COPD患者急性加重期呼吸道分泌性白细胞蛋白酶抑制剂含量调节机制研究进展

刘俊彦，李玉英，吕学军，赵维，钱桂生(第三军医大学新桥医院全军呼吸内科研究所，重庆 400037)



COPD患者急性加重期呼吸道分泌性白细胞蛋白酶抑制剂含量调节机制研究进展

刘俊彦，李玉英，吕学军，赵维，钱桂生(第三军医大学新桥医院全军呼吸内科研究所，重庆 400037)

摘要：慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者稳定期呼吸道内分泌性白细胞蛋白酶抑制剂(SLPI)含量增加，急性加重期反而下降，这种现象以蛋白酶的反向调节、TGF-β1/Smads信号通路的下调、病原体多种机制参与SLPI含量的调控等假说为主，但确切机制尚未完全阐明。

关键词：慢性阻塞性肺疾病；分泌性白细胞蛋白酶抑制剂；中性粒细胞弹性蛋白酶；转化生长因子β

慢性阻塞性肺疾病(COPD)急性发作原因多为病毒或细菌的感染，导致患者症状的恶化，甚至死亡[1]。COPD患者急性加重期的治疗效果不佳，因此其机制研究对于进一步阐明病理生理过程、指导临床治疗、改善患者的生活质量尤为必要。蛋白酶/抗蛋白酶系统失衡是除炎症和氧化应激外，COPD的另一种重要致病因素，这种失衡在COPD急性加重期更为严重[2]。分泌性白细胞蛋白酶抑制剂(SLPI)是一种人类支气管上皮细胞、肺泡上皮细胞、浆液细胞和巨噬细胞分泌的蛋白酶抑制剂，其主要功能是调节/抑制弹性蛋白酶的活性，还对组织蛋白酶G等多种蛋白酶具有抑制作用，具有抗炎、抗菌和免疫调节功能，故在COPD的发生和发展中起重要作用。此外，SLPI在急性呼吸窘迫综合征、哮喘、肺癌、囊性纤维化和其他系统疾病中也有一定的作用。研究[3,4]发现，吸烟者和COPD患者气道/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这种随病情变化的两相变化机制目前仍没有确切报道，以蛋白酶的反向调节、TGF-β1/Smads信号通路的下调、病原体多种机制参与SLPI含量的调控等假说为主。现就COPD患者急性加重期呼吸道内SLPI含量调节机制的研究进展综述如下。

1蛋白酶的调控

中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)为SLPI生物学作用的主要靶目标，是丝氨酸蛋白酶中的一种，是COPD患者气道重构、肺组织破坏和炎症反应的重要因素之一。COPD患者血浆NE水平增加，且急性发作期的水平明显升高。通过对鼻腔上皮细胞和支气管上皮细胞等多种细胞系的体外实验研究[4]发现，SLPI和NE之间存在反比关系。暴露较未暴露于NE细胞上清液中SLPI的浓度低，但NE诱导呼吸道上皮细胞SLPI基因表达增强。因此认为NE诱导SLPI水平的下降主要涉及到转录后事件。鼻腔上皮细胞的免疫组织化学研究[4]表明，用NE处理过的细胞比未处理过的细胞表达的SLPI蛋白体积增加。目前对这一现象解释较为认可的是电荷假说，该假说认为NE对于SLPI分布的诱导是由于SLPI与携带正电荷的NE结合，使游离的SLPI含量下降，由于SLPI也携带正电荷[5]，因此这种NE-SLPI复合体比SLPI单独存在时带有更多的正电荷[4]，更易于结合到带负电荷的细胞表面。细菌或病毒感染是下呼吸道NE分泌强有力的刺激因素[5]，COPD急性加重期时患者气道内NE负荷增加，导致NE-SLPI复合体大量形成，气道内游离的SLPI减少。患者经积极治疗病情稳定后，NE的含量下降，而SLPI的含量复升。该机制是COPD急性加重期SLPI下降的主要机制之一。但该假说对于SLPI下降机制的解释并不是尽善尽美，COPD急性发作频繁会导致患者痰液中SLPI的浓度降低，即使患者病情稳定后这种效应仍持续存在[6]；频发发作(≥3次/年)的患者较不频发发作(≤2次/年)的患者痰液中SLPI浓度低[3]，因此NE-SLPI复合体的形成可能对SLPI下降起到一定的作用，但这不是绝对和惟一的因素。

SLPI的肽链结构含有两个高度同源的结构域，每个结构域内有4对二硫键，是SLPI对蛋白水解酶稳定的主要原因[7]。SLPI的抗蛋白酶活性定位于C-端结构域[8],而抗菌活性定位于氨基末端[9]。SLPI分子第72位亮氨酸基团是抑制NE的的主要基团，而73位的甲硫氨酸基团容易被氧化失活，对NE不起作用，67～74位残基之间的区域可以作为许多蛋白酶的对接区。组织蛋白酶B、L、S均属于半胱氨酸蛋白酶，由巨噬细胞、成纤维细胞产生，在吸烟者和COPD患者气道内活性增加。组织蛋白酶B、L、S能够水解SLPI Thr67-Tyr68之间的区域，随后再去除68～74位残基，这是导致SLPI裂解失活的重要原因[7]。除了组织蛋白酶B、L、S，SLPI还受到NE[10]和基质金属蛋白酶12[11]的裂解。NE只裂解氧化的SLPI，对活性状态的SLPI不产生影响。因此我们推测，COPD急性加重期患者氧化应激形成大量氧化形式的SLPI被NE裂解灭活，导致SLPI含量下降。COPD患者长期存在氧化应激，吸烟者和非频繁急性发作COPD患者气道内SLPI含量较正常人升高，所以NE对氧化SLPI的裂解可能是SLPI正常代谢的结局，但可以肯定的是，在COPD急性加重期患者，巨噬细胞大量活化导致组织蛋白酶等的产生增加，氧化型SLPI的裂解灭活也将随之增加。

NE作为SLPI生物学作用的主要靶目标，在SLPI的调节中伴有重要角色，除了以上所述的电荷假说和蛋白酶的灭活外，还可能是由于NE暴露后导致SLPI结合到annexin Ⅱ蛋白[12]和scramblas蛋白[13]的表面，而这些蛋白可能在NE存在时被上调或暴露了结构域。已知人体内存在一种NE-α1-AT(α1-抗胰蛋白酶)复合体的特异性受体，推测它也可能与SLPI-NE结合，进一步导致SLPI含量的下降。

2 TGF-β1/Smads信号通路的调控

气道重塑、炎症和纤维化是COPD的主要病理机制，目前还没有有效的治疗方法。已证实转化生长因子β(TGF-β)在COPD气道重塑和肺血管内皮细胞凋亡中发挥重要作用[14]。COPD患者气道慢性炎症长期存在，炎症条件下细菌脂多糖(LPS)、IL-1、肿瘤坏死因子(TNF)和NE可诱导SLPI的表达上调[12]，而抗炎细胞因子TGF-β则降低SLPI表达[15]。COPD急性加重期患者气道炎症水平增加，TGF-β水平较稳定期升高[16]。Smad4蛋白随着TGF-β1水平的升高而增加，因此SLPI含量的下降与TGF-β1/Smads信号通路下调支气管上皮细胞SLPI的表达有关[15,17]。

此外，COPD患者长期存在慢性缺氧，当合并感染急性加重时通气和弥散功能更差。体外实验[18]中，支气管上皮细胞在缺氧环境下能够增加TGF-β1的表达，SLPI的含量相应下降，给予TGF-β1中和抗体能部分恢复SLPI在缺氧环境下的产生，该机制可能与缺氧诱导因子1α(HIF-1α)累积后导致TGF-β1的表达增加有关。因此，TGF-β1参与COPD急性加重期SLPI的下调，但具体的调控机制未见相关文献报道。

SLPI能诱导巨噬细胞抗炎/修复因子TGF-β和IL-10的产生[19]。人体内稳态的维持涉及的调控机制非常复杂，SLPI与TGF-β之间的关系可能是一种自身调节或反馈环路，SLPI诱导抗炎/修复细胞因子的产生，而相应的产物(如TGF-β)又作用于SLPI，防止抗炎反应过度造成稳态的失衡。结合以上SLPI-NE之间的相互作用，所以我们推测SLPI含量的两相变化是由于人体内环境稳态的调节引起的，由于SLPI靶目标较为广泛，因此SLPI含量的调节可能涉及多个负反馈环路，这可能也是至今SLPI两相变化机制未明的原因之一 。

3病原体的调控

腺病毒感染是COPD患者急性加重的重要危险因素，腺病毒感染的COPD急性加重期患者症状缓解后，病毒仍长期存在于患者的气道上皮细胞内。IL-1β刺激COPD患者气道内SLPI的表达。研究[20]发现，在离体培养的A549细胞和原代人支气管上皮细胞中，腺病毒反式激活蛋白(E1A)明显抑制IL-1β刺激下A549细胞SLPI的分泌。原因是在SLPI的启动子区域存在一个干扰素调节因子1(IRF-1)结合位点，腺病毒进入细胞后激活干扰素调节因子，使IRF-1的表达增加，抑制SLPI的表达[21]。

研究[8]发现，SLPI容易被某些病原体自身或诱导产生的蛋白酶灭活，如毛滴虫蛋白酶在体内激活后对抗SLPI，导致宫颈局部SLPI浓度的下降[22]；除了基质金属蛋白酶12，铜绿假单胞菌诱导产生的基质金属弹性蛋白酶也可以裂解SLPI。鼻病毒感染后继发细菌感染的患者，SLPI含量与细菌负荷呈负相关，细菌蛋白酶对SLPI的直接灭活，联合细菌的入侵导致巨噬细胞大量激活，使组织蛋白酶等上调，共同加重了SLPI含量的下降[23]。有研究者认为[8]SLPI的抗菌活性源于其携带的正电荷。因此，除了我们推测的SLPI下降使COPD患者对细菌的易感性增加外，还可以认为SLPI与细菌相互对抗，甚至在COPD患者急性发作时，短时间内受到大量细菌侵袭或定植菌/正常菌群乘虚而入，细菌负荷急剧增加，SLPI含量明显下降。

除了上述研究较多的三种主要影响因素外，巨噬细胞也可以导入外源SLPI进入到细胞质和细胞核中[4]，使细胞外的SLPI含量相对下降。

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(收稿日期：2015-07-04)

中图分类号：R563

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2016)11-0099-03

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