顆粒蛋白前體在呼吸系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展*

周利航 綜述，王導(dǎo)新 審校

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸與危重癥科，重慶 400010

由于空氣污染、吸煙、老齡化進(jìn)程的加快，以及耐藥病原菌不斷產(chǎn)生，呼吸系統(tǒng)疾病的防控形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。如何提高呼吸系統(tǒng)疾病的診治水平，改善呼吸系統(tǒng)疾病造成的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，已成為刻不容緩的問題。顆粒蛋白前體(PGRN)是一種多功能蛋白，在上皮細(xì)胞和髓樣細(xì)胞中高度表達(dá)，在組織發(fā)育、增殖、再生和宿主防御反應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮維持和調(diào)節(jié)作用?，F(xiàn)階段對PGRN的研究主要集中于慢性炎癥性疾病和神經(jīng)退行性疾病，對于呼吸系統(tǒng)疾病的研究較少。本文將近年來國內(nèi)外PGRN與呼吸系統(tǒng)疾病的研究進(jìn)行歸納，對PGRN的結(jié)構(gòu)分布、生物學(xué)功能及與呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)性做如下綜述。

1 PGRN的結(jié)構(gòu)及基因定位

PGRN是一種多功能分泌型糖蛋白，也被稱為顆粒蛋白-上皮蛋白前體，原上皮蛋白或前列腺癌細(xì)胞衍生的生長因子[1]。顆粒蛋白(GRN)基因編碼人類PGRN，定位于染色體17q21.32，含有12個(gè)外顯子，可以產(chǎn)生3種異構(gòu)體[2]。全長的PGRN具有獨(dú)特的串珠結(jié)構(gòu)，由7.5個(gè)富含半胱氨酸的GRN結(jié)構(gòu)域(CX5-6CX5CCX8CCX6CCXDX2HCCPX4CX5-6C)串聯(lián)重復(fù)組成。PGRN內(nèi)部包含較多二硫鍵，這對于保持適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)折疊和獨(dú)特構(gòu)象至關(guān)重要，如每個(gè)GRN結(jié)構(gòu)域在空間結(jié)構(gòu)上均通過6個(gè)二硫鍵緊密連接，由4個(gè)β“發(fā)夾”結(jié)構(gòu)成梯形排列[1,3]。PGRN的相對分子質(zhì)量為68.5×103，可以被多種蛋白水解酶在GRN結(jié)構(gòu)域之間的連接區(qū)裂解，裂解后可以釋放相對分子質(zhì)量約為6×103的單體GRN多肽片段[3]。

2 PGRN的分布及生物學(xué)功能

PRGN在多種細(xì)胞中表達(dá)，如造血細(xì)胞、上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞等，還在多種組織中表達(dá)，包括軟骨、骨骼肌、肺實(shí)質(zhì)與脂肪組織[1]。多個(gè)研究已經(jīng)證實(shí)PGRN在免疫、炎癥、感染調(diào)節(jié)、傷口愈合、血管生成、腫瘤發(fā)生、神經(jīng)保護(hù)等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[2-3]。值得注意的是，完整的PGRN可以被基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)9、MMP12、MMP14、蛋白酶3、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶裂解形成PGRN和GRN，在組織細(xì)胞中發(fā)揮不同的作用[1]。已有研究證明，局部給予重組PGRN可以有效抑制體內(nèi)中性粒細(xì)胞炎性因子的生成，表明PGRN是一種重要的抗炎介質(zhì)[4]。與之相反的是在裂解過程中形成的GRN具有促炎的特性，可以中和PGRN的抗炎作用。GRN可以刺激上皮細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素(IL)-8，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的吞噬和殺菌作用增加[4]。同樣也存在一些分子抑制PGRN的水解，分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制劑和載脂蛋白A1可以直接與PGRN結(jié)合并阻斷其被中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶裂解[5]。因此，PGRN和GRN之間的平衡是PGRN在炎性反應(yīng)中發(fā)揮抗炎作用的重要影響因素。

2.1PGRN的神經(jīng)保護(hù)作用 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，PGRN參與神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)炎癥的調(diào)節(jié)。額顳葉癡呆(FTD)已被證實(shí)與GRN基因的功能缺失密切相關(guān)[6]。ARRANT等[7]報(bào)道，提高神經(jīng)元PGRN水平可以糾正FTD小鼠模型的行為缺陷，而耗盡神經(jīng)元PGRN可以造成FTD小鼠模型的行為缺陷。亦有研究報(bào)道，測定腦脊液和血清PGRN水平可以用于FTD患者的早期診斷和治療[8]。這表明PGRN不僅是治療因GRN突變引起的FTD的一個(gè)重要靶點(diǎn)，還是一個(gè)預(yù)測病情的臨床標(biāo)志物。

2.2PGRN的抗炎作用 在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、炎癥性腸病、膿毒血癥、急性肺損傷等多種疾病中，PGRN可發(fā)揮抗炎作用。TANG等[9]發(fā)現(xiàn)在膠原誘導(dǎo)的小鼠類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎模型中，PGRN基因敲除小鼠表現(xiàn)出更嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎表型，而局部注射重組PGRN抑制了這些PGRN基因缺陷小鼠的疾病進(jìn)展，同時(shí)證實(shí)了PGRN通過與腫瘤壞死因子受體(TNFR)結(jié)合，從而阻斷腫瘤壞死因子(TNF)-α與TNFR的結(jié)合，抑制下游信號(hào)通路活化而發(fā)揮抗炎作用[9]。WEI等[10]通過在小鼠結(jié)腸炎模型應(yīng)用重組PGRN試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)重組PGRN通過IL-10和TNFR2途徑在結(jié)腸炎中發(fā)揮保護(hù)作用，充分抑制炎癥。亦有研究證實(shí)，PGRN可以與Toll樣受體9在巨噬細(xì)胞中結(jié)合，協(xié)助聚集CpG寡核苷酸從而加強(qiáng)天然免疫反應(yīng)，消除炎癥[11]。

2.3PGRN的促炎作用 在急性皮膚損傷后，PGRN在真皮成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)增加，外源性PGRN可以通過促進(jìn)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞聚集，來參與動(dòng)物傷口模型中真皮成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管生成[12]。說明PGRN是一種在傷口愈合中起促炎作用的生長因子。近年來，PGRN還被認(rèn)為是一種重要的脂肪因子在各種代謝性疾病中起促炎作用，有研究者發(fā)現(xiàn)肥胖患者內(nèi)臟脂肪組織中PGRN的水平及血液中PGRN的水平升高，且IL-6是PGRN的獨(dú)立影響因素，提示PGRN可能通過與IL-6相互作用參與肥胖相關(guān)的胰島素抵抗[13]。

3 PGRN與呼吸系統(tǒng)疾病

PGRN作為一種多功能免疫調(diào)節(jié)因子，與多種疾病緊密聯(lián)系，在臨床上可以預(yù)測病情的嚴(yán)重程度，更好地指導(dǎo)治療。PGRN通過參與炎癥調(diào)控和腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，提示其在呼吸系統(tǒng)疾病中可能具有重要作用。

3.1PGRN與哮喘 哮喘是我國重點(diǎn)監(jiān)測、防治的慢性病之一，氣道高反應(yīng)性是哮喘最主要的特點(diǎn)。TNF-α在哮喘患者體內(nèi)大量產(chǎn)生，可以直接改變氣道平滑肌的特性，促進(jìn)炎性介質(zhì)釋放而表現(xiàn)為氣道高反應(yīng)性[14]。有研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者的血清PGRN水平與健康對照組比較明顯降低，且與中性粒細(xì)胞水平呈負(fù)相關(guān)，提示高水平的PGRN可能對中性粒細(xì)胞導(dǎo)致的氣道炎癥有抑制作用；另外，通過相關(guān)性分析還發(fā)現(xiàn)，血清PGRN水平與肺功能呈正相關(guān)，表明血清PGRN可作為哮喘氣流阻塞的指標(biāo)[15]。

LIN等[16]報(bào)道，將小鼠給予TNF-α灌胃治療后，在氨氣刺激下的小鼠咳嗽的頻率較治療前增加，且具有持續(xù)性效應(yīng)，提示咳嗽反應(yīng)的增加是由TNF-α誘導(dǎo)的超敏反應(yīng)引起的；同時(shí)，TNFR通過雙純合子突變小鼠的氣道炎癥和TNF-α灌胃治療后引起的支氣管病變和肺部感覺神經(jīng)元超敏反應(yīng)均被消除，表明TNFR與TNF-α結(jié)合激活相關(guān)下游路徑改善氣道炎癥。前文已經(jīng)論述PGRN可以選擇性通過與TNFR1/2結(jié)合而發(fā)揮抗炎效應(yīng)，均提示PGRN在哮喘中可能改善氣道高反應(yīng)性，提示外源性應(yīng)用PGRN可能成為哮喘的治療方法。

3.2PGRN與慢性阻塞性肺疾病(COPD) 隨著人口老齡化進(jìn)程的加快和環(huán)境惡化，COPD已經(jīng)成為嚴(yán)重影響人類健康的慢性疾病。對COPD發(fā)病機(jī)制的深入探索，有助于提高對疾病的認(rèn)識(shí)及評(píng)估。有研究報(bào)道，PGRN在香煙誘導(dǎo)的肺氣腫小鼠模型肺泡上皮細(xì)胞中表達(dá)明顯升高，通過敲除或過表達(dá)PGRN基因，觀察香煙誘導(dǎo)的肺泡上皮細(xì)胞凋亡情況，發(fā)現(xiàn)PGRN可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激保護(hù)肺泡上皮細(xì)胞，減少細(xì)胞凋亡[17]，提示PGRN在COPD的發(fā)生、發(fā)展中具有關(guān)鍵作用。UNGURS等[18]通過檢測COPD患者痰液中的PGRN水平，發(fā)現(xiàn)PGRN與痰液中細(xì)菌負(fù)荷及中性粒細(xì)胞液中炎性標(biāo)志物水平呈負(fù)相關(guān)，還證實(shí)PGRN作為中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶和蛋白酶3等蛋白水解酶的底物，被消化后釋放GRN多肽，增加炎性因子的表達(dá)，阻止PGRN發(fā)揮其抗炎作用而導(dǎo)致慢性炎癥。

COPD患者體內(nèi)炎性反應(yīng)的特征是炎性細(xì)胞數(shù)量和促炎性細(xì)胞因子釋放增加，其中發(fā)揮重要作用的是中性粒細(xì)胞[19]。PGRN在中性粒細(xì)胞中高表達(dá)。有研究報(bào)道，與COPD穩(wěn)定期患者及對照組患者比較，COPD急性加重期(AECOPD)患者血漿PGRN水平升高，且與第1秒用力呼氣容積占預(yù)計(jì)值百分比呈負(fù)相關(guān)[20]。提示PGRN是評(píng)價(jià)氣道阻塞的一個(gè)潛在標(biāo)志物。AECOPD患者發(fā)生細(xì)菌感染時(shí)氣道上皮中性粒細(xì)胞活化，從而使PGRN基因表達(dá)上調(diào)[21]，提示PGRN可能通過干擾炎性反應(yīng)參與AECOPD的發(fā)病過程。有研究報(bào)道，COPD患者治療后血漿PGRN水平下降，通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)血漿PGRN水平與超敏C反應(yīng)蛋白呈正相關(guān)[20]。以上研究證實(shí)血清PGRN也可以作為評(píng)估COPD病情嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)，監(jiān)測其水平變化可以更好地指導(dǎo)治療。上述研究均為小樣本的單中心研究，尚未能闡明PGRN參與COPD慢性炎癥的明確機(jī)制，需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量研究PGRN在痰液、肺泡灌洗液、氣道上皮細(xì)胞和肺組織中的表達(dá)差異，深入探討PGRN在COPD發(fā)病機(jī)制中所起的作用。

3.3PGRN與非小細(xì)胞肺癌(NSCLC) 腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程包括持續(xù)促進(jìn)細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲，逃避腫瘤抑制因子，刺激新生血管生成及避免細(xì)胞死亡等。整個(gè)過程可能受到正常或惡性細(xì)胞產(chǎn)生的生長因子的調(diào)節(jié)。PGRN在不同類型的癌癥中具有顯著的生物學(xué)效應(yīng)，目前已被證實(shí)PGRN通過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程和磷酸化黏著斑激酶促進(jìn)癌細(xì)胞的遷移和侵襲[22]。

有研究報(bào)道，在NSCLC患者切除的局部腫瘤組織中，PGRN的表達(dá)水平與生存期呈負(fù)相關(guān)；此外，Ⅲb/Ⅳ期NSCLC患者血清PGRN水平較對照組升高[23]，證明PGRN在NSCLC患者組織和血清中的表達(dá)可以作為預(yù)測疾病預(yù)后情況的生物標(biāo)志物。NAUMNIK等[24]研究發(fā)現(xiàn)，化療前NSCLC患者支氣管肺泡灌洗液的PGRN水平較健康對照者升高，且與腫瘤進(jìn)展時(shí)間呈正相關(guān)。但與先前的研究不同的是，沒有發(fā)現(xiàn)支氣管肺泡灌洗液中PGRN水平與腫瘤分期和化療效果的相關(guān)性，僅提示NSCLC患者支氣管肺泡灌洗液中PGRN水平可能是腫瘤進(jìn)展情況的預(yù)后因素。PGRN在肺部腫瘤細(xì)胞代謝中的確切機(jī)制及其成為肺癌進(jìn)展預(yù)后因子的潛力仍然存在爭議，需深入研究，進(jìn)一步探討PGRN在NSCLC中的重要作用。

3.4PGRN與急性肺損傷(ALI) ALI和急性呼吸窘迫綜合征是世界各地危重患者高病死率的重要原因，給人類帶來了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。ALI是一種肺部急性炎癥性疾病，其特征是促炎介質(zhì)的過度產(chǎn)生和肺泡上皮細(xì)胞的凋亡，控制異常炎癥和細(xì)胞凋亡有助于改善ALI患者的預(yù)后。

有研究指出，在脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷小鼠肺泡灌洗液中，存在大量中性粒細(xì)胞浸潤及炎性因子聚集，PGRN的半衰期約為40 h，以40 h的時(shí)間間隔給ALI小鼠注射PGRN，PGRN可以明顯阻止小鼠體質(zhì)量減輕和死亡，并呈劑量依賴性地阻止促炎因子的釋放[25]。有研究表明，支氣管肺泡灌洗液中可溶性TNFR水平增加與ALI患者預(yù)后不良有關(guān)[26]。通過阻斷PGRN與TNFR2的結(jié)合可以抑制其對ALI的保護(hù)作用，證明PGRN在ALI中發(fā)揮抗炎作用，且具有潛在的治療價(jià)值。

miR-34b-5p屬于微小RNA家族，主要在肺中表達(dá)。這些非編碼的單鏈RNA分子主要是通過阻斷信使RNA的翻譯或抑制蛋白質(zhì)的合成來調(diào)控基因表達(dá)，從而在細(xì)胞生長發(fā)育和凋亡過程中發(fā)揮重要作用[27]。有研究報(bào)道，抑制miR-34b-5p翻譯mRNA可以靶向上調(diào)PGRN表達(dá)水平，從而減輕ALI小鼠模型中的肺部炎癥和細(xì)胞凋亡[28]。以上研究提示，miR-34b-5p和PGRN可能是ALI治療的潛在靶點(diǎn)。

4 小結(jié)與展望

Atsttrin蛋白是一種由3個(gè)PGRN片段組成的工程蛋白，與TNFR2親和力更高，并且比天然PGRN更有活性。除了在炎癥性疾病中阻斷TNF與TNFR的結(jié)合外，Atsttrin蛋白還可以通過與PGRN競爭結(jié)合TNFR來抑制PGRN介導(dǎo)的癌細(xì)胞增殖，這為進(jìn)一步探索PGRN單克隆抗體的制備及PGRN對RNA的干擾作用的研究提供了基礎(chǔ)。

綜上所述，PGRN在呼吸系統(tǒng)相關(guān)疾病中發(fā)揮重要作用，其在炎性反應(yīng)中的機(jī)制作用復(fù)雜，隨著對炎癥調(diào)控機(jī)制的深入研究，PGRN會(huì)隨著不同的炎癥部位、炎性介質(zhì)及所處不同的炎癥階段，通過不同的關(guān)鍵信號(hào)通路，在多種疾病中發(fā)揮抗炎或促炎作用。目前，PGRN在呼吸系統(tǒng)疾病中的基礎(chǔ)研究較少，需要進(jìn)一步擴(kuò)大研究，以期為呼吸系統(tǒng)疾病帶來新的治療靶點(diǎn)。