肺表面活性蛋白D與慢性阻塞性肺疾病關系的研究進展

何響，孫澤蕊，石雪峰

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見的以氣流受限持續(xù)存在和相應的呼吸系統(tǒng)癥狀為特征的疾?。?］，其在全球范圍內造成重大經(jīng)濟、社會負擔。據(jù)統(tǒng)計，我國40歲以上人群COPD患病率達13.7%［2］。目前，COPD的發(fā)病機制尚不完全清楚，研究認為可能是由于吸煙等多種環(huán)境因素與免疫、基因等自身因素長期相互作用所致［1］。目前COPD的診斷及病情嚴重程度評估主要依靠肺功能檢查，但其具有一定局限性，如輕度COPD患者肺功能檢查結果經(jīng)常發(fā)生變化，而重度COPD及急性加重期患者無法完成肺功能檢查。此外，現(xiàn)有的治療方法無法降低患者死亡率，也不能實質性地改變患者肺功能的下降速度。因此，迫切需要生物學標志物來指導COPD患者的診治，并提高藥物開發(fā)成功的可能性。肺表面活性蛋白D（pulmonary surfactant protein D，SP-D）是一種主要由肺泡Ⅱ型細胞合成和分泌的親水性蛋白，屬于膠原C型凝集素家族的一員，在肺穩(wěn)態(tài)和肺免疫功能維持中具有關鍵作用［3-5］。SP-D參與了包括COPD在內的多種呼吸系統(tǒng)疾病的病理生理過程［6］，且其在COPD病情評估、診斷治療及預后評估中均具有重要意義，可能為COPD的潛在生物學標志物，其在COPD發(fā)病中的重要作用可能為新藥的研發(fā)提供重要依據(jù)［7-9］。本文旨在分析SP-D與COPD的關系，以期為COPD的診治提供參考依據(jù)。

1 SP-D的分布及生物學結構

SP-D首先在呼吸道被檢測出來，其在肺泡中表達水平較高，在肺外組織中也有表達，包括胃腸黏膜、角膜、泌尿生殖道表面、大腦、心臟、腎臟、脾臟、唾液腺、汗腺等，但表達水平較低［10］。SP-D單體包含355個氨基酸（43 kDa），由4個區(qū)域〔分別是C-末端碳水化合物識別域（carbohydrate recognition domain，CRD）、α-螺旋結構、膠原結構域和N-末端結構域）〕構成1個三聚體，4個三聚體通過氨基末端結構域的相互作用，齊聚成十字形的十二聚體結構，從而形成SP-D的四級結構［11］。SP-D可通過CRD以鈣依賴性方式識別并結合細菌、病毒以及真菌等多種微生物或病原體表面的碳水化合物結構，從而起清除作用［12］。

2 SP-D的功能

2.1 調節(jié)炎癥反應 SP-D通過與不同受體結合，可以發(fā)揮雙重調節(jié)作用，即抑制或促進炎癥遞質的產生。SP-D由球狀頭部區(qū)域和膠原尾部區(qū)域構成，在生理狀態(tài)下，球狀頭部區(qū)域通過CRD與細胞受體抑制性信號調節(jié)蛋白α（signal regulatory protein-α，SIRP-α）結合，抑制p38信號轉導，阻止單核吞噬細胞核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）的激活和炎性因子的分泌，進而抑制炎癥反應［13］。相反，當機體受到某些氧化應激時，如細菌、真菌、病毒等的感染，SP-D通過CRD識別微生物表面的碳水化合物結構，破壞自身十二聚體結構，變?yōu)槿垠w或單體，暴露膠原尾部區(qū)域，而后尾部膠原結構域通過與鈣網(wǎng)蛋白/CD91結合，磷酸化p38，活化NF-κB，從而促進炎癥反應，消除病原體［13］。GUO等［14］認為，SP-D可能通過其生化修飾作用與鈣網(wǎng)蛋白/CD91相互作用的；S-亞硝硫醇SP-D（S-nitrosothiol pulmonary surfactant protein D，SNO-SP-D）是由SP-D中的N-末端半胱氨酸亞硝化形成的，而不是天然的SP-D，其對巨噬細胞具有趨化作用，可誘導下游的p38磷酸化，因此推測在病理狀態(tài)下，SP-D通過鈣網(wǎng)蛋白/CD91介導的信號啟動炎癥反應，而在生理狀態(tài)下其通過SIRP-α信號開啟抗炎通路。

2.2 調節(jié)免疫反應 SP-D被認為是先天免疫的重要調節(jié)劑，其通過調節(jié)腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素1α（interleukin-1α，IL-1α）、白介素6（interleukin-6，IL-6）及干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）等細胞因子的分泌，同時通過與巨噬細胞、單核細胞、中性粒細胞等多種免疫細胞相互作用而調節(jié)免疫反應［15］。免疫球蛋白（immune globulin，Ig）有兩個功能區(qū)，即抗原結合片段（fragment of antigen binding，F(xiàn)ab）和可結晶片段（fragment crystallizable，F(xiàn)c），其中Fab可識別細菌和病毒等抗原，F(xiàn)c可識別集合素和補體等免疫細胞。而先天性免疫凝集素SP-D可以直接結合Ig，將天然免疫途徑和獲得性免疫途徑聯(lián)系起來，已知SP-D可以結合不同類型的Ig，包括IgG、IgM、IgE和分泌型IgA，但不與血清IgA結合，如SP-D以鈣依賴的方式識別IgG的Fc和Fab，進而聚集免疫復合物，并增強其吞噬作用［16-17］。

2.3 清除凋亡細胞 快速清除凋亡細胞，被認為是維持免疫穩(wěn)態(tài)和炎癥消退的重要機制［18］。隨著細胞凋亡的進展，質膜完整性喪失，導致潛在毒性細胞內容物泄漏，并在鄰近細胞中引發(fā)炎癥反應［19］。研究發(fā)現(xiàn)，敲除SP-D基因后小鼠凋亡和壞死的肺泡巨噬細胞數(shù)量增加了5～10倍，而使用重組人SP-D片段（recombinant fragments of human SP-D，rfhSP-D）治療可以減少小鼠巨噬細胞活化及凋亡、壞死的巨噬細胞數(shù)量［20］，PILECKI等［21］研究亦得出相似結果，提示凋亡細胞的清除需要SP-D的參與。CLARK等［20］還在體外研究中發(fā)現(xiàn)，SP-D重組片段優(yōu)先與凋亡、壞死的細胞結合。這些研究揭示了SP-D在通過控制凋亡細胞數(shù)量來調節(jié)肺部炎癥中的關鍵作用。

還有研究顯示，SP-D可以結合并促進煙曲霉、屋塵螨和各種類型的花粉變應原的攝取和清除［22］。總之，SP-D可以調節(jié)炎癥反應及免疫反應，還可以清除凋亡細胞、過敏原和其他有害顆粒，對維持肺內環(huán)境的穩(wěn)定有著重要的作用。

3 SP-D在COPD患者中的表達水平及意義

研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，COPD穩(wěn)定期患者血清SP-D水平升高［23］。有研究者通過測定COPD急性加重期及穩(wěn)定期患者血清SP-D水平發(fā)現(xiàn)，COPD急性加重期患者血清SP-D水平升高較COPD穩(wěn)定期患者更為明顯，且與肺功能呈負相關，提示血清SP-D水平可以反映COPD患者的疾病嚴重程度［8，24-29］。一項大樣本量的研究證明了COPD患者血清高水平SP-D與病情加重的風險增加相關，且患者經(jīng)皮質類固醇治療后血清SP-D水平降低，提示血清SP-D水平可以作為COPD急性加重風險的評估指標［30］。研究顯示，血清SP-D水平可以預測COPD患者急診入院頻率與自身健康狀況［31］。STOCKLEY等［32］發(fā)現(xiàn)，血清SP-D水平升高與COPD病情惡化、肺氣腫進展和死亡率相關，提出SP-D是一種重要的COPD候選生物標志物。但也有研究認為血清SP-D水平與肺功能無相關性［33-34］。造成以上結果的差異可能與研究樣本量、檢測試劑、納入標準、COPD患者嚴重程度及異質性等有關。

有研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者肺泡灌洗液中SP-D水平較對照組明顯下降［35］。WINKLER等［36］研究顯示，與健康對照組相比，COPD患者血清SP-D水平明顯升高，肺泡灌洗液中SP-D水平明顯降低。李小波等［37］進一步研究發(fā)現(xiàn)，支氣管肺泡灌洗液中SP-D水平與吸煙狀態(tài)以及患者氣流受限程度有關。TKACOVA等［38］研究提示，COPD患者肺泡灌洗液中SP-D水平和血清中SP-D水平的比值與氣流受限程度呈負相關，提示血清及肺泡灌洗液中SP-D水平對COPD病情監(jiān)測有重要意義。目前研究認為，COPD患者肺泡灌洗液中SP-D水平降低，血清SP-D水平升高可能與SP-D由肺泡轉移到血清中有關，具體為：COPD患者肺泡上皮細胞有不同程度的損傷，肺泡間隔被破壞，肺部炎癥使血管通透性增加；另外，吸煙可破壞SP-D四級結構，使其降解為小分子物質，從肺部更容易進入血液循環(huán)，導致SP-D從肺部向血液中轉運增加［36，39］。

此外，高瑩等［40］研究表明，COPD患者呼氣冷凝物中SP-D水平與氣流受限程度具有相關性，認為呼氣冷凝物檢測可以作為一種非侵入性方法來評估COPD患者氣流受限程度，這與LIN等［41］研究結果一致，提示SP-D水平可作為判斷COPD患者病情嚴重程度的一項敏感指標。

綜上，SP-D可以在血液、肺泡灌洗液、呼氣冷凝物中被檢出，其水平在COPD嚴重程度評估、治療及預后評估等方面具有一定指導意義。

4 SP-D基因多態(tài)性與COPD的關聯(lián)性

人類SP-D基因定位在10q22.2～q23.1染色體上，其染色體內存在著多個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）位點，并且某些位點的多態(tài)性與多種肺部疾病的發(fā)生發(fā)展有關［6］。研究表明，在不同人群中，SP-D基因的SNP與COPD存在關聯(lián)性［42］，其中研究較多的是rs2243639、rs721917、rs3088308位點。

2001年GUO等［43］首次在墨西哥人群中進行了SP-D基因多態(tài)性與COPD遺傳關聯(lián)性的研究，結果發(fā)現(xiàn)，SP-D基因rs721917位點和rs2243639位點的基因型與COPD易感性無關。有研究顯示，巴基斯坦［44］、我國［45］人群的rs2243639位點與COPD易感性無關，而有研究者在埃及人群［46］中發(fā)現(xiàn)rs2243639位點與COPD明顯相關。FAKIH等［47］研究發(fā)現(xiàn)，rs721917位點與黎巴嫩人群COPD發(fā)生風險無明顯相關性。FOREMAN等［48］在歐洲多中心進行的預測替代終點的COPD縱向隊列研究（the Evaluation of COPD Longitudinally to Identify Predictive Surrogate Endpoints，ECLIPSE）和挪威卑爾根隊列研究證明，rs721917位點多態(tài)性與COPD發(fā)病風險無關，而在美國國家肺氣腫治療試驗-標準老齡化研究的樣本中發(fā)現(xiàn)rs721917位點與COPD明顯相關。ISHII等［49］證實了rs721917位點等位基因C與日本人群COPD的發(fā)病風險有關。SHAKOORI等［44］對巴基斯坦人群進行研究發(fā)現(xiàn)，rs721917位點等位基因C與血清SP-D水平降低有關，rs721917位點T/T基因型與COPD的發(fā)病風險升高有關。我國研究亦顯示，rs721917位點與COPD易感性相關［50-51］，但有學者認為等位基因T突變可能是COPD的危險基因［50］，而有學者認為等位基因C突變可能是COPD的危險因素［51］。還有研究通過Meta分析發(fā)現(xiàn)，在亞洲人群中，rs721917位點等位基因T與COPD發(fā)病風險之間存在很強的相關性［52］。另外，有研究者首次在巴基斯坦人群中發(fā)現(xiàn)，rs3088308位點等位基因A與COPD患者SP-D表達水平降低有關［44］。還有研究發(fā)現(xiàn)，rs3088308位點等位基因T與吸煙導致的肺功能損傷呈負相關，并且可能是吸煙者發(fā)展為COPD的一個危險因素［53］。而JOHANSSON等［54］在丹麥雙胞胎人群中并未發(fā)現(xiàn)rs3088308位點多態(tài)性與吸煙導致的肺功能損傷有明顯相關性。

綜上，SP-D基因多態(tài)性與COPD易感性相關，這些關聯(lián)有助于預測COPD發(fā)病風險，進行早期干預，還可以為COPD更精確的靶向治療提供證據(jù)。但目前國內外研究結果仍存在差異，其原因可能與環(huán)境因素、遺傳背景、納入標準、其他基因的干擾、樣本量及研究方法等有關。

5 外源性重組SP-D治療COPD的相關研究

有研究發(fā)現(xiàn)，SP-D可能在COPD的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，靶向敲除SP-D基因后小鼠肺泡巨噬細胞大量被激活，表面活性物質結構發(fā)生改變，過氧化氫和基質金屬蛋白酶等氧化物質增加，發(fā)生自發(fā)性肺氣腫，而這種情況可以使用rfhSP-D來逆轉［20］。rfhSP-D是人肺中天然存在的SP-D的重組形式，其在結構上與天然的SP-D有一定差異，其缺少大部分的膠原樣結構域，只有CRD和α-螺旋結構、膠原結構域的一個短區(qū)域（8個三聯(lián)體）［55］。雖然研究顯示rfhSP-D能形成功能性三聚體單位，具有糖結合活性和SP-D的一些抗炎特性，但只有十二聚體才能介導SP-D的一些功能，如聚集病原體和調節(jié)肺表面活性物質的動態(tài)平衡，而三聚體無法執(zhí)行這些功能［56］。由于SP-D結構的復雜性、功能上的特性，大規(guī)模生產出全長重組SP-D仍有困難。此外，在生產、儲存和給藥過程中保持蛋白質結構、寡聚形式的分布、穩(wěn)定性和生物活性也極為重要。

目前采用外源性重組SP-D治療COPD的研究只局限于動物模型，尚無相關臨床研究，應進一步明確外源性重組SP-D治療COPD的具體機制，為臨床研究提供理論基礎。此外，如何把基礎研究的發(fā)現(xiàn)轉化為臨床研究仍是未來需要關注的重點。

6 小結及展望

綜上所述，SP-D作為一種肺特異性蛋白，具有消滅病原體、增強免疫功能、清除凋亡細胞、減輕肺損傷等功能，在呼吸道疾病中發(fā)揮著至關重要的作用。SP-D表達水平與COPD的嚴重程度和病情惡化情況具有密切關聯(lián)，這可以用來輔助指導COPD的診療。SP-D基因多態(tài)性與COPD易感性相關，但國內外研究結果存在差異，未來仍需要大樣本量、多中心的研究進一步驗證。此外，關于外源性重組SP-D治療COPD，盡管基礎研究發(fā)現(xiàn)其有明顯的治療效果，但目前尚缺乏相關臨床數(shù)據(jù)支持。未來應進一步探討SP-D在COPD發(fā)病過程中的具體作用機制，以期為COPD的診治提供更精確的方向。

作者貢獻：何響進行文章的構思與設計，撰寫論文，進行論文的修訂；石雪峰進行文章的可行性分析，負責文章的質量控制及審校，對文章整體負責、監(jiān)督管理；孫澤蕊進行文獻/資料收集、整理。

本文無利益沖突。