半胱氨酸蛋白酶抑制剂C与炎症性疾病关系的研究进展

谢然佳，邓莉

(广东医科大学寄生虫学教研室，广东 湛江 524023)

随着人们生活水平的提高，生活方式的改变，以及逐步进入人口老龄化社会，炎症性疾病对健康的影响不容忽视。近年来，炎症性疾病已成为危害人类健康的重要公共卫生问题之一，已引起世界各国卫生部门的高度重视[1]。正常机体中炎症反应主要起着十分重要的防御角色，是具有血管系统的机体对体外各种不良刺激(如创伤、感染等)产生的一种防御性反应，具体是由各种炎性细胞和炎性因子共同参与的炎症反应过程，表现为红、肿、热、痛和功能障碍[2]。然而，过度炎症反应不仅仅是一种病理过程，还是多种疾病的病理基础。过度的炎症反应不但消灭病原体或致病因子，同时还损伤正常机体组织细胞，引起炎症性疾病。它是机体多种炎症性疾病发生的根本原因[3]。Cys-C(cysteine protease inhibitor C,Cys-C)是正常机体体内一种具有抑制包括半胱氨酸蛋白酶在内的多种蛋白水解酶活性的低分子蛋白酶抑制剂。最近研究表明[4-5]作为体内最主要的内源性组织蛋白酶抑制剂的半胱氨酸蛋白酶抑制剂C，在与组织蛋白酶、同型半胱氨酸及半胱氨酸蛋白酶的相互作用中，参与了呼吸性炎症疾病、动脉粥样硬化、风湿性关节炎和心脑血管等多种炎症性疾病的生理、病理过程。目前，半胱氨酸蛋白酶抑制剂C与炎症性疾病关系的研究特别是有关两者的具体作用机制的研究资料甚少。本文就近年来Cys-C与炎症性疾病关系的研究进展予以综述。

1 Cys-C的生物学特性

1961年Clausen等[6]在脑脊液中找到了一种生理物质，由于其与哺乳动物的胱蛋白A、B的结构和活性类似，所以就命名为胱蛋白C。1983年Anastasi等[7]首次从鸡蛋清中经分离纯化获得了1种半胱氨酸蛋白酶抑制剂，后来发现与胱蛋白C是同一种物质，统一命名为Cys-C。Cys-C按结构可分为3型：Ⅰ型为胞内型，由100个氨基酸残基组成的单链蛋白质，但不含有二硫键和糖链；Ⅱ型为外泌型，由115个氨基酸残基以及2个二硫键组成；Ⅲ型为多结构域蛋白质，包括哺乳动物激肽原。而人类Cys-C是1种由120个氨基酸残基组成的非糖基化低分子蛋白质，相对分子质量约为13.3×103，等电点位于9.3，绝大多数有核细胞均可稳定表达和分泌Cys-C，并且不受体内多种生理物质的影响，如三酰甘油、炎症因子、胆红素等，此外，与性别、年龄也无关[8]。人类编码Cys-C的基因片段属于“看家基因”的表达产物，位于20号染色体上。在人体绝大部分组织结构中都能够恒定表达其基因序列，如肝、肾、胃、胰、肠、肺，多种体液中也广泛存在，如脑脊液、血液、尿液、唾液、精液等，其中以脑脊液中的分布量最多,尿液分布量最少。肾脏是清除循环Cys-C的唯一器官，由于Cys-C分子质量小，容易透过肾小球，但几乎全部被肾小管重吸收，尿液中一般检测不出。临床上将其作为理想的反映肾小球滤过率的敏感指标，也作为肾损伤严重程度的重要依据[9]。

2 Cys-C的生物学功能

Cys-C作为一种内源性的广谱蛋白酶抑制剂，它主要生物学功能是抑制体内多种半胱氨酸蛋白酶的活性，但它对各种半胱氨酸蛋白酶的抑制活性不一。其中对溶酶体组织蛋白酶B、L、K、S的抑制作用最强，是目前发现的组织蛋白酶B最强抑制物质，对胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和组织蛋白酶的抑制作用次之，但对基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶基本无效[10]。近年来，Cys-C逐渐成为科研工作者的研究热点，它的生物学功能也得到了进一步的认识。特别是Cys-C对抗原呈递、细胞外基质降解和平衡活细胞内蛋白质产生、分解过程发挥极其重要的调控作用[11]。有研究[12]报道Cys-C通过抑制多种组织蛋白酶的活性，进而抑制细胞外基质的降解,从而抑制了肿瘤的浸润和转移。另外，Cys-C还能促进细胞增生、激活和趋化中性粒细胞，调节机体炎症反应过程，如动脉粥样硬化[13]。Lee等[14]研究发现Cys-C可预防早衰性获能和顶体反应，从而保证精子到达输卵管前保持精子的受精能力。此外，Cys-C可能通过增强精子活力帮助精子进入上生殖道。此外，植物源性的Cys-C (AtSerpin1)不仅具有抗衰老的作用，还有治疗克氏锥虫、抑制梨形钩端螺旋体的生长、抗原虫感染和抗病毒的能力[15-16]。

3 血清Cys-C对炎症性疾病的临床价值

近年来，越来越多的研究表明病理性的血清Cys-C的水平变化与多种炎症性疾病的发生发展有着密切的关系，通过检测血清Cys-C水平可以作为多种炎症性疾病的严重程度或其他并发症发生的重要参考依据。目前临床上对血清Cys-C的检测方法较多，主要有放射免疫法、乳胶颗粒增强免疫比浊法、酶联免疫法、单向免疫扩散法、时间分辨荧光免疫法等检测方法[17]。系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种自身免疫性炎症疾病，多发于青年女性并常累及多种脏器。然而，其在临床治疗过程中，长期过量使用糖皮质激素，常常导致股骨头坏死、骨质疏松和动脉硬化等多种并发症的出现。其中股骨头坏死是系统性红斑狼疮并发症中发生率最高的并发症，发生率约为4%～5%。姚越峰等[18]研究发现系统性红斑狼疮病人血清Cys-C水平与股骨头坏死的发生率呈正相关，检测血清Cys-C水平可作为预测系统性红斑狼疮病人发生股骨头坏死的重要参考指标。脓毒症是指由感染引起的全身炎症反应综合征，是临床常见的危重症感染性炎症疾病。李剑等[19]研究报道老年脓毒症患者外周血Cys-C水平与感染程度密切相关，血清Cys-C水平对预后判断具有重要的参考价值。过敏性紫癜(anaphylactoid purpura)是一种较常见的主要病变为小血管炎症的系统性血管炎，又称为亨-舒综合征。然而，过敏性紫癜中最严重的并发症是过敏性紫癜性肾炎，其对疾病的预后起着决定性作用，严重的紫癜性肾炎甚至可以导致肾功能衰竭和肾坏死。Chen等[20]研究报道Cys-C比血清肌酐能更为准确和迅速地反映过敏性紫癜患者的肾功能损害，常规监测该类患者的Cys-C水平，对有效监测过敏性紫癜导致的肾功能损伤具有重要的临床意义。支气管肺炎(bronchopneumonia)又称小叶性肺炎，多见于婴幼儿，是严重威胁我国儿童健康的炎症性疾病。Lee等[21]研究发现血清Cys-C在支气管肺炎中敏感性和准确度均明显优于肌酐。Cys-C水平更适合作为支气管肺炎患儿早期肾损伤的诊断指标。动脉粥样硬化是一种慢性炎症过程，发病机制涉及血管壁的重构和细胞外基质的降解。炎症可刺激血管平滑肌细胞分泌多种组织蛋白酶，其中包括组织蛋白酶S和组织蛋白酶K，促使这类半胱氨酸蛋白酶在动脉损伤处过多表达。Cys-C作为半胱氨酸蛋白酶内源性的抑制剂，可抑制细胞外基质的降解，但有研究[22]显示其反而促进了动脉粥样硬化的发生，进而影响冠心病的发病进程，其具体作用机制不清，可能与激活和趋化中性粒细胞等其他机制有关。Luc等[23]研究发现Cys-C水平增高在一定程度上可以反映冠状动脉病变的严重程度，可为临床开展危险分层与治疗提供参考依据。苏健康等[24]研究发现冠心病患者半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C水平与冠心病成正相关，血浆半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C可能参与冠心病的发生发展，并在导致斑块不稳定状态中起重要作用。

4 Cys-C与炎症相关性疾病的关系

4.1 Cys-C与重症感染性炎症疾病

脓毒症(Sepsis)是由病原微生物入侵机体后所导致的一种全身性的炎症反应综合征。如抢救不及时可能会引起机体多器官功能障碍综合征，甚至死亡。它不仅仅是世界范围内难以彻底攻克的临床疾病之一，也是临床上多种危重疾病(重度烧伤、多发性创伤等患者)的主要死亡原因之一。而病原菌产生的内毒素、外毒素和它们介导的多种炎症反应是脓毒症的主要致病原因。其中，炎症因子的大量释放所引起的过度炎症是脓毒症最为重要的致病机制。因此，在临床治疗当中，抑制过度炎症反应是最为直接有效的防治手段。近年来，Cys-C被认为在蛋白质降解、转运、抗原呈递、细胞凋亡、炎症等过程中起着重要的调节作用。Tallima等[25]研究报道日本血吸虫来源的半胱氨酸蛋白酶抑制剂能作用于CD4+CD25+Foxp3+Treg免疫细胞，减少单核细胞数量，抑制促炎因子TNF-α和IL-6的释放，促进IL-10的产生，改善以Th1反应为主的免疫失调性疾病。万勇坤等[26]研究发现1种功能活性肠源的Cys-C，体内外实验发现有明显的抑制脂多糖诱导的巨噬细胞促炎性细胞因子的释放作用，如TNF-α、IL-1β和IL-6等，从而改善脂多糖诱导的脓毒症，该研究还发现日本血吸虫源性Cys-C可明显降低血清BUN、Cr、ALT、AST、IL-6和TNF-α水平，升高血清IL-10水平，减轻肾、肝、肺等组织损伤，对脂多糖诱导的脓毒症有显著的治疗效果。

4.2 Cys-C与呼吸性炎症疾病

支气管哮喘(bronchial asthma)是一种由多种炎症细胞(中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、T淋巴细胞、肥大细胞等)和组织细胞共同参与的以气道慢性炎症、黏液分泌增加、气道重塑及气道反应性增高为主要特征的异质性疾病。近年来，研究发现炎症复合体参与了多种炎症性疾病的发生、发展，如动脉粥样硬化、痛风、2型糖尿病等。炎症复合体是由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶前体、NLRP3蛋白和调亡相关点样蛋白所组成的多蛋白复合体，它经修饰、剪切和组装后，形成有生物活性的Caspase-1，而活化的Caspase-1进一步水解家族性细胞因子前体，促进多种炎症细胞因子的释放，从而参与炎症过程[27]。Cys-C作为半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的抑制剂，如体内Cys-C水平过低是否会影响半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶前体的活化进而影响哮喘发生发展，这需要进一步的研究。

4.3 Cys-C与类风湿性关节炎

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种原因未明的，以炎性滑膜炎为主的系统性的慢性自身免疫性疾病。Cys-C可抑制MHC-II限制性抗原呈递等一系列过程和免疫细胞的极化、活化与迁移，导致宿主的免疫反应性降低。研究表明Cys-C与类风湿性关节炎关系密切，通过基因突变、敲除或其他手段引起的Cys-C缺乏时，患类风湿性关节炎的风险性明显升高[28]。目前，Cys-C潜在的抗类风湿性关节炎的治疗药物已引起较多研究者的关注。Chen等[29]研究报道一种重组日本血吸虫半胱氨酸蛋白酶抑制剂rSj-C，预防性干预后能有效地降低胶原诱导性关节炎的发病率，改善胶原诱导性关节炎小鼠的临床参数和缓解关节炎的病理学改变，机制可能与其负向免疫调节作用有关。

4.4 Cys-C与心血管性炎症

动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是一种常见的慢性血管性炎症疾病，机制涉及血管细胞外基质降解和血管壁重构等，Cys-C参与动脉粥样硬化形成中多种病理生理过程，其作用机制可能与抑制炎症、酶原和激活前体等有关。研究发现使动脉粥样硬化斑块稳定的重要内部因素是蛋白酶和抗蛋白酶比例的平衡。其中半胱氨酸蛋白酶和其主要抑制剂(Cys-C)之间的平衡是维持内弹性膜和细胞外基质的降解与生成平衡所必需的，并可促进血管平滑肌细胞以及单核巨噬细胞的平缓运动，起着血管保护作用。有研究报道具有白细胞特异性的Cys-C表达增高对消退动脉粥样硬化斑块有帮助，这表明其对冠状动脉的病理性重构有着保护作用。当它们之间失去平衡，血管将分泌过多的促炎细胞因子和血管活性因子，从而促进了动脉粥样硬化的发生和发展[13]。

急性冠状动脉综合征一般是由冠状动脉粥样硬化的斑块破裂，血管表面有裂纹或破损，引起血管痉挛，从而继发血小板黏附、聚集进而血栓形成等一系列改变，造成急性完全或不完全堵塞性血栓性病变。而斑块破裂的主要原因是血管外基质代谢异常。此外，Cys-C水平异常是斑块破裂的另一重要原因。血清中Cys-C含量降低表明消耗抗蛋白酶的溶解因子增多，而蛋白酶的功能则相对增强，从而造成动脉粥样斑块破裂。然而，一般斑块破裂在Cys-C的降低之后，目前其具体机制尚未阐明。但也有研究显示冠心病患者的冠状动脉非钙化性斑块与Cys-C水平成正相关，Cys-C可能参与了冠状动脉粥样斑块早期的形成过程[22]。也有研究报道不稳定型心绞痛患者的血浆Cys-C水平显著升高，并发现Cys-C的水平可影响动脉粥样斑块的大小[23]。

4.5 Cys-C与炎症性肠病

炎症性肠病(inflammatory bowel disease) 是一类多病因造成的、由异常免疫引起的肠道慢性和复发性炎症疾病，其主要类型包括克罗恩病(Crohn’s disease,CD) 和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)，其中细胞免疫功能异常是该疾病的主要发病机制。特别是在慢性炎症性肠病患者的黏膜当中，黏膜免疫T细胞的功能明显异常，其功能异常的一个典型表现就是抵抗凋亡。有研究[30]报道在凋亡过程中会明显影响到免疫系统的成熟和自身耐受的形成，然而caspase细胞凋亡信号通路与炎症性肠病的发病有着密切的联系，其中通路中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3 (cysteine-asparticprotease-3,caspase-3)参与机体免疫细胞的凋亡过程，是人体免疫系统功能成熟的重要保障。

Caspases是近年来发现的一组存在于胞质溶胶中且结构类似的半胱氨酸蛋白酶，caspase-3作为细胞凋亡过程所必需的基因，不仅在凋亡的细胞信号通路当中具有重要的调控作用，而且对正常组织细胞的生存周期维持具有重要的生物学意义。caspase-3还可介导淋巴细胞和免疫系统的成熟过程，研究[31]发现过度的细胞凋亡或凋亡失效均可导致自身免疫性疾病的发生，T细胞的凋亡过程主要与以下2条通路有关：当Fas受体被相应配体激活后，逐步激活通路下游caspase-8和caspase-3，从而诱发一系列级联反应，最终引起细胞程序性死亡。另外，caspase-3还可被凋亡小体(APAF-1、caspase-9和细胞色素C)所激活[31]。由此可见，caspase家族对维持T细胞的耐受性和功能稳定具有重要作用。已有研究[32-33]报道Cys-C可上调caspase-3和p53活性，从而导致细胞凋亡的发生。然而，凋亡异常在溃疡性结肠炎和克罗恩病中是存在差异的，具体作用机制未知，可能与两者的免疫异常机制不同有关。此外，炎症性肠病患者的中性粒细胞也存在凋亡被延迟的现象，因此，凋亡异常进而影响免疫异常可能是炎症性肠病的发生发展的另一重要机制。Cys-C是否通过作用Caspases凋亡通路影响炎症性肠病疾病的发生发展，目前暂未见相关文献报道，但它可为炎症性肠病疾病的防治提供一种新思路。

5 总结与展望

Cys-C作为一种半胱氨酸蛋白酶抑制剂，不仅有着广泛的生物学功能，还可作为多种炎症性疾病的严重程度或其他并发症发生的重要参考依据，在临床上有一定的应用前景。另外，Cys-C在炎症性疾病的发生发展中起着重要生物学作用，但其参与炎症性疾病的具体作用机制还需要进一步研究。此外，Cys-C也可为炎症性疾病的防治提供新思路，但目前尚缺乏高效特异的半胱氨酸蛋白酶抑制剂，故寻找具有高效特异且低毒的半胱氨酸蛋白酶抑制剂，对防治炎症性疾病的新药研发具有重大的现实意义。