COPD患者急性加重期呼吸道分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制劑含量調(diào)節(jié)機(jī)制研究進(jìn)展

劉俊彥，李玉英，呂學(xué)軍，趙維，錢桂生(第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院全軍呼吸內(nèi)科研究所，重慶 400037)

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COPD患者急性加重期呼吸道分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制劑含量調(diào)節(jié)機(jī)制研究進(jìn)展

劉俊彥，李玉英，呂學(xué)軍，趙維，錢桂生(第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院全軍呼吸內(nèi)科研究所，重慶 400037)

摘要：慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者穩(wěn)定期呼吸道內(nèi)分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制劑(SLPI)含量增加，急性加重期反而下降，這種現(xiàn)象以蛋白酶的反向調(diào)節(jié)、TGF-β1/Smads信號(hào)通路的下調(diào)、病原體多種機(jī)制參與SLPI含量的調(diào)控等假說(shuō)為主，但確切機(jī)制尚未完全闡明。

關(guān)鍵詞：慢性阻塞性肺疾?。环置谛园准?xì)胞蛋白酶抑制劑；中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶；轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β

慢性阻塞性肺疾病(COPD)急性發(fā)作原因多為病毒或細(xì)菌的感染，導(dǎo)致患者癥狀的惡化，甚至死亡[1]。COPD患者急性加重期的治療效果不佳，因此其機(jī)制研究對(duì)于進(jìn)一步闡明病理生理過(guò)程、指導(dǎo)臨床治療、改善患者的生活質(zhì)量尤為必要。蛋白酶/抗蛋白酶系統(tǒng)失衡是除炎癥和氧化應(yīng)激外，COPD的另一種重要致病因素，這種失衡在COPD急性加重期更為嚴(yán)重[2]。分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制劑(SLPI)是一種人類支氣管上皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、漿液細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌的蛋白酶抑制劑，其主要功能是調(diào)節(jié)/抑制彈性蛋白酶的活性，還對(duì)組織蛋白酶G等多種蛋白酶具有抑制作用，具有抗炎、抗菌和免疫調(diào)節(jié)功能，故在COPD的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。此外，SLPI在急性呼吸窘迫綜合征、哮喘、肺癌、囊性纖維化和其他系統(tǒng)疾病中也有一定的作用。研究[3,4]發(fā)現(xiàn)，吸煙者和COPD患者氣道/痰液中SLPI含量增加，而COPD患者急性加重期痰液中SLPI的含量下降，SLPI這種隨病情變化的兩相變化機(jī)制目前仍沒(méi)有確切報(bào)道，以蛋白酶的反向調(diào)節(jié)、TGF-β1/Smads信號(hào)通路的下調(diào)、病原體多種機(jī)制參與SLPI含量的調(diào)控等假說(shuō)為主?，F(xiàn)就COPD患者急性加重期呼吸道內(nèi)SLPI含量調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展綜述如下。

1蛋白酶的調(diào)控

中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(NE)為SLPI生物學(xué)作用的主要靶目標(biāo)，是絲氨酸蛋白酶中的一種，是COPD患者氣道重構(gòu)、肺組織破壞和炎癥反應(yīng)的重要因素之一。COPD患者血漿NE水平增加，且急性發(fā)作期的水平明顯升高。通過(guò)對(duì)鼻腔上皮細(xì)胞和支氣管上皮細(xì)胞等多種細(xì)胞系的體外實(shí)驗(yàn)研究[4]發(fā)現(xiàn)，SLPI和NE之間存在反比關(guān)系。暴露較未暴露于NE細(xì)胞上清液中SLPI的濃度低，但NE誘導(dǎo)呼吸道上皮細(xì)胞SLPI基因表達(dá)增強(qiáng)。因此認(rèn)為NE誘導(dǎo)SLPI水平的下降主要涉及到轉(zhuǎn)錄后事件。鼻腔上皮細(xì)胞的免疫組織化學(xué)研究[4]表明，用NE處理過(guò)的細(xì)胞比未處理過(guò)的細(xì)胞表達(dá)的SLPI蛋白體積增加。目前對(duì)這一現(xiàn)象解釋較為認(rèn)可的是電荷假說(shuō)，該假說(shuō)認(rèn)為NE對(duì)于SLPI分布的誘導(dǎo)是由于SLPI與攜帶正電荷的NE結(jié)合，使游離的SLPI含量下降，由于SLPI也攜帶正電荷[5]，因此這種NE-SLPI復(fù)合體比SLPI單獨(dú)存在時(shí)帶有更多的正電荷[4]，更易于結(jié)合到帶負(fù)電荷的細(xì)胞表面。細(xì)菌或病毒感染是下呼吸道NE分泌強(qiáng)有力的刺激因素[5]，COPD急性加重期時(shí)患者氣道內(nèi)NE負(fù)荷增加，導(dǎo)致NE-SLPI復(fù)合體大量形成，氣道內(nèi)游離的SLPI減少。患者經(jīng)積極治療病情穩(wěn)定后，NE的含量下降，而SLPI的含量復(fù)升。該機(jī)制是COPD急性加重期SLPI下降的主要機(jī)制之一。但該假說(shuō)對(duì)于SLPI下降機(jī)制的解釋并不是盡善盡美，COPD急性發(fā)作頻繁會(huì)導(dǎo)致患者痰液中SLPI的濃度降低，即使患者病情穩(wěn)定后這種效應(yīng)仍持續(xù)存在[6]；頻發(fā)發(fā)作(≥3次/年)的患者較不頻發(fā)發(fā)作(≤2次/年)的患者痰液中SLPI濃度低[3]，因此NE-SLPI復(fù)合體的形成可能對(duì)SLPI下降起到一定的作用，但這不是絕對(duì)和惟一的因素。

SLPI的肽鏈結(jié)構(gòu)含有兩個(gè)高度同源的結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域內(nèi)有4對(duì)二硫鍵，是SLPI對(duì)蛋白水解酶穩(wěn)定的主要原因[7]。SLPI的抗蛋白酶活性定位于C-端結(jié)構(gòu)域[8],而抗菌活性定位于氨基末端[9]。SLPI分子第72位亮氨酸基團(tuán)是抑制NE的的主要基團(tuán)，而73位的甲硫氨酸基團(tuán)容易被氧化失活，對(duì)NE不起作用，67～74位殘基之間的區(qū)域可以作為許多蛋白酶的對(duì)接區(qū)。組織蛋白酶B、L、S均屬于半胱氨酸蛋白酶，由巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞產(chǎn)生，在吸煙者和COPD患者氣道內(nèi)活性增加。組織蛋白酶B、L、S能夠水解SLPI Thr67-Tyr68之間的區(qū)域，隨后再去除68～74位殘基，這是導(dǎo)致SLPI裂解失活的重要原因[7]。除了組織蛋白酶B、L、S，SLPI還受到NE[10]和基質(zhì)金屬蛋白酶12[11]的裂解。NE只裂解氧化的SLPI，對(duì)活性狀態(tài)的SLPI不產(chǎn)生影響。因此我們推測(cè)，COPD急性加重期患者氧化應(yīng)激形成大量氧化形式的SLPI被NE裂解滅活，導(dǎo)致SLPI含量下降。COPD患者長(zhǎng)期存在氧化應(yīng)激，吸煙者和非頻繁急性發(fā)作COPD患者氣道內(nèi)SLPI含量較正常人升高，所以NE對(duì)氧化SLPI的裂解可能是SLPI正常代謝的結(jié)局，但可以肯定的是，在COPD急性加重期患者，巨噬細(xì)胞大量活化導(dǎo)致組織蛋白酶等的產(chǎn)生增加，氧化型SLPI的裂解滅活也將隨之增加。

NE作為SLPI生物學(xué)作用的主要靶目標(biāo)，在SLPI的調(diào)節(jié)中伴有重要角色，除了以上所述的電荷假說(shuō)和蛋白酶的滅活外，還可能是由于NE暴露后導(dǎo)致SLPI結(jié)合到annexin Ⅱ蛋白[12]和scramblas蛋白[13]的表面，而這些蛋白可能在NE存在時(shí)被上調(diào)或暴露了結(jié)構(gòu)域。已知人體內(nèi)存在一種NE-α1-AT(α1-抗胰蛋白酶)復(fù)合體的特異性受體，推測(cè)它也可能與SLPI-NE結(jié)合，進(jìn)一步導(dǎo)致SLPI含量的下降。

2 TGF-β1/Smads信號(hào)通路的調(diào)控

氣道重塑、炎癥和纖維化是COPD的主要病理機(jī)制，目前還沒(méi)有有效的治療方法。已證實(shí)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)在COPD氣道重塑和肺血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用[14]。COPD患者氣道慢性炎癥長(zhǎng)期存在，炎癥條件下細(xì)菌脂多糖(LPS)、IL-1、腫瘤壞死因子(TNF)和NE可誘導(dǎo)SLPI的表達(dá)上調(diào)[12]，而抗炎細(xì)胞因子TGF-β則降低SLPI表達(dá)[15]。COPD急性加重期患者氣道炎癥水平增加，TGF-β水平較穩(wěn)定期升高[16]。Smad4蛋白隨著TGF-β1水平的升高而增加，因此SLPI含量的下降與TGF-β1/Smads信號(hào)通路下調(diào)支氣管上皮細(xì)胞SLPI的表達(dá)有關(guān)[15,17]。

此外，COPD患者長(zhǎng)期存在慢性缺氧，當(dāng)合并感染急性加重時(shí)通氣和彌散功能更差。體外實(shí)驗(yàn)[18]中，支氣管上皮細(xì)胞在缺氧環(huán)境下能夠增加TGF-β1的表達(dá)，SLPI的含量相應(yīng)下降，給予TGF-β1中和抗體能部分恢復(fù)SLPI在缺氧環(huán)境下的產(chǎn)生，該機(jī)制可能與缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)累積后導(dǎo)致TGF-β1的表達(dá)增加有關(guān)。因此，TGF-β1參與COPD急性加重期SLPI的下調(diào)，但具體的調(diào)控機(jī)制未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

SLPI能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞抗炎/修復(fù)因子TGF-β和IL-10的產(chǎn)生[19]。人體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持涉及的調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜，SLPI與TGF-β之間的關(guān)系可能是一種自身調(diào)節(jié)或反饋環(huán)路，SLPI誘導(dǎo)抗炎/修復(fù)細(xì)胞因子的產(chǎn)生，而相應(yīng)的產(chǎn)物(如TGF-β)又作用于SLPI，防止抗炎反應(yīng)過(guò)度造成穩(wěn)態(tài)的失衡。結(jié)合以上SLPI-NE之間的相互作用，所以我們推測(cè)SLPI含量的兩相變化是由于人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)引起的，由于SLPI靶目標(biāo)較為廣泛，因此SLPI含量的調(diào)節(jié)可能涉及多個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，這可能也是至今SLPI兩相變化機(jī)制未明的原因之一 。

3病原體的調(diào)控

腺病毒感染是COPD患者急性加重的重要危險(xiǎn)因素，腺病毒感染的COPD急性加重期患者癥狀緩解后，病毒仍長(zhǎng)期存在于患者的氣道上皮細(xì)胞內(nèi)。IL-1β刺激COPD患者氣道內(nèi)SLPI的表達(dá)。研究[20]發(fā)現(xiàn)，在離體培養(yǎng)的A549細(xì)胞和原代人支氣管上皮細(xì)胞中，腺病毒反式激活蛋白(E1A)明顯抑制IL-1β刺激下A549細(xì)胞SLPI的分泌。原因是在SLPI的啟動(dòng)子區(qū)域存在一個(gè)干擾素調(diào)節(jié)因子1(IRF-1)結(jié)合位點(diǎn)，腺病毒進(jìn)入細(xì)胞后激活干擾素調(diào)節(jié)因子，使IRF-1的表達(dá)增加，抑制SLPI的表達(dá)[21]。

研究[8]發(fā)現(xiàn)，SLPI容易被某些病原體自身或誘導(dǎo)產(chǎn)生的蛋白酶滅活，如毛滴蟲蛋白酶在體內(nèi)激活后對(duì)抗SLPI，導(dǎo)致宮頸局部SLPI濃度的下降[22]；除了基質(zhì)金屬蛋白酶12，銅綠假單胞菌誘導(dǎo)產(chǎn)生的基質(zhì)金屬?gòu)椥缘鞍酌敢部梢粤呀釹LPI。鼻病毒感染后繼發(fā)細(xì)菌感染的患者，SLPI含量與細(xì)菌負(fù)荷呈負(fù)相關(guān)，細(xì)菌蛋白酶對(duì)SLPI的直接滅活，聯(lián)合細(xì)菌的入侵導(dǎo)致巨噬細(xì)胞大量激活，使組織蛋白酶等上調(diào)，共同加重了SLPI含量的下降[23]。有研究者認(rèn)為[8]SLPI的抗菌活性源于其攜帶的正電荷。因此，除了我們推測(cè)的SLPI下降使COPD患者對(duì)細(xì)菌的易感性增加外，還可以認(rèn)為SLPI與細(xì)菌相互對(duì)抗，甚至在COPD患者急性發(fā)作時(shí)，短時(shí)間內(nèi)受到大量細(xì)菌侵襲或定植菌/正常菌群乘虛而入，細(xì)菌負(fù)荷急劇增加，SLPI含量明顯下降。

除了上述研究較多的三種主要影響因素外，巨噬細(xì)胞也可以導(dǎo)入外源SLPI進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中[4]，使細(xì)胞外的SLPI含量相對(duì)下降。

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(收稿日期：2015-07-04)

中圖分類號(hào)：R563

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-266X(2016)11-0099-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.11.039