肺表面活性蛋白A在肺外疾病免疫炎性反应中的作用研究进展

赵正，杨雪综述 赵敏审校

表面活性蛋白(SP)是由肺泡Ⅱ型细胞和气道Clara细胞合成并分泌的一种脂蛋白复合物，是构成肺表面活性物质(PS)的重要组成成分，具有降低肺泡表面张力、提高肺的顺应性及促进气体交换的作用。目前明确的SP共分为4种，分别为亲水性的SP-A、SP-D和疏水性的SP-B、SP-C，其中 SP-A含量最丰富，约占SP总量的50%[1]。最初人们对SP-A的研究仅局限于肺组织，近年来越来越多的研究发现其在多个组织器官如肠、肾、黏膜组织及中枢神经系统中都有表达，且SP-A含量的变化与肺内和肺外疾病密切相关[2]。因此，SP-A在局部防御及免疫调节方面的重要作用也越来越引起人们的广泛关注。现就SP-A的特征性结构、功能，以及在多种疾病中的表达和免疫调节作用进行综述。

1 SP-A的结构特征

SP-A是属于凝集素家族的一种模式识别分子，具有凝集素家族蛋白特征性的多聚体结构，每个单体由4个不同的结构域组成：N-末端区域参与链内二硫键的低聚反应，胶原样区域(4CLR)构成多聚化三联螺旋体结构，α-螺旋结构域维持肽链多聚状态，C端糖识别域(CRD)用于识别并结合碳水化合物[1]。其中CRD是凝集素家族共有的结构，位于肽链的羧基端，为球状结构区，其上有钙依赖型糖识别位点，在钙离子参与下，可促使凝集素蛋白与多种病原体的糖结合[3]。3个肽链由二硫键和非共价键连接组成一个稳定的三聚体亚基，构成SP-A的三级结构。SP-A的四级结构是由6个三聚体并联而成(6×3=18 CRDs)，呈“花束”样排列。其颈部由N-末端区域和CLR的一部分构成，而α-螺旋结构域和CLR的剩余部分构成了“花冠”样结构，而肽链的另一末端CRD则卷曲呈球状结构域，使得花冠部成为凝集素糖识别部位，见图1。这种多聚体结构增强了SP-A结合免疫细胞及病原体的能力，是其发挥免疫调节功能的生化基础[4]。

图1 SP-A的生化结构

2 SP-A受体

由于拥有特殊的结构，SP-A能够与多种免疫细胞和病原体表面受体结合，并参与调控免疫细胞功能及免疫炎性反应。SP-A对免疫反应的不同作用主要依赖于参与调节的细胞受体不同，因此了解SP-A的结合受体对研究其免疫调节功能至关重要[5]。Toll样受体(TLR)是参与非特异性免疫的一类重要蛋白质受体，是一组高度保守的模式识别受体，能通过识别病原相关分子模式(PAMPs)和危险相关分子模式(DAMPs)引发机体的天然免疫反应[6-7]。活化后的TLR能促发细胞内级联反应并激活一系列转录因子，包括NF-κB、AP-1、IRF-3和IRF-7等，并进一步促进多种促炎性细胞因子如TNF-α和IL-1β的产生[8-9]。研究发现SP-A通过Ca2+依赖途径以CRD结构域与TLR2、TLR4可溶性胞膜外区以及MD-2受体相结合[10-11]。SP-A能抑制LPS与TLR4/MD-2的结合并减弱LPS诱导的炎症级联反应[12]。另有研究还证实，SP-A能在转录后水平调控巨噬细胞TLR2和TLR4的表达[13]。SP-A虽能上调巨噬细胞TLR2表达，却又同时抑制了TLR2介导的NF-κB信号通路，SP-A通过影响信号通路中的关键调节因子，如IKBα的磷酸化、p65的核异位、MAPK家族的成员磷酸化及Akt的磷酸化减少进而影响NF-κB信号传导，最终导致TNF-α显著减少[14-15]。信号抑制调节蛋白α(SIRPα)是一类广泛表达的糖蛋白分子，属于免疫球蛋白超家族结构域受体。SIRPα在多种免疫细胞如巨噬细胞和树突细胞的表面均有特异性表达[16]。有研究发现SIRPα在维持并调节小鼠T淋巴细胞和自然杀伤细胞的稳态过程中发挥重要作用。此外，SIRPα还被证实参与抑制巨噬细胞中TLR介导的信号通路，因此也被认为在沟通机体固有免疫和获得性免疫过程中具有重要意义[17]。研究报道SP-A能通过与SIRPα和CD-91钙网蛋白复合物相结合调节免疫细胞功能。当接触病原时，SP-A通过CRD结构域结合SIRPα并抑制炎性介质的产生；当接触外源性微生物或细胞碎片时，SP-A通过其CRD结构域结合病原，而游离的CLR区域通过CD-91钙网蛋白活化免疫细胞[18]。此外，研究还发现SP-A还能结合天然和重组的可溶性CD14。CD14是LPS的结合受体，SP-A的α-螺旋结构域与CD14亮氨酸富含区结合，并在LPS/CD14相互作用中起到重要的调节作用[19]。SPR-210(surfactant protein receptor 210 kDa)最初是从巨噬细胞U937细胞株中纯化提取的SP-A结合蛋白，在Ⅱ型肺泡细胞及肺泡巨噬细胞中也有表达，SP-A通过CLR区域结合SRP-210，并参与介导结核分枝杆菌的摄取[20]。此外，SP-A还能直接通过CRD结构域和钙离子依赖途径结合各种细菌、真菌和病毒表面的甘露聚糖、海藻糖、N-乙酰葡糖胺及脂质来识别它们。还有研究证实SP-A能结合糖蛋白-340(Gp-340)、髓过氧物酶(MPO)、补体蛋白C1q、免疫球蛋白以及补体受体CR3等，并通过多种途径参与机体的免疫反应[21]。

3 SP-A的免疫调节作用

机体在自然状态下接触到很多致病性的病原体及抗原,从而触发免疫细胞介导的免疫应答,以保护机体抵抗外来刺激的入侵。SP-A作为C型胶原凝集素的一员,能通过多种机制参与免疫调节作用。首先，SP-A的糖识别域能黏合多种细菌、真菌以及病毒等病原体，并通过和免疫细胞受体结合募集巨噬细胞及中性粒细胞参与炎性反应调节，直接杀伤病原微生物[22]。其次，SP-A还能增强巨噬细胞等免疫细胞对病原体的吞噬清除功能，而敲除SP-A基因后小鼠肺泡巨噬细胞吞噬病原菌的能力明显下降[23]。SP-A还能通过上调免疫细胞表面的病原结合受体从而增强免疫细胞对病原的摄取，研究发现SP-A能增强巨噬细胞表面清道夫受体A进而促进其对肺炎链球菌的摄入，还能通过上调人巨噬细胞表面甘露糖受体的表达促进结核分支杆菌清除[24-25]。另有研究发现，SP-A能抑制树突细胞的成熟，并抑制了由植物凝集素、CD3特异性抗体和佛波酯诱导的T细胞增殖[26]。SP-A的CLR和CRD结构域通过Ca2+通路抑制T细胞活化，进而抑制由T细胞活化引发的炎性级联反应[27]。另有体外研究证实SP-A能增强肺泡巨噬细胞对凋亡细胞的摄取。SP-A能通过钙网蛋白和CD91依赖途径结合凋亡细胞并对其产生清除作用[28]。此外，SP-A还能参与调节细胞炎性反应，但不同研究表明SP-A对TNF-α等炎性介质的产生既有上调作用又有下调作用[29]。随着研究的深入，发现SP-A是增强还是减弱炎性反应则主要取决于参与调节的细胞受体不同，而结合的受体又取决于SP-A与免疫细胞及病原体之间的相互作用。SP-A如何在体内外调节多重细胞炎性反应仍需要进一步研究。因此,SP-A可以调控免疫调节相关受体和细胞因子的表达,并能通过诱导活化的淋巴细胞凋亡等生理过程来维持免疫稳态,进而发挥其在机体免疫监视中的重要作用。

在呼吸系统中，SP-A在多种呼吸道病原体的先天免疫应答中起重要作用，包括A型流感病毒、呼吸道合胞病毒、结核分枝杆菌、烟曲霉、铜绿假单胞菌和流感嗜血杆菌等。SP-A通过识别和结合各种病原体并触发各种免疫反应，包括调理作用，增强吞噬作用以及募集巨噬细胞和嗜中性粒细胞杀死病原体，并通过增加细胞膜通透性来抑制微生物的活性等。 SP-A还有助于清除凋亡细胞并调节炎性反应。 SP-A与免疫细胞的相互作用及其启动清除的机制主要是由SP-A的胶原蛋白区域与这些细胞上的相关受体分子介导的。因此，SP-A的免疫调节功能在维持肺稳态和保护肺部不受感染等方面非常重要。现在已知SP-A的表达不仅仅限于肺部，还在人体其他黏膜表面及肺外组织也表现出广泛的免疫活性，如消化系统、生殖系统及中枢神经系统等。但其在肺外部位的免疫调节作用还在不断的研究和探索中[1]。

4 SP-A在肺外组织中的分布及作用

4.1 消化道中的SP-A 研究发现有一种类似于肺表面活性物质的疏水性蛋白位于消化道上皮细胞顶部边缘和腔内容物之间，并最后认定为消化道表面活性物质[30]。随后，研究人员又在大鼠肠道上皮细胞中检测到SP-A的蛋白和mRNA表达，认为该蛋白是由肠上皮细胞自身产生并分泌的。研究发现消化道表面的肺表面活性蛋白不但具有润滑并维持胃肠道表面张力的作用，促进肠道蠕动，还能有效地抑制肠道溃疡因素[31]。研究发现，在炎性肠病及坏死性肠炎病例中SP-A表达上调并参与免疫炎性调控。坏死性肠炎的动物模型中，口服SP-A蛋白能有效降低肠内的炎性反应，减少TLR4的表达及促炎性细胞因子[32]。胃肠道中的SP-A能通过结合病原体表面受体减少其黏附于消化道上皮细胞，并通过结合细胞表面的特异性结合受体来抑制其下游炎性信号通路，进而参与宿主的免疫调控[33]。

4.2 女性生殖系统及羊水中的SP-A 研究表明，免疫活性SP-A在女性生殖系统中广泛表达并参与免疫防御。在人体的子宫肌层、阴道上皮细胞及阴道灌洗液中检测到SP-A的存在，且在女性月经周期不同阶段阴道灌洗液中SP-A的水平存在差异，卵泡期SP-A水平达到峰值，这一变化可能与月经期阴道黏膜变薄，阴道菌群失调导致阴道更易感染有关[34]。此外，女性生殖系统中表达的SP-A能参与抵抗性传播病原体的侵袭。研究发现SP-A通过结合人类免疫缺陷病毒(HIV)的包膜糖蛋白gp120抑制HIV感染CD4 T淋巴细胞，表明其可能具有抗HIV的作用[35]。自怀孕26周开始，人的羊水中就能检测到SP-A蛋白的表达，而到邻近分娩时(40周)SP-A水平显著升高并能达到2～8 μg/ml[36-38]。免疫组化染色发现在孕晚期的羊膜上皮细胞和绒毛膜细胞中都有SP-A表达，SP-A通过羊膜细胞和蜕膜巨噬细胞识别并清除羊水中的病原体，抑制孕期的宫内感染，减少绒毛膜羊膜炎的发生[39]。人的分娩过程与宫内组织分泌的催产素PGF2α和促炎性细胞因子TNF-α密切相关。作为炎性调节蛋白，SP-A能够有效地抑制巨噬细胞分泌TNF-α并推迟PGF2α合成信号通路[40]。此外，研究还发现SP-A在小鼠分娩早期表达升高，并伴随着IL-1β和NF-κB水平上升。IL-1β和NF-κB都能刺激PGF2α合成信号通路，并诱发早产[41]。不仅如此，SP-A还能清除子宫平滑肌周围的凋亡和坏死细胞，从而降低了宫缩引发炎性反应的风险[42]。

4.3 咽鼓管、鼻窦中的SP-A Yamanaka等[43]早期在人类的中耳灌注液中发现免疫活性SP-A的存在，开启了SP-A在另一组织的研究。此后，另有研究人员发现把天竺鼠的肺表面活性物质、盐水和混合磷脂灌入大鼠的中耳，发现肺表面活性物质能显著降低张开咽鼓管所需要的张力。经进一步组织病理和分子生物学检测证实，成年大鼠的中耳上皮细胞和鼻旁窦黏膜下腺中都表达SP-A蛋白和mRNA，且感染大鼠与未感染大鼠相比，中耳上皮细胞中SP-A mRNA水平明显升高[44]。此外，在由感染、过敏或其他自身免疫性原因引起的慢性鼻窦炎患者中也发现SP-A表达显著升高。SP-A蛋白还被检测到在咽鼓管上皮细胞中表达分泌，并具有抗炎的作用。作为病原体进入中耳的必经之路，咽鼓管黏膜所产生的保护因子对于复发性中耳炎的防护至关重要。研究发现，对复发性中耳炎敏感性不同的儿童表达的SP-A表型存在差异，并认为咽鼓管上皮细胞中表达的SP-A蛋白参与病原体的清除并调节免疫相关反应[45]。

4.4 中枢神经系统中的SP-A 最近，SP-A在中枢神经系统(CNS)中的表达也得到了证实。Luo等[46]最先在SD大鼠的脑组织中检测到具免疫活性的SP-A表达，且发现SP-A在髓鞘周围的少突胶质细胞中深染。随后，Schob等[47]在人脑活检组织和多种中枢神经系统疾病患者脑脊液中检测肺表面活性物质的表达变化发现，SP-A在中枢神经系统中广泛表达，神经元、胶质细胞和室管膜细胞中都有SP-A蛋白和mRNA表达，并认为检测到的SP-A是由CNS组织自身产生的。此外，SP-A在自身免疫性脑病和脑炎患者的脑脊液中含量较阴性对照组显著降低，提示其可能与CNS的免疫炎性调节有关。Yang等[48]在研究中发现，大鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎模型(EAE)中SP-A的分布和表达水平在EAE发病初期、高峰期和缓解期随着炎性反应和胶质细胞的变化而变化，呈正相关。研究还发现SP-A在大鼠脑组织的星形胶质细胞以及体外培养人星形胶质细胞和小胶质细胞中的表达，且在LPS的刺激下SP-A表达水平增加，且外源性加入SP-A能抑制星形胶质细胞和小胶质细胞中TLR4和NF-κB P65的表达，同时减少了TNF-α和IL-1β的产生，由此认为SP-A能通过结合星型胶质细胞和小胶质细胞的TLR4信号通路从而参与CNS免疫炎性反应的调节。

除以上组织器官外，研究人员还在胸腺、前列腺、肾脏和脾脏等组织中都检测到免疫活性SP-A。此外，在胸膜、心包、关节滑膜等细胞中也存在SP-A,且这些部位的SP-A也具有结合并清除致病原的作用，在先天性免疫和获得性免疫机制中发挥重要的作用[49]。

5 小 结

综上所述，SP-A除了具有降低肺泡表面张力、提高肺的顺应性及促进气体交换的作用以外，还参与机体的免疫防御及调节。SP-A在免疫炎性反应及调节中的作用机制十分复杂且多元，而SP-A在其他组织器官中的表达及免疫调节作用也突破了人们对这种肺表面活性蛋白的狭隘认识。SP-A在不同系统疾病中的表达变化及免疫调控作用得到了广泛的研究，但其调控机制仍有待进一步探究。SP-A调控免疫炎性反应的信号通路及其相关分子遗传调控机制具有重要的研究价值，不同组织器官之间的SP-A是否存在相互作用并调控机体的免疫炎性反应是未来研究的重点。因此，对SP-A的免疫炎性调控机制的深入探究能为多种疾病的治疗带来突破。