肺泡表面活性物質相關蛋白A的研究進展

姚 靈 李南方 姚曉光 努爾古麗

肺泡表面活性物質是分布在肺泡氣液交界面的脂蛋白復合物，是維持肺穩(wěn)態(tài)的重要物質，主要由肺泡上皮Ⅱ型細胞 (alveolar epithelial type Ⅱ cells, ATⅡ) 在成熟肺的終末肺泡結構中分泌，其產生、儲存、分泌、再循環(huán)和分解代謝在人出生時就建立了動態(tài)平衡。肺表面活性物質相關蛋白 (surfactant protein, SP) 約占肺泡表面活性物質的10%，包括疏水性蛋白SP-B、SP-C和親水性蛋白SP-A、SP-D，是維持肺泡表面活性物質穩(wěn)定和發(fā)揮正常生理功能的基礎物質。其中肺泡表面活性物質相關蛋白A (surfactant protein A, SP-A) 是肺泡表面活性物質中含量最豐富的蛋白，其在調節(jié)免疫、降低炎性反應及維持正常肺功能方面起重要作用，同時參與多種肺部疾病的發(fā)生、發(fā)展。

一、SP-A的分子構成

SP-A是一個大分子蛋白，其一級結構包括4個功能區(qū)域，分別為氨基末端結構域、膠原區(qū)、頸區(qū)和糖類識別結構域。2個SP-A1分子和1個SP-A2分子相互纏繞形成的三聚體。成熟的SP-A是6個三聚體通過氨基末端結構域的二硫鍵組成花束樣結構的大分子蛋白。

二、SP-A的編碼基因與表達調控

目前研究報道的大多數物種只有一個SP-A基因。然而，人類SP-A編碼基因位于10號染色體長臂，由兩個轉錄方向相反并且連鎖不平衡的功能基因SFTPA1、SFTPA2和一個假基因組成。SFTPA1、SFTPA2這兩個功能基因長度約4.5kb，構成的核苷酸序列約94%同源，它們的蛋白質產物SP-A1、SP-A2約96%的氨基酸同源，其主要區(qū)別在于膠原樣區(qū)有不同的氨基酸；此外，信號肽序列、糖類識別結構域也有所不同。SP-A分子結構上的差異可能導致功能上的差異，SP-A1和SP-A2在各種相關細胞因子的產生、表面活性劑分泌的調節(jié)、肺泡巨噬細胞吞噬等方面具有不同作用。

人類功能基因序列及其剪接變異體的差異，導致一些轉錄及翻譯的差異，從而控制SP-A1和SP-A2蛋白表達水平。目前已有若干SP-A的調控區(qū)域被研究證實，如5′端、近端啟動子的300個堿基對、轉錄起始位點的上游等。SP-A 5′和3′UTR區(qū)包含多個調控元件對SP-A1和SP-A2表達及它們的遺傳變異體進行調控。此外，一些細胞特異性轉錄因子和小分子也可與人SP-A的啟動子調控序列相互作用影響SP-A的表達。這增加了遺傳的復雜性，反映了在進化過程中SP-A基因調控功能的重要性和其在特定的生理病理情況下對蛋白表達水平的影響。

三、SP-A生理作用

SP-A 在肺泡中的主要功能是幫助形成具有高度表面活性的管狀髓鞘結構，調節(jié)磷脂的合成、分泌和再循環(huán)，降低磷脂表面張力，并可對抗肺損傷時釋放的血漿蛋白對肺表面活性物質起抑制作用；也可與微生物和微粒子特異性結合, 增強吞噬細胞的吞噬和殺菌能力, 抑制多種細胞因子和炎性介質的合成與釋放，抑制T淋巴細胞增生和肺部的過敏反應, 并以此調控肺泡水平的免疫反應。SP-A維持肺泡結構穩(wěn)定及免疫功能對于維持肺穩(wěn)態(tài)至關重要。

四、SP-A與肺部疾病關系

1.SP-A與肺炎：目前大量研究發(fā)現(xiàn)SP-A與多種病原體導致的肺部炎性疾病密切相關。SP-A可與金黃色葡萄球菌細胞外黏附蛋白Eap結合，增強巨噬細胞吞噬和殺菌功能，減輕金黃色葡萄球菌肺炎的嚴重程度，并且能通過降低腸中caspase-3和Bax/Bcl-2的表達及NF-κB信號通路的激活，減輕金黃色葡萄球菌肺炎對腸損傷的影響[1]。Ledford等[2]發(fā)現(xiàn)提示SP-A對于肺炎支原體膜有具有較高的親和力，可通過干擾EGFR介導的信號轉導，減少因肺炎支原體膜刺激而產生的黏蛋白，減輕炎性反應。反之，銅綠假單胞菌的Ⅳ型菌毛可抵抗SP-A的抗菌作用。有動物研究表明，當H9N2亞型禽流感病毒和傳染性支氣管炎病毒共同感染時血清SP-A水平明顯下降[3]。因此，SP-A能與多種細菌、病毒及真菌結合，增強吞噬細胞的吞噬作用及免疫應答，清除各種病原體和凋亡壞死的細胞，下調過敏及炎性反應，反之，肺炎中各種細菌、病毒也可通過多種途徑對抗和降低SP-A水平及其功能，從而降低固有免疫，這可能也是肺炎發(fā)生和加重的重要原因之一。

2.SP-A與急性肺損傷：急性肺損傷過程中，低氧及炎性反應使肺泡毛細血管通透性增加，板層體和肺泡上皮細胞功能異常。Zhu等[4]研究發(fā)現(xiàn)板層體及肺泡上皮細胞損傷可導致小鼠肺組織中SP-A表達降低。而SP-A表達降低又導致急性肺損傷加重。近年來研究發(fā)現(xiàn)利拉魯肽及瘦素可通過TTF-1信號通路上調ATⅡ細胞中SP-A的表達[4]。Guillamat-Prats等[5]研究發(fā)現(xiàn)外源性給予ATⅡ細胞可增加SP-A分泌，減少巨噬細胞活化，從而減輕急性肺損傷的嚴重程度。這些發(fā)現(xiàn)提示SP-A與急性肺損傷的發(fā)生、發(fā)展密切相關，可作為急性肺損傷的嚴重程度的標志物，并可為急性肺損傷的治療提供新的可能。

3.SP-A與哮喘:哮喘是以可逆氣流阻塞為特征的慢性氣道炎癥。SP-A可增強肺泡巨噬細胞的吞噬作用和趨化作用，抑制炎性因子和氧化中間產物的產生，并能與樹突狀細胞相互作用以介導適應性免疫應答，減輕哮喘的炎性反應。Dy等[6]研究發(fā)現(xiàn)SP-A還能與哮喘惡化相關的肺炎支原體特異性結合，減少氣道黏液分泌，減輕肺部炎癥，并能抑制肺炎支原體誘導的嗜酸細胞過氧化物酶釋放，降低其對細小氣道上皮完整性的損害。Lugogo等[7]研究顯示，肥胖哮喘患者SP-A水平降低，外源性補充SP-A可有效減少肺組織嗜酸粒細胞趨化因子和腫瘤壞死因子分泌及改善肺功能下降。目前研究表明對于哮喘患者SP-A表達的檢測不僅局限于支氣管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid, BALF) 及血清中，Soares等[8]在測量呼出氣體中小氣道蛋白質生物標志物中發(fā)現(xiàn)SP-A與成人哮喘患者的氣道關閉和小氣道功能障礙表型相關。而Larsson等[9]的研究結果顯示哮喘患者暴露于樺樹花粉后，呼出粒子中SP-A水平比較差異無統(tǒng)計學意義。以上研究表明SP-A在哮喘的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用，呼出空氣顆粒中SP-A是可能作為無創(chuàng)研究小氣道生物學的新標志物，但研究結果尚有爭議。

4.SP-A與慢性阻塞性肺疾病：慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一種以進行性發(fā)展、不完全可逆氣流受限為主要特征的慢性炎癥性疾病。研究顯示SP-A通過介導炎性反應、降低氣道阻力及維持肺功能穩(wěn)定，參與COPD的發(fā)生、發(fā)展，BALF及血清SP-A水平可作為COPD診斷及預后的潛在生物學標志物[10]。然而，關于COPD患者SP-A的表達水平在不同研究、不同樣本中結果并不統(tǒng)一。近年來研究發(fā)現(xiàn)呼出氣體冷凝物(exhaled breath condensate, EBC)、小氣道呼出顆粒物濃度等技術可無創(chuàng)性評估測定SP-A水平的新手段。Lin等[11]研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者中EBC中SP-A水平降低，導致氣道阻力增高，F(xiàn)EV1降低，肺功能下降。L?rstad等[12]研究發(fā)現(xiàn)COPD患者小氣道呼出顆粒物中SP-A水平降低，并與COPD嚴重程度呈負相關。以上研究結果表明作為氣道炎癥和氣道阻力潛在生物學標志物的SP-A與COPD發(fā)生、發(fā)展密切相關，且EBC及小氣道呼出顆粒中SP-A水平，可能作為評估肺功能及識別、監(jiān)測COPD無創(chuàng)的新的生物學標志物。

5.SP-A與肺癌：肺癌是惡性腫瘤死亡的主要原因，研究和了解肺癌進展的潛在生物學和分子機制至關重要。SP-A能增強巨噬細胞的趨化性和吞噬功能，使免疫細胞增殖和細胞表面蛋白表達增加，調控M1抗腫瘤相關巨噬細胞的極化，募集和激活NK細胞，以及參與炎癥的細胞因子調控和細胞外基質重塑過程，抑制肺癌進展[13]。近年來研究顯示SP-A與肺癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關，可能是肺癌的潛在生物學標志物[14]。Beck等[15]發(fā)現(xiàn)SP-A是犬肺上皮腫瘤敏感且特異的生物學標志物，與TTF-1或napsin A聯(lián)合使用，可提高對肺原發(fā)腫瘤和肺轉移癌的檢測。Jin等[16]研究發(fā)現(xiàn)在原發(fā)性肺腺癌中SP-A的診斷特異性為94.87%，敏感度為60.46%，檢測SP-A水平在原發(fā)性肺腺癌中的表達有助于判斷原發(fā)性肺腺癌的預后。Kaczmarek等[17]研究發(fā)現(xiàn)檢測血清SP-A水平有助于非小細胞肺癌合并惡性胸腔積液的診斷。此外，Jie等[18]研究發(fā)現(xiàn)SP-A的表達與EGFR高突變密切相關，可為肺腺癌EGFR-TKI藥物治療的選擇提供線索。根據目前研究報道，SP-A可抑制肺癌的進展，可作為肺惡性腫瘤診斷及預后評價的潛在生物學標志物，為肺癌患者的診斷、治療、預后評價提供新的線索。

6.SP-A與特發(fā)性肺纖維化：特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)是以肺泡上皮細胞的損傷及功能異常為特征的慢性、不可逆且預后不良的彌漫性肺纖維化疾病。SP-A表達水平與Ⅱ型肺泡上皮細胞損傷和增生密切相關，有研究表明IPF患者BALF及血清SP-A水平高于非IPF 的間質性肺病，兩者均對IPF患者的鑒別診斷及生存預測有重要意義[19]。一些研究表明間質性肺病合并多發(fā)性肌炎/皮肌炎、ANCA相關血管炎、結締組織疾病等患者血清中SP-A水平亦可升高[20～22]。因此，血清SP-A水平被認為對診斷IPF具有良好的敏感度且與疾病進展或病死率密切相關，但特異性較差，可作為IPF預后評價的潛在生物學標志物。

7.SP-A與阻塞性睡眠呼吸暫停：阻塞性睡眠呼吸暫停(obstructive sleep apnea, OSA) 是以上氣道完全或不完全塌陷導致反復發(fā)作的夜間低氧和高碳酸血癥為特征的最常見的睡眠障礙疾病。研究表明SP-A的分泌受外界氧濃度和呼吸運動的影響，氧含量增加和呼吸動度的增加可促進SP-A的分泌。SP-A水平降低可導致炎性反應增加、肺容積及肺功能降低和氣道阻力增加。 研究發(fā)現(xiàn)OSA患者中血清SP-A水平降低且與OSA的嚴重程度呈負相關[23]。Lu等[24]研究發(fā)現(xiàn)OSA患者中BALF和血清SP-A水平均降低，炎性反應加重且與OSA嚴重程度呈負相關。

五、展 望

綜上所述，血清、BALF和肺組織中的SP-A表達水平已被發(fā)現(xiàn)是多種肺部疾病診斷及預后評價的潛在生物學標志物。近年來研究發(fā)現(xiàn)呼出冷凝氣及小氣道呼出顆粒物中SP-A水平，或許可作為提高肺部疾病診斷和預后評價準確性方便快捷無創(chuàng)的新手段，但仍需進一步研究證實。SP-A在維持肺穩(wěn)態(tài)中的重要作用不僅僅局限于降低肺泡表面張力及調控炎性、免疫反應，其還可調控細胞增殖、修復和凋亡，但其分子生物學機制尚不明確，SP-A基因變異及基因調控對SP-A表達以及肺部疾病易感性的影響，以及外源性的補充SP-A是否能為肺部疾病的治療提供新的線索，有待于進一步研究探索。