SerpinE2在细胞外基质代谢中作用的研究进展*

冯 莹， 刘 潇， 鄂晓强， 李雪连△

(哈尔滨医科大学 1药学院药理教研室， 心血管药物研究教育部重点实验室， 2附属第一医院骨外科， 黑龙江 哈尔滨 150001)

丝氨酸蛋白酶抑制剂E2(serpin peptidase inhibitor clade E member 2，SerpinE2)，又称蛋白酶连结蛋白-1(protease nexin-1，PN-1)，最初被鉴定为神经胶质源性连接蛋白[1]。SerpinE2是丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族的一员，可以抑制凝血酶、尿激酶、纤溶酶和胰蛋白酶等蛋白酶活性。SerpinE2由人染色体2q99～q35上的SERPINE2基因编码[2]，是一类可以分泌到细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的蛋白质。大量研究发现，SerpinE2可通过调节纤溶酶原激活物和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)的活性或表达量从而影响细胞外基质蛋白的代谢。

1 细胞外基质组成及其代谢异常的相关疾病

细胞外基质是细胞分泌到胞外空间的分泌蛋白和多糖构成的精密有序的网络结构，由各种基质蛋白质组成，如糖胺聚糖、胶原、层黏连蛋白、纤连蛋白、玻连蛋白和纤维蛋白原以及可溶性蛋白质、细胞因子和趋化因子[3]等。这些成分决定了细胞外基质的生物化学和生物力学性质及其生物功能[4]。

细胞外基质不仅为器官和组织内功能细胞提供结构支持，还主动调节相邻细胞的生长、迁移和侵袭等。细胞外基质的异常是许多疾病最显著的特征之一，在脑神经退行性疾病[5]、脊髓损伤[6]、动脉粥样硬化[7]、心肌梗死、糖尿病[8]、炎症[9]、免疫衰老[10]、纤维化和癌症[11]等过程中，细胞外基质均表达异常。在血管生成[12]和瘢痕形成[13]过程，细胞外基质也发挥着重要的调节作用。

2 SerpinE2在细胞外基质代谢中的作用

SerpinE2是分泌到细胞外基质中的一种蛋白质，属于外周基质蛋白，在胞浆内含量较少。SerpinE2可由多种类型细胞产生，包括内皮细胞、成纤维细胞、肿瘤细胞、平滑肌细胞和星形胶质细胞等[14]，它通过与靶蛋白形成共价复合物抑制细胞外蛋白酶的活性，包括凝血酶、尿激酶纤溶酶原激活物(urokinase plasminogen activator，uPA)、组织纤溶酶原激活物和纤溶酶[15]。作为外周基质蛋白，SerpinE2可影响细胞外基质中其它基质蛋白的含量。此外，细胞外基质也可影响SerpinE2对凝血酶、尿激酶和纤溶酶的抑制作用[16]。由此可见，SerpinE2和细胞外基质存在相互调节的关系。

3 SerpinE2在细胞外基质生理性代谢过程中的作用

3.1SerpinE2在神经元中的作用 最初，SerpinE2在中枢神经系统中被鉴定为神经胶质源性连接蛋白，主要由星形胶质细胞、神经胶质和神经元细胞分泌[17]。SerpinE2能促进神经母细胞瘤细胞、原代大鼠神经元和小鸡交感神经节的生长，与凝血酶共同调节人类胎儿神经元和大鼠星形胶质细胞等脑细胞的分化和增殖[18]。在鸡胚胎中，SerpinE2可抑制蛋白酶降解蛋白聚糖和层黏连蛋白，抑制细胞外基质降解，从而抑制促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone，GnRH)神经元迁移，而胰蛋白酶则加速GnRH进入中枢神经系统[19]。

3.2SerpinE2在卵巢中的作用 SerpinE2水平降低可促进蛋白酶介导的颗粒细胞层和基底膜的细胞外基质的降解，从而允许卵泡闭锁发生；促进卵泡闭锁的因素可能降低颗粒细胞雌二醇和SerpinE2的分泌[20]；但敲除SerpinE2的雌性小鼠依然具有正常生育能力[21]。以上研究提示SerpinE2在卵泡闭锁过程中并非起关键作用，SerpinE2基因敲除后可能出现代偿作用[20]。

3.3SerpinE2在肌肉中的作用 SerpinE2可通过抑制纤溶酶/纤溶酶原系统的激活，从而抑制肌管基质的降解[22]。采用同位素标记的小鼠骨骼肌C2细胞的肌管基质与含uPA的成肌细胞共同培养，加入人纤溶酶原后，肌管基质的降解和同位素释放明显加速，若同时加入SerpinE2则明显抑制肌管基质的降解，表明SerpinE2可能是体内肌肉发育过程中的生理调节剂。

4 SerpinE2在细胞外基质病理性代谢过程中的作用

4.1SerpinE2在骨关节炎(osteoarthritis，OA)中的作用 骨关节炎是一种常见的慢性、进展性关节疾病，是软骨细胞、细胞外基质和软骨下骨三者降解-合成偶联失衡的结果[23]。研究表明，SerpinE2可抑制白细胞介素(interleukin，IL)-1α引起的糖胺聚糖的减少，从而具有防止兔关节软骨退化的功能[24]。不仅如此，SerpinE2还可通过抑制MMPs的表达发挥对骨关节炎的关节保护作用。在OA期间，促炎细胞因子IL-1α诱导软骨细胞中MMPs的表达，从而促进细胞外基质降解。在人T/C-28a2软骨细胞和人原代软骨细胞中，SerpinE2能抑制IL-1α引起的MMP-13的表达[25]。

4.2SerpinE2在动脉粥样硬化中的作用 SerpinE2可调节尿激酶受体(urokinase receptor，uPAR)依赖性的单核细胞对玻连蛋白的黏附作用，从而影响动脉粥样硬化的发展[26]。SerpinE2和SerpinE1是高亲和力结合细胞外基质蛋白玻连蛋白的丝氨酸蛋白酶抑制剂。已知SerpinE1可通过结合玻连蛋白，抑制玻连蛋白与整联蛋白或uPAR的相互作用，从而抑制细胞黏附和迁移；与SerpinE1相反，在BaF3细胞与U937细胞中，SerpinE2在活性uPA存在的情况下可增加玻连蛋白与uPAR的结合，由此促进uPAR依赖性细胞黏附到固定的玻连蛋白，形成“黏附斑块”。玻连蛋白的沉积与白细胞在动脉粥样硬化斑块中的浸润有关[27]，免疫组化显示，SerpinE2存在于平滑肌细胞、巨噬细胞和血小板沉积区域，这些区域也是uPA、玻连蛋白与uPAR抗体阳性染色区域。由此推断SerpinE2调节uPAR介导的细胞黏附可能在动脉粥样硬化中起到一定作用[26]。

4.3SerpinE2在肿瘤发病机制中的作用 肿瘤细胞与细胞外基质中的成分黏附后可激活或分泌蛋白降解酶，促进基质降解，从而形成局部溶解区，构成了肿瘤细胞转移运行的通道。尿激酶激活的纤维蛋白溶酶原系统以及金属蛋白酶系统被认为在细胞外基质的降解中起了重要作用[28]。SerpinE2通过对基质金属蛋白酶和纤溶酶系统的调节影响肿瘤的侵袭和迁移过程。研究发现，SerpinE2在乳腺癌[29]和胰腺癌[30]中有明显的促侵袭作用，但在胶质瘤[31]和前列腺癌[14]中有明显的抗侵袭作用。

在乳腺癌细胞中，SerpinE2可通过诱导肿瘤细胞MMP-9的表达[29]而促进细胞外基质降解。且在乳腺癌组织中，SerpinE2与SerpinE1均高表达，与表达增多的uPA平衡，导致连续循环的“分离-再附着”，增加细胞的运动性[32]。阻断或敲除SerpinE2，乳腺癌细胞基质胶原I密度明显增加，肺转移明显减少[33]。SerpinE2还可通过重构基质刺激血管生成[34]。近期研究发现，SerpinE2与分泌性白细胞蛋白酶抑制剂能驱动肿瘤血管外网络的形成，同时还作为抗凝剂来确保其灌注，可能由此促进肿瘤和血液的细胞交换来促进肺转移[12]。

在胰腺癌中，SerpinE2可通过促进细胞外基质沉积而促进胰腺癌侵袭。SerpinE2 在大多数胰腺癌中明显高表达[35]。与低转移性的胰腺癌SUIT-2细胞系S2-028相比，SerpinE2在高转移性的胰腺癌SUIT-2细胞系S2-007中高表达。在裸鼠模型中，过表达SerpinE2可以增强皮下异种移植S2-028和S2-007胰腺癌细胞的局部侵袭性，伴随着浸润性肿瘤中细胞外基质(如I型胶原、纤连蛋白和层黏连蛋白等)的大量增加。高表达SerpinE2的侵袭性肿瘤细胞呈纺锤形态，波形蛋白表达明显增加[30]。在胰腺星形细胞存在时，SerpinE2可增加细胞外基质沉积，促进SUIT-2细胞的生长，更显著增强S2-028癌细胞侵袭能力[35]。

在脑胶质瘤中，SerpinE2通过抑制uPA、MMP-9和MMP-2的表达抑制胶质瘤细胞外基质的降解，从而抑制胶质瘤C6细胞的迁移和侵袭[31]。敲除SerpinE2后，uPA、MMP-9和MMP-2表达明显增加，细胞外基质降解增加，星形胶质细胞C6细胞侵袭和迁移明显增加。在乳腺癌168FARN细胞系[29]与胶质瘤C6细胞系[31]中，SerpinE2都是通过ERK信号通路调节MMP-9表达，但其对于2种肿瘤侵袭和转移的作用不同，可能是因为SerpinE2在不同的细胞环境产生不同作用，SerpinE2作为分泌的丝氨酸蛋白酶抑制剂，其蛋白水平可能影响细胞胞外环境中存在的特异性靶分子的生物学功能[31]。

在前列腺癌细胞PC3-ML中过表达SerpinE2，其侵袭性降低，且与uPA活性受抑制有关[14]。研究发现，SerpinE2也是MMP-9的底物[36]，MMP-9可通过裂解SerpinE2减轻其对uPA的抑制作用，促进细胞外基质的降解。因此有学者猜测SerpinE2与MMP-9之间可能存在“反馈回路”[14]，加入大量重组uPA和SerpinE2后，MMP-9水平的变化也是适度的，导致总体水平发生相对较小的变化。

4.4SerpinE2在纤维化中的作用 心肌纤维化是由于细胞外基质中的胶原过度堆积和细胞外基质代谢紊乱而导致心脏结构功能的变化，其中心肌胶原以I型和III型胶原为主。加入外源性SerpinE2后，心肌成纤维细胞表达胶原增加；敲减SerpinE2后，心肌成纤维细胞分泌胶原减少。细胞外环境中SerpinE2的增加促使I型和III型胶原沉积，细胞外基质增加，出现心肌纤维化[37]。

SerpinE2的编码基因SERPINE2与中国汉族人的慢性阻塞性肺疾病有相关性，并且还是小叶性肺气肿的危险因素[38]。SerpinE2在特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)患者的肺组织提取物、肺成纤维细胞和支气管肺泡灌洗液中显著增加。在正常成纤维细胞中过表达SerpinE2，纤连蛋白表达增加；在IPF成纤维细胞中敲除SerpinE2，纤连蛋白表达降低。但缺乏抗蛋白酶活性或缺乏与糖胺聚糖结合能力的SerpinE2过表达对纤连蛋白的表达无明显影响，说明SerpinE2直接影响细胞外基质蛋白的表达，且该作用可能在IPF的发展中起重要作用[39]。

全身性硬化症也称硬皮病，是一种以局限性或弥漫性皮肤增厚和纤维化为特征的全身性自身免疫病。全身性硬化症患者损伤皮肤部位胶原和其它基质成分过表达，同时SerpinE2过表达。在小鼠3T3成纤维细胞中瞬时或稳定过表达SerpinE2，可分别增加胶原启动子活性和内源胶原转录水平，而活性位点突变的SerpinE2和反义SerpinE2都不能增加胶原启动子活性，说明过表达SerpinE2可能促进硬皮病的发生和发展[40]。

5 小结与展望

综上所述，SerpinE2在调节细胞外基质代谢方面发挥重要作用。现有研究表明，SerpinE2作为外周基质蛋白，可通过调节细胞外基质的降解影响神经元迁移和卵泡闭锁等生理过程，还可参与肿瘤的侵袭和迁移及纤维化的发生和发展等病理过程。因此，深入研究SerpinE2与细胞外基质代谢之间的关系，阐明其在疾病中的作用机理，可为疾病的治疗寻找新的药物靶点。

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