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呼吸系统疾病中颗粒蛋白前体的研究进展

2020-08-12 1081 上传者：管理员

关键词：
呼吸系统疾病
炎性反应
肿瘤坏死因子α
颗粒蛋白前体
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由于空气污染、吸烟、老龄化进程的加快，以及耐药病原菌不断产生，呼吸系统疾病的防控形势愈发严峻。如何提高呼吸系统疾病的诊治水平，改善呼吸系统疾病造成的社会、经济负担，已成为刻不容缓的问题。颗粒蛋白前体（PGRN）是一种多功能蛋白，在上皮细胞和髓样细胞中高度表达，在组织发育、增殖、再生和宿主防御反应的动态平衡中发挥维持和调节作用。现阶段对PGRN的研究主要集中于慢性炎症性疾病和神经退行性疾病，对于呼吸系统疾病的研究较少。本文将近年来国内外PGRN与呼吸系统疾病的研究进行归纳，对PGRN的结构分布、生物学功能及与呼吸系统疾病的相关性做如下综述。

1、PGRN的结构及基因定位

PGRN是一种多功能分泌型糖蛋白，也被称为颗粒蛋白-上皮蛋白前体，原上皮蛋白或前列腺癌细胞衍生的生长因子[1]。颗粒蛋白（GRN）基因编码人类PGRN，定位于染色体17q21.32，含有12个外显子，可以产生3种异构体[2]。全长的PGRN具有独特的串珠结构，由7.5个富含半胱氨酸的GRN结构域（CX5-6CX5CCX8CCX6CCXDX2HCCPX4CX5-6C）串联重复组成。PGRN内部包含较多二硫键，这对于保持适当的蛋白质折叠和独特构象至关重要，如每个GRN结构域在空间结构上均通过6个二硫键紧密连接，由4个β“发夹”结构成梯形排列[1,3]。PGRN的相对分子质量为68.5×103，可以被多种蛋白水解酶在GRN结构域之间的连接区裂解，裂解后可以释放相对分子质量约为6×103的单体GRN多肽片段[3]。

2、PGRN的分布及生物学功能

PRGN在多种细胞中表达，如造血细胞、上皮细胞、免疫细胞、巨噬细胞、神经元细胞等，还在多种组织中表达，包括软骨、骨骼肌、肺实质与脂肪组织[1]。多个研究已经证实PGRN在免疫、炎症、感染调节、伤口愈合、血管生成、肿瘤发生、神经保护等过程中发挥关键作用[2,3]。值得注意的是，完整的PGRN可以被基质金属蛋白酶（MMP)9、MMP12、MMP14、蛋白酶3、中性粒细胞弹性蛋白酶裂解形成PGRN和GRN，在组织细胞中发挥不同的作用[1]。已有研究证明，局部给予重组PGRN可以有效抑制体内中性粒细胞炎性因子的生成，表明PGRN是一种重要的抗炎介质[4]。与之相反的是在裂解过程中形成的GRN具有促炎的特性，可以中和PGRN的抗炎作用。GRN可以刺激上皮细胞分泌白细胞介素（IL)-8，导致中性粒细胞的吞噬和杀菌作用增加[4]。同样也存在一些分子抑制PGRN的水解，分泌性白细胞蛋白酶抑制剂和载脂蛋白A1可以直接与PGRN结合并阻断其被中性粒细胞弹性蛋白酶裂解[5]。因此，PGRN和GRN之间的平衡是PGRN在炎性反应中发挥抗炎作用的重要影响因素。

2.1PGRN的神经保护作用

在中枢神经系统中，PGRN参与神经保护和神经炎症的调节。额颞叶痴呆（FTD）已被证实与GRN基因的功能缺失密切相关[6]。ARRANT等[7]报道，提高神经元PGRN水平可以纠正FTD小鼠模型的行为缺陷，而耗尽神经元PGRN可以造成FTD小鼠模型的行为缺陷。亦有研究报道，测定脑脊液和血清PGRN水平可以用于FTD患者的早期诊断和治疗[8]。这表明PGRN不仅是治疗因GRN突变引起的FTD的一个重要靶点，还是一个预测病情的临床标志物。

2.2PGRN的抗炎作用

在类风湿关节炎、炎症性肠病、脓毒血症、急性肺损伤等多种疾病中，PGRN可发挥抗炎作用。TANG等[9]发现在胶原诱导的小鼠类风湿关节炎模型中，PGRN基因敲除小鼠表现出更严重的关节炎表型，而局部注射重组PGRN抑制了这些PGRN基因缺陷小鼠的疾病进展，同时证实了PGRN通过与肿瘤坏死因子受体（TNFR）结合，从而阻断肿瘤坏死因子（TNF）-α与TNFR的结合，抑制下游信号通路活化而发挥抗炎作用[9]。WEI等[10]通过在小鼠结肠炎模型应用重组PGRN试验，发现重组PGRN通过IL-10和TNFR2途径在结肠炎中发挥保护作用，充分抑制炎症。亦有研究证实，PGRN可以与Toll样受体9在巨噬细胞中结合，协助聚集CpG寡核苷酸从而加强天然免疫反应，消除炎症[11]。

2.3PGRN的促炎作用

在急性皮肤损伤后，PGRN在真皮成纤维细胞和内皮细胞中表达增加，外源性PGRN可以通过促进中性粒细胞和巨噬细胞聚集，来参与动物伤口模型中真皮成纤维细胞和内皮细胞的迁移和血管生成[12]。说明PGRN是一种在伤口愈合中起促炎作用的生长因子。近年来，PGRN还被认为是一种重要的脂肪因子在各种代谢性疾病中起促炎作用，有研究者发现肥胖患者内脏脂肪组织中PGRN的水平及血液中PGRN的水平升高，且IL-6是PGRN的独立影响因素，提示PGRN可能通过与IL-6相互作用参与肥胖相关的胰岛素抵抗[13]。

3、PGRN与呼吸系统疾病

PGRN作为一种多功能免疫调节因子，与多种疾病紧密联系，在临床上可以预测病情的严重程度，更好地指导治疗。PGRN通过参与炎症调控和肿瘤的发生、发展，提示其在呼吸系统疾病中可能具有重要作用。

3.1PGRN与哮喘

哮喘是我国重点监测、防治的慢性病之一，气道高反应性是哮喘最主要的特点。TNF-α在哮喘患者体内大量产生，可以直接改变气道平滑肌的特性，促进炎性介质释放而表现为气道高反应性[14]。有研究发现，哮喘患者的血清PGRN水平与健康对照组比较明显降低，且与中性粒细胞水平呈负相关，提示高水平的PGRN可能对中性粒细胞导致的气道炎症有抑制作用；另外，通过相关性分析还发现，血清PGRN水平与肺功能呈正相关，表明血清PGRN可作为哮喘气流阻塞的指标[15]。

LIN等[16]报道，将小鼠给予TNF-α灌胃治疗后，在氨气刺激下的小鼠咳嗽的频率较治疗前增加，且具有持续性效应，提示咳嗽反应的增加是由TNF-α诱导的超敏反应引起的；同时，TNFR通过双纯合子突变小鼠的气道炎症和TNF-α灌胃治疗后引起的支气管病变和肺部感觉神经元超敏反应均被消除，表明TNFR与TNF-α结合激活相关下游路径改善气道炎症。前文已经论述PGRN可以选择性通过与TN-FR1/2结合而发挥抗炎效应，均提示PGRN在哮喘中可能改善气道高反应性，提示外源性应用PGRN可能成为哮喘的治疗方法。

3.2PGRN与慢性阻塞性肺疾病（COPD)

随着人口老龄化进程的加快和环境恶化，COPD已经成为严重影响人类健康的慢性疾病。对COPD发病机制的深入探索，有助于提高对疾病的认识及评估。有研究报道，PGRN在香烟诱导的肺气肿小鼠模型肺泡上皮细胞中表达明显升高，通过敲除或过表达PGRN基因，观察香烟诱导的肺泡上皮细胞凋亡情况，发现PGRN可以通过调节内质网应激保护肺泡上皮细胞，减少细胞凋亡[17]，提示PGRN在COPD的发生、发展中具有关键作用。UNGURS等[18]通过检测COPD患者痰液中的PGRN水平，发现PGRN与痰液中细菌负荷及中性粒细胞液中炎性标志物水平呈负相关，还证实PGRN作为中性粒细胞弹性蛋白酶和蛋白酶3等蛋白水解酶的底物，被消化后释放GRN多肽，增加炎性因子的表达，阻止PGRN发挥其抗炎作用而导致慢性炎症。

COPD患者体内炎性反应的特征是炎性细胞数量和促炎性细胞因子释放增加，其中发挥重要作用的是中性粒细胞[19]。PGRN在中性粒细胞中高表达。有研究报道，与COPD稳定期患者及对照组患者比较，COPD急性加重期（AECOPD）患者血浆PGRN水平升高，且与第1秒用力呼气容积占预计值百分比呈负相关[20]。提示PGRN是评价气道阻塞的一个潜在标志物。AECOPD患者发生细菌感染时气道上皮中性粒细胞活化，从而使PGRN基因表达上调[21]，提示PGRN可能通过干扰炎性反应参与AECOPD的发病过程。有研究报道，COPD患者治疗后血浆PGRN水平下降，通过相关性分析发现血浆PGRN水平与超敏C反应蛋白呈正相关[20]。以上研究证实血清PGRN也可以作为评估COPD病情严重程度的重要指标，监测其水平变化可以更好地指导治疗。上述研究均为小样本的单中心研究，尚未能阐明PGRN参与COPD慢性炎症的明确机制，需要进一步扩大样本量研究PGRN在痰液、肺泡灌洗液、气道上皮细胞和肺组织中的表达差异，深入探讨PGRN在COPD发病机制中所起的作用。

3.3PGRN与非小细胞肺癌（NSCLC)

肿瘤的发生、发展过程包括持续促进细胞增殖、转移和侵袭，逃避肿瘤抑制因子，刺激新生血管生成及避免细胞死亡等。整个过程可能受到正常或恶性细胞产生的生长因子的调节。PGRN在不同类型的癌症中具有显著的生物学效应，目前已被证实PGRN通过上皮-间质转化过程和磷酸化黏着斑激酶促进癌细胞的迁移和侵袭[22]。

有研究报道，在NSCLC患者切除的局部肿瘤组织中，PGRN的表达水平与生存期呈负相关；此外，Ⅲb/Ⅳ期NSCLC患者血清PGRN水平较对照组升高[23]，证明PGRN在NSCLC患者组织和血清中的表达可以作为预测疾病预后情况的生物标志物。NAUMNIK等[24]研究发现，化疗前NSCLC患者支气管肺泡灌洗液的PGRN水平较健康对照者升高，且与肿瘤进展时间呈正相关。但与先前的研究不同的是，没有发现支气管肺泡灌洗液中PGRN水平与肿瘤分期和化疗效果的相关性，仅提示NSCLC患者支气管肺泡灌洗液中PGRN水平可能是肿瘤进展情况的预后因素。PGRN在肺部肿瘤细胞代谢中的确切机制及其成为肺癌进展预后因子的潜力仍然存在争议，需深入研究，进一步探讨PGRN在NSCLC中的重要作用。

3.4PGRN与急性肺损伤（ALI)

ALI和急性呼吸窘迫综合征是世界各地危重患者高病死率的重要原因，给人类带来了巨大的社会和经济负担。ALI是一种肺部急性炎症性疾病，其特征是促炎介质的过度产生和肺泡上皮细胞的凋亡，控制异常炎症和细胞凋亡有助于改善ALI患者的预后。

有研究指出，在脂多糖诱导的急性肺损伤小鼠肺泡灌洗液中，存在大量中性粒细胞浸润及炎性因子聚集，PGRN的半衰期约为40h，以40h的时间间隔给ALI小鼠注射PGRN,PGRN可以明显阻止小鼠体质量减轻和死亡，并呈剂量依赖性地阻止促炎因子的释放[25]。有研究表明，支气管肺泡灌洗液中可溶性TNFR水平增加与ALI患者预后不良有关[26]。通过阻断PGRN与TNFR2的结合可以抑制其对ALI的保护作用，证明PGRN在ALI中发挥抗炎作用，且具有潜在的治疗价值。

miR-34b-5p属于微小RNA家族，主要在肺中表达。这些非编码的单链RNA分子主要是通过阻断信使RNA的翻译或抑制蛋白质的合成来调控基因表达，从而在细胞生长发育和凋亡过程中发挥重要作用[27]。有研究报道，抑制miR-34b-5p翻译mRNA可以靶向上调PGRN表达水平，从而减轻ALI小鼠模型中的肺部炎症和细胞凋亡[28]。以上研究提示，miR-34b-5p和PGRN可能是ALI治疗的潜在靶点。

4、小结与展望

Atsttrin蛋白是一种由3个PGRN片段组成的工程蛋白，与TNFR2亲和力更高，并且比天然PGRN更有活性。除了在炎症性疾病中阻断TNF与TNFR的结合外，Atsttrin蛋白还可以通过与PGRN竞争结合TNFR来抑制PGRN介导的癌细胞增殖，这为进一步探索PGRN单克隆抗体的制备及PGRN对RNA的干扰作用的研究提供了基础。

综上所述，PGRN在呼吸系统相关疾病中发挥重要作用，其在炎性反应中的机制作用复杂，随着对炎症调控机制的深入研究，PGRN会随着不同的炎症部位、炎性介质及所处不同的炎症阶段，通过不同的关键信号通路，在多种疾病中发挥抗炎或促炎作用。目前，PGRN在呼吸系统疾病中的基础研究较少，需要进一步扩大研究，以期为呼吸系统疾病带来新的治疗靶点。

周利航,王导新.颗粒蛋白前体在呼吸系统疾病中的研究进展[J].检验医学与临床,2020,17(15):2245-2248.