MUC1/Muc1在肺部疾病中作用的研究进展

袁良 李德富 卢文菊

广州医科大学附属第一医院 广州呼吸健康研究院 呼吸疾病国家重点实验室国家呼吸系统疾病临床医学研究中心 510030

黏蛋白1(人黏蛋白1用MUC1表示,动物黏蛋白1用Muc1表示)属于Ⅰ型跨膜黏蛋白,广泛存在于呼吸道、胃肠道等上皮细胞以及各种免疫相关细胞表面[1-2]。长期以来,由于MUC1在大多数癌症中过表达并异常糖基化,因此,它一直作为肿瘤相关分子被研究[3]。但近年来大量研究表明,MUC1是一个重要的内源性抗炎分子,可在急性肺部感染发生时促进炎症消退[2]。此外,它还可能在其他肺部疾病 [如：COPD、过敏性支气管哮喘以及间质性肺疾病(intersitial lung disease,ILD)]的发生、发展中发挥重要作用,但具体作用以及机制尚不明确。

1 MUC1/Muc1结构

MUC1氨基酸序列中包括3个结构域：胞外区、跨膜区和胞内区[1]。其胞外区高度糖基化,具有铜绿假单胞菌的结合位点[1-4]。MUC1胞外区可被肿瘤坏死因子转化酶、基质金属蛋白酶14和γ-分泌酶选择性切割[5-7],从而释放到细胞外充当可溶性诱饵,以阻断铜绿假单胞菌与细胞表面MUC1的结合[8]。MUC1 CT 区含有7个进化高度保守的酪氨酸残基,其中大部分可被磷酸化,磷酸化的酪氨酸残基可作为参与信号转导的激酶和衔接蛋白的结合位点[9-13],包括磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)、表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)、细胞类固醇激素受体共激活因子(cell steroid receptor coactivator,c-Src)、生长因子受体结合蛋白2等[2]。

2 MUC1/Muc1与肺癌

MUC1在肺癌细胞中异常表达,主要表现为过表达及非极性分布[14-15],且其常提示肺癌预后不良[14,16-17]。吸烟能显著增加肺癌的患病风险,香烟烟雾(cigarette smoke,CS)含有高诱变物质,可促进肺癌的发生及发展[17]。CS可诱导气道上皮细胞过表达MUC1,使EGFR 介导的信号转导增强、细胞间黏附的稳定性减弱、细胞极性丧失,进而促进CS或CS衍生的致癌物(如苯并芘等)所诱导的细胞转化[15,19]。CS还能诱导气道上皮细胞顶端-基底极性丧失,MUC1在细胞膜上重新分布,并与EGFR 结合,进而促进MUC1 CT 区的磷酸化。磷酸化的MUC1 CT 区与连接蛋白、β-连环蛋白和p120-连环蛋白相互作用,破坏E-钙黏蛋白/β-连环蛋白和E-钙黏蛋白/p120-连环蛋白复合物的形成,消除细胞间的黏附作用,从而促进肺癌的转移[15,20]。此外,人支气管上皮细胞经CS 刺激后,其MUC1 CT 区与EGFR、c-Src以及p120-连环蛋白的相互作用增强[21]。甚至,MUC1 CT 区可与p120-连环蛋白形成复合物并入核,参与肺癌组织中上皮间质转化(epithelialmesenchymal transition,EMT)的调控[22],而EMT 是癌细胞获得侵袭性的重要原因[22];另外,MUC1过表达可增强肺癌细胞增殖活性,并可通过激活PI3K-AKT 途径增强其促血管生成活性[14,24]。以上证据表明CS 可通过诱导MUC1的过表达、重新分布、磷酸化,促进肺癌的发生与发展。

然而,一项研究表明,与Muc1 野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠暴露于尼古丁衍生的亚硝胺酮(一种CS衍生的致癌物质)后,其肺组织中上皮调节蛋白(EGFR 配体)水平、EGFR-AKT 通路活性以及肿瘤多样性均显著增加[25]。此外,用MUC1 CT 区抑制性合成肽处理A549细胞,可促进上皮调节蛋白的产生[24]。这表明MUC1可通过抑制上皮调节蛋白的产生抑制EGFR-AKT通路的激活,从而抑制肿瘤的发生与发展。

虽然上述2种结论截然不同,却表明MUC1在肺肿瘤的发生与发展中发挥复杂的作用。这可能是由于在肿瘤微环境不同类型的细胞中,MUC1的作用不同。

3 MUC1/Muc1与急性肺部感染性疾病

在一些急性肺部感染性疾病中,MUC1/Muc1 发挥着重要抗炎作用。与Muc1野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠在铜绿假单胞菌或肺炎链球菌感染过程中,肺部炎症反应更明显,细菌清除能力增强,但炎症消退时间延长[26-27]。此外,多个体外研究也证明MUC1/Muc1在急性肺部感染中起抗炎作用[26,28-29]。

目前,越来越多的证据表明,在肺部发生急性感染时,普遍存在一个炎症调节的负反馈环。即病原体与气道上皮细胞表面的Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)结合,导致核转录因子(nuclear factor-κB,NF-κB)活化,产生炎症反应,IL-8、肿瘤坏死因子α、中性粒细胞弹力蛋白酶增多。增多的IL-8、肿瘤坏死因子α、中性粒细胞弹力蛋白酶诱导气道上皮细胞过表达MUC1,而过表达的MUC1可通过其CT 区抑制TLRs与衔接蛋白(如髓样分化因子88)的结合,从而促进炎症消退[2,30-31]。

总之,MUC1在急性肺部感染和炎症发生时表达水平增高,是重要的内源性抗炎分子,保护肺组织免于炎症损伤。

4 MUC1/Muc1与COPD

COPD 是一种以不可逆性气流受限为特征慢性肺部疾病,目前认为其发病主要与促炎-抗炎、氧化-抗氧化以及蛋白酶-抗蛋白酶等机制失衡导致的气道壁和肺泡间隔重构、肺组织结构破坏有关[32]。

吸烟是COPD发病的首要危险因素。CS中的多种氧化物通过诱导上皮细胞中活性氧簇的大量产生或激活肿瘤坏死因子转化酶,进而激活c-Src、EGFR、Grb2、丝裂原活化蛋白激酶等信号分子,促使NF-κB等转录因子入核,从而促进细胞中炎症介质的产生和释放[31];而CS可以诱导MUC1 CT/c-Src/EGFR 复合物的形成[20],减少游离c-Src,从而抑制CS所诱导的炎症反应。CS还可通过激活糖原合成酶激酶3β/Wnt3a/β-连环蛋白[34]、EGFR/Src/c-Jun氨基末端激酶[35]等信号通路,使气道以及肺泡上皮细胞发生EMT,从而破坏气道以及肺泡上皮的正常结构和功能。而Muc1 CT 区的多个位点能与EMT 信号通路中EGFR、c-Src、糖原合成酶激酶3β等多个关键分子结合[3],提示Muc1可能竞争结合上述信号分子,调控气道上皮细胞EMT 的发生,减轻CS所致的气道上皮损伤。

COPD 患者痰液和血浆中涎液化糖链抗原(Krebs yon den Lundgen-6,KL-6),由MUC1胞外区的唾液酸化糖链组成)水平升高,且其与气流受限程度、吸烟史正相关[35]。且COPD 急性加重期患者痰液中KL-6水平升高更明显[36]。此外,有体外研究表明CS可诱导气道上皮细胞过表达MUC1[33,38-39]。

CS可诱导气道上皮细胞过表达MUC1,而MUC1 又可与炎症和EMT 通路中的关键分子结合,这提示MUC1可能在COPD 的发生、发展中起重要作用,但需要进一步验证。

5 MUC1/Muc1与过敏性支气管哮喘

过敏性支气管哮喘是支气管哮喘中最容易识别的类型,以过敏性气道炎症、气道高反应性、黏液分泌过多等为特征[40]。

研究发现急性加重期的儿童支气管哮喘患者血清中KL-6(由MUC1 胞外区的唾液酸化糖链组成)水平升高[41],且在大鼠过敏性支气管哮喘模型中发现：Muc1 在过敏性支气管哮喘发生时表达增加,Muc1过表达可能通过抑制黏液栓形成和炎症反应来抑制支气管哮喘的发生、发展[42]。

此外,过敏性支气管哮喘气道炎症主要由Th2细胞及Th2相关细胞因子介导[43-44]。有关研究表明,与Muc1 野生型小鼠相比,Muc1 基因敲除小鼠脾脏树突状细胞诱导CD4+T 细胞分化成Th1和Th17细胞的能力更强[45],这提示Muc1有利于幼稚T 细胞向Th2细胞分化,其可能因此促进过敏性气道炎症的发生以及发展。

以上2个结论是相反的,且二者涉及的机制不同,需使用Muc1敲除的支气管哮喘动物模型进一步验证。

6 MUC1/Muc1与ILD

ILD 是一组主要累及肺间质和肺泡腔,导致肺泡-毛细血管功能单位丧失的弥漫性肺疾病的总称。特发性肺纤维化以及硅肺均属于ILD[46-47]。

不同类型ILD(包括特发性肺纤维化)的成人患者多数支气管肺泡灌洗液中和血清中KL-6 水平显著增加,且其常提示该病预后不良[48]。据报道,KL-6 可趋化人肺成纤维细胞,并促进其增殖、抑制其凋亡[49-50],所以小气道上皮表面被覆液体中的KL-6水平上升可能促进ILD 的纤维化过程。然而,有研究表明,与Muc1野生型小鼠相比,Muc1基因敲除小鼠暴露于硅后,肺组织纤维化程度更重[51],其涉及的机制可能为：Muc1 通过干扰TLRs/NF-κB/NLRP3(NLR 家族,含有pyrin 的炎性小体)通路,抑制巨噬细胞产生IL-1β,从而抑制硅所诱导的肺纤维化[51]。

上述2种结论截然相反,可能由于不同研究的MUC1/Muc1来源不同,糖基化程度不同,从而影响了它的生物活性。当然,这一假设需要在体外和体内模型中加以验证。

7 展望

目前关于MUC1/Muc1与肺部疾病的研究主要集中在肺部肿瘤方面,并没有关于MUC1/Muc1在COPD 或支气管哮喘中作用的直接研究,且它在肺纤维化中的作用也尚需要进一步研究。此外,大多数关于MUC1/Muc1在气道感染时抗炎作用的机制是由上皮细胞的体外研究得来。因此,未来的研究有必要了解气道感染时MUC1在非上皮细胞中的作用,例如：Ⅱ型肺泡上皮细胞、成纤维细胞以及免疫相关细胞,以及它们在炎症和肿瘤发生及发展中的作用。

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