伴隨著嚴(yán)重的組織損傷。而且，無(wú)論是在病原體誘導(dǎo)[2]還是無(wú)菌條件下[13]，BGN的缺乏均能減少炎癥反應(yīng)。

2.4.1 在肺部

肺是膿毒癥的主要靶器官，BGN能夠促進(jìn)肺部?jī)?nèi)的炎癥反應(yīng)[19]。有研究表明[2]，在膿毒性條件下，浸潤(rùn)的肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞中BGN含量顯著增加。而下調(diào)BGN可以抑制肺組織中的免疫細(xì)胞，減輕肺損傷，同時(shí)在肺部?jī)H檢測(cè)到少量激活的caspase-1和少量成熟的IL-1β[13]。在TLR4和TLR2依賴的和LPS或酵母多糖誘導(dǎo)的膿毒癥小鼠中，BGN基因的缺失均明顯提高了模型存活率，并且降低了循環(huán)TNFα和IL-1β水平以及浸潤(rùn)性單核細(xì)胞數(shù)量[13]。而且，缺乏BGN的小鼠血漿和肺中的IL-1β水平較低，這與NLRP3炎性小體的表達(dá)減少和caspase-1活性降低有關(guān)[13]。上述結(jié)果表明，BGN下游信號(hào)通路的炎性小體是體內(nèi)炎癥反應(yīng)的重要環(huán)節(jié)。由此提示，在由細(xì)菌引起的炎癥反應(yīng)中BGN并不參與病原體傳感，而是通過(guò)TLR觸發(fā)炎癥信號(hào)從而增強(qiáng)病原體誘導(dǎo)的炎癥應(yīng)答。

2.4.2 腎臟中

BGN除了參與病原體誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答，也參與無(wú)菌性炎癥反應(yīng)。在糖尿病腎病小鼠模型[17]和急性缺血性腎損傷的小鼠模型[1]中檢測(cè)到BGN高表達(dá)。在單側(cè)輸尿管梗阻和狼瘡性腎炎[10，13]等非感染炎癥性腎臟疾病模型中下調(diào)BGN水平可有效降低NLRP3表達(dá)和caspase-1活性，顯著減少腎臟TNFα、IL-1β和浸潤(rùn)性單核細(xì)胞數(shù)量，從而起到腎保護(hù)作用。相反，可溶性BGN過(guò)度表達(dá)能夠聚集多種趨化因子，促進(jìn)單核細(xì)胞的浸潤(rùn)，加劇器官損傷[10]，說(shuō)明BGN是無(wú)菌性炎癥性腎臟疾病的關(guān)鍵介質(zhì)[18]。然而，在敲除TLR2/4復(fù)合基因的小鼠中，腎功能損傷明顯改善，這一結(jié)果提示BGN與TLR2/4的相互作用是體內(nèi)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。

2.4.3 其他組織

主動(dòng)脈中BGN升高能夠激活TLR2[19]，促使磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白合成增加，引起脂質(zhì)積聚和炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致主動(dòng)脈狹窄[20]。穿刺確診的慢性乙型肝炎患者血清BGN濃度顯著高于正常人 （337.3±363.0pg/ml vs 189.1±61.9pg/ml），且與纖維化程度顯著相關(guān)[21]。此外，腎臟移植冠狀動(dòng)脈粥樣硬化[22]、嚴(yán)重的眼部疾病[23]以及脂肪組織損傷中[24]均發(fā)現(xiàn)BGN高表達(dá)。

3 展望

目前無(wú)菌性炎癥疾病患病率很高，如動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗塞、中風(fēng)、痛風(fēng)、各種器官的纖維化、自身免疫疾病和腫瘤，闡明上述疾病的炎癥反應(yīng)機(jī)制還需開展大量研究。細(xì)胞外基質(zhì)釋放的成分能夠直接參與組織應(yīng)激或損傷的信號(hào)傳導(dǎo)，這一發(fā)現(xiàn)提升了我們對(duì)無(wú)菌性炎癥病因的認(rèn)知水平。各種細(xì)胞外基質(zhì)成分中，富含小分子亮氨酸的蛋白聚糖類分子尤其適合與含有LRR基序的TLR和NLR相互作用。目前對(duì)于炎癥調(diào)節(jié)中富含小分子亮氨酸的蛋白聚糖的作用研究得還很少[25]。除了BGN，也有關(guān)于基膜聚糖影響炎癥反應(yīng)過(guò)程的報(bào)道[26]。探討富含小分子亮氨酸的蛋白聚糖與不同受體分子特異性親和力及其下游信號(hào)通路的調(diào)控將是未來(lái)研究無(wú)菌性炎癥機(jī)制的重要方向。

雖然BGN介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的研究越來(lái)越多，但是還有諸多問(wèn)題有待闡明。只有可溶性和完整的BGN能夠觸發(fā)促炎信號(hào)。那么，BGN何時(shí)并且為何在循環(huán)中出現(xiàn)？循環(huán)中BGN是否能夠成為未來(lái)炎癥性疾病的生物標(biāo)志物？此外，蛋白核心和糖胺聚糖側(cè)鏈在BGN介導(dǎo)炎癥反應(yīng)中分別發(fā)揮何種作用，以及它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用仍有待深入研究。

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