半胱氨酸蛋白酶抑制剂C与缺血性脑卒中的关系研究

张雪钰　王俊梅　吴迎春(通讯作者)　王　哲

内蒙古鄂尔多斯市中心医院神经内科　鄂尔多斯　017000



半胱氨酸蛋白酶抑制剂C与缺血性脑卒中的关系研究

张雪钰王俊梅吴迎春(通讯作者)王哲

内蒙古鄂尔多斯市中心医院神经内科鄂尔多斯017000

【摘要】肾功能不全是缺血性脑卒中重要危险因素之一，而半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(cystatin C，cys C)是目前检测肾功能的灵敏指标。cys C作为最主要的内源性组织蛋白酶抑制剂，参与炎症、动脉粥样硬化及心脑血管疾病的病理、生理过程；可预测急性冠状动脉综合征的发生和预后，预测冠心病患者冠状动脉病变的广度、心力衰竭及全因死亡的风险。但在缺血性脑卒中方面cys C是缺血性脑卒中的危险因素还是保护因素目前仍存在争议。明确其与缺血性脑卒中的联系，可为缺血性脑卒中的早期预防和治疗提供参考。

【关键词】半胱氨酸蛋白酶抑制剂C；脑卒中；脑缺血；动脉粥样硬化；基因多态性

脑卒中已成为我国城乡居民的第一大死亡原因，同时也是单病种致残率、致死率最高的疾病。2005年我国约200万患者因脑卒中而死亡，占总病死率的22.5%[1]。缺血性脑卒中是一种由多种危险因素导致的临床综合征，动脉粥样硬化是缺血性脑卒中发生和发展的重要病理生理基础。最近研究表明[2-4]，半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(cystatin C，cys C)，又称胱抑素C，作为最主要的内源性组织蛋白酶抑制剂，与同型半胱氨酸、半胱氨酸蛋白酶和组织蛋白酶相互作用，参与炎症反应、动脉粥样硬化以及心脑血管等疾病的病理、生理过程。cys C是目前对肾功能检测最灵敏的指标，已经广泛应用于肾脏疾病的诊断和治疗监测。cys C可以发现临床上不能被尿素、血清肌酐检测到的早期肾功能不全[5]。研究表明[6]，慢性肾病与脑卒中呈明显相关，肾功能不全是脑卒中重要的危险因素之一[7-8]。探讨cys C与缺血性脑卒中的关系及其指标是否可作为早期诊断缺血性脑卒中的生物学指标，从而进一步鉴别脑卒中高风险病人，具有重要的理论和现实意义，同时为缺血性脑卒中的防治提供新思路和流行病学线索。目前，关于cys C的研究主要集中在肾脏疾病、冠心病、脑淀粉样变性和阿尔兹海默病(AD)方面。在脑卒中领域，cys C与缺血性脑卒中的研究较少。本文对cys C的生物特性及其基因多态性在心脑血管病，尤其在缺血性脑卒中中的作用作一综述。

1cys C的概述

1.1cys C的命名1961年，Clauson等[9]发现健康人脑脊液中存在一种碱性蛋白质，将其命名为γ-CFS。随后，Macpherson等[10]也证实了这种蛋白质的存在。1981年，Barrett等[11]确定其氨基酸序列，发现其与哺乳动物胱蛋白A和B有相似结构及活性，并首次将这种蛋白质命名为“cystatin”。1983年，Barrett等[12]将这种蛋白质正式命名为cystatin C。

1.2cys C的生物特性及编码基因cys C是半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族2中的成员之一，是一种限制性超家族蛋白质，包括5个成员，其中超家族2为典型的分泌蛋白，有信号肽，在细胞外发挥作用。cys C是目前发现的对组织蛋白酶B抑制作用最强的抑制物，是哺乳动物胞外半胱氨酸蛋白酶的主要抑制剂，是一种含120个氨基酸残基多肽链的非糖基碱性蛋白，其基因位于20号染色体短臂上，分子量约13 u，是一种分泌性蛋白质[13]。

cys C编码基因称为CST3，位于染色体20pll.2，为全长7292 bp的管家基因，包括3个外显子，2个内含子。不含经典的CAAT盒，其启动子在转录区域没有CAAT盒存在的GGGCGG区带和富含AT序列，而其所含GATAAA位点与转录因子结合点2D相似，也是转录因子AP-2(activator protein-2)、激活蛋白和MEP-1(metal element protein-1)的结合位点。该基因在体内所有有核细胞中均能转录、翻译出含26个氨基酸残基的N端信号肽的前体蛋白，进入内质网后信号肽被信号肽酶切除降解，而多肽则折叠成功能构象分泌到细胞外液中。体外试表明，CST3能抑制多种类型半胱氨酸蛋白酶，包括组织蛋白酶B、H、K、L和S，并像管家基因一样无所不在的表达[14]。

1.3cys C的生理功能cys C的重要功能是抑制内源性的半胱氨酸蛋白酶活性，如胰蛋白酶、木瓜蛋白酶及组织蛋白酶，在细胞内肽类和蛋白质代谢中均起重要作用。研究显示[15]，Cys C有抗病毒和抗原虫感染的能力，cys C及其片段因能影响中性粒细胞的吞噬和趋化功能，所以还参与动脉粥样硬化的炎症反应过程及参与到细胞外基质产生和降解的动态平衡。它存在于所有的体液中[16]，以精液中浓度最高，其次为脑脊液，浓度是血液中的5倍，再次是血液、尿液、唾液等。血清中主要来源于有核细胞的血细胞。在几乎所有组织中恒定，性质稳定，持续转录表达，无组织特异性，24 h昼夜节律变化波动很小[17]。表达最多的主要在中枢神经系统、甲状腺及胰腺中[18]。另外，cys C可以自由通过肾小球滤过膜，在近端肾小管完全重吸收并分解，既不会从肾小管分泌，也不会从肾小管重新进入血液，且不受年龄、性别、炎症、感染、肿瘤、肌肉量及肝功能等因素的影响，是目前对肾功能检测最灵敏的指标，临床上可以在尿素、血清肌酐检测肾功能不全之前就出现异常[5]。2004年美国FDA批准将它作为检测肾功能的指标之一。

1.4cys C的基因多态性CST3多态性已成为近年来的研究热点，到目前为止，在CST3基因中已有超过100种的单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism，SNPs)被确定，但大多数研究集中在阿尔兹海默病及心血管病，CST3在5’上游有3个ksp I限制性多态位点(CCGCGG)，其中2个位于5’侧翼启动子区，另外1个位于外显子1的信号肽区，由于连锁的不平衡性，3个CST3的多态位点只产生了2个通常所见的单倍型：CST3 A(-157、-72、+73位点核苷酸分别为G、A、G)和CST3 B(C、C、A)。

在阿尔兹海默病(AD)方面，多数国外学者认为单倍型纯合子CST3 B是AD独立且强有力的危险因素[19-20]。 Bertram等[21]将基于2005-12-01 AlzGene的所有数据进行Meta分析，其中13个基因的24个多态性与散发性AD易感基因相关，这其中包括CST3。Finckh等[12]指出CST3的单倍型纯合子CST3 B基因型优势比从2.6(<75岁组)上升到8.8(>75岁组)，成为迟发性AD特别是>75岁患者的1个易患基因；并指出CST3 B是AD的第1个常染色体隐形遗传的风险等位基因。

在冠心病方面，已研究出7种基因型会影响血清水平：-5G/A、-78T/G、+87C/T、+213G/A、+148G/A、+4A/C、-82G/C。Eriksson等[23]通过对237例冠心病患者和868例健康人群CST3基因及cys C血清水平的研究发现，cys C的浓度在携带基因突单倍体(+148G/A，P<0.001)的患者明显低于其他基因型的健康人群，同时还发现2个突变单倍体(-82G/C和-78T/G)人群冠状动脉狭窄数目明显增高，表明CST3基因多态性对冠状动脉粥样硬化的发生发展有重要影响。然而，Loew等[24]在对1 013个冠心病患者进行3 a随访的前瞻性队列研究中发现，CST3基因-82G/-5G/+4A单倍体与血清cys C浓度高度相关，但未发现血清cys C基因多态性与心血管事件的相关性。cys C基因多态性+148G/A(rs1064039)，位于编码区，基因突变可导致其-2位信号肽由苏氨酸突变为丙氨酸[23]，并能引起cys C的变化和分泌[25]，由此推测这种基因多态性可能会引起血清cys C水平的变化，可能参与动脉粥样硬化的发生。

2cys C与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是导致心脑血管疾病一个非常复杂的过程，是当今文明社会的主要死亡原因。主要发生在大中型动脉，以内皮功能障碍、血管炎症、脂质和胆固醇、钙在血管壁内膜的沉积为特征，这些因素导致斑块形成、血管重建，最终致急性和慢性的血管管腔阻塞。目前大量研究发现[15，26-27]，cys C及其降解产物也对中性粒细胞的吞噬和趋化产生一定的影响，参与炎症反应的过程及细胞外基质产生和降解的动态平衡，而动脉硬化的发生发展与细胞外基质降解以及血管壁重构密切相关[4，28-30]。另一项研究[29]显示，CST3水平减少与弹性蛋白和胶原蛋白的大量破坏有关，而过度的组织蛋白酶K和S表达也与动脉壁的损伤有关，从而也说明cys C与动脉粥样硬化有密切关系。

大量研究发现[4，28-29]，cys C与动脉粥样硬化的发生、发展有关；与冠状动脉[30]、外周动脉[31]病变有良好的相关性；可以预测急性冠状动脉综合征的发生和预后，预测冠心病患者冠状动脉病变的广度、心力衰竭及全因死亡的风险[3，32-35]。另有研究发现[36]，cys C与无症状性颈动脉粥样硬化患者再发血管事件明显相关。Watanabe等[37]对60例原发性高血压患者研究显示，颈动脉内-中膜厚度(intima-media thickness，IMT)与血浆cys C水平存在显著相关性。cys C表达失衡是动脉粥样硬化发生与发展的重要因素之一，它可能参与了心脑血管疾病的病理过程，与神经细胞失调和神经元损伤有关[23]。因此，推测cys C可能参与炎症反应，而导致脑卒中的发生。

但也有研究有不同的意见，李辉等[38]对226例急性缺血性脑卒中患者(172例存在颈动脉斑块，54例无斑块；存在颈动脉斑块的患者中，94例为稳定性斑块，78例为易损斑块)进行回顾性分析显示，虽然颈动脉斑块组血浆cys C水平较无斑块组显著性增高，但在校正其他混杂因素后，血浆cys C浓度与颈动脉斑块无显著独立相关性(P=0.217)；也为发现其与斑块稳定性及颈动脉IMT之间存在相关性。另外，多种族动脉粥样硬化研究(Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis，MESA)[39]，采用交叉设计方案探讨血浆cys C水平与颈动脉IMT的关系，共纳入6 557例无心血管临床症状的患者，结果显示，血浆cys C水平与IMT并不存在独立性。

3cys C与缺血性脑卒中

目前cys C水平对缺血性脑卒中的影响尚有争议。Seliger等[7]在对cys C与亚临床型脑梗死(无临床症状但影像学可以看到梗死灶)的关系研究中发现，血清cys C浓度与亚临床型脑梗死发病相关，cys C表达水平增高是亚临床型脑梗死的一个危险因素。Ni等[4，40]关于cys C与缺血性脑卒中的相关性研究认为，血清cys C水平与缺血性脑卒中明显相关，与对照组相比，缺血性脑卒中后血清cys C水平都有不同程度的升高，且症状越重，梗死面积越大，血清cys C水平升高越明显[41-43]。

然而，另有部分研究认为[44-45]，脑梗死患者空腹血清cys C水平低于正常对照组，提示cys C可能是脑梗死发病的保护因素。

在基础研究方面，彭静华等[46]应用线栓法建立大鼠大脑中动脉闭塞及再通模型。研究发现，侧脑室给予抑制剂，应用HE、免疫组化、原位末端标记(TUNEL)染色及电镜观察大鼠大脑中动脉栓塞1 h后再灌注6 h、12 h、24 h、48 h、72 h半胱氨酸蛋白酶-3和上皮性钙黏附蛋白的表达及神经元凋亡程度的变化，结论认为半胱氨酸蛋白酶-3后继上皮性钙黏附蛋白的激活参与了鼠脑再灌注神经元的凋亡，半胱氨酸蛋白酶-3抑制剂能一定程度降低缺血再灌注后神经元凋亡，起到神经保护作用，此结论得到一致认可[47-48]。

王晓勤等[49]通过对76例健康对照者及84例脑梗死住院患者清晨空腹全血血清cys C含量的测定发现，脑梗死患者空腹血清cys C浓度低于健康对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。相关分析发现，cys C血清水平与脑梗死发病呈负相关(r=-0.238，P=O.002)，所以认为cys C可能是脑梗死发病的一种保护因素。cys C是在缺血性脑卒中发病机制的保护性因素还是危险因素目前不太明确，有待进一步研究。

4结语与展望

血清cys C虽是肾脏功能的一项重要的检测指标，不仅在肾脏疾病中显示其特异性，而且越来越多的研究发现其与心血管疾病、中枢神经系统疾病等发生发展有关。缺血性脑卒中的高发病率、高病死率、高致残率及高复发率给社会、家庭和患者带来沉重的经济负担和巨大的精神压力，开展血清胱抑素C与缺血性脑卒中发生发展的相关性研究对其防治具有重大的经济和社会意义。

人类基因多态性的研究在阐明人体对疾病的易感性、耐受性和临床表现的多样性上发挥了重要的作用，在疾病基因多态性研究能推断不同个体在同样的致病条件下出现的不同病理反应和临床表现，并对其并发症的防治提供更加合理的基因水平的理论依据。cys C及基因多态性与缺血性脑卒中相关性研究的开展，对其发病机制、不同病因分型以及及早发现脑卒中高风险病人具有重要临床和现实意义。

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(收稿2014-12-10)

【中图分类号】R743.3

【文献标识码】A

【文章编号】1673-5110(2016)03-0098-03