張虎 孫婧 李璐璐 董競成

復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科,上海200040

纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor-1,PAI-1)是一種47 000的球狀單鏈糖蛋白,來源于絲氨酸蛋白酶抑制劑超家族,由379個(gè)氨基酸殘基組成,有3個(gè)β-折疊(A、B、C)和9個(gè)α-螺旋[1-2]。PAI-1基因存在多態(tài)性,其多態(tài)性(5G/4G)源于啟動(dòng)子區(qū)一個(gè)鳥嘌呤的插入/缺失,而在4G/4G純合子基因的患者體內(nèi),PAI-1蛋白表達(dá)水平較高[3]。該蛋白可在多個(gè)組織和細(xì)胞類型中合成,如肝臟、脾臟、脂肪細(xì)胞、血小板、巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞[4]。本文對PAI-1在與其相關(guān)聯(lián)疾病中的作用研究進(jìn)行總結(jié)。

1 PAI-1簡介

PAI-1作為絲氨酸蛋白酶抑制劑基因家族的進(jìn)化枝成員,是細(xì)胞周圍蛋白水解微環(huán)境的負(fù)調(diào)節(jié)因子之一。正常情況下,機(jī)體血凝塊中纖維蛋白溶解與細(xì)胞外周蛋白水解的作用受組織型纖溶酶原激活劑(tissue plasminogen activator,t-PA)和尿激酶型纖溶酶原激活劑(urokinasetype plasminogen activator,u-PA)調(diào)控。t-PA和u-PA通過激活纖維蛋白溶解蛋白酶(簡稱纖溶酶)對纖維蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行降解,防止血栓的產(chǎn)生。PAI-1是促凝血?jiǎng)?與二者形成共價(jià)鍵,抑制纖溶酶的活性和細(xì)胞外基質(zhì)的降解,并活化纖維蛋白,保證正常的凝血功能[5]。PAI-1還可通過與其他配體如細(xì)胞黏附蛋白、玻連蛋白結(jié)合來調(diào)節(jié)纖溶酶原的活性。作為體內(nèi)纖溶系統(tǒng)的主要調(diào)控因子,PAI-1的病理生理作用涉及細(xì)胞遷移、血栓形成、血管新生,參與腫瘤、病態(tài)肥胖、糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的發(fā)展(圖1)[6]。

圖1 PAI-1的病理生理作用示意圖

2 PAI-1對相關(guān)疾病的影響

2.1PAI-1對血栓的影響 纖溶系統(tǒng)的平衡對于心血管疾病患者動(dòng)脈內(nèi)血栓的形成有著決定性作用。受細(xì)胞因子如IL-6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)和轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)等的影響,PAI-1表達(dá)上調(diào),與t-PA、u-PA的動(dòng)態(tài)平衡被打破,血管局部纖維蛋白降解受限制,沉積加重,同時(shí)增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞血管黏附分子表達(dá),加速血栓的形成[7]。早期在冠狀動(dòng)脈組織的動(dòng)脈粥樣病變中發(fā)現(xiàn)了PAI-1的高表達(dá),ST段抬高的心肌梗死患者其5年內(nèi)的病死率與PAI-1的表達(dá)升高有關(guān)[8-9]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,PAI-1的升高與深靜脈血栓形成、冠狀動(dòng)脈疾病、心肌梗死相關(guān)[10]。當(dāng)小鼠敲除PAI-1后,其深靜脈血栓的消退速度明顯上升[11]。有學(xué)者通過對Toll樣受體4敲除小鼠制造主動(dòng)脈縮窄病理模型用以檢測小鼠血栓形成。造模4周后,對照小鼠體內(nèi)的PAI-1水平明顯升高,細(xì)胞黏附分子表達(dá)增加,核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)活性增強(qiáng),內(nèi)皮型一氧化氮合酶磷酸化程度下降,小鼠血栓形成的加重可能與升高的PAI-1調(diào)控Toll樣受體4/NF-κB有關(guān)[12]。由肝臟和脂肪組織分泌釋放的PAI-1阻止纖維蛋白溶解,較近的研究報(bào)道皮下脂肪組織與內(nèi)臟脂肪組織相比,表現(xiàn)出與高凝狀態(tài)具有更強(qiáng)的聯(lián)系,提示脂肪于解剖位置的沉積可影響血栓形成的類型,即內(nèi)臟脂肪組織多與動(dòng)脈血栓有關(guān),而皮下脂肪組織傾向于形成靜脈血栓[13]。早期對嚙齒動(dòng)物內(nèi)臟脂肪組織的研究中,肥胖伴隨明顯PAI-1的表達(dá)上調(diào)[14]。與低水平PAI-1小鼠相比,高表達(dá)PAI-1可使其在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全動(dòng)脈閉塞,說明PAI-1可能通過抑制纖維蛋白清除而增加血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)[15]。并且接受Roux-en-Y胃旁路手術(shù)的過肥胖患者體內(nèi)PAI-1水平明顯降低,現(xiàn)有研究常借促進(jìn)肥胖機(jī)體內(nèi)致炎細(xì)胞因子分泌對PAI-1與血栓的關(guān)系予以解釋[16]。

2.2PAI-1對糖尿病的影響 PAI-1抑制纖維蛋白溶解,除了參與血栓形成外,因其在脂肪細(xì)胞較高表達(dá),研究發(fā)現(xiàn)PAI-1隨脂肪的上調(diào)而累積,與胰島素抵抗呈正相關(guān)[17-18]。2型糖尿病的發(fā)展與加速的血栓性并發(fā)癥有關(guān),嚴(yán)重的腦血管疾病是導(dǎo)致患者死亡的主要原因。血栓性并發(fā)癥的患者體內(nèi)出現(xiàn)高水平的PAI-1,而同樣的高表達(dá)在糖尿病模型小鼠體內(nèi)得到驗(yàn)證[19]。Zheng等[20]通過對182例2型糖尿病患者的血清相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),糖尿病伴微血管病變患者體內(nèi)PAI-1升高的同時(shí)伴隨著炎癥因子如C反應(yīng)蛋白、IL-6等的升高,表明過量的PAI-1可能通過誘導(dǎo)炎癥促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙,提升促凝血因子表達(dá),抑制纖維蛋白溶解,使組織纖維化。隨后Sultan等[21]通過10年長期臨床觀察,也同樣發(fā)現(xiàn)這一特點(diǎn)。有學(xué)者對1 391例1型糖尿病伴視網(wǎng)膜血管病變患者血清進(jìn)行檢測,除C反應(yīng)蛋白、IL-6升高外,細(xì)胞黏附分子和血管黏附分子的表達(dá)也顯著升高,進(jìn)一步證明PAI-1可能通過誘發(fā)炎癥促進(jìn)凝血功能參與糖尿病的發(fā)生、發(fā)展(圖2)[22]。Guo等[23]經(jīng)對糖尿病小鼠予以脂聯(lián)素干預(yù),發(fā)現(xiàn)其PAI-1、TGF-β1、纖連蛋白等細(xì)胞因子表達(dá)均減少,清除了血管緊張素Ⅱ的刺激作用,抑制小鼠腎纖維化標(biāo)志物的表達(dá)并減緩小鼠腎小球硬化進(jìn)展。微小RNA作為血小板反應(yīng)性的重要分子標(biāo)志物,具有協(xié)調(diào)病理生理狀態(tài)的作用。近期研究認(rèn)為,miR-30c靶向于人類細(xì)胞中的PAI-1[24]。Luo等[25]由此細(xì)探miR-30c發(fā)現(xiàn)其主要表達(dá)于機(jī)體血小板,可直接靶向PAI-1的3'-UTR并對其表達(dá)產(chǎn)生負(fù)調(diào)節(jié)作用。高血糖環(huán)境可誘導(dǎo)miR-30c的抑制而增加2型糖尿病PAI-1的表達(dá)和血栓的形成。該學(xué)者使用lenti-miR-30c干預(yù)高脂喂飼的糖尿病模型小鼠發(fā)現(xiàn)PAI-1表達(dá)受到顯著抑制,小鼠動(dòng)脈血栓形成所需閉塞時(shí)間有所延長。

2.3PAI-1與癌癥 作為纖維蛋白溶解系統(tǒng)的重要成員,PAI-1對急性血栓形成起著關(guān)鍵作用。雖然以往的研究主要集中于PAI-1在血栓形成中的作用,實(shí)際上越來越多的證據(jù)表明PAI-1在癌癥中的作用仍不可忽視[26]。研究表明,PAI-1通過參與腫瘤細(xì)胞入侵和轉(zhuǎn)移、血管新生,推動(dòng)腫瘤的進(jìn)展[27]。如在HCV肝硬化細(xì)胞中PAI-1基因表達(dá)上調(diào),參與調(diào)控EGFR-ERK通路,使其下游MAPK激活炎癥因子和血管新生蛋白,促進(jìn)肝癌的發(fā)展[28-29]。Pavon等[30]通過免疫組織化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)PAI-1表達(dá)過高可增加頭頸癌轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn),可能的機(jī)制為PAI-1誘導(dǎo)纖維蛋白沉積,在癌細(xì)胞周圍形成臨時(shí)細(xì)胞外基質(zhì),為細(xì)胞遷移提供支架,同時(shí)介導(dǎo)PI3K/Akt通路干預(yù)頭頸癌細(xì)胞的遷移。Takayama等[31]從血管新生角度出發(fā),用PAI-1抑制劑SK-126反向研究惡性胸膜間皮瘤細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)ERK1/2通路的活性受到抑制的同時(shí),參與血管新生的相關(guān)細(xì)胞因子如血管內(nèi)皮生長因子、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、血小板衍生生長因子的表達(dá)下降。Kang等[32]發(fā)現(xiàn)PAI-1除了激活非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞ERK1/2通路活性外,Caspase-3的活性受到抑制,缺氧誘導(dǎo)因子1β和Smad3的分泌與表達(dá)也相應(yīng)增加(圖3)。

圖2 PAI-1對糖尿病的影響

圖3 PAI-1對癌癥的影響

2.4PAI-1與呼吸系統(tǒng)疾病

2.4.1PAI-1與哮喘 哮喘是氣道的慢性炎性疾病,反復(fù)發(fā)作可引起氣道重塑。其特征在于可逆的氣流阻塞和支氣管的高反應(yīng)性[33]。長期的慢性炎癥導(dǎo)致氣道損傷,凝血酶局部轉(zhuǎn)化纖維蛋白原為纖維蛋白,為正常氣道上皮修復(fù)所必需[34]。然而,在嚴(yán)重的哮喘中出現(xiàn)纖維蛋白含量的大幅增加可危及生命[35]。

報(bào)道指出,在過敏性哮喘患者痰液中PAI-1的含量明顯升高,且PAI-1水平的升高與肺功能不良有關(guān)[36]；攜帶多態(tài)等位PAI-1基因的哮喘患者(4G/4G)則表現(xiàn)出比5G/5G機(jī)體更為嚴(yán)重的哮喘癥狀,表明PAI-1可能通過相關(guān)途徑參與哮喘的氣道重塑[37-38]。當(dāng)小鼠PAI-1表達(dá)缺陷時(shí),膠原和纖維蛋白在肺組織的沉積顯著減少,可降解細(xì)胞外基質(zhì)的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)在肺組織和支氣管肺泡灌洗液中的含量有所提高[39]。Cho等[40]以肥大細(xì)胞作為切入點(diǎn)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),肥大細(xì)胞借由衍生的活性TGF-β1誘導(dǎo)IgE受體相交聯(lián),增強(qiáng)支氣管上皮細(xì)胞產(chǎn)生更多的PAI-1加重氣道重塑。通過給哮喘模型小鼠喂飼PAI-1抑制劑TM5275發(fā)現(xiàn)小鼠支氣管肺泡灌洗液內(nèi)嗜酸粒細(xì)胞數(shù)量和OVA-Ig E含量顯著減少。隨著OVA-Ig E水平的減少,受其調(diào)控分泌的IL-4、IL-5也相應(yīng)減少。由于PAI-1可通過與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白玻連蛋白結(jié)合,使得其無法與u-PA受體作用,促進(jìn)細(xì)胞遷移,加重氣道重塑[41]。隨后有學(xué)者進(jìn)一步檢測認(rèn)為PAI-1抑制劑改善哮喘氣道病變的潛在機(jī)制為阻斷PAI-1介導(dǎo)的炎性細(xì)胞遷移,具有較好的抗炎作用[42]。Tezuka等[43]運(yùn)用屋塵螨對小鼠進(jìn)行哮喘造模的同時(shí)予以新型PAI-1抑制劑IMD-4690干預(yù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明IMD-4690可通過抑制tPA和PAI-1的結(jié)合來加速PAI-1的活性形式向非活性形式的轉(zhuǎn)化,減少肺中Th2細(xì)胞因子(包括IL-4、IL-5和IL-13等)和TGF-β的產(chǎn)生,通過提升MMP-9/TIMP-1的比率來抑制小鼠的氣道重塑而無明顯的不良反應(yīng)。

2.4.2PAI-1與肺纖維化 肺纖維化是一種病因不明確,臨床以進(jìn)行性呼吸困難和低氧血癥為主要特征的慢性、進(jìn)行性間質(zhì)性疾病。其病變表現(xiàn)早期為彌漫性肺泡炎,最終肺組織多為大量凋亡的上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)[44-45]。以往研究認(rèn)為肺纖維化大多與TGF-β、TNF-α、MMP等有關(guān),而纖溶酶和MMP可通過降解細(xì)胞外基質(zhì)緩解病變進(jìn)展[46]。

早在1996年已有研究發(fā)現(xiàn)肺纖維化與升高的PAI-1相關(guān)[47]。緊接著PAI-1被報(bào)道參與受輻射誘導(dǎo)的組織損傷和纖維化的過程如腎小球病變(血栓、腎小球硬化)[48]。隨著研究的不斷深入,PAI-1與肺纖維化的關(guān)系也漸漸清晰。如Ghosh和Vaughan[49]、Omori等[50]先后分別發(fā)現(xiàn)PAI-1通過促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉積和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化參與肺纖維化的發(fā)展,同時(shí)與TGF-β存在某種聯(lián)系。機(jī)體由于吸收放射治療的輻射常誘發(fā)肺炎并極易進(jìn)一步發(fā)展為肺纖維化。Shioya等[51]對小鼠行胸部放療肺纖維化造模后發(fā)現(xiàn)支氣管肺泡灌洗液中PAI-1和TGF-β的含量顯著升高。而接受了抗TGF-β抗體干預(yù)的小鼠體內(nèi)的輻射誘導(dǎo)的PAI-1水平減少,表明PAI-1可能作為TGF-β的下游效應(yīng)器參與輻射誘導(dǎo)的組織纖維化的過程。

Shetty等[52]使用博來霉素干預(yù)小鼠進(jìn)行肺纖維化造模發(fā)現(xiàn),PAI-1和p53在肺泡上皮細(xì)胞中的表達(dá)均有提高,同時(shí)Sirt1表達(dá)減少伴隨p53的去乙?；脑鰪?qiáng)以及miR-34a表達(dá)的升高,而這些變化在給予窖蛋白1結(jié)構(gòu)域肽治療后可明顯改善。當(dāng)小鼠敲除PAI-1基因后,miR-34a幾乎不表達(dá)。當(dāng)miR-34a前體過表達(dá)時(shí),即使未予以博來霉素,仍發(fā)現(xiàn)p53、PAI-1以及肺泡上皮細(xì)胞凋亡的提升。

2.4.3PAI-1與COPD COPD是一類以不完全可逆氣流受限和氣道重塑為特點(diǎn)的常見慢性炎癥性疾病。COPD氣道炎癥的發(fā)病機(jī)制尚未闡明,主要為吸煙或感染激活氣道炎癥細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì),促進(jìn)炎癥細(xì)胞在氣道的聚集、活化,病變可涉及全部氣道、肺實(shí)質(zhì)及血管。

PAI-1調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移,誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)降解引發(fā)炎癥參與肺纖維化的進(jìn)展上文已詳述。早期有學(xué)者發(fā)現(xiàn)COPD患者痰中PAI-1的水平顯著升高,與肺功能呈負(fù)相關(guān),與IL-8水平呈正相關(guān)[53]。隨后Renckens等[54]發(fā)現(xiàn)在健康小鼠肺中過表達(dá)PAI-1可導(dǎo)致肺中TNF-α、IL-6、干擾素γ及KC表達(dá)的增加。IL-8和LTB4是COPD較為重要的炎癥標(biāo)志物,它們在痰中的濃度可在一定程度上反映疾病進(jìn)展[55-56]。PAI-1被報(bào)道可直接體外調(diào)節(jié)IL-8、LTB4的表達(dá),在暴露于香煙提取物或脂多糖后,siRNA靶向轉(zhuǎn)染PAI-1后,與未轉(zhuǎn)染的受暴露肺泡上皮細(xì)胞相比,其IL-8水平仍增加。雖相關(guān)機(jī)制尚不清楚,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明抑制PAI-1的合成可在一定程度上減弱炎癥因子的表達(dá)[57]。Waschki等[58]對COPD患者檢測甘油三酯、高密度脂蛋白膽固醇、血壓、超敏C反應(yīng)蛋白等代謝和心血管指標(biāo)后,發(fā)現(xiàn)患者表達(dá)高水平PAI-1的同時(shí),在不同程度上均具有高甘油三酯血癥和全身炎癥,由于甘油三酯和超敏C反應(yīng)蛋白的升高對心血管疾病的發(fā)展起著重要作用,故認(rèn)為PAI-1的升高不僅參與氣道重塑,還有可能增加潛在誘發(fā)心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

組蛋白去乙酰酶2(histone deacetylase 2,HDAC2)作為調(diào)節(jié)致炎基因表達(dá)以預(yù)防過量炎癥應(yīng)激的蛋白,其過表達(dá)可抑制脂多糖誘導(dǎo)的大鼠肺支氣管發(fā)育不良[59]。其也能通過c-Jun/PAI-1途徑減弱脂多糖誘導(dǎo)的PAI-1、TNF、人巨噬細(xì)胞炎性蛋白2的表達(dá)調(diào)節(jié)炎癥[60]。To等[61]在COPD患者痰液檢測到升高的PAI-1和NF-κB DNA結(jié)合活性,但是二者無明顯的關(guān)聯(lián)性。接著作者將siRNA HDAC2轉(zhuǎn)染至A549細(xì)胞中并予以TNF-α誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn),PAI-1的表達(dá)水平與未轉(zhuǎn)染的細(xì)胞相比顯著升高。當(dāng)A549細(xì)胞給予HDAC2抑制劑SC514時(shí)得出與轉(zhuǎn)染同樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。NF-κB的活性被報(bào)道隨COPD發(fā)展而升高,NF-κB p65作為HDAC2的潛在去乙?；悬c(diǎn),作者用TNF-α處理敲除HDAC2的A549細(xì)胞后,檢測乙酰化NF-κB與總NF-κB的比值。敲除了HDAC2的A549細(xì)胞乙酰化NF-κB顯著升高,即比值大于對照組。以上結(jié)果表明HDAC2可調(diào)控受PAI-1激活NF-κB而誘發(fā)的COPD,PAI-1可作為調(diào)控NF-κB相關(guān)炎癥的生物標(biāo)記物參與COPD的病程發(fā)展(圖4)。

圖4 PAI-1對呼吸疾病的影響

3 展望

PAI-1通過調(diào)控細(xì)胞遷移、血管新生、抑制纖溶酶參與多類炎癥性疾病,但相關(guān)研究多聚焦于心血管、腫瘤、糖尿病類疾病,而對于呼吸系統(tǒng)疾病的研究仍有待進(jìn)一步深入突破。以氣道炎癥和重塑為主要特征的COPD,其炎癥反應(yīng)的特點(diǎn)為NF-κB的活化和HDAC2活性受損,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)中藥相關(guān)提取物可通過調(diào)控NF-κB和HDAC2的活性以干預(yù)COPD的進(jìn)展。PAI-1也被報(bào)道在參與COPD的進(jìn)展中,與HDAC2存在負(fù)相關(guān)的活性關(guān)系。因此,從中藥復(fù)方或相關(guān)提取物角度切入,選擇性地敲減PAI-1或HDAC2進(jìn)行病理造模,觀察二者的聯(lián)系；或運(yùn)用激動(dòng)劑或抑制劑進(jìn)行干預(yù)檢測,對調(diào)節(jié)COPD進(jìn)展和研究COPD發(fā)展的作用機(jī)制具有深遠(yuǎn)意義。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突