髓過氧化物酶在宿主防御和炎癥中的作用※

高 翔綜述 張 偉*審校

(1.青海大學(xué)高原醫(yī)學(xué)研究中心，青海 西寧 810001；2.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，青海 西寧 810016)

當(dāng)周圍組織和體液中的吞噬細(xì)胞被激活時(shí)，髓過氧化物酶(Myeloperoxidase，MPO)可分泌到細(xì)胞外環(huán)境和吞噬小體中，通過產(chǎn)生的過氧化氫和氯化物作為底物，發(fā)揮殺滅病原菌的作用[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，MPO在殺滅病原菌的同時(shí)過量產(chǎn)生，致炎性組織損傷[2]。靶向MPO介導(dǎo)的炎癥事件已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[3]，且研究方向多樣。本文主要就MPO在宿主防御和炎癥中的作用進(jìn)行綜述。

1.MPO

1.1 MPO的生物學(xué)特性

MPO是一種存在于中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞中含量較為豐富的血紅素酶。在中性粒細(xì)胞的初級顆粒中，約占總細(xì)胞干重的5%，在單核細(xì)胞中含量較小，約占細(xì)胞總蛋白的1%。有研究認(rèn)為，在單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化的過程中，MPO的表達(dá)通常會丟失[4]。但在肝臟庫普弗細(xì)胞、腹膜巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞等常駐組織巨噬細(xì)胞和動脈粥樣硬化、多發(fā)性硬化等炎癥疾病誘導(dǎo)的器官浸潤性巨噬細(xì)胞中可發(fā)現(xiàn)MPO的表達(dá)[5]。此外，巨噬細(xì)胞還可以通過吞噬凋亡的中性粒細(xì)胞或通過甘露糖受體攝取細(xì)胞外MPO來獲得中性粒細(xì)胞源性MPO[6]。

1.2 MPO的合成

MPO的合成僅限于骨髓髓樣細(xì)胞。在骨髓粒細(xì)胞/單核細(xì)胞分化過程中，僅早幼粒細(xì)胞和早幼粒單核細(xì)胞可主動轉(zhuǎn)錄MPO基因，并合成具有酶活性的前體蛋白proMPO，隨后proMPO經(jīng)過一系列蛋白水解被切割成通過二硫鍵連接在一起的重(α)亞基(59kDa)和輕(β)亞基(13.5kDa)，該重、輕鏈復(fù)合物二聚化后生成具有酶活性的成熟MPO。成熟MPO存儲在完全分化的嗜中性粒細(xì)胞的嗜天青顆粒中，可在TLR配體介導(dǎo)的炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子(如GM-CSF和TNF等)以及Ig/Fc受體介導(dǎo)的信號通路中啟動并激活MPO的多種釋放機(jī)制[5]。其中，最主要的釋放機(jī)制是中性粒細(xì)胞通過脫顆粒和包括細(xì)胞凋亡和壞死的細(xì)胞死亡途徑快速釋放MPO[7]。最新的研究顯示，MPO還可通過中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)的擠壓從中性粒細(xì)胞中釋放出來[8]。此外，中性粒細(xì)胞還通過高爾基體組成性地分泌少量proMPO，但細(xì)胞外proMPO的功能和生理意義尚待闡明[9]。

2.MPO在中性粒細(xì)胞中的作用及影響

2.1 MPO在中性粒細(xì)胞中的作用

中性粒細(xì)胞是機(jī)體抵御病原體的第一道防線，其進(jìn)入組織后可吞噬病原菌形成吞噬小體，并將吞噬小體中的病原菌殺死和消化。在此過程中，含有MPO的嗜天青顆?？膳c吞噬小體融合，并將包括MPO在內(nèi)的顆粒內(nèi)容物釋放到吞噬小體中[10]。而髓系細(xì)胞在遇到病原體后，會產(chǎn)生超氧化物爆發(fā)反應(yīng)，并伴有過氧化氫(H2O2)產(chǎn)生[7]。MPO在過氧化(兩個隨后的單電子反應(yīng))和鄰位鹵化(兩電子反應(yīng))循環(huán)中可利用H2O2與其他有毒氧化劑一起產(chǎn)生極強(qiáng)的次氯酸[11]。在過氧化循環(huán)中，MPO的氧化有機(jī)底物(如酪氨酸和色氨酸)以及離子可產(chǎn)生活性自由基[11]。鹵化循環(huán)是MPO獨(dú)有的，在鹵化循環(huán)中，MPO高氧化電位可將氯化物、溴化物和硫氰酸鹽等鹵化物分別氧化成次氯酸、次溴酸和次硫氰酸鹽，其中次氯酸是MPO活性的主要產(chǎn)物，可通過修飾脂質(zhì)、脫氧核糖核酸、胺、酪氨酸形成鹵代醇、5-氯尿嘧啶、氯胺、3-氯酪氨酸發(fā)揮殺菌作用和對周圍組織的毒性作用[12]。

MPO-H2O2-鹵化物系統(tǒng)在中性粒細(xì)胞發(fā)揮快速殺菌作用中起關(guān)鍵作用。體外研究表明，與正常中性粒細(xì)胞相比，MPO缺乏的中性粒細(xì)胞可導(dǎo)致機(jī)體對細(xì)菌和真菌的殺滅作用減弱，且減弱程度隨病原菌的不同而不同[13]。例如，MPO缺乏的中性粒細(xì)胞與金黃色葡萄球菌共培養(yǎng)，對金黃色葡萄球菌的殺滅比例約為正常中性粒細(xì)胞的30%，而在MPO缺乏的中性粒細(xì)胞與大腸桿菌共培養(yǎng)中，其殺滅大腸桿菌的比例約為正常中性粒細(xì)胞的80%[14]。此外，MPO缺乏的中性粒細(xì)胞殺死白色念珠菌的能力可完全消失，這種情況與臨床中一些MPO缺乏癥患者的情況相似[15]。MPO基因敲除(MPO-KO)小鼠的出現(xiàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了關(guān)于MPO參與宿主防御入侵病原體的一系列見解。在小鼠實(shí)驗(yàn)性感染模型中，與受感染的野生型(WT)小鼠相比，MPO-KO小鼠對白色念珠菌和肺炎克雷伯桿菌的易感性增加，對熱帶梭菌、阿薩氏毛孢子蟲和銅綠假單胞菌亦然，而對煙曲霉和新生隱球菌感染的易感性增加較少，對金黃色葡萄球菌和肺炎鏈球菌的易感性與WT相當(dāng)[16]。因此，MPO依賴的氧化系統(tǒng)對于宿主抵御真菌和細(xì)菌的防御是重要的，盡管其作用因病原體種類而異。

2.2 MPO對中性粒細(xì)胞免疫反應(yīng)的影響

中性粒細(xì)胞在被各種刺激激活后除了在細(xì)胞內(nèi)顆粒產(chǎn)生抗菌分子外，還可形成胞外殺菌網(wǎng)絡(luò)(NETs)，包括MPO在內(nèi)的顆粒蛋白以及組蛋白可結(jié)合在NETs上[17]。研究表明，NETs可通過NADPH氧化酶-活性氧依賴的方式產(chǎn)生一種新的細(xì)胞死亡形式[18]。其中，細(xì)胞死亡和NETs形成的下游事件被證明是由中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶介導(dǎo)的，而MPO在這個過程中可與彈性蛋白酶協(xié)同作用，以一種獨(dú)立于其酶活性的方式驅(qū)動染色質(zhì)解凝[19]。最近的研究進(jìn)一步表明，MPO誘導(dǎo)的活性氧是觸發(fā)NETs形成所必需的條件[20]。上述結(jié)果與人MPO-/-的中性粒細(xì)胞在被佛波酯刺激后缺乏NETs形成是一致的[21]。

研究表明，NETs不僅能捕獲細(xì)菌，還能調(diào)節(jié)先天性免疫反應(yīng)和獲得性免疫反應(yīng)[22]，這表明MPO可通過NETs調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫系統(tǒng)。在先天性免疫反應(yīng)中，NETs可通過激活NLRP3型炎癥小體，進(jìn)而利用P2X7受體介導(dǎo)的鉀外流，使IL-1β和IL-18釋放[23]。NETs還可通過抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的樹突狀細(xì)胞的成熟來調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)，從而抑制T細(xì)胞的激活。在卵清蛋白(OVA)誘導(dǎo)的WT和MPO-/-小鼠免疫化實(shí)驗(yàn)中，WT小鼠T細(xì)胞活化和增殖無明顯差異，而MPO-/-小鼠在免疫后第6天淋巴結(jié)和脾臟T細(xì)胞活化和增殖水平均升高，且脾細(xì)胞經(jīng)OVA刺激后，MPO-/-T細(xì)胞產(chǎn)生較高水平的干擾素-γ和白介素-17A。此外，MPO-/-小鼠還可增強(qiáng)T細(xì)胞介導(dǎo)的皮膚遲發(fā)型超敏反應(yīng)和抗原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)超敏反應(yīng)，上述研究表明MPO可抑制獲得性免疫反應(yīng)，其機(jī)制可能與中性粒細(xì)胞和MPO直接與淋巴結(jié)內(nèi)的樹突狀細(xì)胞相互作用有關(guān)[24]。研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞與樹突狀細(xì)胞共培養(yǎng)可增加其MPO的產(chǎn)生，而MPO可以劑量依賴的方式抑制LPS誘導(dǎo)的樹突狀細(xì)胞的激活。體外研究進(jìn)一步表明，依賴于MPO產(chǎn)生的氧化劑和樹突狀細(xì)胞表面CD11b的表達(dá)可能是MPO抑制樹突狀細(xì)胞活化的機(jī)制。以上研究表明，MPO可能通過減弱樹突狀細(xì)胞的活化來限制適應(yīng)性免疫反應(yīng)的程度，從而降低樹突狀細(xì)胞的抗原提呈能力。

3.MPO在器官炎癥中的作用

在正常情況下，MPO來源的鹵化劑和硝化劑除了具有殺菌作用外，在某些病理情況下，這些氧化劑的長期過量產(chǎn)生也會導(dǎo)致宿主細(xì)胞中蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷。研究表明，與WT型小鼠相比，MPO-KO小鼠炎癥部位的3-氯酪氨酸、3-溴酪氨酸、3-硝基酪氨酸和蛋白質(zhì)氨基甲?；斤@著降低，且MPO的表達(dá)缺失可減輕組織器官炎癥損傷程度[25]。在急性組織損傷和慢性炎癥疾病(如動脈粥樣硬化、癌癥、腎臟疾病、肺損傷和多發(fā)性硬化癥等)中，MPO水平的升高可作為炎癥加劇和氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)的標(biāo)志物之一[26]。在LPS滴鼻誘導(dǎo)的肺損傷模型中，敲除MPO可降低白細(xì)胞介素-6、干擾素-γ和角質(zhì)形成細(xì)胞源性趨化因子的表達(dá)水平，減輕肺部炎癥[27]。在慢性腎臟疾病中，MPO的缺乏可減輕腎小球的損傷，并伴隨著單核/巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞的低浸潤[28]。在腎臟缺血再灌注損傷模型中，敲除MPO可減少中性粒細(xì)胞的外滲，減輕腎損傷[29]。在缺血性腦卒中患者中，MPO可通過促進(jìn)活性氧和活性氮的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)腦中小膠質(zhì)細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的極化和炎癥相關(guān)信號通路，靶向MPO可作為減輕缺血性腦卒中氧化損傷和神經(jīng)炎癥的治療靶點(diǎn)[8]。此外，在非感染性刺激誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)或無活病原體感染的慢性炎癥的情況下，MPO表達(dá)的缺失可致機(jī)體炎癥水平增高。在紫外線誘導(dǎo)的皮膚炎癥模型中，MPO的缺乏可導(dǎo)致紫外線照射的小鼠背部皮膚“提前”發(fā)炎，并伴有中性粒細(xì)胞浸潤[30]。在中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的腎小球腎炎中，內(nèi)源性MPO雖然在腎臟局部參與腎小球損傷，但它還可通過抑制T細(xì)胞的增殖、細(xì)胞因子的產(chǎn)生以及降低輔助性T細(xì)胞(Th1/Th2)比值來減輕機(jī)體適應(yīng)性免疫反應(yīng)程度[31]。因此，在不同的疾病模型中，MPO既可以參與“有益”的活動，也可以參與“有害”的活動，炎癥部位MPO的檢測可作為組織損傷的檢測指標(biāo)。

4.人類MPO缺乏癥

MPO缺乏癥是一種遺傳性疾病，在人類中并不罕見，美國和歐洲的發(fā)病率從1：1000到1：4000不等[26]。MPO缺乏的患者更容易受到真菌感染，特別是由白色念珠菌引起的感染[32]。MPO完全或次完全缺乏患者的慢性炎癥狀況的發(fā)生率也可顯著增加[33]。此外，MPO的缺乏還可導(dǎo)致免疫缺陷。研究表明，不同類型的血管炎中出現(xiàn)了針對MPO的自身抗體，針對中性粒細(xì)胞的自身抗體稱為抗中性粒細(xì)胞胞漿抗體(ANCA)，可在核周區(qū)域中檢測到[34]。MPO基因多態(tài)性導(dǎo)致MPO表達(dá)降低的患者其自身免疫性狼瘡性腎炎的發(fā)病率更高[35]。

5.結(jié)論與展望

隨著衛(wèi)生環(huán)境的改善，病原微生物減少，使得依賴MPO的宿主防御的重要性變得不像人類進(jìn)化早期那么重要。但MPO-H2O2-鹵化物系統(tǒng)是多種炎癥性疾病的促成因素。MPO表達(dá)過高或表達(dá)不足都與疾病的不良結(jié)局有關(guān)。雖然MPO的長期過量生產(chǎn)可能會導(dǎo)致組織損傷，但MPO可能在特定的情況下發(fā)揮抗炎作用，這取決于炎癥的類型。因此，對于未來的研究來說，深入了解MPO的功能和調(diào)控機(jī)制具有深遠(yuǎn)意義。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，綜合使用精密儀器可簡單快速確定體內(nèi)MPO的濃度，為臨床患者提供新的診療依據(jù)，可改善慢性炎癥及相關(guān)疾病的治療現(xiàn)狀。隨著對MPO 進(jìn)一步的研究和了解，其不僅有利于炎癥性疾病的診斷，還可以作為炎癥性疾病病情評估、療效判斷的特異性指標(biāo)。