pIgR的功能、調節以及與疾病的聯系

單東鳳 王浩澄 董 婭 于 壯

（青島大學附屬醫院，青島266011）

1 引言

IgA 是免疫系統中非常重要的一種抗體，在正常人血清中的含量僅次于IgG。按其免疫功能又分為血清型及分泌型。血清型IgA 存在于血清中，其含量占總IgA 的85% 左右。血清型IgA 雖有IgG 和IgM 的某些功能，但在血清中并不顯示重要的免疫功能。分泌型IgA 存在于分泌液中，如唾液、淚液、初乳、鼻和支氣管分泌液、胃腸液、尿液、汗液等。分泌型IgA 是機體黏膜局部抗感染免疫的主要抗體，因此又稱黏膜局部抗體。IgA 不能通過胎盤，因此新生兒血清中無IgA 抗體，但可從母乳中獲得分泌型IgA。新生兒出生4～6個月后，血中可出現IgA，以后逐漸升高，到青少年期達到高峰。從結構來看，IgA有單體、雙體、三體及多聚體之分。其中多聚體IgA就是由多聚免疫球蛋白受體（poly-Ig receptor，pIgR）協助從黏膜上皮的基底膜側運送到根尖側，分泌進入黏膜外黏液中。形象地說pIgR是IgA分泌到胞外發揮抵抗病原微生物過程中一座必不可少的橋梁。

2 pIgR的結構和水解

pIgR 是一種單跨膜膜蛋白，其結構可分為胞外結構域、跨膜結構域和胞漿內結構域［1］。pIgR 是一種糖基化的Ⅰ型跨膜蛋白，即整個分子只有一次跨膜，且N 端在細胞外C 端在細胞內。整個糖蛋白由約620 個氨基酸構成的胞外結構域、23 個氨基酸構成的跨膜結構域和103個氨基酸構成的胞內結構域組成［2］。在小鼠實驗中，將pIgR cDNA 穩定引入成纖維細胞的細胞系中，得到pIgR 的核心形態分子質量約為100 kD，最成熟的pIgR 的分子質量約為120 kD，在成熟過程中，通過糖基化作用，將110 kD的pIgR 轉化為120 kD 的形式［3］。糖基化并不影響pIgR 的生物合成和轉運，但是對pIgR 的胞吞作用有一定的影響［4］。

無論pIgR與配體結合與否，當pIgR被運輸至上皮細胞黏膜表面端的時候都會被蛋白酶水解，且既往研究提示發生水解的位置不止一個［5］。這種被分裂后釋放的部分稱作分泌成分（secretory component，SC），來源于pIgR 的胞外結構域，pIgR 單獨或與IgA 結合存在［6］。與此同時，與SC 相關的分泌dIgA 稱為分泌IgA（SIgA），SIgA 是一種生物防御因子［1，7］。SC 具有天然的抗微生物特性，能夠保護SIgA 不被蛋白降解［8］。SC 是由中性粒細胞絲氨酸蛋白酶裂解的，但是在上皮中的產生是由NF-κB 和P38 絲裂原活化蛋白激酶依賴通路促進的［9］。pIgR的水解也受到一些物質的調節。一方面，某些物質對pIgR 的水解和釋放起到抑制的作用，比如蛋白酶抑制劑和C 端的序列［10-11］；另一方面，某些物質起到促進的作用，如：N 端的序列能夠提高pIgR 的裂解［11］。

3 pIgR的功能

3.1 主要功能 pIgR 的主要功能是協同IgA 的轉運，使IgA 發揮黏膜免疫的重要作用。pIgR 對于不同的單克隆抗體具有不同的轉運能力，其中對于二聚體IgA 的轉運能力是最強的，主要包括二聚體IgA和五聚體IgA，其轉運方式是快速的、單向的。對三聚體的轉運是雙向的、少量的［12-13］。

3.2 pIgR 在不同免疫類型中的功能 pIgR 不僅參與機體黏膜的先天免疫，也參與獲得性免疫。已有研究證實了pIgR和IgA在人Paneth細胞分泌顆粒中共域化，表明除了在先天免疫中被公認的作用外，pIgR還參與了胃腸道中IgA介導的獲得性免疫［14］。

3.3 pIgR 在肺炎球菌感染中的功能 pIgR 在抵御病原菌感染人體的過程中扮演著雙重角色，一方面參與黏膜免疫抵御病原微生物入侵，一方面又是病原微生物進入人體的得力助手。其中最典型的就是肺炎球菌，肺炎球菌是人體中一種常見的細菌感染病原體，感染后引發腦膜炎、鼻竇炎、中耳炎等［15］。肺炎球菌是全球細菌性腦膜炎的主要病因。觀察死于肺炎球菌腦膜炎的患者大腦組織切片，研究者發現肺炎球菌與血腦屏障上兩種受體相互作用，從而幫助肺炎球菌穿透血腦屏障侵入大腦，而pIgR 就是其中之一［16-17］。肺炎球菌表面的PspC 蛋白能和pIgR 的胞外結構結合，并借助正常細胞的網狀蛋白協助肺細胞膜形成小泡，運送肺炎球菌進入正常細胞造成感染［18-20］。肺炎球菌膽堿結合蛋白A（CbpA）與pIgR 結合，增強肺炎球菌對培養的上皮細胞的黏附和侵襲［21-22］。

3.4 pIgR 在消化系統中的功能 在消化系統中，pIgR 能維持結腸上皮的上皮完整性和黏膜內環境穩定［23-24］。SIgA 抗體為腸道提供一線適應性免疫保護，抵抗致病性微生物，防止共生菌遷移到固有層引起促炎反應［25］。

4 pIgR的分泌調節

pIgR 的表達水平從一定程度上決定了生物體內的呼吸道和消化道黏膜表面IgA 表達水平的高低，即抵抗外界環境的病原微生物的能力強弱。眾多研究結果說明，最終pIgR 蛋白的表達受到多種物質的調控，其調控機制非常復雜。

pIgR 的表達水平在很大程度上通過pIgR 基因在黏膜上皮細胞中的轉錄來控制。就轉錄水平來說，人類pIgR 啟動子的22 bp 片段的靶向刪除顯示，從nt-63 到-84 的區域對于基礎轉錄至關重要，并且兩個上游區域可以充當正向或負向調節子。在近端啟動子區域中鑒定出兩個另外的調控基序：AP2的結合位點和結合未知蛋白的反向重復基序。這些結果表明多種轉錄因子的協同結合調節了人pIgR 啟動子的基礎活性［26］。細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）磷酸化可調控pIgA-pIgR 的胞吞作用，也間接影響了個體pIgR 的表達［27-28］。除此之外，NF-κB 是pIgR 調節的上游分子之一，能緩慢地促進pIgR的表達，這與NFκB中的兩個亞基AEIA 和AEIB 的關系密切，敲除這2 個亞基均能明顯下調pIgR 的表達，相反的過表達AEIB 亞基能夠快速而穩定地增強pIgR 的表達［29-30］。此外，樹突狀細胞特異性NF-κB 激酶是腸上皮細胞中IgA轉運蛋白pIgR表達所必需的［31］。最具有代表性的，在pIgR 的翻譯水平，上皮細胞產生的細胞因子（TNF-α、IFN-γ、IL-4 和TGF-β）等都能促進pIgR mRNA 的表達水平，以產生更多的抗體來對抗病原微生物［32-33］。而且，不管是急性還是慢性的TNF 刺激都能促進pIgR 的表達水平，并且TNF-α 介導的pIgR 表達還能隨著ERK 通路的抑制而被阻斷［28，34］。病原微生物的感染也會刺激pIgR 的產生，比如衣原體感染增強下生殖道上皮細胞的pIgR 表達和SIgA分泌，而感染前的激素干預能下調pIgR 的表達和IgA 的胞吞［35］。機體為了促進共生革蘭氏陰性菌存在時IgA介導的穩態，通過LPS/TLR4的信號可以上調pIgR 的表達，同時最小化促炎反應，以使機體達到穩態。除了這些機體內的分子對pIgR 表達水平的調節外，個體的營養攝入方式也能影響pIgR 的表達。腸外營養，即缺少腸道內食物的刺激會一定程度地損傷腸黏膜，會下調腸腔pIgR和IgA的水平，甚至下調肺上皮細胞中IgA 的表達水平，但是這種損傷能夠被腸內營養逆轉［33，36-37］。這與Th2 細胞因子IL-4 和IL-13 的表達增加，JAK 的激活和STAT6 信號通路相關，從而引起運輸蛋白pIgR 水平升高［36］。大約40% 腸內營養的補充可有效挽救腸黏膜因腸外營養獲得的免疫損傷。腸外營養會減少氣道和小腸內的免疫，通過降低T細胞、B 細胞和IgA 的方式。其中氣道黏膜免疫降低主要是因為IgA 的運輸被降低，而小腸黏膜主要是因為pIgR 的表達減少［37］。研究發現，在小鼠實驗中，與足量喂食組相比，熱量限制組小鼠的pIgR 表達明顯下調［38］。不良的生活習慣也能影響機體的pIgR 表達，長期慢性的酒精刺激也能夠降低大腸和小腸的IgA和pIgR水平［39］。與不吸煙人群相比，吸煙人群支氣管、肺泡上皮和血漿pIgR 明顯升高，且與梗阻顯著相關［40］。腸道內的菌群，也能影響個體pIgR 的表達水平。小鼠腸道移植模型中，加熱滅活的潛在益生雙歧桿菌OLB6378 能夠上調pIgR、IL-1α 和IL-1β 的表達水平［41］。維生素是體內必需的物質之一，維生素也能在pIgR 的調節過程中發揮作用。維生素A代謝物全反式維甲酸與IL-4 和IFN-γ 強烈相互作用，調節HT-29 細胞中pIgR 的表達，提示在體內對黏膜感染時IgA 轉運的適當調控可能需要維生素A［42］。細胞所處的環境也和pIgR 的表達相關，與基質細胞缺失相比，基質細胞存在時pIgR 的產生較多［43］。這也提示基質細胞能夠分泌某種抑制pIgR 產生的信號。pIgR 參與被動免疫和主動免疫兩個過程，而且在兩種免疫方式中，pIgR 的表達情況也不相同，一項小鼠實驗中，在缺乏被動免疫的小鼠體內，近端小腸上皮中pIgR mRNA 水平在發育早期增加了100%。在缺乏獲得性免疫的小鼠中，pIgR的表達明顯減弱［44］。

5 pIgR與疾病的關系

5.1 炎癥 炎癥反應廣泛存在于機體的各大系統和器官中，既作為機體的保護機制但同時過強或過弱的炎癥反應也威脅著人類的健康。pIgR 在機體免疫中發揮著舉足輕重的作用。

在表皮中，也有pIgR 的表達，并在這個人體最大的器官中也起著防御的作用，在炎癥性皮膚病中有抗炎的作用［45-46］。在腸道黏膜中，pIgR 作為克羅恩病的特征基因之一，其mRNA 的表達水平能夠預測克羅恩病患者的疾病行為和對治療的反應［47-48］。在鼻黏膜和呼吸道黏膜中，慢性鼻竇炎合并鼻息肉患者的黏膜上皮中pIgR 的表達也是明顯降低的［49］。從某種程度上來說，黏膜上皮中pIgR 的表達水平代表了黏膜外分泌物中IgA 抗體的表達量［40］。pIgR 在慢性阻塞性肺疾病中顯著下調，吸煙者與不吸煙患者相比，pIgR 的轉錄均上調。但是重度慢性阻塞性肺病患者支氣管上皮的pIgR 免疫染色是下降的。即與對照組相比，重度慢性阻塞性肺疾病患者的培養物中pIgR 表達和IgA 轉運能力下降，導致固有免疫反應持續激活常駐肺菌群，驅動進行性小氣道重塑和肺氣腫，而且慢性阻塞性肺疾病程度越嚴重，其pIgR 的表達就越低，轉運和分泌IgA 的能力越弱［50-52］。人類哮喘支氣管上皮中存在pIgR 表達缺陷，其上游可能成為哮喘治療的分子靶點［53］。在腦膜炎小鼠模型中，pIgR 與肺炎球菌有著共定位，并且利用pIgR 抗體也能有效抑制肺炎球菌性腦膜炎的進展［17］。在腎移植患者中，pIgR 作為一種生物標志物可以提示腎移植術后容易發生慢性主動抗體介導的排斥反應［54］。腎臟中pIgR mRNA 的表達與一種參與漿細胞類轉化為IgA 的細胞因子TNFSF13表達相關［55］。這些結果表明，pIgR 誘導是腎小管細胞損傷表型的重要組成部分［55］。pIgR 在非酒精性肝硬化患者的血漿蛋白中是顯著升高的，可以作為早期非酒精性肝硬化的一個檢測標志物［56］。敲除pIgR 的小鼠比野生型小鼠更容易受到雙歧桿菌的感染［57］。在心血管疾病中，一項全基因組的跨種族相互作用研究顯示，pIgR 也參與了長期暴露于高濃度環境中的冠狀動脈粥樣硬化個體中的炎癥反應，與冠狀動脈粥樣硬化的發生發展有一定的關系［58］。

5.2 癌癥 pIgR 在多種癌癥中可以作為一種預測癌癥預后和早期檢測癌癥的生物標志物的身份存在，但是不同的是，它在不同的癌癥中扮演兩種不同的角色，分別提示較好的預后和較差的預后。其中在腦膠質瘤和肝細胞肝癌中，該基因的高表達提示患者有較差的預后和術后較高的復發風險［59］。pIgR 作為肝細胞肝癌的預后生物標志物，提示不良預后，與乙型肝炎感染、慢性肝臟炎癥、誘導上皮間質轉化、術后復發和轉移進展相關［60］。這可能與pIgR 能增強TGF-β 的免疫抑制作用有關，因此抑制pIgR 的治療策略可能有助于抑制腫瘤切除后肝癌復發或轉移［61］。

但是有趣的是，在其他癌種中，如胃癌、食管癌、非小細胞肺癌、胰腺導管癌、鼻咽癌、腸腺癌、子宮內膜瘤、黑色素瘤中該基因的較高水平表達與患者較好的預后相關［62-66］。有實驗驗證pIgR基因的缺失能夠促進非小細胞肺癌的癌細胞增殖，從而促進肺癌的進展［62］。在非小細胞肺癌中，有研究者提出pIgR的下調與轉錄因子USF和AP2相關［62］。

雖然在既往研究中，大多數研究的方向都是pIgR 在癌癥組織與癌旁組織的表達差異和pIgR 對預后的提示作用，只有少數研究涉及機制的研究。具體如下，pIgR 的轉運和加工是導致癌癥發病的機制之一。EB病毒感染是鼻咽癌的病因之一，但是在能夠表達pIgR 的內皮細胞中，pIgR-EBV（EB 病毒）復合物能夠被有效地轉運，從而避免EBV 感染，抑制鼻咽癌的發生［67］。如pIgR 的錯義突變，即A580V突變，導致pIgR-pIgA 復合體的轉運效率降低，從而導致鼻咽癌的發生［68］。pIgR 是HBV（乙肝病毒）源性肝炎和肝細胞肝癌轉移之間的潛在聯系，也是肝細胞肝癌的預后生物標志物［69］。在肝細胞癌中，pIgR-DAP12-Yes 復合物能夠激活Rac1/CDC42-MEK/ERK 信號通路從而促進腫瘤的進展，另外也有研究者提出在肝癌中，pIgR 能夠通過激活Smad信號來促進EMT（上皮間充質轉化）的進程［69-70］。在食管癌中，pIgR 的甲基化水平也影響疾病的預后，甲基化水平越高，患者預后越差［71］。

6 展望

基礎研究本是立足于臨床實際問題開展的，大量對pIgR 的研究將在臨床實踐中體現自己的價值，而且已經有相關的藥物在腦膜炎的小鼠模型中展現了良好的治療效果，在小鼠實驗中，以pIgR 和PECAM-1 抗體作為抗生素的輔助治療可以大大提高肺炎球菌性腦膜炎的治療效果，包括抑制炎癥發展和相關的腦損傷［72］。pIgR 介導的dIgA 的拮抗抗體的胞外轉運可用于常染色體顯性遺傳性多囊腎的靶向治療［73］。臨床上有很大一部分人群不能進行腸內營養，但是腸外營養的并發癥較多。有研究者表明腸內營養有利于腸黏膜獲得性免疫作用的增強，更深入的研究還為臨床醫生提供了腸外營養期間補充腸內營養的最佳劑量指導［36］。

另外，相對于傳統的IgG 類藥物，IgA 抗體因其優越的受體介導的細胞毒性、對病原體的有效中和以及通過pIgR 介導的轉運跨越黏膜屏障的能力而具有廣闊的治療前景。開發的IgA 抗體現在可以在保持低系統暴露的同時，特異性靶向pIgR 表達組織［74］。

精準醫療的時代已經到來，并且在癌癥領域取得了振奮人心的療效，同樣地，人類哮喘支氣管上皮中存在pIgR表達缺陷，是否提示pIgR及其上游的某種分子能夠作為哮喘精準醫療的分子靶點呢？而且pIgR 在多種癌癥中也出現了異常表達，是否能夠像癌胚抗原一樣在腫瘤早期的診斷中能夠作為生物標志物輔助診斷呢？以腦膜炎的小鼠實驗為啟發，pIgR 既然參與了多種炎癥的發生發展過程，是否能通過pIgR 與腦膜炎特殊的結合方式和位點進行阻斷以及時控制炎癥的惡化呢？或者pIgR 抗體作為抗生素的輔助治療是否可以提高其他炎癥的治療療效呢？既然作為全反式維甲酸能促進pIgR 的表達，那針對pIgR 或IgA 相關的免疫力低下的疾病，是否可以通過補充全反式維甲酸改善機體免疫呢？除此之外，越來越多的研究表明人體內的菌群與許多分子有著非常復雜的聯系，能夠相互影響，共生菌群，特別是腸道共生菌，與宿主免疫系統相互作用，以維持健康的、自我平衡的狀態，這已被越來越多的人所接受［75-76］。相同地，是否能開發相應的益生菌乳制品，讓更多的人群在日常飲食中增強免疫力呢？

黏膜系統與人體所有系統都息息相關，是抵御病原微生物感染的重要組成部分，而pIgR 作為黏膜屏障重要的抗體轉運者，其更深入的研究定將為多種疾病的預防和治療帶來巨大的幫助。