內皮細胞特異性分子-1的生物學特性及其在相關疾病中的作用

郭慧雯，潘占海，王青青，張曉璇，馬 征

（承德醫學院附屬醫院神經內科，河北 承德 067000）

內皮細胞特異性分子-1（endothelial cell-specific molecule-1）又稱ESM-1，是由內皮細胞分泌的一種新型的人內皮細胞特異性分子。該分子于1996年首次由Lassalle 等克隆自人臍靜脈內皮細胞cDNA 文庫中，并對其結構、表達及生物學特性等方面進行了初步研究。此后，隨著人們對ESM-1的認識逐漸深入，大量研究表明其與腫瘤、皮膚病、呼吸系統疾病、心腦血管疾病等方面均存在密切關系，已成為多種疾病診斷及治療的潛在靶點。本文主要就ESM-1的生物學特性及其在相關疾病中的研究進展進行探討，以期為為上述疾病的診斷、嚴重程度、預后及靶向治療等提供理論依據。

1 ESM-1的生物學特性

1.1 ESM-1的結構 ESM-1 位于人第5 號染色體的5q11.2的位點上，由單一基因編碼而成。其完整的cDNA 序列長度為2006 個堿基對，包含了一個由552 個核苷酸組成的開放閱讀框和一個由1398 個核苷酸組成的3’端非翻譯區。3’端非翻譯區編碼含有66%腺嘌呤尿嘧啶單核苷酸的mRNA，涉及多個mRNA 不穩定性的結構域及多聚腺苷酸一致序列[1]。ESM-1 表觀分子量為20 kD，分泌形態為50 kD。研究證明[2]，ESM-1 蛋白是一種可溶性硫酸皮膚素蛋白多糖，由于其由內皮細胞分泌且為蛋白多糖的性質，故翻譯產物被命名為endocan。蛋白多糖是一類復雜的大分子，由絲氨酸（或很少與蘇氨酸）殘基和一個或多個糖胺聚糖鏈共價結合的多肽組成。endocan的蛋白結構與蛋白聚糖家族的其他成員相似，包含蛋白質核心以及與之共價連接的糖鏈部分，其結構為由165 個氨基酸組成的成熟多肽和一個單獨的皮聚糖硫酸鏈共價連接到137 位絲氨酸殘基上[3]。

1.2 ESM-1的表達與調控 在正常狀態下，endocan主要由血管內皮細胞產生，以肺血管內皮細胞和腎小管內皮細胞為主，受多種促炎因子的調控。有研究[4]利用免疫組織化學染色法檢測了正常人體組織中endocan的表達，結果表明其在腺組織、新生血管內皮細胞、支氣管上皮細胞、淋巴結生發中心等新生或活躍組織中均有表達，而在安靜或靜止的組織、細胞（如大動脈和脾臟）中不存在。隨著研究的深入，近年發現endocan 在正常人體內表達水平較低，但在腫瘤、銀屑病、冠心病、ARDS 等多種疾病中的表達水平顯著不同。

內皮是細胞和器官功能的動態參與者。通過表面蛋白的表達和可溶性介質的分泌，內皮可以控制血管張力和通透性、調節凝血和血栓形成、引導白細胞聚集和歸位于特定的炎癥區域。這種內皮細胞依賴的對白細胞滾動、粘附和跨上皮遷移的控制涉及到幾個已知的內皮細胞表面分子，包括E 和p 選擇素、細胞間黏附分子-1（ICAM-1）和血管細胞黏附分子-1（VCAM-1），它們受到促炎細胞因子如腫瘤壞死因子（TNF）和干擾素的不同調控。新型內皮細胞因子ESM-1 水平不僅受到細胞因子的調控，同時能夠影響炎性因子分泌表達，在內皮依賴性病理障礙中發揮作用。細胞黏附分子淋巴細胞功能相關抗原-1（LFA-1）和ICAM -1 之間的相互作用對于調節白細胞黏附、遷移和激活等均有重要意義。有證據表明，endocan 能夠與白細胞整合素LFA-1（CD11a/CD18）結合，隨后以劑量依賴的方式阻止（可溶性）ICAM-1 與LFA-1的特異性結合。ICAM-1是LFA-1的內皮結合伙伴，抑制這種細胞間的接觸可能會影響循環單核細胞向炎癥部位的招募和依賴LFA-1的細胞黏附和遷移，由此推測ESM-1 可能參與到炎癥反應中[5]。ESM -1的mRNA 表達也受到細胞因子調控，腫瘤壞死因子α（TNF-α）對ESM-1的表達有正調控作用，且其正調節是具有時間依賴性的。白細胞介素1β（IL-1β）對ESM-1 表達的調控方式與TNF-α 相似，并且單獨加入γ 干擾素（INF-γ）或白細胞介素4 時，對ESM-1的表達水平沒有影響；但當聯合加入INF-γ 與TNF-α 時，INF-γ 可抑制TNF-α 誘導的ESM-1 表達[6]。Nirala BK 等[7]研究了晚期糖化人血清白蛋白（AGE-HSA）對ESM-1 產生的影響，發現AGE-HSA 對人臍靜脈內皮細胞中ESM-1的表達具有調節作用，它以劑量依賴的方式上調ESM-1 蛋白的表達，并與其信使RNA（mRNA）轉錄相關。該研究還發現，RAGE 基因沉默對ESM-1的表達具有下調作用，galectin-3 基因沉默對年齡誘導的ESM-1 表達具有上調作用，抑制MAPKKK 和JNK 通路對其表達沒有影響。相比之下，磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）抑制能夠顯著上調ESM-1的表達。在早期胚胎發育過程中，生長因子/離散因子（HGF/SF）支持著肝、腎、肺和腸等各種組織、器官的形態發生。Endocan 能夠呈劑量依賴性地增加HGF/SF介導的人類胚胎腎細胞的增殖，純化的硫酸軟骨素鏈在HGF/SF 存在時也具有endocan 樣促進細胞增殖作用，即endocan 能調節HGF/SF 介導的促有絲分裂活動，這種作用存在于胚胎發育、損傷后組織修復以及腫瘤發展過程中[2]。

2 Endocan 與各種疾病的關系

2.1 Endocan 與呼吸系統疾病 Mikkelsen ME 等[8]通過單中心嵌套病例對照研究分析了重大創傷后血清endocan 水平與急性肺損傷（acute lung injury，ALI）的關系，結果發現低血清endocan 水平與重大創傷后ALI 患者的后續發展有關，并推測這些結果可能與endocan 介導的抑制肺白細胞招募有關。Orbegozo D 等[9]通過比較不同嚴重程度急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者的endocan 濃度，發現在ARDS 病程早期測定的血漿endocan 濃度可以反映該疾病的嚴重程度，并評估預后。嚴重肺炎（Severe pneumonia，SP）已被廣泛認為是急性呼吸窘迫綜合征的主要病因，Ying J等[10]納入符合條件的SP 患者，進一步研究肺炎患者住院期間發生ARDS的情況與endocan的相關性，結果發現endocan的表達是SP 患者急性呼吸窘迫綜合征的可靠預測因素。呼吸機相關肺炎（ventilator-associated pneumonia，VAP）為重癥監護病房住院期間無肺炎病史患者插管后發生的下呼吸道感染。VAP 是一種并發癥，具有高發病率及死亡率，而延遲診斷及治療增加了該病的死亡率[11，12]。在VAP診斷中，支氣管肺泡灌洗液定量培養的靈敏度和特異性最好，且可以區分實際感染、定植或炎癥[13]。然而，支氣管鏡檢查是一種需要特殊技能的侵入性檢查。為了提高檢測的效率及減小創傷，Kupeli I 等[14]研究發現，白細胞計數、降鈣素原、C-反應蛋白等常規實驗室參數并不能預測VAP的發生，但高endocan 水平卻與VAP的發生具有相關性。通過監測endocan 水平可以對VAP 進行早期診斷篩查，制定治療計劃，最終有可能防止不必要和過度使用抗生素，降低患者的發病率和死亡率，減少重癥監護患者的住院時間。Gunaydin S 等[15]通過前瞻性病例對照研究確定了使用endocan 作為生物標志物在決定治療方案和預測社區獲得性肺炎患者預后中的重要性，該研究提示，社區獲得性肺炎患者血清endocan水平明顯低于健康受試者，但其水平與死亡率無相關性。目前推測endocan 水平較低的原因可能是中性粒細胞來源的組織蛋白酶G 隨著中性粒細胞的激活而增加，最終裂解endocan，將其轉化為14 kda的肽段。有研究甚至表明，endocan 可能對急性肺部炎癥有保護作用[16]。endocan 主要在肺中表達，且有大量數據證明了endocan 水平的變化與多種呼吸系統疾病相關，這種相關性考慮可能與endocan 與炎性因子之間的相互調控及影響、抑制白細胞跨上皮遷移、減少中性粒細胞募集等作用有關。但目前仍需了解endocan 水平在這些疾病中如何隨時間變化，并進一步深入探究血清endocan 水平可能與呼吸系統疾病相關的潛在機制。

2.2 Endocan 與腫瘤 近年來，腫瘤的發病率及死亡率逐年上高，而血清endocan 水平的變化逐漸被發現與多種類型的腫瘤相關。在腫瘤發生發展過程中，endocan 被認為是血管生成的標志，是癌癥進展的重要因素。目前endocan 已成為一種新型的腫瘤標志物，同時為腫瘤的靶向治療提供潛在靶點。Zhao W 等[17]利用小干擾RNA（siRNA）方法檢測了endocan 在胃癌中的表達，發現血清endocan 表達水平與胃癌患者的病理分期相關，且是胃癌患者生存的獨立預后因素。微血管密度（microvessel density，MVD）是腫瘤血管生成的客觀評價指標。Chang Y 等[18]研究發現，endocan 陽性染色在胃癌血管中優先被檢測到，而在正常的胃組織中未被檢測到，同時腫瘤周邊血管內皮表達endocan的微血管密度高于腫瘤中心。高水平endocan-MVD 患者的總生存率明顯低于低水平endocan-MVD 患者，且胃癌中endocan-MVD 水平與腫瘤大小、Borrmann 類型、分化、腫瘤浸潤、淋巴結轉移、TNM 分期、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管內皮生長因子受體2（vascular epidemal growth factor receptor-2，VEGFR2）表達顯著相關，是預測胃癌患者預后的理想標志物。在對腦腫瘤的研究中，血清endocan 水平在腦膜瘤、低級別膠質瘤、高級別膠質瘤中依次呈穩定上升趨勢，且與腫瘤惡性程度成正相關[19]。在低級別膠質瘤手術前后均可檢測到endocan水平升高，考慮與血管新生及手術所致炎癥有關[20]。在垂體腺瘤中，腫瘤細胞中endocan的表達水平明顯高于內皮細胞，通過對標本進行免疫組化進一步發現，endocan 主要由垂體腺瘤的腫瘤細胞分泌合成，而非內皮細胞。同時endocan的過表達與垂體腺瘤的侵襲行為密切相關，但與正常垂體組織相比，垂體腺瘤的血管生成卻較少。這些研究提示，endocan介導的腫瘤進展機制尚不明確，可能依賴于endocan 與多個分子的結合或相互作用，而不僅僅是直接促進血管生成[21]。在肝癌中，endocan的表達則局限于腫瘤組織中的微血管，而不存在于瘤周肝毛細血管，endocan的DS 鏈與肝細胞生長因子高度親和，這種相互作用對Met 受體的激活十分重要，從而刺激肝癌細胞的增殖[22]。有學者通過比較膀胱癌患者血清和尿中內皮細胞endocan的濃度，發現兩者均高于正常，但尿中內皮細胞endocan 水平高于血清中endocan 水平，考慮與膀胱上皮細胞因尿液直接脫落有關[23]。

在女性生殖系統腫瘤中，endocan 能夠鑒別子宮內膜和卵巢良惡性腫瘤[24]。在男性生殖系統腫瘤中，Rebollo J 等[25]采用ESM-1-siRNA 轉染人高轉移性前列腺PC-3 細胞后，發現細胞遷移減少，但不影響增殖，并伴有血管生成趨化因子CXCL3 轉錄和蛋白水平下降。免疫熒光檢測顯示，ESM1 在原發和轉移的頭頸部癌細胞中有核定位和高表達，敲除ESM-1的細胞的增殖和遷移活性降低，推測ESM-1對頭頸部腫瘤細胞的增殖和遷移具有一定作用[26]。在白血病患者中，endocan 在患者血清和骨髓細胞中均有升高，endocan 沉默能夠有效抑制細胞增殖，誘導G0/G1細胞周期阻滯，刺激細胞凋亡等[27]。表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑（EGFR-TKI）被用于治療EGFR 突變腫瘤的非小細胞肺癌（nonsmall-cell lung carcinoma，NSCLC）中，但TKI 耐藥常常是EGFR 突變的結果，而endocan 被認為是腫瘤發生過程中的受體酪氨酸激酶配體增強劑。Yang YC 等[28]研究發現，endocan 能夠促進EGFR 信號轉導，支持EGFR 突變驅動的腫瘤生長，而活化的EGFR 通過JAK/STAT3 和ERK/ELK 級聯反應上調endocan的表達，最終形成endocan-EGFR 信號的正調控回路，為NSCLC 患者的治療提供新思路。

2.3 Endocan 與心血管系統疾病 內皮功能障礙被廣泛認為是心腦血管疾病發生的重要病理基礎之一。Endocan 由內皮細胞產生，參與多種炎癥反應及血管生成過程，與多種炎性因子、黏附因子及血管生成因子互相影響。有研究發現[29]，大動脈粥樣硬化型患者與健康受試者血清endocan 水平相比顯著升高，且在第1 天和第6 天出現較高的endocan 水平與不良預后相關。在ST 段抬高型心肌梗死（stsegment elevation myocardial infarction，STEMI）患者中，較高的血清endocan 水平提示較差的結局及較高的冠狀動脈SYNTAX 評分[30]，而STEMI 合并糖尿病的患者血清endocan 水平甚至更高[31]。有研究觀察了急性冠脈綜合征（acute coronary syndrome，ACS）患者血清endocan 水平與心肌梗死溶栓（TIMI）風險評分的相關性，并比較其與臨床結局的關系。該研究證實，在ACS 患者中，較高的endocan 水平往往提示較差的心血管結局，進一步證實endocan 是較高的TIMI風險評分的獨立預測因子[32]。此外，有研究表明[33]，endocan 水平越高，冠狀動脈側支循環的發育越好。但同時也有研究得出結論[34]，低水平的endocan 與良好的冠狀動脈側支循環相關。關于上述兩者的相關性，仍需更大的樣本量和證據支持，深入其相關機制的研究有助于進一步理解該結果。冠狀動脈慢血流（coronary slow flow，SCF）現象的機制目前尚不明確，更多推測的傾向于內皮功能障礙和亞臨床彌漫性動脈粥樣硬化，這兩者與endocan的表達均有相關性，有研究者進一步探討血清endocan 與SCF的關系發現[35]，endocan 對SCF的敏感性和特異性分別為66%和70%，可能成為預測SCF 存在和嚴重程度的生物標志物之一。在高血壓患者中，血清endocan水平每升高1 pg/ml，發生高血壓的概率分別升高

4.2 %和32.2%[36]。而原發性高血壓患者主動脈彈性的下降，血清endocan 水平隨之升高[37]。即使在治療過的、控制良好的原發性高血壓患者中，endocan 濃度仍高于健康志愿者[38]。通過觀察患者的晝夜血壓模式，發現非勺型高血壓患者的endocan 水平要高于勺型和正常血壓組，推測可能與患者長期高血壓暴露有關[39]。有證據表明，endocan 水平的升高與內皮功能障礙相關的頸動脈內膜-中膜厚度（cIMT）和微量白蛋白尿也有關[40]。除此以外，患有心臟綜合征、孤立性冠狀動脈擴張等心臟疾病的患者，endocan 水平同樣有顯著變化。內皮細胞功能障礙、炎癥、新生血管的形成等均是動脈粥樣硬化的主要病理機制，可以推測，endocan 可能通過多種因素參與到動脈粥樣硬化形成的過程中。目前研究表明，endocan 可促進內皮細胞產生促炎細胞因子，增加微血管通透性，調節白細胞遷移，同時可以刺激血管平滑肌細胞的增殖和遷移，從而促進動脈粥樣硬化過程中新生內膜的形成[5]，但其具體機制還有待進一步的基礎研究證實。

2.4 Endocan 與皮膚病 銀屑病是一種以表皮增生、白細胞黏附分子表達和白細胞浸潤為特征的炎癥性疾病。銀屑病與心血管疾病的風險增加相關，動脈粥樣硬化是心血管疾病的主要病理基礎，而內皮功能障礙被認為是動脈粥樣硬化發展的初始環節，endocan 與內皮細胞功能障礙又密切相關。Balta I 等[41]通過探討尋常型銀屑病患者血清endocan 水平與心血管危險和疾病活動的關系，發現endocan 可能是與尋常型銀屑病患者心血管風險和疾病嚴重程度相關的一個新的標志物。最近研究更進一步證實了這一觀點，研究發現[42]，銀屑病患者血清endocan 水平顯著高于正常對照組，且與嚴重程度指數（PASI）評分和頸動脈內膜中層厚度（CIMT）估計數均呈顯著正相關；回歸分析確定，血清高endocan 水平為0.9 mm的無癥狀動脈粥樣硬化（asymptomatic atherosclerosis，AAS）存在的顯著陽性預測因子。因此，血清高endocan 水平可作為無癥狀性心臟病的早期預測因子。同時有研究表明[43]，在銀屑病短期治療中，應用低劑量甲氨蝶呤能夠降低CRP（抗炎作用），增加endocan 和IL-10（潛在的保護作用）。因而endocan在銀屑病治療中的變化及作用仍有待進一步研究。白細胞和內皮功能障礙在白塞病（Behcet disease，BD）的發展過程中起重要作用。在BD 患者中，血清endocan 水平有統計學意義上的升高與C 反應蛋白、紅細胞沉降率和疾病活動性顯著相關，與VEGF、TNF-α 水平呈正相關。根據這些結果，推測endocan 在白塞病中的發病機制可能影響炎癥過程和內皮功能，包括血漿VEGF 和TNF-α 可能增加血清endocan 水平[44]。系統性硬化（systemic sclerosis，Ssc）是一種以小動脈和微血管的改變為特征，并伴有組織纖維化的自身免疫性疾病。有研究證明，血清endocan 對診斷Ssc 具有良好的鑒別能力，可以區分彌漫性和局限性Ssc 亞群，其在彌漫性Ssc 患者中的血清水平較高。同時endocan 升高與Ssc 患者的各種臨床表現有關，其中以微血管表現為主。此外，血清endacan 水平也與較長的病程有關，因此endocan 可能不是一個適合評估早期Ssc的生物標志物，考慮是因為隨著Ssc的進展，血管改變和內皮功能障礙也在進展，并決定了endocan的高表達[45]。Suzuki H 等[46]檢測了endocan 在特應性皮炎（atopic dermatitis，AD）患者皮膚和血清中的表達，發現AD患者受損皮膚內ESM-1的mRNA 和蛋白水平比正常皮膚高，并表達于表皮角質形成細胞和真皮內皮細胞，而AD 患者血清endocan 水平明顯低于健康對照組。該研究表明，endocan 在受損皮膚中的表達升高可能與AD的發生有關，而在血清中的表達降低可能與AD 中白細胞募集的增加有關。

3 總結

目前的研究提示ESM-1 具有非常廣泛的生物學活性，可能通過多種信號傳導途徑參與體內的炎癥反應、血管生成、腫瘤細胞遷移等過程。ESM-1的免疫反應性與年齡、性別無關，因而臨床檢測中的個體差異及變異性較小。且血清endocan的檢測對患者創傷小，方法簡單可行，具有重要的臨床意義和應用價值。但上述研究主要探討了endocan 與各種疾病的相關性和可能的機制，目前對其具體的機制仍不明確，同時尚無大樣本量的研究支持。期待更加準確的臨床數據、診斷界值以及標準的檢測方法等，進一步明確endocan 在疾病診斷、預測預后及靶向治療等方面的價值。