親環(huán)蛋白A 與CD147 的相互作用及其在牙周炎中的意義

楊婷， 黃世光

暨南大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州（510632）

牙周炎（periodontitis）是一種由多因素導(dǎo)致的牙周支持組織破壞性疾病，細(xì)菌特定的致病成分激發(fā)免疫反應(yīng)引起機(jī)體免疫損傷是造成牙周組織破壞的主要原因。宿主的易感性決定了牙周炎的發(fā)生發(fā)展；免疫炎癥反應(yīng)對(duì)牙周炎的發(fā)生發(fā)展有著重要影響。

研究表明，親環(huán)蛋白A（cyclophilin A，CypA）與細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)因子CD147 的相互作用可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)并參與多種全身性疾病的發(fā)展過程。目前，有關(guān)CypA/CD147 信號(hào)通路在牙周炎發(fā)病中的作用機(jī)制尚未闡明，本文對(duì)CypA 和CD147 的結(jié)構(gòu)功能及其相互作用在牙周炎中的臨床意義進(jìn)行綜述。

1 CypA 的結(jié)構(gòu)與功能

親環(huán)蛋白（cyclophilin，Cyp）是一類普遍存在于所有原核生物和真核生物中的蛋白，具有肽基脯氨酸順反異構(gòu)酶（peptidyl?prolyl cis?trans isomerase，PPIase）活性，催化肽鍵在脯氨酸殘基處被順式異構(gòu)化，形成高度保守的功能域［1］。在人類細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)各異的親環(huán)素分子共18 種，其中CypA 最為豐富和典型，是被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)具有PPIase 活性的折疊酶。

CypA 最初是從牛胸腺細(xì)胞中分離得到，研究表明CypA 可以作為免疫抑制藥物環(huán)孢素A 的主要結(jié)合靶蛋白。CypA 的PPIase 活性在許多生物學(xué)調(diào)節(jié)中具有重要作用，包括蛋白質(zhì)折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)和T 細(xì)胞激活。CypA 作為促炎性細(xì)胞因子，可促進(jìn)多種細(xì)胞類型的炎癥反應(yīng)，對(duì)白細(xì)胞具有趨化作用，并且可以誘導(dǎo)單核/巨噬細(xì)胞中的細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素?1β（interleukin?1β，IL?1β）、IL?6 和IL?8 的產(chǎn)生［2］。研究表明，CypA 在病毒早期感染、腫瘤發(fā)生、神經(jīng)系統(tǒng)性變、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的炎癥與骨質(zhì)破壞、哮喘等疾病中都發(fā)揮一定的作用。

2 CD147 的結(jié)構(gòu)與功能

CD147 是高度糖基化的單次跨膜蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量為50 000～60 000，是廣泛分布于細(xì)胞表面的免疫球蛋白家族成員［2］；由Biswas 等［3］首次發(fā)現(xiàn)并將其命名為腫瘤細(xì)胞介導(dǎo)的膠原酶激活因子（tu?mor cell collagenase stimulatoty factor，TCSF），主要在腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)，可激活鄰近的成纖維細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）；后又發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞上也有表達(dá)，現(xiàn)國際上統(tǒng)一命名為CD147。

CD147 可與Cyp、單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（monocarbox?ylate transporters，MCTs）、整合素類（integrin）、小窩蛋白?1（caveolin?1）等相互作用參與生理和病理過程［4］。CD147 的主要功能為促進(jìn)多種MMPs 的釋放和表達(dá)上調(diào)。CD147 胞外區(qū)含有三個(gè)糖基化位點(diǎn)，而CD147 的糖基化過程是宿主免疫炎癥反應(yīng)中重要調(diào)控環(huán)節(jié)，可以決定CD147 是否能夠激活MMPs。研究表明，CD147 在腫瘤中的過表達(dá)通常被認(rèn)為是不利的預(yù)后標(biāo)志物；還可參與心血管疾病、阿爾茨海默癥、病毒感染、多發(fā)性硬化癥等疾病的炎癥過程。

3 CypA/CD147 的相互作用

研究表明CD147 可以作為CypA 的信號(hào)受體，由細(xì)胞表面肝素作為與CypA 結(jié)合的主要位點(diǎn)，介導(dǎo)CypA 對(duì)炎癥因子的趨化性，在轉(zhuǎn)導(dǎo)CypA 介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)中起關(guān)鍵作用，CypA 可以調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上CD147 的表達(dá)水平，二者以配體受體的形式結(jié)合并參與炎癥細(xì)胞的趨化作用。

針對(duì)CypA/CD147 相互作用的靶向治療受到越來越多的關(guān)注，在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（rheumatoid ar?thritis，RA）病變中成纖維樣滑膜細(xì)胞（fibroblast?like synoviocyte，F(xiàn)LS）表面存在豐富的CD147 與Cy?pA，二者結(jié)合可上調(diào)中性粒細(xì)胞的粘附性和侵襲性并增加MMP?9 的表達(dá)，從而侵蝕軟骨組織［5］。CypA/CD147 之間的相互作用可以促進(jìn)核因子κB（nuclear factor kappa?B，NF?κB）核移位，上調(diào)白細(xì)胞的粘附和遷移，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的病理發(fā)展。Pahk 等［6］研究發(fā)現(xiàn)采用SP?8356 抑制CD147/CypA 相互作用，可抑制斑塊發(fā)展，改善斑塊穩(wěn)定性。CypA 能顯著增加血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的數(shù)量，CD147 則能刺激鄰近的成纖維細(xì)胞產(chǎn)生MMPs，上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞缺氧誘導(dǎo)因子?2α、血管內(nèi)皮生長因子受體2 水平，參與血管的新生過程，對(duì)腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移起促進(jìn)作用［7］。病毒體上的CypA能與感染細(xì)胞上的CD147 免疫共沉淀，CD147 抗體可使人類免疫缺陷病毒核心蛋白從細(xì)胞膜上延遲易位，通過抑制病毒反轉(zhuǎn)錄阻止HIV 進(jìn)入細(xì)胞［8］。

4 CypA/CD147 與牙周炎

牙周炎的病理過程主要表現(xiàn)為細(xì)胞外基質(zhì)的降解和重塑。MMPs 是一種鋅依賴性肽酶，能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrixc，ECM）的大部分成分，是唯一能降解牙周支持組織中膠原纖維的酶類，與牙周膜的分解密切相關(guān)。研究證實(shí)Cy?pA/CD147?絲裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase，MAPK）通路可以通過調(diào)節(jié)NF?κB 通路、MMPs、腫瘤壞死因子?α（tumor necrosis factor?α，TNF?α）等，促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的分泌，進(jìn)而促使炎癥的發(fā)生發(fā)展［9］。CypA 通過誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞分泌炎癥因子如TNF?α、IL?8 等來參與牙周炎的發(fā)病過程。在生理和病理過程中，CD147 通過刺激產(chǎn)生MMP?7、MMP?9、MMP?13、MMP?14、MMP?15 等，從而參與膠原溶解過程。

4.1 CypA/CD147 在牙周組織的表達(dá)

Liu 等［10］通過建立牙周炎小鼠模型，觀察到牙周炎小鼠牙齦組織中的CypA 和CD147 的表達(dá)顯著增加，且其表達(dá)增強(qiáng)與細(xì)胞定位高度一致；同時(shí)證實(shí)CypA/CD147 主要在浸潤的巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞中表達(dá)，極少部分在分葉核中性粒細(xì)胞中表達(dá)；另外，在牙槽骨吸收缺損表面的一些成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)其共表達(dá)；提示了CypA/CD147 的相互作用可能與牙周炎的發(fā)病相關(guān)。另外，有研究者通過對(duì)人類牙齦組織不同炎癥狀態(tài)的研究，發(fā)現(xiàn)MMP?7、CD147、CypA 三者之間表達(dá)呈正相關(guān)，且與牙周臨床指標(biāo)如探診深度、松動(dòng)度呈正相關(guān)；在該研究中還觀察到，慢性牙周炎標(biāo)本中CypA 免疫陽性細(xì)胞的百分比最高，其次是牙齦炎組和健康牙齦組［11］；此提示牙周疾病的進(jìn)展始于牙齒表面生物膜積聚而引發(fā)宿主反應(yīng)，刺激局部細(xì)胞釋放炎癥因子和CypA，在細(xì)胞外環(huán)境中，CypA 與CD147 相互作用，誘導(dǎo)大量MMP?7 的合成和分泌，MMP?7 通過降解ECM 成分或骨組織來破壞牙周組織。Xue 等［12］發(fā)現(xiàn)CD68+細(xì)胞與CypA、CD147 的表達(dá)共定位、CypA/CD147 和CD68+浸潤細(xì)胞之間存在正相關(guān)，結(jié)果提示CypA 與CD147 的相互作用，可能通過提高牙周組織的趨化因子生物活性，從而促使免疫細(xì)胞募集到炎癥部位，加重炎癥進(jìn)展。

4.2 CypA/CD147 在齦溝液中的表達(dá)

何艷萍等［13］對(duì)比慢性牙周炎患者及健康對(duì)照組齦溝液（gingival crevicular fluid，GCF）內(nèi)CypA 與CD147 的 表 達(dá)，發(fā) 現(xiàn)CypA 與CD147 在 慢 性 牙 周 炎患者與健康人群的GCF 中均有表達(dá)，隨著炎癥程度增加表達(dá)量也顯著增多。Yang 等［14］通過建立種植體周圍炎動(dòng)物模型（犬），發(fā)現(xiàn)種植體周圍齦溝液和牙齦組織CypA 和IL?1β 表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，第4 ～6 周達(dá)到峰值，第10 周開始保持相對(duì)穩(wěn)定：CD147、MMP?9 和金屬肽酶抑制因子1 隨著時(shí)間的推移也表現(xiàn)出類似的變化，CypA 水平呈先上升后稍有下降趨勢(shì)，CD147 水平呈稍有下降后持續(xù)上升趨勢(shì)；由此說明CypA 可能是種植體周圍炎出現(xiàn)的早期信號(hào)，CD147 也與炎癥程度相關(guān)。Eren 等［15］通過評(píng)估慢性牙周炎患者、廣泛型侵襲性牙周炎患者和牙周健康者的GCF 中CypA 和CD147 的表達(dá)水平，結(jié)果顯示侵襲性牙周炎患者GCF 中CypA 水平較高，在慢性牙周炎和牙周健康組中GCF 中的CypA 水平相似；該結(jié)果與其他學(xué)者結(jié)果不一致，可能與研究方法及所取樣本不同有關(guān)；此外，慢性牙周炎的狀態(tài)可能會(huì)影響取樣，如某些慢性牙周炎的取樣部位可能已經(jīng)處于炎癥靜止期，所得樣本疾病特征不明顯。

5 CypA/CD147 參與牙周炎的免疫機(jī)制

5.1 CypA 在牙周炎中的免疫效應(yīng)

CypA 作為一種有效的趨化劑，可誘導(dǎo)單核/巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞進(jìn)入組織，并通過趨化活性參與炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)TNF?α、IL?8 等的分泌，加重炎癥反應(yīng)。相對(duì)于健康牙齦組織，牙周炎組織中CypA 濃度升高可誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞浸潤病變部位進(jìn)一步分泌CypA，加重牙周組織破壞，促進(jìn)NF?κB 信號(hào)途徑激活。Sun 等［16］通過共轉(zhuǎn)染和免疫熒光技術(shù)評(píng)估了CypA 對(duì)NF?κB p65/RelA 核易位的增強(qiáng)作用，結(jié)果表明CypA 為NF?κB p65 提供了穩(wěn)定性，并促進(jìn)核易位，導(dǎo)致核積累增加和NF?κB活性增強(qiáng)。Dongsheng 等［17］通過流式細(xì)胞術(shù)和蛋白印跡法研究CypA 對(duì)小鼠滑膜組織中巨噬細(xì)胞極化的作用；結(jié)果表明CypA 可以根據(jù)其PPIase 活性調(diào)節(jié)NF?κB 的轉(zhuǎn)錄活性，NF?κB 是調(diào)節(jié)M1 極化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子；同時(shí)，PPIase 活性通過轉(zhuǎn)錄激活NF?κB 途徑促進(jìn)巨噬細(xì)胞向促炎性M1 表型極化，從而導(dǎo)致炎癥加重。CypA 在牙周炎的發(fā)病中起著關(guān)鍵作用，它可能通過誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞趨化和分泌TNF?α、IL?8 參與牙周組織的炎癥反應(yīng)。

5.2 CD147 在牙周炎中的免疫效應(yīng)

CD147 具有激活血小板、淋巴細(xì)胞等作用，同時(shí)可刺激單核細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞分泌MMP?2、MMP?9，參與多種炎癥疾病的發(fā)病過程。Zhang等［18］以人牙齦組織為樣本敲除N?乙酰氨基葡萄糖氨基轉(zhuǎn)移酶?V（GnT?V）抑制CD147 糖基化后，觀察到不同糖基化程度的CD147 參與免疫反應(yīng)的機(jī)制不同，如45 kD 和58 kD 的CD147 能夠分別刺激MMP?2、MMP?9 合成。在炎性疾病中，CD147 與Cy?pA 產(chǎn)生協(xié)同作用，參與白細(xì)胞的募集，同時(shí)也可作為E 選擇素的天然配體，參與白細(xì)胞黏附。研究者通過甲氨蝶呤的同源性建模和CD147 與甲氨蝶呤的對(duì)接來模擬分析，表明CD147 自身互為反受體，通過N 端Ig 樣區(qū)域在細(xì)胞膜原位形成同型寡聚物后可激活MMPs，而MMPs 可通過調(diào)控炎性因子和趨化因子等在炎癥調(diào)控中發(fā)揮積極作用。CD147可以協(xié)同MCT，使得細(xì)胞外微環(huán)境中乳酸含量明顯增高，進(jìn)而增加透明質(zhì)酸的合成，激活MAPK 信號(hào)傳遞途徑并催化炎癥反應(yīng)中前列腺素合成環(huán)氧化酶2 在腫瘤及炎癥疾病中發(fā)揮重要作用［19］。Yang 等［20］實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過抗CD147 治療可顯著抑制破骨細(xì)胞生成，減少牙槽骨丟失，并改善骨量組織體積和牙槽骨小梁厚度，表明CD147 與破骨細(xì)胞生成、牙槽骨礦化有關(guān)。

5.3 CypA/CD147 的相互作用在牙周炎中的免疫效應(yīng)

CypA 和CD147 之間的相互作用過程是CD147分子被運(yùn)輸?shù)礁郀柣w內(nèi)，位于跨膜區(qū)域和胞外區(qū)域交接界面的Pro211 殘基與CyP60 在高爾基體囊泡腔內(nèi)相互作用，CypA 從高爾基體被排出細(xì)胞外，CypA 再與細(xì)胞表面的硫酸肝素多糖和CD147分子胞外區(qū)與Pro180 相互作用［9］。CypA 與CD147位點(diǎn)Pro211 發(fā)生連接和催化，增加復(fù)合物底物結(jié)合時(shí)的順反異構(gòu)酶內(nèi)在平衡的比例，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外構(gòu)像。這些結(jié)果表明CypA/CD147 是配體受體借助肝素相互作用的過程，從而啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)。CypA 與CD147 可持續(xù)集中在巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞上表達(dá)，同時(shí)也可定位于牙槽間隔的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞上，但很少表達(dá)于中性粒細(xì)胞，二者相互作用后可啟動(dòng)巨噬細(xì)胞中細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK1/2）和NF?κB 信號(hào)途徑，炎性的牙齦組織也顯著增加MMPs 及其他炎癥因子的表達(dá)（如MMP?1、MMP?2、MMP?9、TNF?α、IL?8、IL?1β 等），從而降解ECM。

6 總 結(jié)

CypA/CD147 相互作用可調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，參與多種全身疾病的發(fā)病過程，如炎性疾病、腫瘤疾病和病毒感染等，現(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)證明阻斷二者的相互作用，可以針對(duì)疾病起到靶向治療的作用。CypA/CD147 的相互作用可以促進(jìn)MMPs 的產(chǎn)生，MMPs在人慢性牙周炎中已經(jīng)被證實(shí)可以降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜，破壞牙周組織。目前研究表明CypA、CD147 及二者相關(guān)產(chǎn)物MMPs 在不同程度牙周炎中均有表達(dá)，且與疾病程度呈正相關(guān)，但CypA/CD147 在牙周炎中相互作用涉及的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、具體作用機(jī)制還未完全闡明，在牙周炎不同階段的作用也值得更深一步的研究；二者的表達(dá)水平也受到多種因素影響，如疾病進(jìn)程、藥物等，使其在臨床中的應(yīng)用受到一定限制，針對(duì)牙周炎治療的研究尚不多。隨著分子生物技術(shù)發(fā)展，深入研究并揭示二者的結(jié)構(gòu)與功能、相互作用的具體機(jī)制及信號(hào)傳導(dǎo)的方式，可為了解疾病的發(fā)病機(jī)制提供重要的理論依據(jù)，同時(shí)也能為研發(fā)治療臨床疾病的新型藥物及新的基因治療手段提供新的思路與線索。

【Author contributions】Yang T wrote the article. Huang SG re?viewed the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.