谷氨酸-組氨酸-賴氨酸三肽在呼吸系統疾病中的應用

王鈺 張勤 馬文會 劉麗 周曉明 侯剛

1中國醫科大學附屬第一醫院呼吸與危重癥醫學科,沈陽110001;2中國醫科大學附屬第四醫院呼吸與危重癥醫學科,沈陽110001

谷氨酸-組氨酸-賴氨酸 (glycyl-histidyl-lysine,GHK)是一種活性三肽,最早由Pickart等從人血漿中提取出來,是人血漿、唾液和尿液的正常成分[1]。Maquart等提出GHK 可能是皮膚修復的早期信號。GHK 存在于Ⅰ型膠原的α2 (Ⅰ)鏈中,當損傷激活蛋白水解酶時,GHK 被釋放到損傷部位,并發揮局部愈合作用[2]。近年來隨著研究的不斷深入,GHK 改善傷口愈合、促進組織再生以及抗炎抗氧化的能力逐漸在骨、肝臟和胃腸壁等組織中得到證實[3-6],其能夠增加膠原蛋白、彈力蛋白生成,促進血管、神經生長[7-9],增強干細胞功能和促進間充質干細胞分泌營養因子[10-11]。目前已經有研究證明GHK 可以作為治療性成分在COPD 中使用,但是在其他呼吸系統疾病中的應用情況則鮮有報道[4,12-13]。本文就GHK 在呼吸系統疾病中的應用進展作一綜述。

1 GHK 的生物學特性

GHK 是一種與人白蛋白結合的結合肽,既往研究表明其能使老年人的肝組織合成類似年輕肝組織的蛋白質[14]。同時有研究發現GHK 能促進大鼠的正常肝細胞的存活,亦能促進肝癌細胞的生長,并刺激這些細胞DNA 及RNA的合成,故GHK 又被稱作肝細胞生長因子[15]。然而,不幸的是,GHK 隨著年齡增長而下降。有研究發現在20歲時,GHK 的血漿水平約為200μg/L (10-7mol/L)；而到60歲時,血漿中GHK 水平會下降至80μg/L[16]。這可能與人器官再生能力隨著年齡下降顯著相關。Hong等[13]在對生物活性物質的基因轉錄分析研究中發現GHK 在1 nmol/L的極低濃度下具有活性,是1 309種生物活性物質中最活躍的。

GHK 易與Cu 形成絡合物谷氨酸-組 氨酸-賴氨 酸-銅(Glycyl-L-histidyl-L-lysine-Cu,GHK-Cu)提高GHK 的生物利用度,Cu作為金屬離子可以活化作為內源性抗氧化劑的Cu和Zn依賴性超氧化物歧化酶,使得GHK-Cu的復合物在原有GHK 的基礎上呈現出強抗氧化作用[17-18]。Gorouhi和Maibach[19]的研究發現GHK-Cu還可以增加真皮和表皮的厚度,通過刺激膠原合成增加皮膚彈性。此外,Ahmed等[20]還發現GHK-Cu增加了神經生長因子和神經營養素的產生,促進神經增長。

2 GHK 的作用機制

2.1 抑制纖維蛋白原的產生 纖維蛋白原在血栓形成中發揮著重要作用,其能增加紅細胞的形成和促進紅細胞的“堆積”,從而大大增加微循環中血液的黏度。因此,有研究發現,纖維蛋白原水平異常是心血管疾病的首要危險因素[21]。纖維蛋白原是由α、β和γ 三部分組成的多肽鏈,研究發現無論是細胞還是小鼠體內,GHK 均能下調纖維蛋白原β鏈的基因表達[22],而缺乏纖維蛋白原β鏈將有效地阻止纖維蛋白原的合成；同時GHK 也能抑制炎癥細胞因子IL-6的產生,而IL-6又是纖維蛋白原合成的主要調控因子[23]。因此,GHK 對纖維蛋白原有普遍的抑制作用。

2.2 泛素蛋白酶體系統 (ubiquitin proteasome system,UPS) UPS具有清除受損蛋白的作用,該系統活性不足可能導致毒性蛋白低聚物的積聚,從而引發神經退行性過程[23-24]。GHK 能夠刺激41個UPS基因表達,僅抑制1個UPS基因表達[25]。這表明GHK 可能對UPS 有著積極的影響。

2.3 抗氧化作用 自由基和脂質過氧化的毒性終產物與動脈粥樣硬化、癌癥、白內障、糖尿病、腎病、老年癡呆癥和其他嚴重的衰老病理狀態密切相關,一個強大的抗氧化網絡可以維持自由基產生和清除之間的平衡。然而在衰老的過程中、炎癥等病理條件下,平衡可能會轉向自由基的積聚,從而導致氧化應激過量,并最終導致細胞死亡[26]。GHK 在哺乳動物和細胞培養中都具有廣泛而強大的抗氧化特性,它能增加抗氧化基因的表達[27-28]。GHK 還能通過結合副產物,如丙烯醛和4-羥基壬醛,從而減少脂質過氧化的破壞作用[29-30]。

2.4 DNA 修復 據估計,正常的代謝活動和環境因素(如紫外線和輻射)下,每個細胞每天有1 000～100萬個單獨的分子損傷。而缺乏足夠的DNA 修復被認為是細胞衰老、程序性細胞死亡、增加癌性腫瘤的發病率和病死率的原因[31-32]。采用布羅德研究所開發的軟件基因分析工具基因連通圖的研究發現GHK 可以提高與DNA 損傷修復相關的47個基因的表達,并下調5個基因的表達[33-34]。放射療法被認為是通過破壞細胞DNA 來阻止細胞復制的治療手段。一項對放射治療后的頭頸癌患者的皮膚成纖維細胞原代培養的研究發現,放射治療減緩了細胞群體倍增的速度,但是用1 nmol/L GHK-Cu處理后,該細胞群體倍增速度恢復到正常的2倍[35]。該實驗表明GHK 能夠恢復受輻射細胞的功能,這可能與GHK 具有修復受損DNA 的能力有關。

2.5 胰島素和類似胰島素的途徑 胰島素/胰島素生長因子1樣受體途徑是許多生物體內生物衰老過程的一個促成因素。體外實驗表明,降低胰島素/胰島素生長因子1信號傳導可以減緩退化性衰老過程,進而延長許多生物的壽命。基因表達數據表明,GHK 可以抑制大部分受影響的胰島素/胰島素生長因子基因的表達,這可能提示GHK 通過抑制胰島素和類似胰島素的途徑發揮作用[36]。

3 GHK 在不同呼吸系統疾病中的應用

3.1 GHK 在COPD 中的作用 COPD 是威脅人類健康的最主要慢性疾病之一。肺氣腫和慢性支氣管炎是COPD 的2個主要癥狀,隨著時間的推移,它們會導致小氣道阻塞和肺功能顯著喪失。Campbell等[4]的研究證明GHK 能夠逆轉一些COPD 基因特征中關鍵基因的表達,這些基因與肺氣腫的嚴重程度密切相關,研究還發現GHK 可以使與炎癥相關的基因表達下調,而與組織重塑和修復相關的基因表達上調。此外,GHK 還能使與肺氣腫破壞有關的轉化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)途徑的基因活性降低,同時GHK 能夠改變基因表達模式,使之與TGF-β 途徑相反[37]。體外實驗表明,將10 nmol/L GHK 添加到COPD 患者原代培養的成纖維細胞中,不僅可以促進肌動蛋白細胞骨架的組織化,增加整合素β1 的表達,并且恢復了成纖維細胞Ⅰ型膠原的收縮與重塑[38]。由上可知,GHK 在COPD 中發揮著積極的作用。

3.2 GHK 在急性肺損傷中的作用 急性肺損傷是一種急性炎癥和組織損傷的肺部疾病,其特征是肺泡毛細血管膜完整性喪失,中性粒細胞過度遷移,促炎因子和細胞毒性介質釋放[39]。脂多糖是革蘭陰性菌外膜的主要成分,它被免疫系統認為是細菌病原體入侵的標志物,在炎癥反應的發展中發揮重要作用。脂多糖可激活氣道上皮細胞、中性粒細胞和肺泡巨噬細胞,導致活性氧、腫瘤壞死因子α和IL-6等多種炎癥介質的釋放。在脂多糖誘導的急性肺損傷小鼠模型中,GHK-Cu可抑制炎癥細胞向肺部的浸潤,對肺損傷起保護性作用。GHK-Cu能夠降低活性氧的活性,并增加超氧化物歧化酶的活性,同時降低腫瘤壞死因子α和IL-6的產生,抑制核轉錄因子κBα和促分裂原活化蛋白激酶p38的表達[12]。以上研究可能表明GHK-Cu對脂多糖誘導的急性肺損傷有治療作用。

3.3 GHK 在肺纖維化中的作用 特發性肺纖維化是一種嚴重的呼吸系統疾病,其特征是進行性和彌漫性肺纖維化和限制性通氣功能障礙,最終導致呼吸衰竭。以TGF-β1或Smad信號通路為靶點的干預措施被廣泛認為是肺纖維化的潛在治療方法[40]。在博來霉素誘導的肺纖維化小鼠模型中,GHK 通過抑制胰島素生長因子1 和TGF-β1/Smad2/3信號通路抑制肺部炎癥反應和上皮間質轉化現象。GHK 通過改善膠原沉積和基質金屬蛋白酶/基質金屬酶組織抑制因子失衡,減少腫瘤壞死因子α、IL-6 在內的炎性因子的釋放,阻止上皮細胞通過TGF-β1途徑生成產生膠原的成纖維細胞,從而減少纖維化。這些研究可能提示GHK 對博來霉素誘導的肺纖維化有治療作用[41]。

3.4 GHK 在肺癌中的作用 Hong 等[13]的研究證明了GHK 與人類侵襲性、轉移性結腸癌相關的54個基因之間的相互作用,發現GHK 可以顯著逆轉這些基因的差異表達,進而發揮治療作用。有研究表明,1～10 nmol/L GHK可以抑制人SH-SY5Y 神經母細胞瘤細胞和人U937組織細胞淋巴瘤細胞的生長,并且重新激活了半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶7凋亡系統[34]。這表明GHK 參與了多種生化途徑的基因調控,它似乎能夠使基因活性重新恢復到健康狀態,從而促進組織修復。以上研究暗示了GHK 可能具有抗癌作用,這為肺癌治療提供了新的思路。

4 結論

GHK 作為一種安全、廣泛研究的小分子肽,在許多組織和系統中具有積極的作用。GHK 可以通過抑制產生纖維蛋白原、抗氧化、影響胰島素和類似胰島素的途徑及UPS、DNA 修復等方面對呼吸系統疾病的發生發展產生積極影響。目前,GHK 對呼吸系統疾病的作用及安全性在細胞和動物實驗中已逐步得到證實,然而在臨床應用的療效、安全性及應用范圍仍需要進一步探索。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突