内源性肺表面活性物质相关蛋白特性的研究进展

张 波，卢兆桐

1 肺表面活性物质的简介

肺表面活性物质(pulmonary surfactant，PS)最早由Macklin在肺泡腔内的液体层中发现。随着研究的深入，Stratton等［1］发现PS是由肺泡Ⅱ上皮细胞(alveolar typeⅡepithelial cells，ATⅡ)和Clara细胞合成分泌，以单分子层的形式分布于肺泡腔内的气液界面。PS是脂类和蛋白质的复合物，约90%为脂类，其中磷脂占80%～85%，主要活性成分为二棕榈酰磷脂酰胆碱(dipalmitoyl phosphatidylcholine，DPPC);肺表面活性物质相关蛋白(surfactant-associated proteins，SP)约占PS总量的10%，其中亲水性蛋白SP-A约占SP总量的50%，此外还包括疏水性蛋白SP-B和SP-C及近年发现的具有重要功能的亲水性蛋白SP-D。虽然SP的含量相对较少，但在维持PS系统的结构、功能及代谢等方面均起着十分重要的作用。

2 肺表面活性物质相关蛋白的特性

2.1 肺表面活性物质相关蛋白A(SP-A)

2.1.1 PS稳定性和生物活性的调节 SP-A是凝集素家族的一员，主要由富含半胱氨酸的N端、重复表达Gly-X-Y的胶原样区、α螺旋状的颈区及Ca2+依赖的C型糖基识别区(carbohydrate recognition domain，CRD)4个部分组成。主要功能是通过胶原样区调节PS的自身稳定性及其生物活性［2］。SP-A最早被发现的生理功能是抑制ATⅡ分泌PS。最近，国外研究发现ATⅡ表面的SP-A受体P63(CKAP4)在SP-A抑制PS磷脂的分泌及刺激PS脂质体(主要是DPPC)的吸收方面发挥着重要作用。SP-A与细胞表面的P63结合后通过磷脂酰肌醇3-激酶-Akt(phosphatidylinositol 3-kinaseprotein kinase B，PI3K-Akt)信号通路使ATⅡ内质网中大量P63受体转移到细胞膜表面与SP-A形成复合物发挥PS的调节作用，同时能增强磷脂的吸收并转移至板层小体［3］。此外，与SP-B联合能促进磷脂在气-液面的吸收，有助于PS形成管状髓磷脂。因此，在一定程度上维持了ATⅡ内PS的水平，从而起到重要的自身调节作用。

2.1.2 免疫防御 近年逐渐证实其还具有强大的免疫防御功能，因其结构上都有N端胶原样区和C端凝集素糖识别区，亦被称为胶原样植物血凝素。SP-A主要通过受体介导增强巨噬细胞识别、吞噬功能从而发挥免疫防御作用:(1)C1qRp(C1q receptor for phagocytosis)亦称为CD93，是一种与低聚糖具有高亲和力的糖蛋白。通过与SP-A的胶原样区结合调节巨噬细胞、中性粒细胞、肺泡上皮细胞及小胶质细胞的吞噬功能。(2)GP-340(Glycoprotein-340)最早被发现于肺泡蛋白沉积症患者的肺泡灌洗液中，能与SP-D发生特异性结合。国外学者现已证实其是一种能与SP-A和SP-D的CRD特异结合的可溶性蛋白，作为一种调理素，主要引导肺泡巨噬细胞的趋化。(3)CRT-CD91钙网蛋白(Calreticulin，CRT)为Ca2+依赖性多功能蛋白，能与SP-A及SP-D的胶原样区结合。结合在微生物及凋亡、坏死的细胞表面的CRT能与CD91反应，生成CRT-CD91复合物，并最终与C1q结合介导多种细胞的吞噬。因此，推测CRT-CD91可能是SP-A介导免疫调节的重要途径。(4)TOLL样受体(toll-like receptors，TLR)和CD14实验表明SP-A的CRD能竞争性的结合脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)的受体CD14及TLR，阻断其与病原体的免疫刺激分子结合从而发挥抗炎作用。SPA还能间接调节肺泡巨噬细胞上TOLL样受体的表达及功能。现已证实PS中的相关蛋白和磷脂都能直接或间接地调节TOLL样受体活性［4］。(5)SP-R210是一种高分子量SPA受体，主要参与PS代谢及免疫应答。有实验表明抗SPR210的多克隆抗体不仅能阻断SP-A与肺泡巨噬细胞及ATⅡ结合，还能阻断SP-A抑制ATⅡ分泌PS磷脂的功能。研究还发现SP-R210可通过诱导抗炎因子白细胞介素-10(IL-10)及转化生长因子-β(TGF-β)合成来抑制T淋巴细胞的增生。因此，通过SP-R210的介导，SP-A不仅能增强巨噬细胞的吞噬、杀伤活性，而且在炎症调节方面也发挥着重要作用［5］。

Janssen等［6］研究发现SP-A在凋亡细胞的清除方面具有双重性:SP-A的CRD与跨膜受体SIRP-α(signal inhibitory regulatory protein-α)结合时能阻滞信号通路的传导，抑制巨噬细胞的清除功能及前炎症反应细胞因子(pro-inflammatory cytokines，PIC)的生成，主要在没有激发炎症反应的状态下发挥作用;而SP-A的胶原区与CRT-CD91结合可启动p38介导的核因子-κB(NF-κB)途径，激发巨噬细胞的吞噬功能及前炎症反应。有资料显示SP-A在胃肠道、子宫、脾脏、间皮组织和滑膜等组织均有不同程度的表达，推测可能与其免疫调节功能有关。

2.1.3 炎症反应的调控 有实验显示SP-A基因去除的小鼠，虽无明显的肺功能异常，但对细菌、病毒等病原微生物的易感性增加，感染早期对细菌的清除能力减退。Mittal和Sanyal［7］认为SP-A的减少可促进超氧化物氧自由基及TNFα的生成，诱导多形核白细胞(PMN)的聚集及前列腺素类的释放，导致大量的炎症细胞因子生成，促炎因子又可诱导环氧化物酶-2(COX-2)表达增多，导致肺内炎症递质和抗炎递质失衡。近年来研究发现，SP-A在PKC-ζ(protein kinase C zeta)的作用下可通过抑制LPS诱导的核转录因子NF-κB信号通路发挥抗炎作用［8］。在LPS诱导的急性肺损伤中，给予外源性SP-A制剂不仅能明显减少肺泡巨噬细胞及单核细胞分泌TNF、IL-1和IL-6，而且能诱导其分泌IL-10、TGF-β，同时还能抑制超氧化阴离子的产生，具有抗氧化功能，因此在一定程度上使炎症反应消退，并恢复了肺泡腔内PS的稳定聚集［9］。目前认为SP-A在炎症反应中主要是起阻滞作用。

2.2 肺表面活性物质相关蛋白B和C(SP-B和SP-C)

2.2.1 肺泡磷脂结构活性膜的调节 目前，认为SP-C在肺泡膜与双层或多层磷脂膜结构之间转运脂质起到枢纽的作用，并加速磷脂的嵌入。相对于SP-C，SP-B则主要在最初磷脂层膜结构的形成，磷脂层内分子有序的挤压排列及膜结构的稳定方面发挥主要作用，并且还能更有效地促进磷脂吸附及扩散［10］。SP-B还可促进不饱和磷脂，如磷脂酰甘油(PG)，从磷脂单分子膜中移出，使单分子膜中的DPPC进一步纯化浓缩，有助于维持磷脂层结构的稳定，而SP-C对膜可能没有纯化作用。此外，SP-B对磷脂单分子膜吸附及纯化的促进作用均需Ca2+的参与。Serrano和Pérez-Gil［11］研究发现SP-B所带正电荷的α-单环还能与磷脂(如PG)头部带负电荷的磷酸盐之间发生强大电荷反应，从而维持磷脂层膜结构侧面的稳定性。

2.2.2 协同作用 目前，关于SP-B与SP-C是否具有协同作用仍存在较大争议。焦点就在于胆固醇对PS功能的影响及SP-C的棕榈酰化作用，因为多数研究资料显示胆固醇通过破坏PS的功能导致磷脂层膜结构的稳定性降低。此外，PS中胆固醇比例异常增多也与急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的发生密切相关，因此也限制了胆固醇在PS制剂中的应用。但Baumgart等［12－13］最近研究发现在给予生理剂量胆固醇的条件下，棕榈酰化的SP-C可与SP-B发挥协同作用，对稳定高度压缩状态下的气液界面磷脂结构膜有重要作用。研究还发现胆固醇可通过增加SP-B和SP-C的α螺旋结构的稳定性及表达，使磷脂结构膜增厚，有助于SP-B和SP-C发挥稳定磷脂结构膜的作用。

2.2.3 免疫调节功能 近年逐渐证实SP-B和SP-C在维持气道的稳定和免疫防御方面也发挥着重要的调节作用。有实验表明SP-B基因缺失的小鼠在LPS诱导的炎症反应中肺组织的抵抗力明显降低;并证实SP-B还可促进肺泡巨噬细胞的变形及吞噬作用，同时抑制一氧化氮的合成。最近，Glasser等［14］研究发现SP-C基因缺失小鼠对细菌、病毒的易感性增加，且感染后炎症反应也较重。另外，Garcia-Verdugo［15］研究显示SP-C的氨基N端可与LPS结合抑制其活性，并还能通过巨噬细胞干扰TOLL样受体介导的炎症反应从而发挥气道的稳定和防御作用。

2.3 肺表面活性物质相关蛋白D(SP-D) 研究已证实SPD与SP-A均同属于C型凝集素家族。虽然两者空间结构类似，但在亲水性、电荷及空间位相方面等还是存在一定的差异，导致其功能也有所不同。如在与病原微生物结合时，SPD主要与表面LPS中的糖基结合，而SP-A则以磷脂A为主要结合位点。目前，研究发现SP-D的主要功能为:(1)调理素作用:SP-D主要作为调理素，通过CDR与配体寡糖链反应同细菌、病毒等多种病原体结合，并通过自身识别功能引起大量的相互聚集，然后被激活的中性粒细胞和巨噬细胞吞噬清除，从而抵抗病原体的黏附和侵袭，被认为是抵御病原微生物的第一道防线［16］。此外，还发现SP-D的N端胶原样区能明显提高肺泡内巨噬细胞内的超氧自由基和一氧化氮水平，以增强吞噬细胞的杀伤功能。(2)PS调节功能:最近有研究发现SP-D能与AT-Ⅱ内新生成的富含磷脂酰肌醇的大聚体结合，使大聚体异化分解成具有活性的小聚体，有助于维持新生儿及成人肺组织中PS含量的稳定［17］。有报道证实SP-D分布于胃、肾脏等，具体功能尚不十分清楚。但有实验表明SP-D能促进上皮细胞吞噬细菌等病原微生物，在胃肠道发挥清除功能。

3 肺表面活性物质相关蛋白与急性肺损伤(ALI)/ARDS

ARDS是ALI的严重阶段，主要表现为由于肺微血管通透性增加而导致肺泡渗出中富含蛋白的肺水肿及透明膜形成，常继发于严重创伤、感染中毒症、休克等危重症，死亡率较高。其中因ATⅡ的损伤、凋亡和炎症递质使大量PS失活，导致肺泡表面PS的磷脂及相关蛋白严重缺乏，是ALI/ARDS患者病情加重的重要机制之一［18－19］。国外有研究资料显示ALI/ARDS患者早期血清SP-A水平是增加的，且与ARDS的严重程度密切相关，现已将其作为评估ALI风险的预测指标，具有一定的参考价值［20－21］。

Spragg等［22］通过临床随机对照研究表明气道内应用PS制剂(主要成分为脂类)能明显改善婴幼儿的ARDS，降低死亡率，而对成人ARDS的生存率并无明显改善作用。与成人ARDS相比，婴幼儿多为单纯性PS缺乏而导致ARDS，病因相对明确，治疗效果也比较明显。目前，PS制剂能改善成人ARDS患者的氧合作用，提高血氧分压，但长期生存率仍旧没有较大的提高，相反在一些研究中显示死亡率有逐渐增高的趋势。主要原因考虑与PS制剂的类型及其主要成分、应用技术、在咽喉部的聚集、气道内维持作用的时间及ARDS的不同病因等因素有关，此外患者的年龄也是一个重要影响因素［23－24］。近年有研究资料显示重组SP-C制剂在治疗ARDS患者中能明显改善氧和功能，但同样对死亡率无明显改善。然而，对肺炎或吸入性肺炎引起的ARDS所致的死亡率有一定的改善作用［25］，提示SP在ALI/ARDS的治疗中发挥了一定的作用。

4 展望

目前，国内外研究均表明肺表面活性物质的异常与呼吸系统疾病关系密切，尤其是在ALI/ARDS的发生发展中起着重要作用，因此，含SP的外源性PS制剂的研制及应用受到广泛关注。对于早期应用含SP的外源性PS制剂能明显减轻ALI导致的肺泡萎陷，保护肺的通气和换气功能，弥补内源性PS的不足，调控炎症反应和增强免疫防御功能，对预防和治疗ALI/ARDS具有重要意义。但对不同病因ARDS的不同成分PS制剂的替代治疗，仍有待于进一步的临床研究。

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