α1-抗胰蛋白酶缺乏症的诊断与治疗

刘宇良，杨笃才，匡青芬

(江西博雅生物制药股份有限公司、江西省血液制品重点实验室，江西 抚州 344000)

α1-抗胰蛋白酶缺乏症的诊断与治疗

刘宇良，杨笃才，匡青芬

(江西博雅生物制药股份有限公司、江西省血液制品重点实验室，江西 抚州 344000)

α1-抗胰蛋白酶(AAT)属于丝氨酸蛋白酶抑制剂家族成员，主要作用是抑制丝氨酸蛋白酶，包括中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、蛋白酶3(Pr3)和组织蛋白酶G等。α-抗胰蛋白酶缺乏症(AATD)主要是基因突变结果，会导致体内正常AAT水平偏低或肝脏异常AAT的蓄积，引起多种疾病，包括肺气肿和肝损害。AATD早期的诊断对提供合理的治疗策略是有益的。目前针对AATD已经提出多种治疗策略。文章对AATD的有关诊断和治疗进展作综述。

α1-抗胰蛋白酶； α1-抗胰蛋白酶缺乏症； 肺气肿； 慢性阻塞性肺疾病

α1-抗胰蛋白酶(AAT)作为重要的蛋白酶抑制剂，具有保护机体正常细胞和器官免受蛋白酶的损伤，如果体内缺乏或代谢异常则存在发生疾病的风险[1]。自Laurell等[2]报道了α1-抗胰蛋白酶缺乏与青年期肺气肿有关后，人们对AAT及α1-抗胰蛋白酶缺乏症(AATD)的研究越来越深入，包括AAT的分子结构、功能、体内作用机制、AATD相关肺部和肝脏疾病的机制、AATD诊断及治疗等，并逐渐提高了对AAT及AATD有关疾病的认识，为药物研发及临床策略提供了一定的依据。

1 AAT

AAT属于丝氨酸蛋白酶抑制剂家族成员，主要由肝细胞合成，另外单核细胞、巨噬细胞和上皮细胞也能合成。AAT为单链糖蛋白，相对分子质量为52 ku，由394个氨基酸构成，AAT活性中心是358位的甲硫氨酸，这决定了酶的特异性[1,3]。AAT的主要作用是抑制中性粒细胞产生的丝氨酸蛋白酶，包括中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、蛋白酶3(Pr3)和组织蛋白酶G，其中AAT与NE的结合速率常数最大，对NE的专一性更强。目前认为NE与肺气肿密切相关，因为NE可以降解细胞外基质几乎所有的成分，并且NE可以激活与肺气肿有关的其他酶，例如组织蛋白酶B和金属蛋白酶[3]。AAT能够保护正常细胞不受蛋白酶的破坏，起到维持机体环境稳定的作用。此外，AAT还具有抗炎、抗感染和免疫调节作用[4]。

2 AATD

正常情况，肺组织具有正常的抗蛋白酶系统，当AAT缺乏时则会导致肺部蛋白酶-抗蛋白酶系统严重失衡，使患者肺部组织损伤，最终发生不同的病理学改变[5]，因此补充外源性AAT可以治疗α-抗胰蛋白酶缺乏症有关的肺病。对于AATD患者，其他一些因素也会影响中性粒细胞聚集和激活，例如吸烟、大气污染、感染等，从而增加疾病发生风险。

AATD是一种先天性代谢病，是AAT基因突变的后果，例如单点突变、插入和缺失。最常见的点突变是肽链第342位的谷氨酸被赖氨酸取代，影响酶的电荷以及三级结构，最终可能导致AAT发生聚合反应[6]。肝细胞内质网中α-抗胰蛋白酶突变体结构发生错误折叠甚至聚合反应使AAT不能进入循环。而这些保留在肝脏中突变体会引起肝损伤和肝硬化等肝脏疾病。导致肝脏疾病的主要突变类型是PiZZ型，也包括PiZ杂合子。缺少蛋白酶抑制剂AAT进入循环，导致个体严重缺乏，则会发生肺气肿、慢性阻塞性肺病(COPD)等肺部疾病[7-8]。也可能是患者AAT数量未减少，只是表现为功能不足。

3 AATD的诊断

到目前为止，已经鉴定了100种不同的AAT等位基因。已知的AAT变异型分为正常型(M型)、缺陷型(通常分为Z、S型)、功能障碍或无效型[9-10]。PiMM基因型大约占85%以上，存在于正常人群中。正常等位基因表现正常的血浆AAT水平，缺陷型等位基因导致血浆AAT水平降低，血清中无法检测到AAT则与无效等位基因有关，其中PiZZ型和无效型的个体患病风险最高，PiSZ的个体有中等强度的患病风险，95%的临床相关缺陷的患者是PiZZ基因型[11]。当然不同地区还是存在差异的，Greulich等[12]对已经登记了的AATD患者(血清质量浓度小于0.8 g·L-1)进行检测，发现AATD患者中以PiZZ型为主，德国PiZZ型患者的比例为72.2%(n=729)，意大利PiZZ型患者的比例为60%(n=125)；德国PiSZ型患者的比例为17.1%，意大利PiSZ型患者的比例为11.2%。AAT基因以共显性方式遗传，即两种基因型产物都能在体循环中被发现，对于Z型或S型变异，无论纯合子还是MZ或MS杂合子，其血浆AAT水平都低于正常水平。PiMZ基因型个体具有50%～60%的正常AAT水平，PiSS基因型个体为60%，PiZS基因型个体为35%，PiZZ基因型个体为10%～15%[13]。这些突变导致可循环AAT下降，引发疾病，例如肺气肿、肝硬化和脂膜炎等[14]。

早期的AATD的诊断能够帮助患者早期预防和合理治疗，但是目前仍没有理想的诊断方法，目前实验室检测主要是血浆水平检测、蛋白表型检测、基因检测和组织病理学检测[15]。根据美国胸科学会和欧洲呼吸协会的指南[16]，诊断AATD的第一步通常是检测血清AAT浓度。但是发生炎症反应时，C反应蛋白和AAT水平会增加，由于C反应蛋白的敏感性优于AAT[17]，因此建议同时检测C-反应蛋白。当C-反应蛋白检测结果异常时，AAT检测结果则不予采纳。C-反应蛋白结果正常，AAT水平低于正常值时，则可以通过蛋白表型测定、PCR或直接测序鉴别突变类型[18]。对于肝病患者可以通过肝脏组织病理学检测评估肝脏功能，帮助排除其他原因引起的肝脏疾病。新生儿长时间黄疸，或者非特异性肝病时，需要筛查AATD。成人患有慢性呼吸道疾病、不完全可逆的支气管哮喘、支气管扩张、纤毛不动综合征、频繁的呼吸道感染或不确定的肝脏疾病时，则建议筛查AATD。同时亲属需要进行筛查，鉴别无症状携带者，如有必要，应采取必要的防护措施[19]。

4 治疗策略

4.1 行为方法

目前针对AATD最有效的策略是预防，因此早期的诊断很重要。患者可以通过良好的生活习惯减少发病风险，并通过现有的治疗手段获益。首先AATD患者必须戒烟，因为吸烟能引起肺泡巨噬细胞、肺内中性粒细胞的聚集和活化，释放NE，导致COPD发生，而且NE还会导致感染发生或不易控制[20]。烟草中含有的强氧化剂会氧化AAT，造成AAT浓度下降，而氧化型AAT对正常人支气管上皮细胞具有致炎作用[21]。除了日常活动需要注意防护，防止灰尘和感染，还需要避免过度饮酒和注意控制体质量以预防肝损伤。对于儿童，AATD的预防更为重要，尤其是一些早产儿抗胰蛋白酶水平较低，同时抗氧化酶活性，维生素C、E等抗氧化剂水平均低，不能有效地控制炎症反应及损伤后的正常修复过程[22]。

4.2 补充治疗

AATD患者发生肺气肿与嗜中性粒细胞丝氨酸蛋白酶失去控制有关，因此通过补充AAT抑制丝氨酸蛋白酶的活性是可行的。在很多国家，将静脉注射AAT作为纠正血浆严重不足的主要方法，这些AAT可以利用层析技术从血浆中分离和基因重组技术表达得到[23-24]。已经批准的AAT补充制剂有Prolastin-C、Aralast NPTM、Zemaira、GLASSIATM、Trypsone/Trypsan(Grifols)和Alfalastin等[25]。为使AAT保持有效的浓度(通常大于11 μmol·L-1)[26]，需要定期补充AAT，静脉注射剂量大约是60 mg·kg-1·周-1[3]。

定期输液补充AAT存在费用高和分布容积大的缺点，因此将吸入治疗作为补充AAT的另一种策略。弹性蛋白酶造成结缔组织损伤，需要嗜中性粒细胞迁移至该区域并穿过组织这一过程，然而弹性蛋白酶可能刺激巨噬细胞释放白三烯B4(LTB4)[27]，这种因子是一种重要的嗜中性粒细胞趋化因子，可以诱导中性粒细胞的迁移[28]。吸入给药可以阻断弹性蛋白酶刺激巨细胞过程，在呼吸道内直接发挥作用，而输液补充方式是抑制弹性蛋白酶的损伤作用，这个过程则需要从血管透过内皮细胞进入肺部结缔组织发挥作用[3]。因此吸入给药不仅要考虑制剂的颗粒大小和给药剂量，还要考虑药物是否能够穿过上皮组织进入肺部结缔组织从而发挥保护作用。

4.3 基因治疗

AAT基因治疗是将正常AAT基因插入患者的细胞中。在动物实验中已经用到脂质体、反转录病毒、重组腺病毒、重组腺伴随病毒等不同的载体系统[29]。利用重组腺相关病毒载体表达正常AAT的Ⅰ期临床试验已经结束[30]，Ⅱ期临床中期报告很乐观，但仍需要进一步研究，因为患者通过肌内注射治疗需要一个较高的剂量，因此可能需要寻找更合适的给药方式[31]。另外还有直接用小的DNA片段取代异常序列，体外实验[32]证实有效，但是这种方法的可行性、安全性及有效性还有待研究。干细胞具有多潜能性，可作为基因治疗的传送系统。通过移植由慢病毒转导的造血干细胞，已经成功将AAT基因转移至小鼠，并且能够持续的表达人AAT[33]。虽然基因治疗也许能够彻底治愈AATD患者，但是其真正应用与临床才是今后研究的重点，而不是限制在动物试验阶段。

4.4 其他

补充AAT可以帮助降低呼吸道感染频率，一定程度上还可以减缓炎症反应，但是这种方法对由AAT错误的折叠和聚合引起的肝脏疾病没有效果，因此抑制肝脏AAT聚合对于这类AATD患者更重要。但是目前没有专门针对由于缺乏AAT导致的肝脏疾病，只是通过对其详细机制的了解，指导一些实验的进行，比如抑制肝脏AAT聚合、促进AAT合成分泌，和促进AAT聚合物降解，另外采取一些非特异性的方法减轻肝脏炎症和纤维化[15]。使用小干扰RNA(siRNA)干扰mRNA编码ATT也可以作为一种减少AAT聚合的方法，这在动物实验中已经得到证实[34]，这种方法可以降低AAT水平，短时间的治疗可以减慢肝脏疾病的发展，而且通过长时间的治疗甚至可以逆转疾病的发展，减轻肝脏纤维化。一些研究中还用到小分子肽[35]和胞内抗体[36]抑制AAT聚合。另外卡马西平通过刺激降解清除细胞内AAT聚合物[37]；雷帕霉素可以增加自体吞噬泡数量，降低肝脏内Z型AAT聚合物的积累，减缓肝脏纤维化，同时降低一些肝脏损伤标志物，例如半胱天冬酶12[38]。外科手术也是一种治疗方法，AATD终末期可做肺减容手术(LVRS)[39]，但是结果并不理想。

5 结语

目前对AATD有了一定的了解，但仍存在许多未知需要进一步研究。虽然有证据表明NE能够引起复杂的炎症反应和蛋白水解级联反应，导致肺部病理学改变，但NE是不是导致肺功能损伤的关键酶还存在争议。另外AAT补充疗法治疗得到广泛的应用，但针对AATD相关疾病并不理想，因此今后仍需要研究新的治疗药物和策略，同时确定诱发AATD相关疾病的关键因素，结合合理的诊断方法，为AATD患者提供更精准的治疗策略。

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(责任编辑：钟荣梅)

《实用临床医学》“临床护理学”栏目获江西省第五届期刊优秀栏目奖

在2016年江西省第五届优秀期刊奖和期刊优秀栏目奖的评选活动中，经专家评委评审，并经评审委员会审定，《实用临床医学》“临床护理学”栏目荣获优秀栏目奖。

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A

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10.13764/j.cnki.lcsy.2017.02.042