二肽基肽酶-4在造血和移植中的作用

李德冠，孟愛民

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 放射醫(yī)學(xué)研究所天津放射醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)重點實驗室，天津300192

造血系統(tǒng)是一個高度分化的系統(tǒng)，其中，造血干細胞 (hematopoietic stem cells，HSC)和造血祖細胞(hematopoietic progenitor cells，HPC)發(fā)揮重要作用。造血干祖細胞 (hematopoietic stem and progenitor cells，HSPC)主要受體液免疫調(diào)節(jié)，包括細胞因子、趨化因子以及刺激細胞增殖的正調(diào)控因子，如:促紅細胞生成素、集落形成刺激因子 (colony-stimulating factor，CSF)和白細胞介素等。雖然大量研究已經(jīng)闡明了這些調(diào)節(jié)因子在細胞和細胞內(nèi)的作用，但對于這些因子在疾病或應(yīng)激狀態(tài)下的功能改變?nèi)杂写M一步研究。近來研究發(fā)現(xiàn)，二肽基肽酶 (dipeptidyl peptidase，DPP)-4能夠作用于一些與造血系統(tǒng)調(diào)節(jié)有關(guān)的趨化因子、克隆刺激因子和白細胞介素因子，提示DPP-4抑制可在造血系統(tǒng)及移植過程中發(fā)揮重要作用。本文總結(jié)了DPP-4抑制在造血系統(tǒng)和骨髓移植中的作用研究進展。

DPP4的結(jié)構(gòu)和分布

DPP-4是1966年 Hopsu-Havu等［1］在鼠肝臟組織勻漿中發(fā)現(xiàn)的一個蛋白酶、相對分子質(zhì)量為110 000，是絲氨酸蛋白酶家族中的一種，分布于細胞表面，含有766個氨基酸，其三維晶體結(jié)構(gòu)在2003年由Lambeir等［2］研究證實。DPP是絲氨酸蛋白酶家族的一個亞群，主要包括DPP-4、成纖維激活蛋白-α(fibroblast activation protein-α，F(xiàn)AP-α)、DPP-8 和 DPP-9，其作用底物仍有待進一步發(fā)現(xiàn)。DPP-4分為兩種形式:一種可在細胞表面表達CD26;另一種為可溶性分子，缺少細胞內(nèi)部分和轉(zhuǎn)膜結(jié)構(gòu)域，兩種DPP-4均具有酶活性。DPP-4的活性部分是Asp—His—Ser節(jié)段，其活性體為二聚體，每個亞單位包含2個結(jié)構(gòu)域，凡是結(jié)構(gòu)的 N端為Xaa-Pro-或Xaa-Ala-的多肽都是 DPP-4發(fā)揮活性的主要底物［3-4］。

可溶性DPP-4存在于血清/血漿、腦脊髓液、關(guān)節(jié)液和精液中，具有跨膜結(jié)構(gòu)的DPP-4則在多種組織的內(nèi)皮和表皮細胞中表達，包括骨髓細胞、靜脈血管、胃腸道、肝臟、胰腺、肺、腎臟、前列腺等。此外，DPP-4還在胚胎干細胞、HSC、HPC以及其他多種成熟血細胞中表達［5］。

DPP-4的抑制

目前全球已有西格列汀 (sitagliptin)、維格列汀(vildagliptin)、沙格列汀 (saxagliptin)、阿格列汀(alogliptin)、利格列汀 (1inagliptin)、吉格列汀(gemigliptin)和替格列汀 (teneligliptin)7種DPP-4抑制劑上市，其中，西格列汀、維格列汀和沙格列汀已在我國上市，阿格列汀和利格列汀已在我國提出臨床申請，吉格列汀在我國由LG Life Sciences授權(quán)雙鶴制藥開發(fā)。這些DPP-4抑制劑主要作為治療2型糖尿病的口服降糖藥物，通過抑制活性胰高血糖素樣肽-1(glucagon like peptide-1，GLP-1)的降解失活，提高其濃度，增強其生理作用，促進β細胞胰島素的分泌、抑制α細胞的胰高血糖素分泌，改善胰島功能的紊亂，同時沒有增加體重和低血糖的風(fēng)險，不良反應(yīng)少見［6-7］。

對DPP-4的調(diào)節(jié)作用機制目前尚未明確。Khurana等［8］研究發(fā)現(xiàn)，給予HSPC組織因子途徑抑制物 (tissue factor pathway inhibitor，TFPI)可有效抑制DPP-4活性，增加細胞對CXCL12(SDF-1)的趨化性，進而提高歸巢和植入能力。對GPC3-/-小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，其HSPC增殖能力增加，而HSC自我維持能力下降，骨髓細胞表現(xiàn)出DPP-4高表達，從而使進入循環(huán)的HSPC增加，骨髓中干祖細胞池數(shù)目降低。GPC1-/-小鼠未發(fā)現(xiàn)上述變化。這些結(jié)果證實，TFPI可通過磷脂酰肌醇蛋白聚糖-3(glypican-3，GPC-3)抑制DPP-4的活性。

DPP4抑制對細胞移植的調(diào)節(jié)作用

Christopherson等［9］研究發(fā)現(xiàn)，DPP4在 G-CSF動員小鼠HPC中可發(fā)揮介導(dǎo)作用，并進一步證實DPP-4在小鼠HSC歸巢和植入中起調(diào)節(jié)作用。此后，研究人員在子宮內(nèi)HSC移植、逆轉(zhuǎn)錄HPC移植等多個實驗中，均證實DPP-4可在造血細胞移植中發(fā)揮作用，抑制DPP-4有利于造血細胞的歸巢和植入［10-12］。

Prabhash等［13］觀察了CD26在腫瘤患者或捐贈者動員外周血干細胞中的表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CD26的表達與白細胞植入效果相關(guān)，有作為植入早期檢測指標(biāo)的可能。植入緩慢一直是臨床臍帶血移植難以克服的巨大難題，因為這一過程中會降低HSPC數(shù)目。Farag等［14］在臨床造血疾病患者1個單位臍帶血移植過程中使用了DPP-4抑制劑西格列汀，24例患者 (21～58歲)在接受清髓處理后，在-1 d到+2 d每天口服600 mg西格列汀，在第0天接受移植，臨床監(jiān)測獲得較好的植入效果，中性粒細胞植入時間的中位數(shù)為21 d。該研究為臨床臍帶血移植時應(yīng)用DPP-4提供了基礎(chǔ)，利用西格列汀抑制DPP-4活性的劑量和時間仍有待進一步優(yōu)化。而DPP-4抑制在其他如肌源性干細胞、原位單肺等移植中也有一定作用［15-16］。

DPP-4抑制對造血細胞的調(diào)節(jié)作用

Broxmeyer等［17］研究發(fā)現(xiàn)，DPP-4可調(diào)節(jié) G-CSF功能影響造血系統(tǒng)，進而引發(fā)DPP-4在造血系統(tǒng)作用的關(guān)注。有研究顯示，通過diprotin A(ILE-PRO-ILE)或纈氨酸-焦谷氨酸 (VAL-PYR)等多肽小分子抑制HSPC上DPP-4的活性，進而通過提高細胞對趨化因子CXCL12的趨化性，可提高HSPC的歸巢和植入能力［18-19］。DPP-4剪切后的CXCL12缺失了趨化功能，但是能夠抑制全長CXCL12發(fā)揮作用。Broxmeyer等［17］研究發(fā)現(xiàn)，接受DPP-4剪切后的細胞因子無論是在體內(nèi)還是體外，其促進造血細胞的增殖能力都大幅下降，并會降低其相應(yīng)全長因子的活性。而在DPP4-/-小鼠或者正常小鼠接受照射或者化療前給予DPP-4抑制劑西格列汀，均有助于小鼠的造血系統(tǒng)恢復(fù)?，F(xiàn)在臨床上用于動員HSPC的G-CSF，其N末端起始位點是蛋氨酸，改變了原來的序列，進而能夠逃過DPP-4的剪切。Christopherson等［20］則發(fā)現(xiàn)，來自臍帶血、骨髓還是動員外周血的單個核血細胞都表達DPP-4，利用diprotin A處理過的細胞均能有效增加對趨化因子 CXCL12的趨化性。但在 CD26-/-小鼠和diprotin A預(yù)處理抑制DPP-4的小鼠中，G-CSF對造血細胞的動員能力反而下降，其機制有待進一步闡明。

巨核細胞可通過促血小板生成素受體 (antithrombopoietin receptor，c-MPL)直接影響HSC的靜止或者通過分泌因子間接影響HSC的增殖與存活。而對DPP4-/-小鼠研究發(fā)現(xiàn)，盡管DPP-4敲除未對外周血計數(shù)產(chǎn)生明顯作用。但在DPP4-/-小鼠骨髓中，無論是巨核細胞 (lin-CD41+CD61+)還是巨核祖細胞 (lin-CD41+CD61+C-kit+Sca-1-)的數(shù)目都有顯著提高，提示DPP-4的缺失或者抑制有益于巨核細胞的發(fā)育，但機制尚未明確［21］。

DPP-4抑制對造血微環(huán)境的調(diào)節(jié)作用

造血微環(huán)境是HSC賴以生成的場所，造血細胞在微環(huán)境各種因素的調(diào)控下增殖、分化、發(fā)育及成熟。Ou等［22］利用NCBI數(shù)據(jù)庫和通用蛋白資源 (universal protein resource，UniProt)尋找的氨基酸序列找到了近百個具有DPP-4切除位點的分子。這些分子有許多是能夠調(diào)節(jié)造血細胞的趨化因子和生長因子，如成纖維細胞生長因子-2(fibroblast growth factor-2，F(xiàn)GF-2)、白細胞介素 (interleukin，IL)-5、IL-6、IL-17、CXCL12、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)等，這些因子均已有文獻報道是存在于造血微環(huán)境或者被HSPC表達，能夠調(diào)節(jié)造血系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。

Cho等［23］研究發(fā)現(xiàn)，甲狀旁腺激素 (parathyroid hormone，PTH)能夠刺激體外原代培養(yǎng)的成骨細胞和體內(nèi)骨髓細胞高表達IL-6，IL-6進一步誘導(dǎo)成骨細胞釋放轉(zhuǎn)化生長因子-β，導(dǎo)致骨髓微環(huán)境中淋系細胞增加。Itikin等［24］研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-2體外處理可促進HSPC和基質(zhì)細胞的繁殖。Krstic等［25］研究發(fā)現(xiàn)，IL17可刺激早期紅系祖細胞的發(fā)育，通過p38MAPK通路抑制晚期紅細胞生長。而IL-6/IL-17和FGF-2等因子都具有DPP-4的切除位點，提示DPP-4對造血微環(huán)境必有不可缺少的作用，但DPP-4對造血微環(huán)境的調(diào)節(jié)作用機制仍有待進一步探索。

總之，目前已經(jīng)證實DPP-4抑制可通過提高細胞對趨化因子CXCL12的趨化性以及對細胞因子功能的調(diào)節(jié)在HSPC歸巢和移植過程中發(fā)揮重要作用。DPP-4抑制不僅能夠影響HSPC，還能影響造血微環(huán)境。但是由于大量細胞因子都具有理論的DPP-4剪切位點，一方面需要觀察各類因子是否具有真正的DPP-4剪切位點，另一方面還要觀察DPP-4剪切前后對細胞因子功能的影響。故DPP-4的調(diào)節(jié)作用機制仍有待進一步明確。

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