肺表面活性蛋白A在肺外疾病免疫炎性反應(yīng)中的作用研究進(jìn)展

2020-04-17 05:11:40趙正楊雪綜述趙敏審校

疑難病雜志 2020年4期

趙正，楊雪綜述趙敏審校

表面活性蛋白(SP)是由肺泡Ⅱ型細(xì)胞和氣道Clara細(xì)胞合成并分泌的一種脂蛋白復(fù)合物，是構(gòu)成肺表面活性物質(zhì)(PS)的重要組成成分，具有降低肺泡表面張力、提高肺的順應(yīng)性及促進(jìn)氣體交換的作用。目前明確的SP共分為4種，分別為親水性的SP-A、SP-D和疏水性的SP-B、SP-C，其中 SP-A含量最豐富，約占SP總量的50%[1]。最初人們對SP-A的研究僅局限于肺組織，近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)其在多個組織器官如腸、腎、黏膜組織及中樞神經(jīng)系統(tǒng)中都有表達(dá)，且SP-A含量的變化與肺內(nèi)和肺外疾病密切相關(guān)[2]。因此，SP-A在局部防御及免疫調(diào)節(jié)方面的重要作用也越來越引起人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)就SP-A的特征性結(jié)構(gòu)、功能，以及在多種疾病中的表達(dá)和免疫調(diào)節(jié)作用進(jìn)行綜述。

1 SP-A的結(jié)構(gòu)特征

SP-A是屬于凝集素家族的一種模式識別分子，具有凝集素家族蛋白特征性的多聚體結(jié)構(gòu)，每個單體由4個不同的結(jié)構(gòu)域組成：N-末端區(qū)域參與鏈內(nèi)二硫鍵的低聚反應(yīng)，膠原樣區(qū)域(4CLR)構(gòu)成多聚化三聯(lián)螺旋體結(jié)構(gòu)，α-螺旋結(jié)構(gòu)域維持肽鏈多聚狀態(tài)，C端糖識別域(CRD)用于識別并結(jié)合碳水化合物[1]。其中CRD是凝集素家族共有的結(jié)構(gòu)，位于肽鏈的羧基端，為球狀結(jié)構(gòu)區(qū)，其上有鈣依賴型糖識別位點，在鈣離子參與下，可促使凝集素蛋白與多種病原體的糖結(jié)合[3]。3個肽鏈由二硫鍵和非共價鍵連接組成一個穩(wěn)定的三聚體亞基，構(gòu)成SP-A的三級結(jié)構(gòu)。SP-A的四級結(jié)構(gòu)是由6個三聚體并聯(lián)而成(6×3=18 CRDs)，呈“花束”樣排列。其頸部由N-末端區(qū)域和CLR的一部分構(gòu)成，而α-螺旋結(jié)構(gòu)域和CLR的剩余部分構(gòu)成了“花冠”樣結(jié)構(gòu)，而肽鏈的另一末端CRD則卷曲呈球狀結(jié)構(gòu)域，使得花冠部成為凝集素糖識別部位，見圖1。這種多聚體結(jié)構(gòu)增強了SP-A結(jié)合免疫細(xì)胞及病原體的能力，是其發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能的生化基礎(chǔ)[4]。

圖1 SP-A的生化結(jié)構(gòu)

2 SP-A受體

由于擁有特殊的結(jié)構(gòu)，SP-A能夠與多種免疫細(xì)胞和病原體表面受體結(jié)合，并參與調(diào)控免疫細(xì)胞功能及免疫炎性反應(yīng)。SP-A對免疫反應(yīng)的不同作用主要依賴于參與調(diào)節(jié)的細(xì)胞受體不同，因此了解SP-A的結(jié)合受體對研究其免疫調(diào)節(jié)功能至關(guān)重要[5]。Toll樣受體(TLR)是參與非特異性免疫的一類重要蛋白質(zhì)受體，是一組高度保守的模式識別受體，能通過識別病原相關(guān)分子模式(PAMPs)和危險相關(guān)分子模式(DAMPs)引發(fā)機(jī)體的天然免疫反應(yīng)[6-7]?；罨蟮腡LR能促發(fā)細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)并激活一系列轉(zhuǎn)錄因子，包括NF-κB、AP-1、IRF-3和IRF-7等，并進(jìn)一步促進(jìn)多種促炎性細(xì)胞因子如TNF-α和IL-1β的產(chǎn)生[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)SP-A通過Ca2+依賴途徑以CRD結(jié)構(gòu)域與TLR2、TLR4可溶性胞膜外區(qū)以及MD-2受體相結(jié)合[10-11]。SP-A能抑制LPS與TLR4/MD-2的結(jié)合并減弱LPS誘導(dǎo)的炎癥級聯(lián)反應(yīng)[12]。另有研究還證實，SP-A能在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控巨噬細(xì)胞TLR2和TLR4的表達(dá)[13]。SP-A雖能上調(diào)巨噬細(xì)胞TLR2表達(dá)，卻又同時抑制了TLR2介導(dǎo)的NF-κB信號通路，SP-A通過影響信號通路中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，如IKBα的磷酸化、p65的核異位、MAPK家族的成員磷酸化及Akt的磷酸化減少進(jìn)而影響NF-κB信號傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致TNF-α顯著減少[14-15]。信號抑制調(diào)節(jié)蛋白α(SIRPα)是一類廣泛表達(dá)的糖蛋白分子，屬于免疫球蛋白超家族結(jié)構(gòu)域受體。SIRPα在多種免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞的表面均有特異性表達(dá)[16]。有研究發(fā)現(xiàn)SIRPα在維持并調(diào)節(jié)小鼠T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)揮重要作用。此外，SIRPα還被證實參與抑制巨噬細(xì)胞中TLR介導(dǎo)的信號通路，因此也被認(rèn)為在溝通機(jī)體固有免疫和獲得性免疫過程中具有重要意義[17]。研究報道SP-A能通過與SIRPα和CD-91鈣網(wǎng)蛋白復(fù)合物相結(jié)合調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能。當(dāng)接觸病原時，SP-A通過CRD結(jié)構(gòu)域結(jié)合SIRPα并抑制炎性介質(zhì)的產(chǎn)生；當(dāng)接觸外源性微生物或細(xì)胞碎片時，SP-A通過其CRD結(jié)構(gòu)域結(jié)合病原，而游離的CLR區(qū)域通過CD-91鈣網(wǎng)蛋白活化免疫細(xì)胞[18]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)SP-A還能結(jié)合天然和重組的可溶性CD14。CD14是LPS的結(jié)合受體，SP-A的α-螺旋結(jié)構(gòu)域與CD14亮氨酸富含區(qū)結(jié)合，并在LPS/CD14相互作用中起到重要的調(diào)節(jié)作用[19]。SPR-210(surfactant protein receptor 210 kDa)最初是從巨噬細(xì)胞U937細(xì)胞株中純化提取的SP-A結(jié)合蛋白，在Ⅱ型肺泡細(xì)胞及肺泡巨噬細(xì)胞中也有表達(dá)，SP-A通過CLR區(qū)域結(jié)合SRP-210，并參與介導(dǎo)結(jié)核分枝桿菌的攝取[20]。此外，SP-A還能直接通過CRD結(jié)構(gòu)域和鈣離子依賴途徑結(jié)合各種細(xì)菌、真菌和病毒表面的甘露聚糖、海藻糖、N-乙酰葡糖胺及脂質(zhì)來識別它們。還有研究證實SP-A能結(jié)合糖蛋白-340(Gp-340)、髓過氧物酶(MPO)、補體蛋白C1q、免疫球蛋白以及補體受體CR3等，并通過多種途徑參與機(jī)體的免疫反應(yīng)[21]。

3 SP-A的免疫調(diào)節(jié)作用

機(jī)體在自然狀態(tài)下接觸到很多致病性的病原體及抗原,從而觸發(fā)免疫細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答,以保護(hù)機(jī)體抵抗外來刺激的入侵。SP-A作為C型膠原凝集素的一員,能通過多種機(jī)制參與免疫調(diào)節(jié)作用。首先，SP-A的糖識別域能黏合多種細(xì)菌、真菌以及病毒等病原體，并通過和免疫細(xì)胞受體結(jié)合募集巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞參與炎性反應(yīng)調(diào)節(jié)，直接殺傷病原微生物[22]。其次，SP-A還能增強巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞對病原體的吞噬清除功能，而敲除SP-A基因后小鼠肺泡巨噬細(xì)胞吞噬病原菌的能力明顯下降[23]。SP-A還能通過上調(diào)免疫細(xì)胞表面的病原結(jié)合受體從而增強免疫細(xì)胞對病原的攝取，研究發(fā)現(xiàn)SP-A能增強巨噬細(xì)胞表面清道夫受體A進(jìn)而促進(jìn)其對肺炎鏈球菌的攝入，還能通過上調(diào)人巨噬細(xì)胞表面甘露糖受體的表達(dá)促進(jìn)結(jié)核分支桿菌清除[24-25]。另有研究發(fā)現(xiàn)，SP-A能抑制樹突細(xì)胞的成熟，并抑制了由植物凝集素、CD3特異性抗體和佛波酯誘導(dǎo)的T細(xì)胞增殖[26]。SP-A的CLR和CRD結(jié)構(gòu)域通過Ca2+通路抑制T細(xì)胞活化，進(jìn)而抑制由T細(xì)胞活化引發(fā)的炎性級聯(lián)反應(yīng)[27]。另有體外研究證實SP-A能增強肺泡巨噬細(xì)胞對凋亡細(xì)胞的攝取。SP-A能通過鈣網(wǎng)蛋白和CD91依賴途徑結(jié)合凋亡細(xì)胞并對其產(chǎn)生清除作用[28]。此外，SP-A還能參與調(diào)節(jié)細(xì)胞炎性反應(yīng)，但不同研究表明SP-A對TNF-α等炎性介質(zhì)的產(chǎn)生既有上調(diào)作用又有下調(diào)作用[29]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)SP-A是增強還是減弱炎性反應(yīng)則主要取決于參與調(diào)節(jié)的細(xì)胞受體不同，而結(jié)合的受體又取決于SP-A與免疫細(xì)胞及病原體之間的相互作用。SP-A如何在體內(nèi)外調(diào)節(jié)多重細(xì)胞炎性反應(yīng)仍需要進(jìn)一步研究。因此,SP-A可以調(diào)控免疫調(diào)節(jié)相關(guān)受體和細(xì)胞因子的表達(dá),并能通過誘導(dǎo)活化的淋巴細(xì)胞凋亡等生理過程來維持免疫穩(wěn)態(tài),進(jìn)而發(fā)揮其在機(jī)體免疫監(jiān)視中的重要作用。

在呼吸系統(tǒng)中，SP-A在多種呼吸道病原體的先天免疫應(yīng)答中起重要作用，包括A型流感病毒、呼吸道合胞病毒、結(jié)核分枝桿菌、煙曲霉、銅綠假單胞菌和流感嗜血桿菌等。SP-A通過識別和結(jié)合各種病原體并觸發(fā)各種免疫反應(yīng)，包括調(diào)理作用，增強吞噬作用以及募集巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞殺死病原體，并通過增加細(xì)胞膜通透性來抑制微生物的活性等。 SP-A還有助于清除凋亡細(xì)胞并調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)。 SP-A與免疫細(xì)胞的相互作用及其啟動清除的機(jī)制主要是由SP-A的膠原蛋白區(qū)域與這些細(xì)胞上的相關(guān)受體分子介導(dǎo)的。因此，SP-A的免疫調(diào)節(jié)功能在維持肺穩(wěn)態(tài)和保護(hù)肺部不受感染等方面非常重要?，F(xiàn)在已知SP-A的表達(dá)不僅僅限于肺部，還在人體其他黏膜表面及肺外組織也表現(xiàn)出廣泛的免疫活性，如消化系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。但其在肺外部位的免疫調(diào)節(jié)作用還在不斷的研究和探索中[1]。

4 SP-A在肺外組織中的分布及作用

4.1 消化道中的SP-A 研究發(fā)現(xiàn)有一種類似于肺表面活性物質(zhì)的疏水性蛋白位于消化道上皮細(xì)胞頂部邊緣和腔內(nèi)容物之間，并最后認(rèn)定為消化道表面活性物質(zhì)[30]。隨后，研究人員又在大鼠腸道上皮細(xì)胞中檢測到SP-A的蛋白和mRNA表達(dá)，認(rèn)為該蛋白是由腸上皮細(xì)胞自身產(chǎn)生并分泌的。研究發(fā)現(xiàn)消化道表面的肺表面活性蛋白不但具有潤滑并維持胃腸道表面張力的作用，促進(jìn)腸道蠕動，還能有效地抑制腸道潰瘍因素[31]。研究發(fā)現(xiàn)，在炎性腸病及壞死性腸炎病例中SP-A表達(dá)上調(diào)并參與免疫炎性調(diào)控。壞死性腸炎的動物模型中，口服SP-A蛋白能有效降低腸內(nèi)的炎性反應(yīng)，減少TLR4的表達(dá)及促炎性細(xì)胞因子[32]。胃腸道中的SP-A能通過結(jié)合病原體表面受體減少其黏附于消化道上皮細(xì)胞，并通過結(jié)合細(xì)胞表面的特異性結(jié)合受體來抑制其下游炎性信號通路，進(jìn)而參與宿主的免疫調(diào)控[33]。

4.2 女性生殖系統(tǒng)及羊水中的SP-A 研究表明，免疫活性SP-A在女性生殖系統(tǒng)中廣泛表達(dá)并參與免疫防御。在人體的子宮肌層、陰道上皮細(xì)胞及陰道灌洗液中檢測到SP-A的存在，且在女性月經(jīng)周期不同階段陰道灌洗液中SP-A的水平存在差異，卵泡期SP-A水平達(dá)到峰值，這一變化可能與月經(jīng)期陰道黏膜變薄，陰道菌群失調(diào)導(dǎo)致陰道更易感染有關(guān)[34]。此外，女性生殖系統(tǒng)中表達(dá)的SP-A能參與抵抗性傳播病原體的侵襲。研究發(fā)現(xiàn)SP-A通過結(jié)合人類免疫缺陷病毒(HIV)的包膜糖蛋白gp120抑制HIV感染CD4 T淋巴細(xì)胞，表明其可能具有抗HIV的作用[35]。自懷孕26周開始，人的羊水中就能檢測到SP-A蛋白的表達(dá)，而到鄰近分娩時(40周)SP-A水平顯著升高并能達(dá)到2～8 μg/ml[36-38]。免疫組化染色發(fā)現(xiàn)在孕晚期的羊膜上皮細(xì)胞和絨毛膜細(xì)胞中都有SP-A表達(dá)，SP-A通過羊膜細(xì)胞和蛻膜巨噬細(xì)胞識別并清除羊水中的病原體，抑制孕期的宮內(nèi)感染，減少絨毛膜羊膜炎的發(fā)生[39]。人的分娩過程與宮內(nèi)組織分泌的催產(chǎn)素PGF2α和促炎性細(xì)胞因子TNF-α密切相關(guān)。作為炎性調(diào)節(jié)蛋白，SP-A能夠有效地抑制巨噬細(xì)胞分泌TNF-α并推遲PGF2α合成信號通路[40]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)SP-A在小鼠分娩早期表達(dá)升高，并伴隨著IL-1β和NF-κB水平上升。IL-1β和NF-κB都能刺激PGF2α合成信號通路，并誘發(fā)早產(chǎn)[41]。不僅如此，SP-A還能清除子宮平滑肌周圍的凋亡和壞死細(xì)胞，從而降低了宮縮引發(fā)炎性反應(yīng)的風(fēng)險[42]。

4.3 咽鼓管、鼻竇中的SP-A Yamanaka等[43]早期在人類的中耳灌注液中發(fā)現(xiàn)免疫活性SP-A的存在，開啟了SP-A在另一組織的研究。此后，另有研究人員發(fā)現(xiàn)把天竺鼠的肺表面活性物質(zhì)、鹽水和混合磷脂灌入大鼠的中耳，發(fā)現(xiàn)肺表面活性物質(zhì)能顯著降低張開咽鼓管所需要的張力。經(jīng)進(jìn)一步組織病理和分子生物學(xué)檢測證實，成年大鼠的中耳上皮細(xì)胞和鼻旁竇黏膜下腺中都表達(dá)SP-A蛋白和mRNA，且感染大鼠與未感染大鼠相比，中耳上皮細(xì)胞中SP-A mRNA水平明顯升高[44]。此外，在由感染、過敏或其他自身免疫性原因引起的慢性鼻竇炎患者中也發(fā)現(xiàn)SP-A表達(dá)顯著升高。SP-A蛋白還被檢測到在咽鼓管上皮細(xì)胞中表達(dá)分泌，并具有抗炎的作用。作為病原體進(jìn)入中耳的必經(jīng)之路，咽鼓管黏膜所產(chǎn)生的保護(hù)因子對于復(fù)發(fā)性中耳炎的防護(hù)至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，對復(fù)發(fā)性中耳炎敏感性不同的兒童表達(dá)的SP-A表型存在差異，并認(rèn)為咽鼓管上皮細(xì)胞中表達(dá)的SP-A蛋白參與病原體的清除并調(diào)節(jié)免疫相關(guān)反應(yīng)[45]。

4.4 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的SP-A 最近，SP-A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中的表達(dá)也得到了證實。Luo等[46]最先在SD大鼠的腦組織中檢測到具免疫活性的SP-A表達(dá)，且發(fā)現(xiàn)SP-A在髓鞘周圍的少突膠質(zhì)細(xì)胞中深染。隨后，Schob等[47]在人腦活檢組織和多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者腦脊液中檢測肺表面活性物質(zhì)的表達(dá)變化發(fā)現(xiàn)，SP-A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞和室管膜細(xì)胞中都有SP-A蛋白和mRNA表達(dá)，并認(rèn)為檢測到的SP-A是由CNS組織自身產(chǎn)生的。此外，SP-A在自身免疫性腦病和腦炎患者的腦脊液中含量較陰性對照組顯著降低，提示其可能與CNS的免疫炎性調(diào)節(jié)有關(guān)。Yang等[48]在研究中發(fā)現(xiàn)，大鼠實驗性自身免疫性腦脊髓炎模型(EAE)中SP-A的分布和表達(dá)水平在EAE發(fā)病初期、高峰期和緩解期隨著炎性反應(yīng)和膠質(zhì)細(xì)胞的變化而變化，呈正相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)SP-A在大鼠腦組織的星形膠質(zhì)細(xì)胞以及體外培養(yǎng)人星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)，且在LPS的刺激下SP-A表達(dá)水平增加，且外源性加入SP-A能抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中TLR4和NF-κB P65的表達(dá)，同時減少了TNF-α和IL-1β的產(chǎn)生，由此認(rèn)為SP-A能通過結(jié)合星型膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的TLR4信號通路從而參與CNS免疫炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)。

除以上組織器官外，研究人員還在胸腺、前列腺、腎臟和脾臟等組織中都檢測到免疫活性SP-A。此外，在胸膜、心包、關(guān)節(jié)滑膜等細(xì)胞中也存在SP-A,且這些部位的SP-A也具有結(jié)合并清除致病原的作用，在先天性免疫和獲得性免疫機(jī)制中發(fā)揮重要的作用[49]。

5 小結(jié)