颗粒蛋白前体在免疫和感染及炎症中的研究进展

赵 霞(综述)，韩世愈(审校)

(哈尔滨医科大学附属第四医院妇产科,哈尔滨 150001)

免疫、感染、炎症是机体中三个密切关联和相互依存的生理和病理过程，众多的细胞类型和细胞因子参与其中。在对这些细胞因子的研究中，肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)特别重要[1]，它位处炎症级联的上游，在免疫系统及炎症过程中表现出众，功能复杂。TNF-α信号受体阻滞剂已被成功地应用于临床试验，治疗各种炎症性疾病，颗粒蛋白前体(progranulin，PGRN)就是其中之一。现对PGRN与炎性因子及其在诸多病理生理过程中的认知予以综述，并对关于免疫、感染、炎症三位一体的PGRN新型作用领域进行介绍。

1 PGRN结构与基因定位

PGRN又称为GEP(granulin-epithelinprecursor)，proepithelin，acrogranin和GP88/PCDGF(PC cell derived growth factor)，是一个由细胞分泌的信号肽介导的593个氨基酸残基组成的生长因子。PGRN作为生长因子家族Granulins(包括GranulinA、B、C、D和F)的功能性前体，具有极其广泛的生理作用。

人类的PGRN基因定位于染色体17q21.32，其基因编码区结构紧密，全长大约为4 kb，含有12个外显子(Ⅰ～Ⅻ)。PGRN的相对分子质量为68 500，经糖基化修饰后,相对分子质量为90×103，包含7.5个重复模序，每个模序为一个Granulin(GRN)域，并通过连接子(P1～7)连接，每个模序中含有12个半胱氨酸，共形成6对二硫键。在空间结构上，4个β-折叠的“发夹”结构依次呈梯状折叠。

PGRN可以被基质金属蛋白酶9、12、14及弹性蛋白酶等多种酶消化成大小约6×103的GRN小肽。在炎症过程中，PGRN与GRN所执行的功能极具对比性，如PGRN可阻止TNF-α诱导的中性粒细胞的呼吸爆发，GRN不能；GRN B可刺激上皮细胞表达白细胞介素8，而PGRN不能[2]。现在尚不清楚单GRN是如何发挥其生物学功效的，但大多数PGRN结合的膜受体均需要一个以上的GRN域进行连接。

2 PGRN的表达及功能

PGRN表达于广泛的组织及细胞，如骨骼、肌肉、软骨、脂肪组织、造血干细胞及免疫细胞等。而在上皮细胞、某些类型的神经细胞和巨噬细胞中高表达[3]。

PGRN具有多种生理功能，参与许多疾病过程。作为生长因子，PGRN可促进快速增长的上皮细胞、内皮细胞和癌细胞的生成[4]。巨噬细胞来源的PGRN对炎症和伤口愈合过程来说是一个重要的调节因子[5]。PGRN基因突变可导致额颞叶痴呆发展[6]，测定血清PGRN可应用于PGRN无效突变所致额颞叶痴呆的早期检测和诊断。在许多神经退行性疾病，被激活的小胶质细胞中均有PGRN的表达增加，如克雅病、运动神经元病、多发性硬化症和阿尔茨海默病[6]。PGRN可以促进软骨细胞的分化和增殖[7]。PGRN在脂肪组织中表达，已被证实是关键的脂肪因子，能够介导高脂饮食诱导的胰岛素抵抗[8]。另外，PGRN的重要性也在免疫系统中显现，最近研究发现，PGRN可促进CD4+T细胞分化成Foxp3+的调节性T细胞[9]。PGRN在亚中性粒细胞中高度表达，在B细胞中可以促进抗体的多样性[10]。PGRN还可与Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)9结合，并在巨噬细胞中协助招募CpG寡核苷酸(CpG oligonucleotides，CpG-ODNs)[11]，而该过程是消除感染的关键。

据报道，PGRN可以结合超过20种不同级别、种类繁多的蛋白质，这些蛋白质分布范围极广，从细胞外液到胞外基质，再到细胞组分。PGRN的这种通用性可能与它的7.5个GRN域及串珠状特殊结构有关。利用各GRN域的不同组合，形成不同的结构，从而被不同的蛋白质识别，如PGRN F-A-C域形成类似三聚体的结构，可以结合肿瘤坏死因子受体1(tumor necrosis factor receptor，TNFR1)和TNFR2[9]；F-B区则是公认的层粘连蛋白(G)EGF样域的结合部位。PGRN多种功能就是由不同特异性的连接蛋白所介导的。

3 PGRN与免疫调节

PGRN在免疫系统中的作用尚无明确阐述。人白细胞(位点)DR抗原[human leukocyte antigen(locus)DR，HLA-DR]是主要组织相容性复合物Ⅱ类分子，有证据表明，从B淋巴母细胞株纯化的HLA-DR分子，被9个内源性肽绑定，其中一个就来自GRN-D[12]，说明PGRN参与抗原呈递过程。

最近一项研究证实，巨噬细胞中PGRN结合TLR9对抗原呈递非常重要[11]。TLRs是一类在先天免疫系统中发挥关键作用的经典蛋白，耗尽PGRN可损害TLR9对CpG-ODNs的反应；并且PGRN与CpG-ODNs结合后，可以影响其对巨噬细胞的胞内传递作用。这表明PGRN亦在先天免疫中发挥关键作用。

在人类，相比于CD8+CD28+的T细胞，PGRN在CD8+CD28-的细胞中高效表达[13]。CD8+CD28-T细胞，也被称为抑制性T细胞，在许多自身免疫性疾病中保持监管职能。PGRN高水平表达于CD8+CD28-T细胞，提示其可能对免疫反应的调节极为重要。在体外T细胞分化的实验中，PGRN诱导先天CD4+T细胞特异性分化为CD4+Foxp3+调节性T细胞[9]。PGRN受TNF-α的负调控作用，从而保护调节性T细胞[9]。这些发现均表明，PGRN可以提高调节性T细胞的功能，抑制自身免疫性疾病。

4 PGRN与感染管理

PGRN在中性粒细胞中高效表达，它能被中性粒细胞释放的弹性蛋白酶转换成GRNs[2]。GRN B可刺激白细胞介素8在上皮细胞表达增加，从而招募更多中性粒细胞向炎症部位聚集。分泌性白细胞蛋白酶抑制剂(secretory leucocyte protease inhibitor，SLPI)可与PGRN结合并抑制PGRN被弹性蛋白酶转换为GRN，从而影响着先天免疫和炎症过程[2]。

被李斯特菌感染的PGRN-/-小鼠，相较于野生型小鼠(PGRN+/+小鼠)，不能有效清除细菌[5]。幽门螺杆菌感染后的胃上皮细胞诱导PGRN表达明显增加[14]。当治疗与猪葡萄球菌感染有关的运动系统疾病的猪时，GRN与抗生素一起向膝关节内注射，已被证明是最有效的治疗方案[15]。PGRN还可结合人体免疫缺陷病毒1和2中的Tat蛋白和山羊关节炎-脑炎病毒[16]，导致各种组织的慢性单核细胞浸润。

5 PGRN与炎性反应

5.1与急性炎症的关系 急性皮肤损伤时，PGRN立即被诱导表达并保持在高水平达10 d之久[17]。对经皮穿刺造成的新鲜伤口，PGRN可增加成纤维细胞、中性粒细胞及巨噬细胞的计数[18]。弹性蛋白酶水平升高是SLPI-/-小鼠固有的愈合机制障碍，PGRN被证明能够降低弹性蛋白酶，提高SLPI-/-小鼠的急性创面愈合过程[2]。

PGRN可参与急性神经损伤，PGRN、GRN及其中间片段在脊髓或背根神经节损伤后被显著诱导[19]。在脊髓挫伤模型，PGRN以一个呈时间变化的规律被诱导出现在小胶质细胞中，即伤后第7日达到峰值水平，随后逐渐下降[20]。

脂多糖引发急性肺炎的肺灌洗液中，伴有显著的中性粒细胞浸润和一整套促炎细胞因子的表达增加；用PGRN治疗后，促炎因子的水平呈剂量依赖性降低，并可显著降低病死率[21]。急性局部缺血时，PGRN具有神经保护作用。大脑中动脉闭塞模型中，与野生型小鼠相比，PGRN转基因小鼠的脑梗死程度更小。用脂多糖处理后，PGRN转基因小鼠的神经胶质细胞中促炎性细胞因子的表达低得多；而抗炎细胞因子的表达上调[22]。

急性损伤和炎症时，PGRN可在炎症初始招募成纤维细胞和巨噬细胞到损伤的部位[23]。并且通过上调白细胞介素10，控制炎性细胞因子(如白细胞介素6、TNF-α和单核细胞趋化蛋白1等)，从而限制和管理炎症的强度。

5.2与慢性炎症的关系

5.2.1拮抗作用 最近有研究表明，PGRN作为一种新的配体可与TNFR1/2结合；PGRN通过竞争阻止TNF-α结合TNFR1/2，影响TNF-α介导的信号转导[9]。用重组PGRN治疗因TNF-α导致炎性关节炎的转基因小鼠以及其他类风湿性关节炎动物模型，会明显减轻症状[9]。

骨质疏松表型的脱钙病例表达显著低水平的PGRN、白细胞介素13及白细胞介素10；相反却表达高水平的TNF-α、白细胞介素6和白细胞介素17[24]。PGRN水平增加可致白细胞介素13、白细胞介素10、25-羟维生素D水平增加，同时降低TNF-α、白细胞介素17的水平[24]，即PGRN也通过TNFR信号转导机制在骨细胞代谢中起着重要的作用。

PGRN和TNF-α之间的平衡对慢性自身免疫性疾病开始及发展十分关键，PGRN/TNF-α摩尔比可能是自身免疫性疾病良好的预后标志物。构建重组体1/2FAC是最优化的PGRN来源的TNFR2结合蛋白[9]，这种分子被称为atsttrin[25]。人类rpgrn和atsttrin均可减少血清促炎细胞因子白细胞介素1、白细胞介素6和软骨寡聚基质蛋白降解，而增加抗炎性细胞因子白细胞介素10和白细胞介素13的水平[9]。

5.2.2促进作用 PGRN对肥胖和胰岛素抵抗的糖尿病具有促炎效果[26]。2型糖尿病患者PGRN血清水平与正常或主要为内脏脂肪堆积的糖耐量异常的肥胖者相比均显著升高。血清PGRN水平与体质量指数、网膜脂肪组织的巨噬细胞浸润程度、血清C反应蛋白水平、糖化血红蛋白值以及总胆固醇相关，其中C反应蛋白关联性最强[27]。体外实验证明，PGRN介导的趋化程度类似于单核细胞趋化蛋白1[27]。另一项研究表明，与胰岛素敏感的肥胖患者相比，PGRN水平、网膜脂肪组织中巨噬细胞的数量，大网膜脂肪细胞大小及血清C反应蛋白值，显著高于胰岛素抵抗的肥胖病患者[28]，PGRN基因与体质量指数、内脏脂肪、细胞外信号调节激酶和磷脂酰肌醇激酶基因呈显著相关性。内脏脂肪团的增加与PGRN水平增加有关联，高或正常相对代谢率组与低相对代谢率组相比PGRN水平增高更明显。调整体质量指数与性别等影响因素后发现，循环PGRN可以独立于其他变量来预测相对代谢率与体质量的比值[26]。

PGRN还被发现是一个关键的脂肪因子，可以调解高脂饮食诱导的胰岛素抵抗[8]。脂肪细胞中TNF-α诱导PGRN的表达，这种诱导可被过氧化物酶体增殖物激活受体激动剂阻止。高脂饮食可引起胰岛素抵抗，同时显著上调脂肪组织中PGRN的表达。PGRN-/-小鼠被喂食高脂饮食时不能发展成胰岛素抵抗；而对于标准饮食喂养的野生型小鼠，喂食PGRN也可引起胰岛素抵抗[8]。在PGRN诱导的胰岛素抵抗中，白细胞介素6已被确定为下游细胞因子[8]。

脂肪组织源性PGRN可诱导胰岛素抵抗，下丘脑源性的PGRN却是一种葡萄糖传感器，能够抑制食欲。脑室周围白质和下丘脑神经元中高表达PGRN，其表达在低能量饮食时减少，在高能量饮食时增加。侧脑室注射PGRN可显著抑制夜间摄食。此外，抑制下丘脑PGRN表达可增加食欲，促进体质量增长[29]。

除了参与血糖调节，PGRN还被证明在非酒精性脂肪肝病中有致炎症作用[30]。并且血清PGRN水平与血脂水平和肝纤维化程度相关。调整潜在的混杂因素后，血清PGRN仍然可作为非酒精性脂肪肝病患者肝纤维化程度的独立预测因子[30]。

6 结 语

究竟PGRN是如何依赖TNFRs在免疫细胞中进行信号转导的，这一机制仍有待挖掘。虽然发现PGRN可结合TNFRs，但其确切的分子机制及其衍生蛋白atsttrin，也有待确证。对Wnt信号通路提出的治疗策略可以治疗PGRN基因突变引起的额颞叶痴呆，该通路在免疫系统也存在，那么能否用PGRN抵消Wnt通路在免疫系统及炎症过程中的作用，还未可知。还有，既然TNFs被认为对神经退行性疾病的发病机制发挥了重要作用，那么是否PGRN和atsttrin也能对该病有治疗作用，特别对被认为是慢性炎症性疾病的额颞叶变性，这些问题都值得深思。所以，随着对PGRN作用的了解，深化了对炎性疾病的认识，但尚需做深入的机制研究。

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