半胱氨酸蛋白酶抑制劑C與炎癥性疾病關(guān)系的研究進展

謝然佳，鄧?yán)?/p>

(廣東醫(yī)科大學(xué)寄生蟲學(xué)教研室，廣東 湛江 524023)

隨著人們生活水平的提高，生活方式的改變，以及逐步進入人口老齡化社會，炎癥性疾病對健康的影響不容忽視。近年來，炎癥性疾病已成為危害人類健康的重要公共衛(wèi)生問題之一，已引起世界各國衛(wèi)生部門的高度重視[1]。正常機體中炎癥反應(yīng)主要起著十分重要的防御角色，是具有血管系統(tǒng)的機體對體外各種不良刺激(如創(chuàng)傷、感染等)產(chǎn)生的一種防御性反應(yīng)，具體是由各種炎性細胞和炎性因子共同參與的炎癥反應(yīng)過程，表現(xiàn)為紅、腫、熱、痛和功能障礙[2]。然而，過度炎癥反應(yīng)不僅僅是一種病理過程，還是多種疾病的病理基礎(chǔ)。過度的炎癥反應(yīng)不但消滅病原體或致病因子，同時還損傷正常機體組織細胞，引起炎癥性疾病。它是機體多種炎癥性疾病發(fā)生的根本原因[3]。Cys-C(cysteine protease inhibitor C,Cys-C)是正常機體體內(nèi)一種具有抑制包括半胱氨酸蛋白酶在內(nèi)的多種蛋白水解酶活性的低分子蛋白酶抑制劑。最近研究表明[4-5]作為體內(nèi)最主要的內(nèi)源性組織蛋白酶抑制劑的半胱氨酸蛋白酶抑制劑C，在與組織蛋白酶、同型半胱氨酸及半胱氨酸蛋白酶的相互作用中，參與了呼吸性炎癥疾病、動脈粥樣硬化、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和心腦血管等多種炎癥性疾病的生理、病理過程。目前，半胱氨酸蛋白酶抑制劑C與炎癥性疾病關(guān)系的研究特別是有關(guān)兩者的具體作用機制的研究資料甚少。本文就近年來Cys-C與炎癥性疾病關(guān)系的研究進展予以綜述。

1 Cys-C的生物學(xué)特性

1961年Clausen等[6]在腦脊液中找到了一種生理物質(zhì)，由于其與哺乳動物的胱蛋白A、B的結(jié)構(gòu)和活性類似，所以就命名為胱蛋白C。1983年Anastasi等[7]首次從雞蛋清中經(jīng)分離純化獲得了1種半胱氨酸蛋白酶抑制劑，后來發(fā)現(xiàn)與胱蛋白C是同一種物質(zhì)，統(tǒng)一命名為Cys-C。Cys-C按結(jié)構(gòu)可分為3型：Ⅰ型為胞內(nèi)型，由100個氨基酸殘基組成的單鏈蛋白質(zhì)，但不含有二硫鍵和糖鏈；Ⅱ型為外泌型，由115個氨基酸殘基以及2個二硫鍵組成；Ⅲ型為多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)，包括哺乳動物激肽原。而人類Cys-C是1種由120個氨基酸殘基組成的非糖基化低分子蛋白質(zhì)，相對分子質(zhì)量約為13.3×103，等電點位于9.3，絕大多數(shù)有核細胞均可穩(wěn)定表達和分泌Cys-C，并且不受體內(nèi)多種生理物質(zhì)的影響，如三酰甘油、炎癥因子、膽紅素等，此外，與性別、年齡也無關(guān)[8]。人類編碼Cys-C的基因片段屬于“看家基因”的表達產(chǎn)物，位于20號染色體上。在人體絕大部分組織結(jié)構(gòu)中都能夠恒定表達其基因序列，如肝、腎、胃、胰、腸、肺，多種體液中也廣泛存在，如腦脊液、血液、尿液、唾液、精液等，其中以腦脊液中的分布量最多,尿液分布量最少。腎臟是清除循環(huán)Cys-C的唯一器官，由于Cys-C分子質(zhì)量小，容易透過腎小球，但幾乎全部被腎小管重吸收，尿液中一般檢測不出。臨床上將其作為理想的反映腎小球濾過率的敏感指標(biāo)，也作為腎損傷嚴(yán)重程度的重要依據(jù)[9]。

2 Cys-C的生物學(xué)功能

Cys-C作為一種內(nèi)源性的廣譜蛋白酶抑制劑，它主要生物學(xué)功能是抑制體內(nèi)多種半胱氨酸蛋白酶的活性，但它對各種半胱氨酸蛋白酶的抑制活性不一。其中對溶酶體組織蛋白酶B、L、K、S的抑制作用最強，是目前發(fā)現(xiàn)的組織蛋白酶B最強抑制物質(zhì)，對胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和組織蛋白酶的抑制作用次之，但對基質(zhì)金屬蛋白酶和絲氨酸蛋白酶基本無效[10]。近年來，Cys-C逐漸成為科研工作者的研究熱點，它的生物學(xué)功能也得到了進一步的認識。特別是Cys-C對抗原呈遞、細胞外基質(zhì)降解和平衡活細胞內(nèi)蛋白質(zhì)產(chǎn)生、分解過程發(fā)揮極其重要的調(diào)控作用[11]。有研究[12]報道Cys-C通過抑制多種組織蛋白酶的活性，進而抑制細胞外基質(zhì)的降解,從而抑制了腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移。另外，Cys-C還能促進細胞增生、激活和趨化中性粒細胞，調(diào)節(jié)機體炎癥反應(yīng)過程，如動脈粥樣硬化[13]。Lee等[14]研究發(fā)現(xiàn)Cys-C可預(yù)防早衰性獲能和頂體反應(yīng)，從而保證精子到達輸卵管前保持精子的受精能力。此外，Cys-C可能通過增強精子活力幫助精子進入上生殖道。此外，植物源性的Cys-C (AtSerpin1)不僅具有抗衰老的作用，還有治療克氏錐蟲、抑制梨形鉤端螺旋體的生長、抗原蟲感染和抗病毒的能力[15-16]。

3 血清Cys-C對炎癥性疾病的臨床價值

近年來，越來越多的研究表明病理性的血清Cys-C的水平變化與多種炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系，通過檢測血清Cys-C水平可以作為多種炎癥性疾病的嚴(yán)重程度或其他并發(fā)癥發(fā)生的重要參考依據(jù)。目前臨床上對血清Cys-C的檢測方法較多，主要有放射免疫法、乳膠顆粒增強免疫比濁法、酶聯(lián)免疫法、單向免疫擴散法、時間分辨熒光免疫法等檢測方法[17]。系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種自身免疫性炎癥疾病，多發(fā)于青年女性并常累及多種臟器。然而，其在臨床治療過程中，長期過量使用糖皮質(zhì)激素，常常導(dǎo)致股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松和動脈硬化等多種并發(fā)癥的出現(xiàn)。其中股骨頭壞死是系統(tǒng)性紅斑狼瘡并發(fā)癥中發(fā)生率最高的并發(fā)癥，發(fā)生率約為4%～5%。姚越峰等[18]研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性紅斑狼瘡病人血清Cys-C水平與股骨頭壞死的發(fā)生率呈正相關(guān)，檢測血清Cys-C水平可作為預(yù)測系統(tǒng)性紅斑狼瘡病人發(fā)生股骨頭壞死的重要參考指標(biāo)。膿毒癥是指由感染引起的全身炎癥反應(yīng)綜合征，是臨床常見的危重癥感染性炎癥疾病。李劍等[19]研究報道老年膿毒癥患者外周血Cys-C水平與感染程度密切相關(guān)，血清Cys-C水平對預(yù)后判斷具有重要的參考價值。過敏性紫癜(anaphylactoid purpura)是一種較常見的主要病變?yōu)樾⊙苎装Y的系統(tǒng)性血管炎，又稱為亨-舒綜合征。然而，過敏性紫癜中最嚴(yán)重的并發(fā)癥是過敏性紫癜性腎炎，其對疾病的預(yù)后起著決定性作用，嚴(yán)重的紫癜性腎炎甚至可以導(dǎo)致腎功能衰竭和腎壞死。Chen等[20]研究報道Cys-C比血清肌酐能更為準(zhǔn)確和迅速地反映過敏性紫癜患者的腎功能損害，常規(guī)監(jiān)測該類患者的Cys-C水平，對有效監(jiān)測過敏性紫癜導(dǎo)致的腎功能損傷具有重要的臨床意義。支氣管肺炎(bronchopneumonia)又稱小葉性肺炎，多見于嬰幼兒，是嚴(yán)重威脅我國兒童健康的炎癥性疾病。Lee等[21]研究發(fā)現(xiàn)血清Cys-C在支氣管肺炎中敏感性和準(zhǔn)確度均明顯優(yōu)于肌酐。Cys-C水平更適合作為支氣管肺炎患兒早期腎損傷的診斷指標(biāo)。動脈粥樣硬化是一種慢性炎癥過程，發(fā)病機制涉及血管壁的重構(gòu)和細胞外基質(zhì)的降解。炎癥可刺激血管平滑肌細胞分泌多種組織蛋白酶，其中包括組織蛋白酶S和組織蛋白酶K，促使這類半胱氨酸蛋白酶在動脈損傷處過多表達。Cys-C作為半胱氨酸蛋白酶內(nèi)源性的抑制劑，可抑制細胞外基質(zhì)的降解，但有研究[22]顯示其反而促進了動脈粥樣硬化的發(fā)生，進而影響冠心病的發(fā)病進程，其具體作用機制不清，可能與激活和趨化中性粒細胞等其他機制有關(guān)。Luc等[23]研究發(fā)現(xiàn)Cys-C水平增高在一定程度上可以反映冠狀動脈病變的嚴(yán)重程度，可為臨床開展危險分層與治療提供參考依據(jù)。蘇健康等[24]研究發(fā)現(xiàn)冠心病患者半胱氨酸蛋白酶抑制劑 C水平與冠心病成正相關(guān)，血漿半胱氨酸蛋白酶抑制劑 C可能參與冠心病的發(fā)生發(fā)展，并在導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定狀態(tài)中起重要作用。

4 Cys-C與炎癥相關(guān)性疾病的關(guān)系

4.1 Cys-C與重癥感染性炎癥疾病

膿毒癥(Sepsis)是由病原微生物入侵機體后所導(dǎo)致的一種全身性的炎癥反應(yīng)綜合征。如搶救不及時可能會引起機體多器官功能障礙綜合征，甚至死亡。它不僅僅是世界范圍內(nèi)難以徹底攻克的臨床疾病之一，也是臨床上多種危重疾病(重度燒傷、多發(fā)性創(chuàng)傷等患者)的主要死亡原因之一。而病原菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素、外毒素和它們介導(dǎo)的多種炎癥反應(yīng)是膿毒癥的主要致病原因。其中，炎癥因子的大量釋放所引起的過度炎癥是膿毒癥最為重要的致病機制。因此，在臨床治療當(dāng)中，抑制過度炎癥反應(yīng)是最為直接有效的防治手段。近年來，Cys-C被認為在蛋白質(zhì)降解、轉(zhuǎn)運、抗原呈遞、細胞凋亡、炎癥等過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。Tallima等[25]研究報道日本血吸蟲來源的半胱氨酸蛋白酶抑制劑能作用于CD4+CD25+Foxp3+Treg免疫細胞，減少單核細胞數(shù)量，抑制促炎因子TNF-α和IL-6的釋放，促進IL-10的產(chǎn)生，改善以Th1反應(yīng)為主的免疫失調(diào)性疾病。萬勇坤等[26]研究發(fā)現(xiàn)1種功能活性腸源的Cys-C，體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn)有明顯的抑制脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細胞促炎性細胞因子的釋放作用，如TNF-α、IL-1β和IL-6等，從而改善脂多糖誘導(dǎo)的膿毒癥，該研究還發(fā)現(xiàn)日本血吸蟲源性Cys-C可明顯降低血清BUN、Cr、ALT、AST、IL-6和TNF-α水平，升高血清IL-10水平，減輕腎、肝、肺等組織損傷，對脂多糖誘導(dǎo)的膿毒癥有顯著的治療效果。

4.2 Cys-C與呼吸性炎癥疾病

支氣管哮喘(bronchial asthma)是一種由多種炎癥細胞(中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、T淋巴細胞、肥大細胞等)和組織細胞共同參與的以氣道慢性炎癥、黏液分泌增加、氣道重塑及氣道反應(yīng)性增高為主要特征的異質(zhì)性疾病。近年來，研究發(fā)現(xiàn)炎癥復(fù)合體參與了多種炎癥性疾病的發(fā)生、發(fā)展，如動脈粥樣硬化、痛風(fēng)、2型糖尿病等。炎癥復(fù)合體是由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶前體、NLRP3蛋白和調(diào)亡相關(guān)點樣蛋白所組成的多蛋白復(fù)合體，它經(jīng)修飾、剪切和組裝后，形成有生物活性的Caspase-1，而活化的Caspase-1進一步水解家族性細胞因子前體，促進多種炎癥細胞因子的釋放，從而參與炎癥過程[27]。Cys-C作為半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的抑制劑，如體內(nèi)Cys-C水平過低是否會影響半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶前體的活化進而影響哮喘發(fā)生發(fā)展，這需要進一步的研究。

4.3 Cys-C與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種原因未明的，以炎性滑膜炎為主的系統(tǒng)性的慢性自身免疫性疾病。Cys-C可抑制MHC-II限制性抗原呈遞等一系列過程和免疫細胞的極化、活化與遷移，導(dǎo)致宿主的免疫反應(yīng)性降低。研究表明Cys-C與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎關(guān)系密切，通過基因突變、敲除或其他手段引起的Cys-C缺乏時，患類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險性明顯升高[28]。目前，Cys-C潛在的抗類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療藥物已引起較多研究者的關(guān)注。Chen等[29]研究報道一種重組日本血吸蟲半胱氨酸蛋白酶抑制劑rSj-C，預(yù)防性干預(yù)后能有效地降低膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率，改善膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎小鼠的臨床參數(shù)和緩解關(guān)節(jié)炎的病理學(xué)改變，機制可能與其負向免疫調(diào)節(jié)作用有關(guān)。

4.4 Cys-C與心血管性炎癥

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是一種常見的慢性血管性炎癥疾病，機制涉及血管細胞外基質(zhì)降解和血管壁重構(gòu)等，Cys-C參與動脈粥樣硬化形成中多種病理生理過程，其作用機制可能與抑制炎癥、酶原和激活前體等有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)使動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定的重要內(nèi)部因素是蛋白酶和抗蛋白酶比例的平衡。其中半胱氨酸蛋白酶和其主要抑制劑(Cys-C)之間的平衡是維持內(nèi)彈性膜和細胞外基質(zhì)的降解與生成平衡所必需的，并可促進血管平滑肌細胞以及單核巨噬細胞的平緩運動，起著血管保護作用。有研究報道具有白細胞特異性的Cys-C表達增高對消退動脈粥樣硬化斑塊有幫助，這表明其對冠狀動脈的病理性重構(gòu)有著保護作用。當(dāng)它們之間失去平衡，血管將分泌過多的促炎細胞因子和血管活性因子，從而促進了動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展[13]。

急性冠狀動脈綜合征一般是由冠狀動脈粥樣硬化的斑塊破裂，血管表面有裂紋或破損，引起血管痙攣，從而繼發(fā)血小板黏附、聚集進而血栓形成等一系列改變，造成急性完全或不完全堵塞性血栓性病變。而斑塊破裂的主要原因是血管外基質(zhì)代謝異常。此外，Cys-C水平異常是斑塊破裂的另一重要原因。血清中Cys-C含量降低表明消耗抗蛋白酶的溶解因子增多，而蛋白酶的功能則相對增強，從而造成動脈粥樣斑塊破裂。然而，一般斑塊破裂在Cys-C的降低之后，目前其具體機制尚未闡明。但也有研究顯示冠心病患者的冠狀動脈非鈣化性斑塊與Cys-C水平成正相關(guān)，Cys-C可能參與了冠狀動脈粥樣斑塊早期的形成過程[22]。也有研究報道不穩(wěn)定型心絞痛患者的血漿Cys-C水平顯著升高，并發(fā)現(xiàn)Cys-C的水平可影響動脈粥樣斑塊的大小[23]。

4.5 Cys-C與炎癥性腸病

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease) 是一類多病因造成的、由異常免疫引起的腸道慢性和復(fù)發(fā)性炎癥疾病，其主要類型包括克羅恩病(Crohn’s disease,CD) 和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)，其中細胞免疫功能異常是該疾病的主要發(fā)病機制。特別是在慢性炎癥性腸病患者的黏膜當(dāng)中，黏膜免疫T細胞的功能明顯異常，其功能異常的一個典型表現(xiàn)就是抵抗凋亡。有研究[30]報道在凋亡過程中會明顯影響到免疫系統(tǒng)的成熟和自身耐受的形成，然而caspase細胞凋亡信號通路與炎癥性腸病的發(fā)病有著密切的聯(lián)系，其中通路中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3 (cysteine-asparticprotease-3,caspase-3)參與機體免疫細胞的凋亡過程，是人體免疫系統(tǒng)功能成熟的重要保障。

Caspases是近年來發(fā)現(xiàn)的一組存在于胞質(zhì)溶膠中且結(jié)構(gòu)類似的半胱氨酸蛋白酶，caspase-3作為細胞凋亡過程所必需的基因，不僅在凋亡的細胞信號通路當(dāng)中具有重要的調(diào)控作用，而且對正常組織細胞的生存周期維持具有重要的生物學(xué)意義。caspase-3還可介導(dǎo)淋巴細胞和免疫系統(tǒng)的成熟過程，研究[31]發(fā)現(xiàn)過度的細胞凋亡或凋亡失效均可導(dǎo)致自身免疫性疾病的發(fā)生，T細胞的凋亡過程主要與以下2條通路有關(guān)：當(dāng)Fas受體被相應(yīng)配體激活后，逐步激活通路下游caspase-8和caspase-3，從而誘發(fā)一系列級聯(lián)反應(yīng)，最終引起細胞程序性死亡。另外，caspase-3還可被凋亡小體(APAF-1、caspase-9和細胞色素C)所激活[31]。由此可見，caspase家族對維持T細胞的耐受性和功能穩(wěn)定具有重要作用。已有研究[32-33]報道Cys-C可上調(diào)caspase-3和p53活性，從而導(dǎo)致細胞凋亡的發(fā)生。然而，凋亡異常在潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病中是存在差異的，具體作用機制未知，可能與兩者的免疫異常機制不同有關(guān)。此外，炎癥性腸病患者的中性粒細胞也存在凋亡被延遲的現(xiàn)象，因此，凋亡異常進而影響免疫異?？赡苁茄装Y性腸病的發(fā)生發(fā)展的另一重要機制。Cys-C是否通過作用Caspases凋亡通路影響炎癥性腸病疾病的發(fā)生發(fā)展，目前暫未見相關(guān)文獻報道，但它可為炎癥性腸病疾病的防治提供一種新思路。

5 總結(jié)與展望

Cys-C作為一種半胱氨酸蛋白酶抑制劑，不僅有著廣泛的生物學(xué)功能，還可作為多種炎癥性疾病的嚴(yán)重程度或其他并發(fā)癥發(fā)生的重要參考依據(jù)，在臨床上有一定的應(yīng)用前景。另外，Cys-C在炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要生物學(xué)作用，但其參與炎癥性疾病的具體作用機制還需要進一步研究。此外，Cys-C也可為炎癥性疾病的防治提供新思路，但目前尚缺乏高效特異的半胱氨酸蛋白酶抑制劑，故尋找具有高效特異且低毒的半胱氨酸蛋白酶抑制劑，對防治炎癥性疾病的新藥研發(fā)具有重大的現(xiàn)實意義。