MUC1/Muc1在肺部疾病中作用的研究進展

袁良 李德富 盧文菊

廣州醫科大學附屬第一醫院 廣州呼吸健康研究院 呼吸疾病國家重點實驗室國家呼吸系統疾病臨床醫學研究中心 510030

黏蛋白1(人黏蛋白1用MUC1表示,動物黏蛋白1用Muc1表示)屬于Ⅰ型跨膜黏蛋白,廣泛存在于呼吸道、胃腸道等上皮細胞以及各種免疫相關細胞表面[1-2]。長期以來,由于MUC1在大多數癌癥中過表達并異常糖基化,因此,它一直作為腫瘤相關分子被研究[3]。但近年來大量研究表明,MUC1是一個重要的內源性抗炎分子,可在急性肺部感染發生時促進炎癥消退[2]。此外,它還可能在其他肺部疾病 [如：COPD、過敏性支氣管哮喘以及間質性肺疾病(intersitial lung disease,ILD)]的發生、發展中發揮重要作用,但具體作用以及機制尚不明確。

1 MUC1/Muc1結構

MUC1氨基酸序列中包括3個結構域：胞外區、跨膜區和胞內區[1]。其胞外區高度糖基化,具有銅綠假單胞菌的結合位點[1-4]。MUC1胞外區可被腫瘤壞死因子轉化酶、基質金屬蛋白酶14和γ-分泌酶選擇性切割[5-7],從而釋放到細胞外充當可溶性誘餌,以阻斷銅綠假單胞菌與細胞表面MUC1的結合[8]。MUC1 CT 區含有7個進化高度保守的酪氨酸殘基,其中大部分可被磷酸化,磷酸化的酪氨酸殘基可作為參與信號轉導的激酶和銜接蛋白的結合位點[9-13],包括磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)、細胞類固醇激素受體共激活因子(cell steroid receptor coactivator,c-Src)、生長因子受體結合蛋白2等[2]。

2 MUC1/Muc1與肺癌

MUC1在肺癌細胞中異常表達,主要表現為過表達及非極性分布[14-15],且其常提示肺癌預后不良[14,16-17]。吸煙能顯著增加肺癌的患病風險,香煙煙霧(cigarette smoke,CS)含有高誘變物質,可促進肺癌的發生及發展[17]。CS可誘導氣道上皮細胞過表達MUC1,使EGFR 介導的信號轉導增強、細胞間黏附的穩定性減弱、細胞極性喪失,進而促進CS或CS衍生的致癌物(如苯并芘等)所誘導的細胞轉化[15,19]。CS還能誘導氣道上皮細胞頂端-基底極性喪失,MUC1在細胞膜上重新分布,并與EGFR 結合,進而促進MUC1 CT 區的磷酸化。磷酸化的MUC1 CT 區與連接蛋白、β-連環蛋白和p120-連環蛋白相互作用,破壞E-鈣黏蛋白/β-連環蛋白和E-鈣黏蛋白/p120-連環蛋白復合物的形成,消除細胞間的黏附作用,從而促進肺癌的轉移[15,20]。此外,人支氣管上皮細胞經CS 刺激后,其MUC1 CT 區與EGFR、c-Src以及p120-連環蛋白的相互作用增強[21]。甚至,MUC1 CT 區可與p120-連環蛋白形成復合物并入核,參與肺癌組織中上皮間質轉化(epithelialmesenchymal transition,EMT)的調控[22],而EMT 是癌細胞獲得侵襲性的重要原因[22];另外,MUC1過表達可增強肺癌細胞增殖活性,并可通過激活PI3K-AKT 途徑增強其促血管生成活性[14,24]。以上證據表明CS 可通過誘導MUC1的過表達、重新分布、磷酸化,促進肺癌的發生與發展。

然而,一項研究表明,與Muc1 野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠暴露于尼古丁衍生的亞硝胺酮(一種CS衍生的致癌物質)后,其肺組織中上皮調節蛋白(EGFR 配體)水平、EGFR-AKT 通路活性以及腫瘤多樣性均顯著增加[25]。此外,用MUC1 CT 區抑制性合成肽處理A549細胞,可促進上皮調節蛋白的產生[24]。這表明MUC1可通過抑制上皮調節蛋白的產生抑制EGFR-AKT通路的激活,從而抑制腫瘤的發生與發展。

雖然上述2種結論截然不同,卻表明MUC1在肺腫瘤的發生與發展中發揮復雜的作用。這可能是由于在腫瘤微環境不同類型的細胞中,MUC1的作用不同。

3 MUC1/Muc1與急性肺部感染性疾病

在一些急性肺部感染性疾病中,MUC1/Muc1 發揮著重要抗炎作用。與Muc1野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠在銅綠假單胞菌或肺炎鏈球菌感染過程中,肺部炎癥反應更明顯,細菌清除能力增強,但炎癥消退時間延長[26-27]。此外,多個體外研究也證明MUC1/Muc1在急性肺部感染中起抗炎作用[26,28-29]。

目前,越來越多的證據表明,在肺部發生急性感染時,普遍存在一個炎癥調節的負反饋環。即病原體與氣道上皮細胞表面的Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)結合,導致核轉錄因子(nuclear factor-κB,NF-κB)活化,產生炎癥反應,IL-8、腫瘤壞死因子α、中性粒細胞彈力蛋白酶增多。增多的IL-8、腫瘤壞死因子α、中性粒細胞彈力蛋白酶誘導氣道上皮細胞過表達MUC1,而過表達的MUC1可通過其CT 區抑制TLRs與銜接蛋白(如髓樣分化因子88)的結合,從而促進炎癥消退[2,30-31]。

總之,MUC1在急性肺部感染和炎癥發生時表達水平增高,是重要的內源性抗炎分子,保護肺組織免于炎癥損傷。

4 MUC1/Muc1與COPD

COPD 是一種以不可逆性氣流受限為特征慢性肺部疾病,目前認為其發病主要與促炎-抗炎、氧化-抗氧化以及蛋白酶-抗蛋白酶等機制失衡導致的氣道壁和肺泡間隔重構、肺組織結構破壞有關[32]。

吸煙是COPD發病的首要危險因素。CS中的多種氧化物通過誘導上皮細胞中活性氧簇的大量產生或激活腫瘤壞死因子轉化酶,進而激活c-Src、EGFR、Grb2、絲裂原活化蛋白激酶等信號分子,促使NF-κB等轉錄因子入核,從而促進細胞中炎癥介質的產生和釋放[31];而CS可以誘導MUC1 CT/c-Src/EGFR 復合物的形成[20],減少游離c-Src,從而抑制CS所誘導的炎癥反應。CS還可通過激活糖原合成酶激酶3β/Wnt3a/β-連環蛋白[34]、EGFR/Src/c-Jun氨基末端激酶[35]等信號通路,使氣道以及肺泡上皮細胞發生EMT,從而破壞氣道以及肺泡上皮的正常結構和功能。而Muc1 CT 區的多個位點能與EMT 信號通路中EGFR、c-Src、糖原合成酶激酶3β等多個關鍵分子結合[3],提示Muc1可能競爭結合上述信號分子,調控氣道上皮細胞EMT 的發生,減輕CS所致的氣道上皮損傷。

COPD 患者痰液和血漿中涎液化糖鏈抗原(Krebs yon den Lundgen-6,KL-6),由MUC1胞外區的唾液酸化糖鏈組成)水平升高,且其與氣流受限程度、吸煙史正相關[35]。且COPD 急性加重期患者痰液中KL-6水平升高更明顯[36]。此外,有體外研究表明CS可誘導氣道上皮細胞過表達MUC1[33,38-39]。

CS可誘導氣道上皮細胞過表達MUC1,而MUC1 又可與炎癥和EMT 通路中的關鍵分子結合,這提示MUC1可能在COPD 的發生、發展中起重要作用,但需要進一步驗證。

5 MUC1/Muc1與過敏性支氣管哮喘

過敏性支氣管哮喘是支氣管哮喘中最容易識別的類型,以過敏性氣道炎癥、氣道高反應性、黏液分泌過多等為特征[40]。

研究發現急性加重期的兒童支氣管哮喘患者血清中KL-6(由MUC1 胞外區的唾液酸化糖鏈組成)水平升高[41],且在大鼠過敏性支氣管哮喘模型中發現：Muc1 在過敏性支氣管哮喘發生時表達增加,Muc1過表達可能通過抑制黏液栓形成和炎癥反應來抑制支氣管哮喘的發生、發展[42]。

此外,過敏性支氣管哮喘氣道炎癥主要由Th2細胞及Th2相關細胞因子介導[43-44]。有關研究表明,與Muc1 野生型小鼠相比,Muc1 基因敲除小鼠脾臟樹突狀細胞誘導CD4+T 細胞分化成Th1和Th17細胞的能力更強[45],這提示Muc1有利于幼稚T 細胞向Th2細胞分化,其可能因此促進過敏性氣道炎癥的發生以及發展。

以上2個結論是相反的,且二者涉及的機制不同,需使用Muc1敲除的支氣管哮喘動物模型進一步驗證。

6 MUC1/Muc1與ILD

ILD 是一組主要累及肺間質和肺泡腔,導致肺泡-毛細血管功能單位喪失的彌漫性肺疾病的總稱。特發性肺纖維化以及硅肺均屬于ILD[46-47]。

不同類型ILD(包括特發性肺纖維化)的成人患者多數支氣管肺泡灌洗液中和血清中KL-6 水平顯著增加,且其常提示該病預后不良[48]。據報道,KL-6 可趨化人肺成纖維細胞,并促進其增殖、抑制其凋亡[49-50],所以小氣道上皮表面被覆液體中的KL-6水平上升可能促進ILD 的纖維化過程。然而,有研究表明,與Muc1野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠暴露于硅后,肺組織纖維化程度更重[51],其涉及的機制可能為：Muc1 通過干擾TLRs/NF-κB/NLRP3(NLR 家族,含有pyrin 的炎性小體)通路,抑制巨噬細胞產生IL-1β,從而抑制硅所誘導的肺纖維化[51]。

上述2種結論截然相反,可能由于不同研究的MUC1/Muc1來源不同,糖基化程度不同,從而影響了它的生物活性。當然,這一假設需要在體外和體內模型中加以驗證。

7 展望

目前關于MUC1/Muc1與肺部疾病的研究主要集中在肺部腫瘤方面,并沒有關于MUC1/Muc1在COPD 或支氣管哮喘中作用的直接研究,且它在肺纖維化中的作用也尚需要進一步研究。此外,大多數關于MUC1/Muc1在氣道感染時抗炎作用的機制是由上皮細胞的體外研究得來。因此,未來的研究有必要了解氣道感染時MUC1在非上皮細胞中的作用,例如：Ⅱ型肺泡上皮細胞、成纖維細胞以及免疫相關細胞,以及它們在炎癥和腫瘤發生及發展中的作用。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突