MUC1/Muc1在肺部疾病中作用的研究進展

袁良 李德富 盧文菊

廣州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 廣州呼吸健康研究院 呼吸疾病國家重點實驗室國家呼吸系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學研究中心 510030

黏蛋白1(人黏蛋白1用MUC1表示,動物黏蛋白1用Muc1表示)屬于Ⅰ型跨膜黏蛋白,廣泛存在于呼吸道、胃腸道等上皮細胞以及各種免疫相關(guān)細胞表面[1-2]。長期以來,由于MUC1在大多數(shù)癌癥中過表達并異常糖基化,因此,它一直作為腫瘤相關(guān)分子被研究[3]。但近年來大量研究表明,MUC1是一個重要的內(nèi)源性抗炎分子,可在急性肺部感染發(fā)生時促進炎癥消退[2]。此外,它還可能在其他肺部疾病 [如：COPD、過敏性支氣管哮喘以及間質(zhì)性肺疾病(intersitial lung disease,ILD)]的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用,但具體作用以及機制尚不明確。

1 MUC1/Muc1結(jié)構(gòu)

MUC1氨基酸序列中包括3個結(jié)構(gòu)域：胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)[1]。其胞外區(qū)高度糖基化,具有銅綠假單胞菌的結(jié)合位點[1-4]。MUC1胞外區(qū)可被腫瘤壞死因子轉(zhuǎn)化酶、基質(zhì)金屬蛋白酶14和γ-分泌酶選擇性切割[5-7],從而釋放到細胞外充當可溶性誘餌,以阻斷銅綠假單胞菌與細胞表面MUC1的結(jié)合[8]。MUC1 CT 區(qū)含有7個進化高度保守的酪氨酸殘基,其中大部分可被磷酸化,磷酸化的酪氨酸殘基可作為參與信號轉(zhuǎn)導的激酶和銜接蛋白的結(jié)合位點[9-13],包括磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)、細胞類固醇激素受體共激活因子(cell steroid receptor coactivator,c-Src)、生長因子受體結(jié)合蛋白2等[2]。

2 MUC1/Muc1與肺癌

MUC1在肺癌細胞中異常表達,主要表現(xiàn)為過表達及非極性分布[14-15],且其常提示肺癌預后不良[14,16-17]。吸煙能顯著增加肺癌的患病風險,香煙煙霧(cigarette smoke,CS)含有高誘變物質(zhì),可促進肺癌的發(fā)生及發(fā)展[17]。CS可誘導氣道上皮細胞過表達MUC1,使EGFR 介導的信號轉(zhuǎn)導增強、細胞間黏附的穩(wěn)定性減弱、細胞極性喪失,進而促進CS或CS衍生的致癌物(如苯并芘等)所誘導的細胞轉(zhuǎn)化[15,19]。CS還能誘導氣道上皮細胞頂端-基底極性喪失,MUC1在細胞膜上重新分布,并與EGFR 結(jié)合,進而促進MUC1 CT 區(qū)的磷酸化。磷酸化的MUC1 CT 區(qū)與連接蛋白、β-連環(huán)蛋白和p120-連環(huán)蛋白相互作用,破壞E-鈣黏蛋白/β-連環(huán)蛋白和E-鈣黏蛋白/p120-連環(huán)蛋白復合物的形成,消除細胞間的黏附作用,從而促進肺癌的轉(zhuǎn)移[15,20]。此外,人支氣管上皮細胞經(jīng)CS 刺激后,其MUC1 CT 區(qū)與EGFR、c-Src以及p120-連環(huán)蛋白的相互作用增強[21]。甚至,MUC1 CT 區(qū)可與p120-連環(huán)蛋白形成復合物并入核,參與肺癌組織中上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelialmesenchymal transition,EMT)的調(diào)控[22],而EMT 是癌細胞獲得侵襲性的重要原因[22];另外,MUC1過表達可增強肺癌細胞增殖活性,并可通過激活PI3K-AKT 途徑增強其促血管生成活性[14,24]。以上證據(jù)表明CS 可通過誘導MUC1的過表達、重新分布、磷酸化,促進肺癌的發(fā)生與發(fā)展。

然而,一項研究表明,與Muc1 野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠暴露于尼古丁衍生的亞硝胺酮(一種CS衍生的致癌物質(zhì))后,其肺組織中上皮調(diào)節(jié)蛋白(EGFR 配體)水平、EGFR-AKT 通路活性以及腫瘤多樣性均顯著增加[25]。此外,用MUC1 CT 區(qū)抑制性合成肽處理A549細胞,可促進上皮調(diào)節(jié)蛋白的產(chǎn)生[24]。這表明MUC1可通過抑制上皮調(diào)節(jié)蛋白的產(chǎn)生抑制EGFR-AKT通路的激活,從而抑制腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。

雖然上述2種結(jié)論截然不同,卻表明MUC1在肺腫瘤的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮復雜的作用。這可能是由于在腫瘤微環(huán)境不同類型的細胞中,MUC1的作用不同。

3 MUC1/Muc1與急性肺部感染性疾病

在一些急性肺部感染性疾病中,MUC1/Muc1 發(fā)揮著重要抗炎作用。與Muc1野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠在銅綠假單胞菌或肺炎鏈球菌感染過程中,肺部炎癥反應更明顯,細菌清除能力增強,但炎癥消退時間延長[26-27]。此外,多個體外研究也證明MUC1/Muc1在急性肺部感染中起抗炎作用[26,28-29]。

目前,越來越多的證據(jù)表明,在肺部發(fā)生急性感染時,普遍存在一個炎癥調(diào)節(jié)的負反饋環(huán)。即病原體與氣道上皮細胞表面的Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)結(jié)合,導致核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor-κB,NF-κB)活化,產(chǎn)生炎癥反應,IL-8、腫瘤壞死因子α、中性粒細胞彈力蛋白酶增多。增多的IL-8、腫瘤壞死因子α、中性粒細胞彈力蛋白酶誘導氣道上皮細胞過表達MUC1,而過表達的MUC1可通過其CT 區(qū)抑制TLRs與銜接蛋白(如髓樣分化因子88)的結(jié)合,從而促進炎癥消退[2,30-31]。

總之,MUC1在急性肺部感染和炎癥發(fā)生時表達水平增高,是重要的內(nèi)源性抗炎分子,保護肺組織免于炎癥損傷。

4 MUC1/Muc1與COPD

COPD 是一種以不可逆性氣流受限為特征慢性肺部疾病,目前認為其發(fā)病主要與促炎-抗炎、氧化-抗氧化以及蛋白酶-抗蛋白酶等機制失衡導致的氣道壁和肺泡間隔重構(gòu)、肺組織結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)[32]。

吸煙是COPD發(fā)病的首要危險因素。CS中的多種氧化物通過誘導上皮細胞中活性氧簇的大量產(chǎn)生或激活腫瘤壞死因子轉(zhuǎn)化酶,進而激活c-Src、EGFR、Grb2、絲裂原活化蛋白激酶等信號分子,促使NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子入核,從而促進細胞中炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生和釋放[31];而CS可以誘導MUC1 CT/c-Src/EGFR 復合物的形成[20],減少游離c-Src,從而抑制CS所誘導的炎癥反應。CS還可通過激活糖原合成酶激酶3β/Wnt3a/β-連環(huán)蛋白[34]、EGFR/Src/c-Jun氨基末端激酶[35]等信號通路,使氣道以及肺泡上皮細胞發(fā)生EMT,從而破壞氣道以及肺泡上皮的正常結(jié)構(gòu)和功能。而Muc1 CT 區(qū)的多個位點能與EMT 信號通路中EGFR、c-Src、糖原合成酶激酶3β等多個關(guān)鍵分子結(jié)合[3],提示Muc1可能競爭結(jié)合上述信號分子,調(diào)控氣道上皮細胞EMT 的發(fā)生,減輕CS所致的氣道上皮損傷。

COPD 患者痰液和血漿中涎液化糖鏈抗原(Krebs yon den Lundgen-6,KL-6),由MUC1胞外區(qū)的唾液酸化糖鏈組成)水平升高,且其與氣流受限程度、吸煙史正相關(guān)[35]。且COPD 急性加重期患者痰液中KL-6水平升高更明顯[36]。此外,有體外研究表明CS可誘導氣道上皮細胞過表達MUC1[33,38-39]。

CS可誘導氣道上皮細胞過表達MUC1,而MUC1 又可與炎癥和EMT 通路中的關(guān)鍵分子結(jié)合,這提示MUC1可能在COPD 的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用,但需要進一步驗證。

5 MUC1/Muc1與過敏性支氣管哮喘

過敏性支氣管哮喘是支氣管哮喘中最容易識別的類型,以過敏性氣道炎癥、氣道高反應性、黏液分泌過多等為特征[40]。

研究發(fā)現(xiàn)急性加重期的兒童支氣管哮喘患者血清中KL-6(由MUC1 胞外區(qū)的唾液酸化糖鏈組成)水平升高[41],且在大鼠過敏性支氣管哮喘模型中發(fā)現(xiàn)：Muc1 在過敏性支氣管哮喘發(fā)生時表達增加,Muc1過表達可能通過抑制黏液栓形成和炎癥反應來抑制支氣管哮喘的發(fā)生、發(fā)展[42]。

此外,過敏性支氣管哮喘氣道炎癥主要由Th2細胞及Th2相關(guān)細胞因子介導[43-44]。有關(guān)研究表明,與Muc1 野生型小鼠相比,Muc1 基因敲除小鼠脾臟樹突狀細胞誘導CD4+T 細胞分化成Th1和Th17細胞的能力更強[45],這提示Muc1有利于幼稚T 細胞向Th2細胞分化,其可能因此促進過敏性氣道炎癥的發(fā)生以及發(fā)展。

以上2個結(jié)論是相反的,且二者涉及的機制不同,需使用Muc1敲除的支氣管哮喘動物模型進一步驗證。

6 MUC1/Muc1與ILD

ILD 是一組主要累及肺間質(zhì)和肺泡腔,導致肺泡-毛細血管功能單位喪失的彌漫性肺疾病的總稱。特發(fā)性肺纖維化以及硅肺均屬于ILD[46-47]。

不同類型ILD(包括特發(fā)性肺纖維化)的成人患者多數(shù)支氣管肺泡灌洗液中和血清中KL-6 水平顯著增加,且其常提示該病預后不良[48]。據(jù)報道,KL-6 可趨化人肺成纖維細胞,并促進其增殖、抑制其凋亡[49-50],所以小氣道上皮表面被覆液體中的KL-6水平上升可能促進ILD 的纖維化過程。然而,有研究表明,與Muc1野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠暴露于硅后,肺組織纖維化程度更重[51],其涉及的機制可能為：Muc1 通過干擾TLRs/NF-κB/NLRP3(NLR 家族,含有pyrin 的炎性小體)通路,抑制巨噬細胞產(chǎn)生IL-1β,從而抑制硅所誘導的肺纖維化[51]。

上述2種結(jié)論截然相反,可能由于不同研究的MUC1/Muc1來源不同,糖基化程度不同,從而影響了它的生物活性。當然,這一假設(shè)需要在體外和體內(nèi)模型中加以驗證。

7 展望

目前關(guān)于MUC1/Muc1與肺部疾病的研究主要集中在肺部腫瘤方面,并沒有關(guān)于MUC1/Muc1在COPD 或支氣管哮喘中作用的直接研究,且它在肺纖維化中的作用也尚需要進一步研究。此外,大多數(shù)關(guān)于MUC1/Muc1在氣道感染時抗炎作用的機制是由上皮細胞的體外研究得來。因此,未來的研究有必要了解氣道感染時MUC1在非上皮細胞中的作用,例如：Ⅱ型肺泡上皮細胞、成纖維細胞以及免疫相關(guān)細胞,以及它們在炎癥和腫瘤發(fā)生及發(fā)展中的作用。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突