肺表面活性蛋白D與慢性阻塞性肺疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

何響，孫澤蕊，石雪峰

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見(jiàn)的以氣流受限持續(xù)存在和相應(yīng)的呼吸系統(tǒng)癥狀為特征的疾?。?］，其在全球范圍內(nèi)造成重大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)負(fù)擔(dān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)40歲以上人群COPD患病率達(dá)13.7%［2］。目前，COPD的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，研究認(rèn)為可能是由于吸煙等多種環(huán)境因素與免疫、基因等自身因素長(zhǎng)期相互作用所致［1］。目前COPD的診斷及病情嚴(yán)重程度評(píng)估主要依靠肺功能檢查，但其具有一定局限性，如輕度COPD患者肺功能檢查結(jié)果經(jīng)常發(fā)生變化，而重度COPD及急性加重期患者無(wú)法完成肺功能檢查。此外，現(xiàn)有的治療方法無(wú)法降低患者死亡率，也不能實(shí)質(zhì)性地改變患者肺功能的下降速度。因此，迫切需要生物學(xué)標(biāo)志物來(lái)指導(dǎo)COPD患者的診治，并提高藥物開(kāi)發(fā)成功的可能性。肺表面活性蛋白D（pulmonary surfactant protein D，SP-D）是一種主要由肺泡Ⅱ型細(xì)胞合成和分泌的親水性蛋白，屬于膠原C型凝集素家族的一員，在肺穩(wěn)態(tài)和肺免疫功能維持中具有關(guān)鍵作用［3-5］。SP-D參與了包括COPD在內(nèi)的多種呼吸系統(tǒng)疾病的病理生理過(guò)程［6］，且其在COPD病情評(píng)估、診斷治療及預(yù)后評(píng)估中均具有重要意義，可能為COPD的潛在生物學(xué)標(biāo)志物，其在COPD發(fā)病中的重要作用可能為新藥的研發(fā)提供重要依據(jù)［7-9］。本文旨在分析SP-D與COPD的關(guān)系，以期為COPD的診治提供參考依據(jù)。

1 SP-D的分布及生物學(xué)結(jié)構(gòu)

SP-D首先在呼吸道被檢測(cè)出來(lái)，其在肺泡中表達(dá)水平較高，在肺外組織中也有表達(dá)，包括胃腸黏膜、角膜、泌尿生殖道表面、大腦、心臟、腎臟、脾臟、唾液腺、汗腺等，但表達(dá)水平較低［10］。SP-D單體包含355個(gè)氨基酸（43 kDa），由4個(gè)區(qū)域〔分別是C-末端碳水化合物識(shí)別域（carbohydrate recognition domain，CRD）、α-螺旋結(jié)構(gòu)、膠原結(jié)構(gòu)域和N-末端結(jié)構(gòu)域）〕構(gòu)成1個(gè)三聚體，4個(gè)三聚體通過(guò)氨基末端結(jié)構(gòu)域的相互作用，齊聚成十字形的十二聚體結(jié)構(gòu)，從而形成SP-D的四級(jí)結(jié)構(gòu)［11］。SP-D可通過(guò)CRD以鈣依賴(lài)性方式識(shí)別并結(jié)合細(xì)菌、病毒以及真菌等多種微生物或病原體表面的碳水化合物結(jié)構(gòu)，從而起清除作用［12］。

2 SP-D的功能

2.1 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng) SP-D通過(guò)與不同受體結(jié)合，可以發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用，即抑制或促進(jìn)炎癥遞質(zhì)的產(chǎn)生。SP-D由球狀頭部區(qū)域和膠原尾部區(qū)域構(gòu)成，在生理狀態(tài)下，球狀頭部區(qū)域通過(guò)CRD與細(xì)胞受體抑制性信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白α（signal regulatory protein-α，SIRP-α）結(jié)合，抑制p38信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，阻止單核吞噬細(xì)胞核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）的激活和炎性因子的分泌，進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)［13］。相反，當(dāng)機(jī)體受到某些氧化應(yīng)激時(shí)，如細(xì)菌、真菌、病毒等的感染，SP-D通過(guò)CRD識(shí)別微生物表面的碳水化合物結(jié)構(gòu)，破壞自身十二聚體結(jié)構(gòu)，變?yōu)槿垠w或單體，暴露膠原尾部區(qū)域，而后尾部膠原結(jié)構(gòu)域通過(guò)與鈣網(wǎng)蛋白/CD91結(jié)合，磷酸化p38，活化NF-κB，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)，消除病原體［13］。GUO等［14］認(rèn)為，SP-D可能通過(guò)其生化修飾作用與鈣網(wǎng)蛋白/CD91相互作用的；S-亞硝硫醇SP-D（S-nitrosothiol pulmonary surfactant protein D，SNO-SP-D）是由SP-D中的N-末端半胱氨酸亞硝化形成的，而不是天然的SP-D，其對(duì)巨噬細(xì)胞具有趨化作用，可誘導(dǎo)下游的p38磷酸化，因此推測(cè)在病理狀態(tài)下，SP-D通過(guò)鈣網(wǎng)蛋白/CD91介導(dǎo)的信號(hào)啟動(dòng)炎癥反應(yīng)，而在生理狀態(tài)下其通過(guò)SIRP-α信號(hào)開(kāi)啟抗炎通路。

2.2 調(diào)節(jié)免疫反應(yīng) SP-D被認(rèn)為是先天免疫的重要調(diào)節(jié)劑，其通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素1α（interleukin-1α，IL-1α）、白介素6（interleukin-6，IL-6）及干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）等細(xì)胞因子的分泌，同時(shí)通過(guò)與巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞相互作用而調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)［15］。免疫球蛋白（immune globulin，Ig）有兩個(gè)功能區(qū)，即抗原結(jié)合片段（fragment of antigen binding，F(xiàn)ab）和可結(jié)晶片段（fragment crystallizable，F(xiàn)c），其中Fab可識(shí)別細(xì)菌和病毒等抗原，F(xiàn)c可識(shí)別集合素和補(bǔ)體等免疫細(xì)胞。而先天性免疫凝集素SP-D可以直接結(jié)合Ig，將天然免疫途徑和獲得性免疫途徑聯(lián)系起來(lái)，已知SP-D可以結(jié)合不同類(lèi)型的Ig，包括IgG、IgM、IgE和分泌型IgA，但不與血清IgA結(jié)合，如SP-D以鈣依賴(lài)的方式識(shí)別IgG的Fc和Fab，進(jìn)而聚集免疫復(fù)合物，并增強(qiáng)其吞噬作用［16-17］。

2.3 清除凋亡細(xì)胞 快速清除凋亡細(xì)胞，被認(rèn)為是維持免疫穩(wěn)態(tài)和炎癥消退的重要機(jī)制［18］。隨著細(xì)胞凋亡的進(jìn)展，質(zhì)膜完整性喪失，導(dǎo)致潛在毒性細(xì)胞內(nèi)容物泄漏，并在鄰近細(xì)胞中引發(fā)炎癥反應(yīng)［19］。研究發(fā)現(xiàn)，敲除SP-D基因后小鼠凋亡和壞死的肺泡巨噬細(xì)胞數(shù)量增加了5～10倍，而使用重組人SP-D片段（recombinant fragments of human SP-D，rfhSP-D）治療可以減少小鼠巨噬細(xì)胞活化及凋亡、壞死的巨噬細(xì)胞數(shù)量［20］，PILECKI等［21］研究亦得出相似結(jié)果，提示凋亡細(xì)胞的清除需要SP-D的參與。CLARK等［20］還在體外研究中發(fā)現(xiàn)，SP-D重組片段優(yōu)先與凋亡、壞死的細(xì)胞結(jié)合。這些研究揭示了SP-D在通過(guò)控制凋亡細(xì)胞數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)肺部炎癥中的關(guān)鍵作用。

還有研究顯示，SP-D可以結(jié)合并促進(jìn)煙曲霉、屋塵螨和各種類(lèi)型的花粉變應(yīng)原的攝取和清除［22］?？傊琒P-D可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)及免疫反應(yīng)，還可以清除凋亡細(xì)胞、過(guò)敏原和其他有害顆粒，對(duì)維持肺內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定有著重要的作用。

3 SP-D在COPD患者中的表達(dá)水平及意義

研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，COPD穩(wěn)定期患者血清SP-D水平升高［23］。有研究者通過(guò)測(cè)定COPD急性加重期及穩(wěn)定期患者血清SP-D水平發(fā)現(xiàn)，COPD急性加重期患者血清SP-D水平升高較COPD穩(wěn)定期患者更為明顯，且與肺功能呈負(fù)相關(guān)，提示血清SP-D水平可以反映COPD患者的疾病嚴(yán)重程度［8，24-29］。一項(xiàng)大樣本量的研究證明了COPD患者血清高水平SP-D與病情加重的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，且患者經(jīng)皮質(zhì)類(lèi)固醇治療后血清SP-D水平降低，提示血清SP-D水平可以作為COPD急性加重風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估指標(biāo)［30］。研究顯示，血清SP-D水平可以預(yù)測(cè)COPD患者急診入院頻率與自身健康狀況［31］。STOCKLEY等［32］發(fā)現(xiàn)，血清SP-D水平升高與COPD病情惡化、肺氣腫進(jìn)展和死亡率相關(guān)，提出SP-D是一種重要的COPD候選生物標(biāo)志物。但也有研究認(rèn)為血清SP-D水平與肺功能無(wú)相關(guān)性［33-34］。造成以上結(jié)果的差異可能與研究樣本量、檢測(cè)試劑、納入標(biāo)準(zhǔn)、COPD患者嚴(yán)重程度及異質(zhì)性等有關(guān)。

有研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者肺泡灌洗液中SP-D水平較對(duì)照組明顯下降［35］。WINKLER等［36］研究顯示，與健康對(duì)照組相比，COPD患者血清SP-D水平明顯升高，肺泡灌洗液中SP-D水平明顯降低。李小波等［37］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，支氣管肺泡灌洗液中SP-D水平與吸煙狀態(tài)以及患者氣流受限程度有關(guān)。TKACOVA等［38］研究提示，COPD患者肺泡灌洗液中SP-D水平和血清中SP-D水平的比值與氣流受限程度呈負(fù)相關(guān)，提示血清及肺泡灌洗液中SP-D水平對(duì)COPD病情監(jiān)測(cè)有重要意義。目前研究認(rèn)為，COPD患者肺泡灌洗液中SP-D水平降低，血清SP-D水平升高可能與SP-D由肺泡轉(zhuǎn)移到血清中有關(guān)，具體為：COPD患者肺泡上皮細(xì)胞有不同程度的損傷，肺泡間隔被破壞，肺部炎癥使血管通透性增加；另外，吸煙可破壞SP-D四級(jí)結(jié)構(gòu)，使其降解為小分子物質(zhì)，從肺部更容易進(jìn)入血液循環(huán)，導(dǎo)致SP-D從肺部向血液中轉(zhuǎn)運(yùn)增加［36，39］。

此外，高瑩等［40］研究表明，COPD患者呼氣冷凝物中SP-D水平與氣流受限程度具有相關(guān)性，認(rèn)為呼氣冷凝物檢測(cè)可以作為一種非侵入性方法來(lái)評(píng)估COPD患者氣流受限程度，這與LIN等［41］研究結(jié)果一致，提示SP-D水平可作為判斷COPD患者病情嚴(yán)重程度的一項(xiàng)敏感指標(biāo)。

綜上，SP-D可以在血液、肺泡灌洗液、呼氣冷凝物中被檢出，其水平在COPD嚴(yán)重程度評(píng)估、治療及預(yù)后評(píng)估等方面具有一定指導(dǎo)意義。

4 SP-D基因多態(tài)性與COPD的關(guān)聯(lián)性

人類(lèi)SP-D基因定位在10q22.2～q23.1染色體上，其染色體內(nèi)存在著多個(gè)單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）位點(diǎn)，并且某些位點(diǎn)的多態(tài)性與多種肺部疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)［6］。研究表明，在不同人群中，SP-D基因的SNP與COPD存在關(guān)聯(lián)性［42］，其中研究較多的是rs2243639、rs721917、rs3088308位點(diǎn)。

2001年GUO等［43］首次在墨西哥人群中進(jìn)行了SP-D基因多態(tài)性與COPD遺傳關(guān)聯(lián)性的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SP-D基因rs721917位點(diǎn)和rs2243639位點(diǎn)的基因型與COPD易感性無(wú)關(guān)。有研究顯示，巴基斯坦［44］、我國(guó)［45］人群的rs2243639位點(diǎn)與COPD易感性無(wú)關(guān)，而有研究者在埃及人群［46］中發(fā)現(xiàn)rs2243639位點(diǎn)與COPD明顯相關(guān)。FAKIH等［47］研究發(fā)現(xiàn)，rs721917位點(diǎn)與黎巴嫩人群COPD發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)無(wú)明顯相關(guān)性。FOREMAN等［48］在歐洲多中心進(jìn)行的預(yù)測(cè)替代終點(diǎn)的COPD縱向隊(duì)列研究（the Evaluation of COPD Longitudinally to Identify Predictive Surrogate Endpoints，ECLIPSE）和挪威卑爾根隊(duì)列研究證明，rs721917位點(diǎn)多態(tài)性與COPD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)，而在美國(guó)國(guó)家肺氣腫治療試驗(yàn)-標(biāo)準(zhǔn)老齡化研究的樣本中發(fā)現(xiàn)rs721917位點(diǎn)與COPD明顯相關(guān)。ISHII等［49］證實(shí)了rs721917位點(diǎn)等位基因C與日本人群COPD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。SHAKOORI等［44］對(duì)巴基斯坦人群進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，rs721917位點(diǎn)等位基因C與血清SP-D水平降低有關(guān)，rs721917位點(diǎn)T/T基因型與COPD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)。我國(guó)研究亦顯示，rs721917位點(diǎn)與COPD易感性相關(guān)［50-51］，但有學(xué)者認(rèn)為等位基因T突變可能是COPD的危險(xiǎn)基因［50］，而有學(xué)者認(rèn)為等位基因C突變可能是COPD的危險(xiǎn)因素［51］。還有研究通過(guò)Meta分析發(fā)現(xiàn)，在亞洲人群中，rs721917位點(diǎn)等位基因T與COPD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性［52］。另外，有研究者首次在巴基斯坦人群中發(fā)現(xiàn)，rs3088308位點(diǎn)等位基因A與COPD患者SP-D表達(dá)水平降低有關(guān)［44］。還有研究發(fā)現(xiàn)，rs3088308位點(diǎn)等位基因T與吸煙導(dǎo)致的肺功能損傷呈負(fù)相關(guān)，并且可能是吸煙者發(fā)展為COPD的一個(gè)危險(xiǎn)因素［53］。而JOHANSSON等［54］在丹麥雙胞胎人群中并未發(fā)現(xiàn)rs3088308位點(diǎn)多態(tài)性與吸煙導(dǎo)致的肺功能損傷有明顯相關(guān)性。

綜上，SP-D基因多態(tài)性與COPD易感性相關(guān)，這些關(guān)聯(lián)有助于預(yù)測(cè)COPD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行早期干預(yù)，還可以為COPD更精確的靶向治療提供證據(jù)。但目前國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果仍存在差異，其原因可能與環(huán)境因素、遺傳背景、納入標(biāo)準(zhǔn)、其他基因的干擾、樣本量及研究方法等有關(guān)。

5 外源性重組SP-D治療COPD的相關(guān)研究

有研究發(fā)現(xiàn)，SP-D可能在COPD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用，靶向敲除SP-D基因后小鼠肺泡巨噬細(xì)胞大量被激活，表面活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，過(guò)氧化氫和基質(zhì)金屬蛋白酶等氧化物質(zhì)增加，發(fā)生自發(fā)性肺氣腫，而這種情況可以使用rfhSP-D來(lái)逆轉(zhuǎn)［20］。rfhSP-D是人肺中天然存在的SP-D的重組形式，其在結(jié)構(gòu)上與天然的SP-D有一定差異，其缺少大部分的膠原樣結(jié)構(gòu)域，只有CRD和α-螺旋結(jié)構(gòu)、膠原結(jié)構(gòu)域的一個(gè)短區(qū)域（8個(gè)三聯(lián)體）［55］。雖然研究顯示rfhSP-D能形成功能性三聚體單位，具有糖結(jié)合活性和SP-D的一些抗炎特性，但只有十二聚體才能介導(dǎo)SP-D的一些功能，如聚集病原體和調(diào)節(jié)肺表面活性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡，而三聚體無(wú)法執(zhí)行這些功能［56］。由于SP-D結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、功能上的特性，大規(guī)模生產(chǎn)出全長(zhǎng)重組SP-D仍有困難。此外，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和給藥過(guò)程中保持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、寡聚形式的分布、穩(wěn)定性和生物活性也極為重要。

目前采用外源性重組SP-D治療COPD的研究只局限于動(dòng)物模型，尚無(wú)相關(guān)臨床研究，應(yīng)進(jìn)一步明確外源性重組SP-D治療COPD的具體機(jī)制，為臨床研究提供理論基礎(chǔ)。此外，如何把基礎(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為臨床研究仍是未來(lái)需要關(guān)注的重點(diǎn)。

6 小結(jié)及展望

綜上所述，SP-D作為一種肺特異性蛋白，具有消滅病原體、增強(qiáng)免疫功能、清除凋亡細(xì)胞、減輕肺損傷等功能，在呼吸道疾病中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。SP-D表達(dá)水平與COPD的嚴(yán)重程度和病情惡化情況具有密切關(guān)聯(lián)，這可以用來(lái)輔助指導(dǎo)COPD的診療。SP-D基因多態(tài)性與COPD易感性相關(guān)，但國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果存在差異，未來(lái)仍需要大樣本量、多中心的研究進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，關(guān)于外源性重組SP-D治療COPD，盡管基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)其有明顯的治療效果，但目前尚缺乏相關(guān)臨床數(shù)據(jù)支持。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步探討SP-D在COPD發(fā)病過(guò)程中的具體作用機(jī)制，以期為COPD的診治提供更精確的方向。

作者貢獻(xiàn)：何響進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)論文，進(jìn)行論文的修訂；石雪峰進(jìn)行文章的可行性分析，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理；孫澤蕊進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集、整理。

本文無(wú)利益沖突。