α抗胰蛋白酶研究進展

杜金洋， 張珺瑤， 神和倩， 高 晗， 尹 嬌， 張 玉， 郭 鑫， 呂威志， 楊東英

(德州學院醫(yī)藥與護理學院，山東 德州 253023)

α-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin或AAT)是一種主要由肝細胞滑面內質網(wǎng)聯(lián)合高爾基復合體共同參與合成的血漿蛋白，參與血漿蛋白酶活性的負性調節(jié)，抑制蛋白酶過度活化引起的組織損傷，因此被稱為α-蛋白酶抑制劑[1-2]。因AAT與蛋白酶活性中心的結合模式和蛋白酶-底物的結合模式相似，所以在酶抑制過程中，ATT與目標酶結合形成AAT-蛋白酶的共價復合物，啟動蛋白酶裂解程序[3]。

1 AAT的理化性質

AAT主要是由肝細胞合成的一種絲氨酸蛋白酶抑制蛋白，肺泡巨噬細胞、單核細胞以及上皮細胞也可以合成，相對分子質量為52 kD，正常人體內血清中 AAT 濃度的參考值是( 2.90±0.51) g/L，但人體內 AAT 濃度會隨著蛋白酶抑制表型變化而不同[4]。AAT在正常的血漿中能抑制90%以上的蛋白酶活性，是人體內最重要的蛋白酶抑制物，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑家族的成員[4]。

AAT的主要功能有：(1)抑制多種絲氨酸的內切肽酶，比如凝血酶、纖溶酶、中性粒細胞彈性蛋白酶等；(2)抑制炎性反應的各個關鍵中間環(huán)節(jié)，如炎性細胞因子的生成過程以及各種炎性介質的合成和釋放過程等；(3)抑制多形核白細胞(PMN細胞)的激活[5]；(4)清除細胞毒性物質，如自由基和過氧化物，因而可以減輕蛋白酶激活導致的肺基地組織基質受損，保護組織細胞并有助于它的再生和修復。

2 AAT缺乏癥

編碼AAT的SERPINA1基因具有正常的蛋白質循環(huán)水平。有95%的重度AAT缺乏癥是由單一氨基酸Glu342Lys(Z等位基因)的純合子取代引起的，這種情況在25個歐洲血統(tǒng)的人中就有一個。輕度的AAT缺乏癥通常是由另一種Glu264Val(S等位基因)氨基酸替代導致的，這種基因在四分之一的伊比利亞半島人身上被發(fā)現(xiàn)。然而，許多其他等位基因對AAT也有不同的影響，如產生錯誤折疊的蛋白，或對循環(huán)AAT的水平和功能沒有影響。

2.1 AAT缺乏臨床表現(xiàn)

錯誤折疊的AAT會形成有序的聚合物，累積成肝細胞包涵體，這種錯誤折疊的蛋白質會導致蛋白質毒性應激和功能獲得性肝病。缺乏AAT導致中性粒細胞彈性酶(NE)過量，進而誘導黏蛋白的產生和分泌，并且誘導其他蛋白酶和炎癥細胞因子的表達。AAT不僅是一種抗蛋白酶，還是一種有效的抗炎劑，通過IL-8的相互作用調節(jié)中性粒細胞趨化、脫顆粒、自身免疫和凋亡。AAT被氧化、水解、裂解和聚合滅活。中性粒細胞增多，蛋白酶活性增強，結構損傷和易感性感染發(fā)生，導致組織損傷和肺氣腫。在此類患者中有20% ～ 36%患有臨床意義的肝纖維化，晚期纖維化的危險因素包括代謝綜合征和肥胖。對AAT嚴重缺失等位基因(PiZZ)的患者而言，飲酒的確切影響尚待確定，但現(xiàn)有證據(jù)表明，飲酒加劇疾病的發(fā)展。且α-抗胰蛋白酶缺乏癥(AATD)導致的肝肺問題更有可能因COVID-19感染而出現(xiàn)嚴重并發(fā)癥[6]。

AAT缺乏癥在肺部疾病上的臨床表現(xiàn)與非遺傳性肺氣腫無明顯區(qū)別。這就是約90%的病例從出現(xiàn)癥狀到確診的5～7年間仍未診斷出嚴重AAT缺乏癥的部分原因。中度吸煙和主要影響下葉的全腺性肺氣腫患者出現(xiàn)的早發(fā)性阻塞性肺疾病是與AAT缺乏癥相關的肺部疾病的典型臨床描述。

AAT缺乏主要會引發(fā)肝肺疾病，除此之外也會引起其他疾病。比如中性粒細胞性脂膜炎以及與抗中性粒細胞胞漿抗體有關的各類疾病。中性粒細胞性脂膜炎的特點是皮下結節(jié)疼痛，皮下存在中性粒細胞浸潤，它發(fā)生在少于1%的PiZZ基因型人群中。而與抗中性粒細胞胞漿抗體相關的問題有血管炎、慢性腎病、糖尿病、代謝改變，脂蛋白水平降至極低密度等。

2.2 AAT缺乏癥診斷

AAT缺乏癥診斷不僅要考慮肺部疾病患者，所有患有慢性阻塞性肺部疾病(COPD)、肝病、哮喘的不良反應、c-ANCN血管炎、脂膜炎或支氣管擴張的患者，還要考慮缺乏癥患者的直系親屬是否有患病風險。

對于肺部疾病，檢測的第一步是測定血清中的AAT水平。由于AAT是一種在感染或炎癥反應過程中會增加的急性期反應物，因此測量時應同時評估C反應蛋白。在C反應蛋白水平正常的情況下，血清水平高于或等于1.1 g/L可作為AAT狀態(tài)正常的證據(jù)。如果血清中AAT水平低于1.1 g/L，那么臨床醫(yī)生應該要求在專業(yè)實驗室進行表型或基因分型。在不確定的病例中，應進行基因測序?；颊邞撧D到專門的AAT缺乏癥中心進行咨詢，同時應當檢測自身AAT水平和基因分型。

對于肝臟疾病，所有的PiZZ攜帶者都應該在一個專門研究AAT缺乏癥的中心進行肝病檢測。鑒于其具有侵襲性，因此肝活檢不能用于無癥狀患者的監(jiān)測。瞬時彈性成像有助于排除晚期纖維化(F3或F4期)，但在較低水平纖維化時效果較差，其作用類似于天冬氨酸轉氨酶(AST)-血小板比率指數(shù)(APRI)。γ-谷氨酰轉移酶水平作為一種無創(chuàng)標記，其效果比APRI、FIB-4評分或轉氨酶測量更好。但這些生物標志物對于與AAT缺乏相關的肝臟疾病，臨界值仍有待確定。

2.3 AAT缺乏癥(AATD)治療

目前針對AAT缺乏癥最有效的策略是預防，因此早期的診斷很重要?；颊呖梢酝ㄟ^良好的生活習慣減少病發(fā)風險，并通過現(xiàn)有的治療手段獲益。目前實驗室主要采取血漿水平檢測、蛋白表型檢測、基因檢測和組織病理學檢測[7]四種檢測方式。對于兒童，尤其是一些早產兒來說，AAT缺乏癥的預防更為重要，因為他們抗胰蛋白酶水平較低，抗氧化酶活性和抗氧化劑水平較低，自身無法有效減輕炎癥發(fā)生，控制機體損傷后的修復過程。

由AAT缺乏引起的肺部疾病采用的治療方法與治療COPD相同。血漿純化AAT靜脈增強治療于1987年被美國食品和藥物管理局(FDA)批準，是目前唯一獲得許可的治療AAT缺乏癥的特異性療法。但沒有臨床療效的證據(jù)。經(jīng)過隨機、對照實驗后，將降低肺密度損失作為主要的治療結果。

與AAT突變相關的肝病會因次要因素(如脂肪和酒精)而加重影響肝功能。因此建議人們注意保持正常體重指數(shù)，并在建議范圍內飲酒。患有與AAT缺乏有關的晚期肝病患者應該戒酒。除了針對晚期患者進行器官移植，目前沒有一種療法被批準用于AAT缺乏癥相關的肝臟疾病。

AAT缺乏癥患者發(fā)生肺氣腫與嗜中性粒細胞絲氨酸蛋白酶失去控制有關，可以通過補充AAT的方法來抑制絲氨酸蛋白酶的活性。很多國家將靜脈注射AAT作為緩解血漿嚴重不足的主要方法。AAT可以利用層析技術從血漿中分離或通過基因重組技術得到。為使AAT保持有效的濃度，患者需要定期補充，靜脈注射ATT劑量大約是60 mg/kg/周[8]。

2.4 衰老對AATD表現(xiàn)的影響

AATD占COPD病例的2%，功能喪失和功能獲得是最常見的重度缺陷特征，兩者都是促炎狀態(tài)，與組織損傷無關。AATD的許多疾病在老年患者中臨床表現(xiàn)更為明顯，而且AAT缺乏癥患者出現(xiàn)其他慢性炎癥的情況高于預期，AAT缺乏癥的炎癥和一些AAT缺乏癥相關的病例過程具有加速衰老的特征。

AATD與加速老化有許多共同特點。肺部存在系統(tǒng)性和局部性的慢性炎癥，比非遺傳性COPD更嚴重，尤其是中性粒細胞趨化劑，如LTB4和IL-8。AAT可以通過直接結合的方式抑制IL-8的作用，將IL-8從其受體CXCR-1和CXCR-2分離出來。中性粒細胞彈性酶可增加內皮細胞、上皮細胞和免疫細胞上LTB4的產生和相關的BLT1的表達。與此相一致的是，PiZZ型α抗胰蛋白酶缺乏癥患者的中性粒細胞與LTB4反應時，黏附和脫顆粒增加。

3 AAT對COVID-19起治療效果的假設

3.1 已知的AAT對機體的保護作用

AAT最明顯的的作用是對嗜中性粒細胞彈性蛋白酶(NE)的抑制作用，NE對肺組織的危害非常大。AAT蛋白由三個β-薄片(a-c)和一個反應環(huán)組成。NE與活性環(huán)結合，接近β-薄片a，形成一個不可逆的復合物，促進對NE的抑制。

AAT還可以降低胚胎毒性，有助于妊娠。研究發(fā)現(xiàn)AAT在口服避孕藥的女性中明顯更高，這表明其對雌激素有反應，而且婦女在懷孕期間AAT水平升高，在34～ 38周達到峰值，在產后期間下降[9]。

AAT也被稱為B淋巴細胞調節(jié)劑，在LPS刺激下，AAT降低了B淋巴細胞的活化，Ki-67+b細胞的數(shù)量、IgM的釋放和活化標志物CD40和CD19的表達。

AAT對病毒感染也有保護作用。2001年，Shapiro等人的研究中發(fā)現(xiàn)，蛋白酶抑制劑減弱了HIV在核細胞中的復制。AAT 20aa殘基的一個小c端被稱為“病毒抑制肽”，可以與HIV包膜糖蛋白gp41結合，阻止病毒進入宿主細胞。病毒抑制肽在體內也有抗HIV的活性。

3.2 AAT拮抗COVID-19的潛在機制

首先，AAT可以抵御包括RNA在內的微生物，可以增強宿主對多種病原體的免疫力，比如HIV、流感、銅綠假單胞菌以及細胞內分枝桿菌。AAT還可以抑制TMPRSS2 (protease transmembrane protease,serine 2)阻止SARS-CoV-2進入細胞。可能導致致命疾病的冠狀病毒利用宿主細胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS-2來處理病毒刺突蛋白，使它能夠與細胞表面結合。一定生理濃度的AAT可以有效抑制TMPRSS-2的活性，因而可以在一定程度上阻止冠狀病毒進入宿主細胞。此外，AAT還具有強大的抗炎活性，AAT通過結合IkBα或抑制IkBα泛素化，抑制促炎轉錄因子NFkB活化，從而減輕炎癥反應[10-12]。AAT還可以通過抑制凝血酶來延緩血栓的形成。

總結

AAT的主要功能是使蛋白水解酶失活，由于ATT經(jīng)常暴露于病原體并且具有高度的細胞免疫活性，其在肺組織中會不斷釋放。 對肺組織有害的NE的抑制是AAT最明顯的作用，因此可以推斷出AAT表達的變化可能與肺部疾病(如纖維化)有關。最近，隨著新型冠狀病毒在全球范圍內的流行，除了疫苗接種，研發(fā)新的治療藥物也迫在眉睫，最新研究表明，AAT可以通過與ACE2受體的結合而起到保護作用，免受COVID-19的感染，但這一研究僅僅處于起步階段，尚需深入開展例如等位基因變體，AAT水平和AAT突變與Covid-19臨床結果之間是否存在相關性等研究；有癥狀和無癥狀的SARS-CoV-2感染之間的AAT水平是否存在差異； SARS-CoV-2感染中是否存在與AAT增加有關的性別或年齡差異； AAT是否能夠抑制TMPRSS2介導的ACE2裂解等系列問題也需要深入探討研究。