内皮细胞特异性分子-1的生物学特性及其在相关疾病中的作用

郭慧雯，潘占海，王青青，张晓璇，马 征

（承德医学院附属医院神经内科，河北 承德 067000）

内皮细胞特异性分子-1（endothelial cell-specific molecule-1）又称ESM-1，是由内皮细胞分泌的一种新型的人内皮细胞特异性分子。该分子于1996年首次由Lassalle 等克隆自人脐静脉内皮细胞cDNA 文库中，并对其结构、表达及生物学特性等方面进行了初步研究。此后，随着人们对ESM-1的认识逐渐深入，大量研究表明其与肿瘤、皮肤病、呼吸系统疾病、心脑血管疾病等方面均存在密切关系，已成为多种疾病诊断及治疗的潜在靶点。本文主要就ESM-1的生物学特性及其在相关疾病中的研究进展进行探讨，以期为为上述疾病的诊断、严重程度、预后及靶向治疗等提供理论依据。

1 ESM-1的生物学特性

1.1 ESM-1的结构 ESM-1 位于人第5 号染色体的5q11.2的位点上，由单一基因编码而成。其完整的cDNA 序列长度为2006 个碱基对，包含了一个由552 个核苷酸组成的开放阅读框和一个由1398 个核苷酸组成的3’端非翻译区。3’端非翻译区编码含有66%腺嘌呤尿嘧啶单核苷酸的mRNA，涉及多个mRNA 不稳定性的结构域及多聚腺苷酸一致序列[1]。ESM-1 表观分子量为20 kD，分泌形态为50 kD。研究证明[2]，ESM-1 蛋白是一种可溶性硫酸皮肤素蛋白多糖，由于其由内皮细胞分泌且为蛋白多糖的性质，故翻译产物被命名为endocan。蛋白多糖是一类复杂的大分子，由丝氨酸（或很少与苏氨酸）残基和一个或多个糖胺聚糖链共价结合的多肽组成。endocan的蛋白结构与蛋白聚糖家族的其他成员相似，包含蛋白质核心以及与之共价连接的糖链部分，其结构为由165 个氨基酸组成的成熟多肽和一个单独的皮聚糖硫酸链共价连接到137 位丝氨酸残基上[3]。

1.2 ESM-1的表达与调控 在正常状态下，endocan主要由血管内皮细胞产生，以肺血管内皮细胞和肾小管内皮细胞为主，受多种促炎因子的调控。有研究[4]利用免疫组织化学染色法检测了正常人体组织中endocan的表达，结果表明其在腺组织、新生血管内皮细胞、支气管上皮细胞、淋巴结生发中心等新生或活跃组织中均有表达，而在安静或静止的组织、细胞（如大动脉和脾脏）中不存在。随着研究的深入，近年发现endocan 在正常人体内表达水平较低，但在肿瘤、银屑病、冠心病、ARDS 等多种疾病中的表达水平显著不同。

内皮是细胞和器官功能的动态参与者。通过表面蛋白的表达和可溶性介质的分泌，内皮可以控制血管张力和通透性、调节凝血和血栓形成、引导白细胞聚集和归位于特定的炎症区域。这种内皮细胞依赖的对白细胞滚动、粘附和跨上皮迁移的控制涉及到几个已知的内皮细胞表面分子，包括E 和p 选择素、细胞间黏附分子-1（ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1（VCAM-1），它们受到促炎细胞因子如肿瘤坏死因子（TNF）和干扰素的不同调控。新型内皮细胞因子ESM-1 水平不仅受到细胞因子的调控，同时能够影响炎性因子分泌表达，在内皮依赖性病理障碍中发挥作用。细胞黏附分子淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）和ICAM -1 之间的相互作用对于调节白细胞黏附、迁移和激活等均有重要意义。有证据表明，endocan 能够与白细胞整合素LFA-1（CD11a/CD18）结合，随后以剂量依赖的方式阻止（可溶性）ICAM-1 与LFA-1的特异性结合。ICAM-1是LFA-1的内皮结合伙伴，抑制这种细胞间的接触可能会影响循环单核细胞向炎症部位的招募和依赖LFA-1的细胞黏附和迁移，由此推测ESM-1 可能参与到炎症反应中[5]。ESM -1的mRNA 表达也受到细胞因子调控，肿瘤坏死因子α（TNF-α）对ESM-1的表达有正调控作用，且其正调节是具有时间依赖性的。白细胞介素1β（IL-1β）对ESM-1 表达的调控方式与TNF-α 相似，并且单独加入γ 干扰素（INF-γ）或白细胞介素4 时，对ESM-1的表达水平没有影响；但当联合加入INF-γ 与TNF-α 时，INF-γ 可抑制TNF-α 诱导的ESM-1 表达[6]。Nirala BK 等[7]研究了晚期糖化人血清白蛋白（AGE-HSA）对ESM-1 产生的影响，发现AGE-HSA 对人脐静脉内皮细胞中ESM-1的表达具有调节作用，它以剂量依赖的方式上调ESM-1 蛋白的表达，并与其信使RNA（mRNA）转录相关。该研究还发现，RAGE 基因沉默对ESM-1的表达具有下调作用，galectin-3 基因沉默对年龄诱导的ESM-1 表达具有上调作用，抑制MAPKKK 和JNK 通路对其表达没有影响。相比之下，磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）抑制能够显著上调ESM-1的表达。在早期胚胎发育过程中，生长因子/离散因子（HGF/SF）支持着肝、肾、肺和肠等各种组织、器官的形态发生。Endocan 能够呈剂量依赖性地增加HGF/SF介导的人类胚胎肾细胞的增殖，纯化的硫酸软骨素链在HGF/SF 存在时也具有endocan 样促进细胞增殖作用，即endocan 能调节HGF/SF 介导的促有丝分裂活动，这种作用存在于胚胎发育、损伤后组织修复以及肿瘤发展过程中[2]。

2 Endocan 与各种疾病的关系

2.1 Endocan 与呼吸系统疾病 Mikkelsen ME 等[8]通过单中心嵌套病例对照研究分析了重大创伤后血清endocan 水平与急性肺损伤（acute lung injury，ALI）的关系，结果发现低血清endocan 水平与重大创伤后ALI 患者的后续发展有关，并推测这些结果可能与endocan 介导的抑制肺白细胞招募有关。Orbegozo D 等[9]通过比较不同严重程度急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者的endocan 浓度，发现在ARDS 病程早期测定的血浆endocan 浓度可以反映该疾病的严重程度，并评估预后。严重肺炎（Severe pneumonia，SP）已被广泛认为是急性呼吸窘迫综合征的主要病因，Ying J等[10]纳入符合条件的SP 患者，进一步研究肺炎患者住院期间发生ARDS的情况与endocan的相关性，结果发现endocan的表达是SP 患者急性呼吸窘迫综合征的可靠预测因素。呼吸机相关肺炎（ventilator-associated pneumonia，VAP）为重症监护病房住院期间无肺炎病史患者插管后发生的下呼吸道感染。VAP 是一种并发症，具有高发病率及死亡率，而延迟诊断及治疗增加了该病的死亡率[11，12]。在VAP诊断中，支气管肺泡灌洗液定量培养的灵敏度和特异性最好，且可以区分实际感染、定植或炎症[13]。然而，支气管镜检查是一种需要特殊技能的侵入性检查。为了提高检测的效率及减小创伤，Kupeli I 等[14]研究发现，白细胞计数、降钙素原、C-反应蛋白等常规实验室参数并不能预测VAP的发生，但高endocan 水平却与VAP的发生具有相关性。通过监测endocan 水平可以对VAP 进行早期诊断筛查，制定治疗计划，最终有可能防止不必要和过度使用抗生素，降低患者的发病率和死亡率，减少重症监护患者的住院时间。Gunaydin S 等[15]通过前瞻性病例对照研究确定了使用endocan 作为生物标志物在决定治疗方案和预测社区获得性肺炎患者预后中的重要性，该研究提示，社区获得性肺炎患者血清endocan水平明显低于健康受试者，但其水平与死亡率无相关性。目前推测endocan 水平较低的原因可能是中性粒细胞来源的组织蛋白酶G 随着中性粒细胞的激活而增加，最终裂解endocan，将其转化为14 kda的肽段。有研究甚至表明，endocan 可能对急性肺部炎症有保护作用[16]。endocan 主要在肺中表达，且有大量数据证明了endocan 水平的变化与多种呼吸系统疾病相关，这种相关性考虑可能与endocan 与炎性因子之间的相互调控及影响、抑制白细胞跨上皮迁移、减少中性粒细胞募集等作用有关。但目前仍需了解endocan 水平在这些疾病中如何随时间变化，并进一步深入探究血清endocan 水平可能与呼吸系统疾病相关的潜在机制。

2.2 Endocan 与肿瘤 近年来，肿瘤的发病率及死亡率逐年上高，而血清endocan 水平的变化逐渐被发现与多种类型的肿瘤相关。在肿瘤发生发展过程中，endocan 被认为是血管生成的标志，是癌症进展的重要因素。目前endocan 已成为一种新型的肿瘤标志物，同时为肿瘤的靶向治疗提供潜在靶点。Zhao W 等[17]利用小干扰RNA（siRNA）方法检测了endocan 在胃癌中的表达，发现血清endocan 表达水平与胃癌患者的病理分期相关，且是胃癌患者生存的独立预后因素。微血管密度（microvessel density，MVD）是肿瘤血管生成的客观评价指标。Chang Y 等[18]研究发现，endocan 阳性染色在胃癌血管中优先被检测到，而在正常的胃组织中未被检测到，同时肿瘤周边血管内皮表达endocan的微血管密度高于肿瘤中心。高水平endocan-MVD 患者的总生存率明显低于低水平endocan-MVD 患者，且胃癌中endocan-MVD 水平与肿瘤大小、Borrmann 类型、分化、肿瘤浸润、淋巴结转移、TNM 分期、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管内皮生长因子受体2（vascular epidemal growth factor receptor-2，VEGFR2）表达显著相关，是预测胃癌患者预后的理想标志物。在对脑肿瘤的研究中，血清endocan 水平在脑膜瘤、低级别胶质瘤、高级别胶质瘤中依次呈稳定上升趋势，且与肿瘤恶性程度成正相关[19]。在低级别胶质瘤手术前后均可检测到endocan水平升高，考虑与血管新生及手术所致炎症有关[20]。在垂体腺瘤中，肿瘤细胞中endocan的表达水平明显高于内皮细胞，通过对标本进行免疫组化进一步发现，endocan 主要由垂体腺瘤的肿瘤细胞分泌合成，而非内皮细胞。同时endocan的过表达与垂体腺瘤的侵袭行为密切相关，但与正常垂体组织相比，垂体腺瘤的血管生成却较少。这些研究提示，endocan介导的肿瘤进展机制尚不明确，可能依赖于endocan 与多个分子的结合或相互作用，而不仅仅是直接促进血管生成[21]。在肝癌中，endocan的表达则局限于肿瘤组织中的微血管，而不存在于瘤周肝毛细血管，endocan的DS 链与肝细胞生长因子高度亲和，这种相互作用对Met 受体的激活十分重要，从而刺激肝癌细胞的增殖[22]。有学者通过比较膀胱癌患者血清和尿中内皮细胞endocan的浓度，发现两者均高于正常，但尿中内皮细胞endocan 水平高于血清中endocan 水平，考虑与膀胱上皮细胞因尿液直接脱落有关[23]。

在女性生殖系统肿瘤中，endocan 能够鉴别子宫内膜和卵巢良恶性肿瘤[24]。在男性生殖系统肿瘤中，Rebollo J 等[25]采用ESM-1-siRNA 转染人高转移性前列腺PC-3 细胞后，发现细胞迁移减少，但不影响增殖，并伴有血管生成趋化因子CXCL3 转录和蛋白水平下降。免疫荧光检测显示，ESM1 在原发和转移的头颈部癌细胞中有核定位和高表达，敲除ESM-1的细胞的增殖和迁移活性降低，推测ESM-1对头颈部肿瘤细胞的增殖和迁移具有一定作用[26]。在白血病患者中，endocan 在患者血清和骨髓细胞中均有升高，endocan 沉默能够有效抑制细胞增殖，诱导G0/G1细胞周期阻滞，刺激细胞凋亡等[27]。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）被用于治疗EGFR 突变肿瘤的非小细胞肺癌（nonsmall-cell lung carcinoma，NSCLC）中，但TKI 耐药常常是EGFR 突变的结果，而endocan 被认为是肿瘤发生过程中的受体酪氨酸激酶配体增强剂。Yang YC 等[28]研究发现，endocan 能够促进EGFR 信号转导，支持EGFR 突变驱动的肿瘤生长，而活化的EGFR 通过JAK/STAT3 和ERK/ELK 级联反应上调endocan的表达，最终形成endocan-EGFR 信号的正调控回路，为NSCLC 患者的治疗提供新思路。

2.3 Endocan 与心血管系统疾病 内皮功能障碍被广泛认为是心脑血管疾病发生的重要病理基础之一。Endocan 由内皮细胞产生，参与多种炎症反应及血管生成过程，与多种炎性因子、黏附因子及血管生成因子互相影响。有研究发现[29]，大动脉粥样硬化型患者与健康受试者血清endocan 水平相比显著升高，且在第1 天和第6 天出现较高的endocan 水平与不良预后相关。在ST 段抬高型心肌梗死（stsegment elevation myocardial infarction，STEMI）患者中，较高的血清endocan 水平提示较差的结局及较高的冠状动脉SYNTAX 评分[30]，而STEMI 合并糖尿病的患者血清endocan 水平甚至更高[31]。有研究观察了急性冠脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）患者血清endocan 水平与心肌梗死溶栓（TIMI）风险评分的相关性，并比较其与临床结局的关系。该研究证实，在ACS 患者中，较高的endocan 水平往往提示较差的心血管结局，进一步证实endocan 是较高的TIMI风险评分的独立预测因子[32]。此外，有研究表明[33]，endocan 水平越高，冠状动脉侧支循环的发育越好。但同时也有研究得出结论[34]，低水平的endocan 与良好的冠状动脉侧支循环相关。关于上述两者的相关性，仍需更大的样本量和证据支持，深入其相关机制的研究有助于进一步理解该结果。冠状动脉慢血流（coronary slow flow，SCF）现象的机制目前尚不明确，更多推测的倾向于内皮功能障碍和亚临床弥漫性动脉粥样硬化，这两者与endocan的表达均有相关性，有研究者进一步探讨血清endocan 与SCF的关系发现[35]，endocan 对SCF的敏感性和特异性分别为66%和70%，可能成为预测SCF 存在和严重程度的生物标志物之一。在高血压患者中，血清endocan水平每升高1 pg/ml，发生高血压的概率分别升高

4.2 %和32.2%[36]。而原发性高血压患者主动脉弹性的下降，血清endocan 水平随之升高[37]。即使在治疗过的、控制良好的原发性高血压患者中，endocan 浓度仍高于健康志愿者[38]。通过观察患者的昼夜血压模式，发现非勺型高血压患者的endocan 水平要高于勺型和正常血压组，推测可能与患者长期高血压暴露有关[39]。有证据表明，endocan 水平的升高与内皮功能障碍相关的颈动脉内膜-中膜厚度（cIMT）和微量白蛋白尿也有关[40]。除此以外，患有心脏综合征、孤立性冠状动脉扩张等心脏疾病的患者，endocan 水平同样有显著变化。内皮细胞功能障碍、炎症、新生血管的形成等均是动脉粥样硬化的主要病理机制，可以推测，endocan 可能通过多种因素参与到动脉粥样硬化形成的过程中。目前研究表明，endocan 可促进内皮细胞产生促炎细胞因子，增加微血管通透性，调节白细胞迁移，同时可以刺激血管平滑肌细胞的增殖和迁移，从而促进动脉粥样硬化过程中新生内膜的形成[5]，但其具体机制还有待进一步的基础研究证实。

2.4 Endocan 与皮肤病 银屑病是一种以表皮增生、白细胞黏附分子表达和白细胞浸润为特征的炎症性疾病。银屑病与心血管疾病的风险增加相关，动脉粥样硬化是心血管疾病的主要病理基础，而内皮功能障碍被认为是动脉粥样硬化发展的初始环节，endocan 与内皮细胞功能障碍又密切相关。Balta I 等[41]通过探讨寻常型银屑病患者血清endocan 水平与心血管危险和疾病活动的关系，发现endocan 可能是与寻常型银屑病患者心血管风险和疾病严重程度相关的一个新的标志物。最近研究更进一步证实了这一观点，研究发现[42]，银屑病患者血清endocan 水平显著高于正常对照组，且与严重程度指数（PASI）评分和颈动脉内膜中层厚度（CIMT）估计数均呈显著正相关；回归分析确定，血清高endocan 水平为0.9 mm的无症状动脉粥样硬化（asymptomatic atherosclerosis，AAS）存在的显著阳性预测因子。因此，血清高endocan 水平可作为无症状性心脏病的早期预测因子。同时有研究表明[43]，在银屑病短期治疗中，应用低剂量甲氨蝶呤能够降低CRP（抗炎作用），增加endocan 和IL-10（潜在的保护作用）。因而endocan在银屑病治疗中的变化及作用仍有待进一步研究。白细胞和内皮功能障碍在白塞病（Behcet disease，BD）的发展过程中起重要作用。在BD 患者中，血清endocan 水平有统计学意义上的升高与C 反应蛋白、红细胞沉降率和疾病活动性显著相关，与VEGF、TNF-α 水平呈正相关。根据这些结果，推测endocan 在白塞病中的发病机制可能影响炎症过程和内皮功能，包括血浆VEGF 和TNF-α 可能增加血清endocan 水平[44]。系统性硬化（systemic sclerosis，Ssc）是一种以小动脉和微血管的改变为特征，并伴有组织纤维化的自身免疫性疾病。有研究证明，血清endocan 对诊断Ssc 具有良好的鉴别能力，可以区分弥漫性和局限性Ssc 亚群，其在弥漫性Ssc 患者中的血清水平较高。同时endocan 升高与Ssc 患者的各种临床表现有关，其中以微血管表现为主。此外，血清endacan 水平也与较长的病程有关，因此endocan 可能不是一个适合评估早期Ssc的生物标志物，考虑是因为随着Ssc的进展，血管改变和内皮功能障碍也在进展，并决定了endocan的高表达[45]。Suzuki H 等[46]检测了endocan 在特应性皮炎（atopic dermatitis，AD）患者皮肤和血清中的表达，发现AD患者受损皮肤内ESM-1的mRNA 和蛋白水平比正常皮肤高，并表达于表皮角质形成细胞和真皮内皮细胞，而AD 患者血清endocan 水平明显低于健康对照组。该研究表明，endocan 在受损皮肤中的表达升高可能与AD的发生有关，而在血清中的表达降低可能与AD 中白细胞募集的增加有关。

3 总结

目前的研究提示ESM-1 具有非常广泛的生物学活性，可能通过多种信号传导途径参与体内的炎症反应、血管生成、肿瘤细胞迁移等过程。ESM-1的免疫反应性与年龄、性别无关，因而临床检测中的个体差异及变异性较小。且血清endocan的检测对患者创伤小，方法简单可行，具有重要的临床意义和应用价值。但上述研究主要探讨了endocan 与各种疾病的相关性和可能的机制，目前对其具体的机制仍不明确，同时尚无大样本量的研究支持。期待更加准确的临床数据、诊断界值以及标准的检测方法等，进一步明确endocan 在疾病诊断、预测预后及靶向治疗等方面的价值。