顆粒蛋白前體在感染性疾病中的研究進(jìn)展*

饒露蓓，余小燕，宋志新，陳大鵬 綜述，尹一兵 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，重慶 400014)

據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)，呼吸道感染、艾滋病、膿毒癥是全球致命性的感染性疾病(ID)。由于病原種類繁多、細(xì)菌耐藥日益嚴(yán)重、各種組織器官均可能發(fā)生感染，致使ID診療愈加困難。大量研究表明顆粒蛋白前體(PGRN)是一種重要的免疫調(diào)節(jié)因子，可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的募集，以及炎性細(xì)胞因子和趨化因子的釋放，在多種ID中發(fā)揮作用。PGRN在多種疾病中具有診療、評(píng)估病情、判斷預(yù)后的潛在價(jià)值[1-2]。鑒于探究PGRN在ID中的作用對(duì)今后PGRN用于ID的診療具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義，本文就PGRN在ID中的研究進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和綜述。

1 PGRN

PGRN是由593個(gè)氨基酸組成的糖蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量為68.5×103，編碼基因位于染色體17q21.32。PGRN有7.5個(gè)富含半胱氨酸的GRN結(jié)構(gòu)域，被命名為GRN P，G，F(xiàn)，B，A，C，D和E。通過(guò)GRN域的不同組合可以結(jié)合 20多種蛋白質(zhì)，如 GRN F-A-C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(TNFR)。PGRN與 TNFR1競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合可阻斷TNF-α介導(dǎo)的促炎信號(hào)傳導(dǎo)，發(fā)揮抗炎作用[3]。PGRN與TNFR2結(jié)合可促進(jìn)Tregs的分化和功能[4]。PGRN分泌后可被水解為顆粒蛋白(GRNs)，其功能與PGRN不盡相同。

PGRN表達(dá)于上皮細(xì)胞、造血細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[5]等多種細(xì)胞，具有促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育和炎癥調(diào)控等生物學(xué)功能。造血細(xì)胞產(chǎn)生的PGRN以白細(xì)胞介素-10(IL-10)和TNFR2依賴性方式在結(jié)腸炎小鼠模型中發(fā)揮保護(hù)作用[6]。巨噬細(xì)胞來(lái)源的PGRN作為TLR9信號(hào)的關(guān)鍵可溶性輔因子，有助于先天免疫[7]。將吞噬細(xì)胞募集到感染灶是對(duì)抗感染的第一道防線[8]。PGRN可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的募集，以及炎性細(xì)胞因子和趨化因子的釋放。PGRN可作為引發(fā)炎癥的重要介質(zhì)，在慢性阻塞性肺病急性發(fā)作的早期階段，將炎癥細(xì)胞募集到損傷部位[9]。PGRN缺陷可以減少巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞在急性皮膚炎性損傷中的募集[10]，抑制皮膚炎癥組織的自噬和凋亡[11]。

2 PGRN與感染

2.1PGRN與細(xì)菌感染

2.1.1PGRN與局部細(xì)菌感染 近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，PGRN高表達(dá)與細(xì)菌ID密切相關(guān)。慢性阻塞性肺病和慢性咳痰患者感染流感嗜血桿菌后，痰中PGRN表達(dá)上調(diào)，表達(dá)水平與細(xì)菌載量和氣道炎癥的嚴(yán)重程度負(fù)相關(guān)[12]。在社區(qū)獲得性肺炎患者和細(xì)菌性肺炎小鼠模型的外周血中，PGRN均呈高表達(dá)，并通過(guò)促進(jìn)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞募集而增強(qiáng)了宿主抗菌天然免疫功能、減輕組織器官損傷，提高生存率[13]。

有報(bào)道稱PGRN可以減輕脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的急性肺損傷(ALI)[14]。PGRN的半衰期約為40 h[4]，以40h的時(shí)間間隔給ALI小鼠注射PGRN，發(fā)現(xiàn)PGRN可以減弱肺部炎性反應(yīng)和肺組織損傷，降低肺泡通透性，減少支氣管灌洗液(BALF)中的促炎細(xì)胞因子和趨化因子，提高小鼠存活率[14]。說(shuō)明PGRN可以有效改善LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠的病情進(jìn)展，具有潛在的治療價(jià)值。有證據(jù)表明，BALF中可溶性腫瘤壞死因子-α(TNF-α)受體水平升高與ALI患者預(yù)后不良有關(guān)[15]。封閉TNFR2而非TNFR1可顯著抑制PGRN對(duì)ALI的保護(hù)作用[14]。然而，PGRN影響ALI病情發(fā)展的精確機(jī)制仍需要進(jìn)行更深入的研究。還有研究報(bào)道，miR-34b-5p/PGRN軸在ALI的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[16]。miR-34b-5p是一類調(diào)節(jié)mRNA翻譯和穩(wěn)定性的非編碼RNA[17]，在炎癥相關(guān)疾病中被顯著誘導(dǎo)[18]，抑制miR-34b-5p可以增加PGRN的表達(dá)，從而減輕AIL中的肺部炎癥和細(xì)胞凋亡，提示miR-34b-5p和PGRN可能是ALI治療的潛在靶點(diǎn)[16]。

除呼吸道感染外，PGRN還與其他局部組織器官的細(xì)菌感染相關(guān)。胃上皮細(xì)胞在感染幽門螺桿菌后，PGRN的表達(dá)上調(diào)[19]。在細(xì)菌性腦膜炎小鼠模型中，與野生型小鼠相比，PGRN缺陷型小鼠巨噬細(xì)胞釋放的IL-10減少，炎性細(xì)胞因子增加，細(xì)菌清除力降低，組織炎性損傷更重[20]。有研究者通過(guò)注射肺炎鏈球菌構(gòu)建急性中耳炎小鼠模型，發(fā)現(xiàn)PGRN表達(dá)上調(diào)[21]。PGRN缺陷型小鼠的巨噬細(xì)胞募集顯著增加，且與趨化因子配體2(CCL2)的水平增加有關(guān)，但巨噬細(xì)胞的內(nèi)吞作用受損可導(dǎo)致細(xì)菌清除率顯著降低[21]。通過(guò)施用重組PGRN可提高PGRN 缺陷型小鼠的細(xì)菌清除率[21]。有研究者發(fā)現(xiàn)PGRN基因缺失不會(huì)明顯影響巨噬細(xì)胞的吞噬功能，對(duì)小鼠腹膜細(xì)胞的數(shù)目、形態(tài)、種類和巨噬細(xì)胞表面標(biāo)志物也無(wú)明顯影響[22]。

PGRN在非哺乳動(dòng)物模型中的抗感染作用也有報(bào)道。由羅非魚(yú)PGRN1基因的可變剪接產(chǎn)生的新型分泌肽GRN-41，可通過(guò)調(diào)節(jié)先天免疫來(lái)抵抗轉(zhuǎn)基因斑馬魚(yú)模型中的創(chuàng)傷弧菌感染[23]。GRN-41在羅非魚(yú)的免疫相關(guān)器官中大量表達(dá)。感染創(chuàng)傷弧菌后，羅非魚(yú)脾臟中GRN-41和PGRN1的表達(dá)上調(diào)[23]。在表達(dá)羅非魚(yú)GRN-41(68%)，GRN-A(32%)和PGRN1(36%)的轉(zhuǎn)基因斑馬魚(yú)中，羅非魚(yú)GRN-41肽可在創(chuàng)傷弧菌感染的早期階段，通過(guò)提高TNFb、IL-1β、IL-8、IL-6和肝臟抗菌肽hepcidin(HAMP)的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)先天免疫應(yīng)答，提高存活率[23]。

2.1.2PGRN與全身細(xì)菌感染 PGRN不僅在局部感染中發(fā)揮作用，在全身性感染中也有重要的免疫調(diào)節(jié)功能。研究表明，在臨床膿毒癥患者和盲腸結(jié)扎穿刺術(shù)誘導(dǎo)的多種細(xì)菌感染的膿毒癥小鼠模型的外周血中PGRN表達(dá)上調(diào)，造血細(xì)胞來(lái)源的PGRN通過(guò)促進(jìn)中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞分泌CCL2，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞向感染部位募集，從而在膿毒癥期間增強(qiáng)宿主抗菌免疫，發(fā)揮重要保護(hù)作用[24]。給予外源性的重組PGRN可顯著降低膿毒癥小鼠體內(nèi)的細(xì)菌載量，提高膿毒癥小鼠的生存率，具有重要的潛在治療價(jià)值[24]。此外，在LPS誘導(dǎo)的內(nèi)毒素休克小鼠模型中，PGRN通過(guò)抑制系統(tǒng)和局部炎癥來(lái)發(fā)揮保護(hù)作用[25-26]。PGRN在內(nèi)毒素休克早期即表達(dá)上調(diào)，PGRN缺陷型小鼠對(duì)LPS誘導(dǎo)的內(nèi)毒素休克高度敏感，肺部炎性細(xì)胞聚集，促炎介質(zhì)增加，IL-10降低，肺損傷嚴(yán)重，存活率降低。在LPS誘導(dǎo)內(nèi)毒素休克之前，給予重組PGRN能改善小鼠的存活率和局部組織的異常表現(xiàn)，降低小鼠對(duì)內(nèi)毒素休克的敏感性，并以TNFR依賴的方式促進(jìn)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[26]。分子分析揭示，轉(zhuǎn)錄因子C/EBPα能直接作用于PGRN來(lái)調(diào)節(jié)IL-10的表達(dá)[26]。敲除PGRN后，由于C / EBPα蛋白抑制劑——E3泛素結(jié)合酶(E6AP)的直接作用和蛋白酶體介導(dǎo)的降解作用，導(dǎo)致C/EBPα蛋白穩(wěn)定性降低，使細(xì)胞分泌IL-10減少[26]。說(shuō)明PGRN通過(guò)C/EBPα調(diào)節(jié)IL-10轉(zhuǎn)錄和泛素結(jié)合酶/蛋白酶體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑控制膿毒癥。由此可見(jiàn)，在細(xì)菌ID中，無(wú)論是臨床患者還是動(dòng)物模型，其PGRN均表達(dá)上調(diào)并發(fā)揮重要的免疫調(diào)節(jié)保護(hù)作用。

2.2PGRN與病毒感染 與細(xì)菌性肺炎中的保護(hù)作用不同，PGRN在病毒性肺炎中起損害作用[27]。在感染甲型流感病毒(H1N1)患者和小鼠模型的外周血中，PGRN均表達(dá)上調(diào)，其升高程度與疾病嚴(yán)重程度正相關(guān)[27]。PGRN通過(guò)促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核/巨噬細(xì)胞的募集，增加細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，使肺部炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步介導(dǎo)了PGRN在流感病毒感染期間的肺部免疫損傷[27]。在細(xì)菌性和病毒性肺炎中均發(fā)現(xiàn)，PGRN缺陷時(shí)肺部免疫活性的降低與巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的募集受損，以及CCL2和CXCL1的表達(dá)降低相關(guān)。 發(fā)現(xiàn)與其他研究的結(jié)果不同[21]，可能是由于組織微環(huán)境的組分差異所致。在病原清除效應(yīng)上，細(xì)菌性和病毒性肺炎有所不同。在細(xì)菌性肺炎中，PGRN缺陷使其細(xì)菌清除率降低，不利于宿主生存[13]；病毒性肺炎時(shí)，PGRN不影響病毒載量，但卻能通過(guò)增強(qiáng)炎癥性損傷而不利于宿主生存[27]。可見(jiàn)，PGRN對(duì)同一組織器官的不同類型病原體感染所發(fā)揮的整體效應(yīng)有所不同。

但在多種病毒ID中，PGRN也發(fā)揮保護(hù)作用。在病毒性心肌炎小鼠模型的心肌組織和外周血中，PGRN均呈高表達(dá)，其升高程度與疾病嚴(yán)重程度負(fù)相關(guān)[28]。敲除PGRN基因會(huì)加重模型小鼠的心肌損害，給予重組PGRN蛋白則能緩解病情，減輕炎癥[28]。體外研究表明，PGRN濃度與病毒載量負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，敲除PGRN基因后脾臟中的TNF-α、IFN-γ、IL-21、IL-17A的表達(dá)升高，PGRN能降低Th1和Th17細(xì)胞的反應(yīng)，及其細(xì)胞因子的產(chǎn)生，通過(guò)抑制JAK/STAT途徑調(diào)節(jié)Th1和Th17細(xì)胞的分化。PGRN在病毒性心肌炎中的保護(hù)作用不依賴于Tregs細(xì)胞[28]。在感染腺病毒36型的肥胖患者中，血清PGRN表達(dá)上調(diào)，其大網(wǎng)膜脂肪組織中的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)增加[29]。慢性HBV感染患者的血清PGRN表達(dá)上調(diào)，升高水平與病毒載量呈正相關(guān)[30]。PGRN以IL-6依賴的方式在肝癌細(xì)胞中表達(dá)[31]。由此推測(cè)PGRN可能代表一種潛在的新型抗慢性HBV感染的免疫療法。

PGRN是HIV腦炎和HIV相關(guān)神經(jīng)認(rèn)知障礙發(fā)病機(jī)制中重要因子。骨髓系細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞是PGRN的主要來(lái)源，PGRN的表達(dá)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病有關(guān)。在HIV腦炎的腦組織和體外感染HIV的小膠質(zhì)細(xì)胞中，PGRN的mRNA和蛋白表達(dá)顯著上調(diào)[32]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)HIV感染患者的外周血中PGRN水平與病毒載量正相關(guān)，敲除PGRN可導(dǎo)致HIV的復(fù)制增加，說(shuō)明PGRN是一種巨噬細(xì)胞抗病毒細(xì)胞因子[33]。PGRN在HIV感染中發(fā)揮保護(hù)作用，可抑制轉(zhuǎn)染細(xì)胞中HIV啟動(dòng)子的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄[34]。在HIV病毒復(fù)制活躍時(shí)，PGRN的表達(dá)增加并作為一種抗病毒因子和神經(jīng)保護(hù)因子發(fā)揮作用。在HIV病毒復(fù)制不活躍時(shí)，持續(xù)的炎癥狀態(tài)或其他應(yīng)激源抑制巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生PGRN，通過(guò)其神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)功能的降低，從而導(dǎo)致神經(jīng)認(rèn)知功能障礙。表明PGRN在HIV感染時(shí)具有調(diào)節(jié)抗病毒免疫和神經(jīng)功能障礙的雙重作用[32]。PGRN可與HIV-1和HIV-2的Tat蛋白結(jié)合，但尚不清楚PGRN與Tat蛋白結(jié)合后發(fā)揮的具體功能[3]?？梢?jiàn)，在不同組織器官病毒感染時(shí)，PGRN通過(guò)不同的免疫調(diào)節(jié)途徑發(fā)揮抗感染作用。

2.3PGRN與其他感染 在衣原體肺部感染小鼠模型的肺組織和外周血中，PGRN均表達(dá)上調(diào)[35]。PGRN缺陷可減輕衣原體感染導(dǎo)致的組織損傷,增強(qiáng)Th1細(xì)胞的免疫應(yīng)答,提高衣原體清除效率,加快疾病的恢復(fù)[35]。但PGRN對(duì)衣原體增殖和包涵體形成及T細(xì)胞增殖與活化無(wú)直接影響[35]。PGRN缺陷的樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)經(jīng)衣原體處理后,分泌IL-12的能力增強(qiáng),并促進(jìn)T細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ。這表明PGRN可能通過(guò)影響DCs的功能導(dǎo)致Th1細(xì)胞應(yīng)答的升高,并誘導(dǎo)T細(xì)胞亞群向Th1型分化,增強(qiáng)機(jī)體抗衣原體Th細(xì)胞免疫[35]。提示PGRN可能作為衣原體感染潛在的治療靶點(diǎn)[35]。

研究發(fā)現(xiàn)，在蕈樣真菌病(MF)患者血清和病變皮膚中，PGRN表達(dá)下調(diào)，且與抗菌肽mRNA的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，表明低PGRN表達(dá)可能導(dǎo)致MF患者皮膚感染的頻繁發(fā)生[36]。在后睪吸蟲(chóng)和肝吸蟲(chóng)感染誘導(dǎo)的膽管癌倉(cāng)鼠模型中，GRN顯著表達(dá)，并可作為判斷膽管癌預(yù)后的潛在標(biāo)志物[37]。

3 小 結(jié)

PGRN在多種ID中發(fā)揮重要作用，具有診療的潛在價(jià)值。但是，PGRN的具體功能取決于所涉及的病原類型、疾病階段和組織微環(huán)境的組分，其可能對(duì)宿主產(chǎn)生保護(hù)或損害作用。在提倡PGRN作為ID的診療生物標(biāo)志之前，仍需要考慮幾個(gè)方面的問(wèn)題：(1)PGRN的抗炎作用可能干擾機(jī)體對(duì)病原體的免疫反應(yīng)，表現(xiàn)出免疫抑制的跡象，從而發(fā)揮保護(hù)或損害的不同效應(yīng)，對(duì)患者的施用應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度。(2)重組PGRN的治療作用僅在少數(shù)情況下被研究，對(duì)其他組織器官的感染或疾病的影響有待確定，仍需大量的動(dòng)物試驗(yàn)和臨床研究數(shù)據(jù)予以支持。(3)PGRN可與多種蛋白質(zhì)結(jié)合，其具體作用機(jī)制僅部分被詮釋。(4)GRNs在功能上與PGRN有所不同，對(duì)機(jī)體的整體效應(yīng)需要綜合判斷。此外，多個(gè)報(bào)道顯示PGRN在不同ID中表現(xiàn)出潛在治療效果，但因?yàn)镻GRN免疫調(diào)節(jié)機(jī)制復(fù)雜，作用廣泛，因此，在將PGRN作為潛在治療藥物的同時(shí)應(yīng)對(duì)其副作用進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)價(jià)?？傊?，從目前的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)PGRN是否能有效診斷和治療ID還為時(shí)過(guò)早，尚存較大研究空間，需進(jìn)一步的探索和研究。