劉俊彥，李玉英，呂學軍，趙維，錢桂生(第三軍醫(yī)大學新橋醫(yī)院全軍呼吸內科研究所，重慶 400037)

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COPD患者急性加重期呼吸道分泌性白細胞蛋白酶抑制劑含量調節(jié)機制研究進展

劉俊彥，李玉英，呂學軍，趙維，錢桂生(第三軍醫(yī)大學新橋醫(yī)院全軍呼吸內科研究所，重慶 400037)

摘要：慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者穩(wěn)定期呼吸道內分泌性白細胞蛋白酶抑制劑(SLPI)含量增加，急性加重期反而下降，這種現(xiàn)象以蛋白酶的反向調節(jié)、TGF-β1/Smads信號通路的下調、病原體多種機制參與SLPI含量的調控等假說為主，但確切機制尚未完全闡明。

關鍵詞：慢性阻塞性肺疾??；分泌性白細胞蛋白酶抑制劑；中性粒細胞彈性蛋白酶；轉化生長因子β

慢性阻塞性肺疾病(COPD)急性發(fā)作原因多為病毒或細菌的感染，導致患者癥狀的惡化，甚至死亡[1]。COPD患者急性加重期的治療效果不佳，因此其機制研究對于進一步闡明病理生理過程、指導臨床治療、改善患者的生活質量尤為必要。蛋白酶/抗蛋白酶系統(tǒng)失衡是除炎癥和氧化應激外，COPD的另一種重要致病因素，這種失衡在COPD急性加重期更為嚴重[2]。分泌性白細胞蛋白酶抑制劑(SLPI)是一種人類支氣管上皮細胞、肺泡上皮細胞、漿液細胞和巨噬細胞分泌的蛋白酶抑制劑，其主要功能是調節(jié)/抑制彈性蛋白酶的活性，還對組織蛋白酶G等多種蛋白酶具有抑制作用，具有抗炎、抗菌和免疫調節(jié)功能，故在COPD的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。此外，SLPI在急性呼吸窘迫綜合征、哮喘、肺癌、囊性纖維化和其他系統(tǒng)疾病中也有一定的作用。研究[3,4]發(fā)現(xiàn)，吸煙者和COPD患者氣道/痰液中SLPI含量增加，而COPD患者急性加重期痰液中SLPI的含量下降，SLPI這種隨病情變化的兩相變化機制目前仍沒有確切報道，以蛋白酶的反向調節(jié)、TGF-β1/Smads信號通路的下調、病原體多種機制參與SLPI含量的調控等假說為主?，F(xiàn)就COPD患者急性加重期呼吸道內SLPI含量調節(jié)機制的研究進展綜述如下。

1蛋白酶的調控

中性粒細胞彈性蛋白酶(NE)為SLPI生物學作用的主要靶目標，是絲氨酸蛋白酶中的一種，是COPD患者氣道重構、肺組織破壞和炎癥反應的重要因素之一。COPD患者血漿NE水平增加，且急性發(fā)作期的水平明顯升高。通過對鼻腔上皮細胞和支氣管上皮細胞等多種細胞系的體外實驗研究[4]發(fā)現(xiàn)，SLPI和NE之間存在反比關系。暴露較未暴露于NE細胞上清液中SLPI的濃度低，但NE誘導呼吸道上皮細胞SLPI基因表達增強。因此認為NE誘導SLPI水平的下降主要涉及到轉錄后事件。鼻腔上皮細胞的免疫組織化學研究[4]表明，用NE處理過的細胞比未處理過的細胞表達的SLPI蛋白體積增加。目前對這一現(xiàn)象解釋較為認可的是電荷假說，該假說認為NE對于SLPI分布的誘導是由于SLPI與攜帶正電荷的NE結合，使游離的SLPI含量下降，由于SLPI也攜帶正電荷[5]，因此這種NE-SLPI復合體比SLPI單獨存在時帶有更多的正電荷[4]，更易于結合到帶負電荷的細胞表面。細菌或病毒感染是下呼吸道NE分泌強有力的刺激因素[5]，COPD急性加重期時患者氣道內NE負荷增加，導致NE-SLPI復合體大量形成，氣道內游離的SLPI減少?；颊呓浄e極治療病情穩(wěn)定后，NE的含量下降，而SLPI的含量復升。該機制是COPD急性加重期SLPI下降的主要機制之一。但該假說對于SLPI下降機制的解釋并不是盡善盡美，COPD急性發(fā)作頻繁會導致患者痰液中SLPI的濃度降低，即使患者病情穩(wěn)定后這種效應仍持續(xù)存在[6]；頻發(fā)發(fā)作(≥3次/年)的患者較不頻發(fā)發(fā)作(≤2次/年)的患者痰液中SLPI濃度低[3]，因此NE-SLPI復合體的形成可能對SLPI下降起到一定的作用，但這不是絕對和惟一的因素。

SLPI的肽鏈結構含有兩個高度同源的結構域，每個結構域內有4對二硫鍵，是SLPI對蛋白水解酶穩(wěn)定的主要原因[7]。SLPI的抗蛋白酶活性定位于C-端結構域[8],而抗菌活性定位于氨基末端[9]。SLPI分子第72位亮氨酸基團是抑制NE的的主要基團，而73位的甲硫氨酸基團容易被氧化失活，對NE不起作用，67～74位殘基之間的區(qū)域可以作為許多蛋白酶的對接區(qū)。組織蛋白酶B、L、S均屬于半胱氨酸蛋白酶，由巨噬細胞、成纖維細胞產生，在吸煙者和COPD患者氣道內活性增加。組織蛋白酶B、L、S能夠水解SLPI Thr67-Tyr68之間的區(qū)域，隨后再去除68～74位殘基，這是導致SLPI裂解失活的重要原因[7]。除了組織蛋白酶B、L、S，SLPI還受到NE[10]和基質金屬蛋白酶12[11]的裂解。NE只裂解氧化的SLPI，對活性狀態(tài)的SLPI不產生影響。因此我們推測，COPD急性加重期患者氧化應激形成大量氧化形式的SLPI被NE裂解滅活，導致SLPI含量下降。COPD患者長期存在氧化應激，吸煙者和非頻繁急性發(fā)作COPD患者氣道內SLPI含量較正常人升高，所以NE對氧化SLPI的裂解可能是SLPI正常代謝的結局，但可以肯定的是，在COPD急性加重期患者，巨噬細胞大量活化導致組織蛋白酶等的產生增加，氧化型SLPI的裂解滅活也將隨之增加。

NE作為SLPI生物學作用的主要靶目標，在SLPI的調節(jié)中伴有重要角色，除了以上所述的電荷假說和蛋白酶的滅活外，還可能是由于NE暴露后導致SLPI結合到annexin Ⅱ蛋白[12]和scramblas蛋白[13]的表面，而這些蛋白可能在NE存在時被上調或暴露了結構域。已知人體內存在一種NE-α1-AT(α1-抗胰蛋白酶)復合體的特異性受體，推測它也可能與SLPI-NE結合，進一步導致SLPI含量的下降。

2 TGF-β1/Smads信號通路的調控

氣道重塑、炎癥和纖維化是COPD的主要病理機制，目前還沒有有效的治療方法。已證實轉化生長因子β(TGF-β)在COPD氣道重塑和肺血管內皮細胞凋亡中發(fā)揮重要作用[14]。COPD患者氣道慢性炎癥長期存在，炎癥條件下細菌脂多糖(LPS)、IL-1、腫瘤壞死因子(TNF)和NE可誘導SLPI的表達上調[12]，而抗炎細胞因子TGF-β則降低SLPI表達[15]。COPD急性加重期患者氣道炎癥水平增加，TGF-β水平較穩(wěn)定期升高[16]。Smad4蛋白隨著TGF-β1水平的升高而增加，因此SLPI含量的下降與TGF-β1/Smads信號通路下調支氣管上皮細胞SLPI的表達有關[15,17]。

此外，COPD患者長期存在慢性缺氧，當合并感染急性加重時通氣和彌散功能更差。體外實驗[18]中，支氣管上皮細胞在缺氧環(huán)境下能夠增加TGF-β1的表達，SLPI的含量相應下降，給予TGF-β1中和抗體能部分恢復SLPI在缺氧環(huán)境下的產生，該機制可能與缺氧誘導因子1α(HIF-1α)累積后導致TGF-β1的表達增加有關。因此，TGF-β1參與COPD急性加重期SLPI的下調，但具體的調控機制未見相關文獻報道。

SLPI能誘導巨噬細胞抗炎/修復因子TGF-β和IL-10的產生[19]。人體內穩(wěn)態(tài)的維持涉及的調控機制非常復雜，SLPI與TGF-β之間的關系可能是一種自身調節(jié)或反饋環(huán)路，SLPI誘導抗炎/修復細胞因子的產生，而相應的產物(如TGF-β)又作用于SLPI，防止抗炎反應過度造成穩(wěn)態(tài)的失衡。結合以上SLPI-NE之間的相互作用，所以我們推測SLPI含量的兩相變化是由于人體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調節(jié)引起的，由于SLPI靶目標較為廣泛，因此SLPI含量的調節(jié)可能涉及多個負反饋環(huán)路，這可能也是至今SLPI兩相變化機制未明的原因之一 。

3病原體的調控

腺病毒感染是COPD患者急性加重的重要危險因素，腺病毒感染的COPD急性加重期患者癥狀緩解后，病毒仍長期存在于患者的氣道上皮細胞內。IL-1β刺激COPD患者氣道內SLPI的表達。研究[20]發(fā)現(xiàn)，在離體培養(yǎng)的A549細胞和原代人支氣管上皮細胞中，腺病毒反式激活蛋白(E1A)明顯抑制IL-1β刺激下A549細胞SLPI的分泌。原因是在SLPI的啟動子區(qū)域存在一個干擾素調節(jié)因子1(IRF-1)結合位點，腺病毒進入細胞后激活干擾素調節(jié)因子，使IRF-1的表達增加，抑制SLPI的表達[21]。

研究[8]發(fā)現(xiàn)，SLPI容易被某些病原體自身或誘導產生的蛋白酶滅活，如毛滴蟲蛋白酶在體內激活后對抗SLPI，導致宮頸局部SLPI濃度的下降[22]；除了基質金屬蛋白酶12，銅綠假單胞菌誘導產生的基質金屬彈性蛋白酶也可以裂解SLPI。鼻病毒感染后繼發(fā)細菌感染的患者，SLPI含量與細菌負荷呈負相關，細菌蛋白酶對SLPI的直接滅活，聯(lián)合細菌的入侵導致巨噬細胞大量激活，使組織蛋白酶等上調，共同加重了SLPI含量的下降[23]。有研究者認為[8]SLPI的抗菌活性源于其攜帶的正電荷。因此，除了我們推測的SLPI下降使COPD患者對細菌的易感性增加外，還可以認為SLPI與細菌相互對抗，甚至在COPD患者急性發(fā)作時，短時間內受到大量細菌侵襲或定植菌/正常菌群乘虛而入，細菌負荷急劇增加，SLPI含量明顯下降。

除了上述研究較多的三種主要影響因素外，巨噬細胞也可以導入外源SLPI進入到細胞質和細胞核中[4]，使細胞外的SLPI含量相對下降。

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(收稿日期：2015-07-04)

中圖分類號：R563

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2016)11-0099-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.11.039