肺表面活性蛋白D与呼吸道合胞病毒感染

朱亚非综述，包 玲审校

0 引 言

肺表面活性物质(pulmonary surfactant，PS)是由肺泡Ⅱ型细胞合成并分泌的一种脂蛋白复合物，具有降低肺泡表面张力、提高肺顺应性及促进肺气体交换等生理功能。肺表面活性蛋白(surfactant protein，SP)占PS总量的10%，但在肺生理机能的正常运转中承担着重要作用。目前已知的SP有SP-A，SP-B，SP-C和SP-D 4种。随着基础及临床研究的日益增多，SP-D作为最晚发现的一种肺表面活性蛋白，已有多项研究证实其在免疫调节和抗菌、抗病毒等方面的作用［1-2］，文中就SP-D结构、功能及其与RSV的关系、对肺部炎症性疾病的治疗作用作一综述，为临床RSV感染的治疗提供一定的帮助。

1 SP-D的结构和功能

SP-D是一种非血清凝集素，首先是在呼吸系统中发现的，主要由肺Ⅱ型上皮细胞和位于下呼吸道的Clara细胞所分泌，储存于板层小体。SP-D通常出现于黏膜表面，肺是其产生的主要场所，但几乎在所有的黏膜表面都有表达，包括汗腺的上皮细胞、胃肠道黏膜、泌尿生殖器表面等。

1.1 SP-D的结构 编码SP-D的基因位于人类10号染色体的长臂q22.2-23.1区域，其相对分子质量约43000，电镜显示其四级结构为4个杆状的三聚体以二硫键的形式交联形成十字形结构，三级结构为3个相同的以并联形式相连的三聚体，其一级结构分为4部分，从N端到C端依次为:氨基端区(N端区)、胶原样区、颈区和糖识别域。N端区含半胱氨酸，连接亚单位中各肽链;胶原样区缠绕形成三联螺旋体结构;颈区参与蛋白质的折叠;糖识别域上有钙离子依赖识别位点，在钙离子参与下识别结合病原体表面的碳水化合物的羟基，糖识别域的羧基端参与SP-D与糖脂、磷脂酰肌醇的反应［3］。

1.2 SP-D 的功能

1.2.1 参与病原微生物的清除 研究发现SP-D对铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌、流感嗜血杆菌等大多数的革兰阴性菌和肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌等革兰阳性球菌，以及RSV、流感病毒A、单纯疱疹病毒、人类免疫缺陷病毒(human immunoddficiency virus，HIV)等病毒和真菌都有一定的杀灭作用［4-5］。通过糖识别域与病原体表面结合或与病原体微粒配体结合，介导的病原体黏附于巨噬细胞表面，使病原体更易被吞噬细胞吞噬。动物实验表明SP-D可阻止内毒素入血及抑制系统炎症的发生，减少炎症因子的表达，血中浓度降低，从而减少感染对机体的伤害，起着调节全身炎症反应的作用［6］。SP-D可抑制由流感病毒A导致的血细胞凝集反应，阻止病毒的附着和进入，此外，SP-D可有效抑制流感病毒A感染，并对流感病毒A诱导过度的炎症反应有平衡作用［7］。SP-D通过糖识别域与HIV外壳蛋白gp120结合抑制HIV的传染［8］。SPD具有促进吞噬细胞的吞噬和呼吸道黏膜纤毛对各种呼吸道病毒清除，也可在预防病毒的复制和传播中起作用。

SP-D还可与伊氏肺孢子菌，烟曲霉等相互作用［9］。SP-D可增加肺泡巨噬细胞对伊氏肺孢子菌的黏附作用，SP-D基因缺陷型小鼠感染伊氏肺孢子菌后肺损伤更明显。SP-D与各种人体病原真菌结合，通过促进巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞以加强对它的吞噬和杀伤作用，SP-D基因缺失的小鼠表现出各种真菌感染的易感性增加［10］。

Yamazoe等［11］研究也发现SP-D可改变抑制脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)与其受体的结合，从而抑制LPS诱导的炎症，SP-D能抑制淋巴细胞的增殖，与肺泡巨噬细胞有高亲和力，同时增加它的活性，从而达到杀灭微生物的作用。Yokota等［12］研究也提示 SP-D可增强 LPS的生物学活性。因此，SP-D有提高机体对病原体的清除能力，抑制机体过度的炎症反应，降低病原体和不适当的免疫反应对人体的损害［13］。

1.2.2 参与免疫反应和细胞凋亡 体外研究表明SP-D可调节免疫细胞如巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、淋巴细胞、肥大细胞和树突细胞的功能［8］。Gardai等［14］发现 SP-D 的双重免疫功能的调控主要是靠头端与信号抑制肽结合，或尾端与钙网质蛋白/CD91结合，而决定其对炎症反应的促进或抑制作用。SP-D可选择性地与血液中IgG结合，增强免疫复合物的聚集和吞噬作用，放大IgG介导的免疫反应;通过调节促炎因子、炎症细胞趋化因子及过氧化酶系统，保护细胞免受氧化损伤，具有抗氧化作用［15］。SP-D的糖识别域可结合多种过敏原，如花粉、尘螨等，通过抑制嗜碱粒细胞释放组胺、抗原诱导的淋巴细胞增生和抑制过敏原致敏小鼠的嗜酸细胞炎症，减少特异性IgE的产生［16］。LeVine等［17］体外研究提示SP-D通过糖识别域识别RSV的糖蛋白，增强肺泡巨噬细胞和中性粒细胞对RSV的吞噬作用，SP-D可改善由巨噬细胞和中性粒细胞产生的氧自由基对RSV的抑制作用，避免过度炎症反应的发生。总之，SP-D可影响免疫细胞的多种功能，主要作用是结合或凝集非自我结构，从而引发各种效应物机制，增强免疫细胞对靶目标的摄取和杀伤。

SP-D在维持肺泡巨噬细胞正常功能方面具有重要的作用［1］，它可与细胞碎片、裂解细胞及凋亡细胞的核酸结合，后与吞噬细胞表面受体(CD91/钙网质蛋白)结合，促进它们的清除。最近研究发现SP-D通过糖识别域和胶原区域识别凋亡细胞的DNA和RNA，促进人类单核细胞和巨噬细胞对DNA的吞入，清除由坏死的中性粒细胞和病原体释放的DNA，减少抗DNA抗体的产生。缺乏SP-D的小鼠体内由于不能有效的清除坏死或凋亡的细胞及其 DNA，凋亡细胞堆积，易发生肺炎［18］。Vandivier等［19］研究结果显示SP-D过表达小鼠体内的凋亡细胞清除速率明显高于SP-D敲除的小鼠，提示SP-D在凋亡细胞的清除方面发挥重要的作用。

2 SP-D与RSV感染的关系

2.1 RSV感染 RSV属副黏病毒科肺炎属，是引起呼吸道感染的主要病原，多发于婴幼儿，且以毛细支气管炎为特征，与儿童哮喘有一定的关联。RSV感染的发病机制与多重因素有关，除RSV直接导致气道黏膜受损外，RSV可作为变应原诱导机体免疫应答，一方面清除RSV，另一方面造成免疫损伤，发生喘息和哮喘的病理生理学改变。同时，神经免疫机制也参与RSV感染的发病机制［20-21］。

2.2 SP-D与RSV感染 RSV感染后，宿主体内的SP-D水平发生改变。Kerr等［22］通过酶联免疫法对18例严重RSV感染患儿的支气管肺泡灌洗液中SP水平进行检测，发现支气管肺泡灌洗液中SP-D、SP-A及SP-B水平均下降，表明严重的RSV感染存在SP-D浓度的改变，结果可能导致肺功能的异常。

RSV感染后，SP-D在机体炎症反应和免疫反应中亦有重要的临床价值。LeVine等［17］研究支持了SP-D在RSV感染中的保护性作用，该研究使用RSV感染野生型小鼠，结果发现在SP-D缺陷小鼠体内RSV病毒复制增加，体内炎症细胞在肺组织中的聚集增加。因此，SP-D的缺陷直接降低了小鼠的防御机制。Hickling等［23］通过细胞培养发现，重组SP-D能以剂量依赖方式抑制RSV感染，病毒复制完全受抑制。

此外，SP-D在RSV感染所致肺部疾病的严重程度和疗效评价方面亦有一定的临床价值。Kawasaki等［24］的研究评价毛细支气管炎患者体内SP-D浓度与感染严重程度的相关性。研究结果显示，随着呼吸功能受损严重程度的加重，患者血清SP-D水平呈上升趋势，提示血清SP-D水平与RSV感染严重程度存在一定的相关性。因此，SP-D作为一种免疫应答的产物可用于评价RSV感染的严重程度。Meyerholz等［25］研究评价血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)预处理及RSV感染后SP-D在新生羊羔体内的表达。研究结果显示经VEGF预处理后RSV感染的羊羔体内RSV mRNA表达降低。RSV感染后羊羔体内SP-D mRNA的表达明显降低，经VEGF或倍他米松预处理后RSV感染的羊羔体内SP-D mRNA表达仅稍降低，提示SP-D可作为评价治疗后肺部感染改变的重要生物学指标。

RSV感染后炎症反应的出现及反应程度还与宿主的遗传易感性相关。Ampuero等［26］前瞻性分析婴儿(＜6 m)RSV感染与SP-D基因多态性的相关性。对比分析118例RSV感染婴儿(重度感染59例，中度感染34，轻度感染25例)与104例志愿献血者体内 SP-D基因型。结果显示，SP-D的 Thr(11)等位基因频率在重度RSV感染婴儿体内明显增高。杂合型Thr(11)/Met(11)基因频率在轻度和中度RSV感染婴儿体内明显增高。Thr(160)等位基因频率在中度和重度RSV感染婴儿体内明显增高。Thr(11)-Thr(160)-Ser(270)单体型在轻度和中度RSV感染婴儿体内亦多见。

3 SP-D临床局限性与展望

SP-D具有双重免疫功能，一方面通过调理吞噬作用，促进吞噬细胞清除病原微生物，另一方面通过抑制细胞因子、氧化自由基等炎性介质的释放，抑制淋巴细胞增生和树突状细胞的成熟、活化，避免过度炎症反应的发生，以维持机体的免疫平衡。由于SP-D具有双重免疫功能，因此和其他药物相比，其在治疗感染性疾病或免疫疾病中具有天然的优势。但是，不同细菌或病毒感染，易感人群的基因型、病情严重程度及机体免疫反应等均存在一定的差异，这就为SP-D的临床应用提出了较大的难题。Stolley等［27］研究了serpinB1缺乏小鼠体内SP-D在铜绿假单胞菌清除和感染控制方面的价值。结果提示，使用SP-D治疗肺部感染或炎症性疾病，如果小鼠体内存在过度蛋白水解作用，SP-D对肺部感染无明显疗效。因此，对于SP-D治疗肺部炎症的临床价值仍需要进一步的研究。

目前，临床上用SP-D替代疗法和作为特发性肺纤维化和结节病等多种肺部疾病甚至肺外疾病的生物标记已逐渐应用，其在肺的主动防御中起着核心作用，能够增强抗原的清除，调和过敏反应，有利于炎症的消退。目前外源性的肺表面活性剂治疗新生儿呼吸窘迫综合征中已被广泛使用，但其在多重肺部感染性疾病治疗中的价值尚需大样本多中心联合研究以提供临床数据。因此，对SP-D结构和功能的深入研究，可为有效干预肺部疾病和肺外疾病提供重要的理论依据，也有助于其在临床上的应用。

［1］Nayak A，Dodagatta-Marri E，Tsolaki AG，et al.An Insight into the Diverse Roles of Surfactant Proteins，SP-A and SP-D in Innate and Adaptive Immunity［J］.Front Immunol，2012，3:131.

［2］Crouch E，Nikolaidis N，McCormack FX，et al.Mutagenesis of surfactant protein D informed by evolution and x-ray crystallography enhances defenses against influenza A virus in vivo［J］.J Biol Chem，2011，286(47):40681-40692.

［3］Hartshorn KL，White MR，Rynkiewicz M，et al.Monoclonal antibody-assisted structure-function analysis of the carbohydrate recognition domain of surfactant protein D［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2010，299(3):L384-L392.

［4］Hillaire ML，van Eijk M，van Trierum SE，et al.Assessment of the antiviral properties of recombinant porcine SP-D against various influenza A viruses in vitro［J］.PLoS One，2011，6(9):e25005.

［5］桑 红.真菌病的诊治概况［J］.医学研究生学报，2013，26(8):785-788.

［6］King BA，Kingma PS.Surfactant protein D deficiency increases lung injury during endotoxemia［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2011，44(5):709-715.

［7］Hillaire ML，Haagsman HP，Osterhaus AD，et al.Pulmonary surfactant protein D in first-line innate defence against influenza A virus infections［J］.J Innate Immun，2013，5(3):197-208.

［8］Madsen J，Gaiha GD，Palaniyar N，et al.Surfactant Protein D modulates HIV infection of both T-cells and dendritic cells［J］.PLoS One，2013，8(3):e59047.

［9］Che CY，Jia WY，Xu Q，et al.The roles of surfactant protein D during Aspergillus fumigatus infection in human corneal epithelial cells［J］.Int J Ophthalmol，2012，5(1):13-17.

［10］Pandit H，Madhukaran SP，Nayak A，et al.SP-A and SP-D in host defense against fungal infections and allergies［J］.Front Biosci(Elite Ed)，2012，4:651-661.

［11］Yamazoe M，Nishitani C，Takahashi M，et al.Pulmonary surfactant protein D inhibits lipopolysaccharide(LPS)-induced inflammatory cell responses by altering LPS binding to its receptors［J］.J Biol Chem，2008，283(51):35878-35888.

［12］Yokota S，Amano K，Nishitani C，et al.Implication of antigenic conversion of Helicobacter pylori lipopolysaccharides that involve interaction with surfactant protein D［J］.Infect Immun，2012，80(8):2956-2962.

［13］Engür D，Kumral A.Surfactant protein D as a novel therapy for periventricular leukomalacia:is it the missing piece of the puzzle［J］ACS Chem Neurosci，2012，3(12):990.

［14］Gardai SJ，Xiao YQ，Dickinson M，et al.By binding SIRPalpha or calreticulin/CD91，lung collectins act as dual function surveillance molecules to suppress or enhance inflammation［J］.Cell，2003，115(1):13-23.

［15］Palaniyar N.Antibody equivalent molecules of the innate immune system:parallels between innate and adaptive immune proteins［J］.Innate Immun，2010，16(3):131-137.

［16］Qaseem AS，Sonar S，Mahajan L，et al.Linking surfactant protein SP-D and IL-13:implications in asthma and allergy［J］.Mol Immunol，2013，54(1):98-107.

［17］LeVine AM，Elliott J，Whitsett JA，et al.Surfactant protein-d enhances phagocytosis and pulmonary clearance of respiratory syncytial virus［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2004，31(2):193-199.

［18］Palaniyar N，Clark H，Nadesalingam J，et al.Innate immune collectin surfactant protein D enhances the clearance of DNA by macrophages and minimizes anti-DNA antibody Generation［J］.J Immunol，2005，174(11):7352-7358.

［19］Vandivier RW，Ogden CA，Fadok VA，et al.Role of surfactant proteins A，D，and C1q in the clearance of apoptotic cells in vivo and in vitro:calreticulin and CD91 as a common collectin receptor complex［J］.J Immunol，2002，169(7):3978-3986.

［20］Rämet M，Korppi M，Hallman M.Pattern recognition receptors and genetic risk for rsv infection:value for clinical decision-making［J］.Pediatr Pulmonol，2011，46(2):101-110.

［21］Numata M，Chu HW，Dakhama A，et al.Pulmonary surfactant phosphatidylglycerol inhibits respiratory syncytial virus-induced inflammation and infection［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2010，107(1):320-325.

［22］Kerr MH，Paton JY.Surfactant protein levels in serererespiratory syncytial virus infection［J］.Am J Respir Crit CareMed，1999，159:1115-1118.

［23］Hickling TP，Bright H，Wing K，et al.A recombinant trimeric surfaetant protein D carbohydrate recognition domain inhibits respiratory syncytial virus infection in vitro and in vivo［J］.Eur J Immunol，1999，29(11):3478-3484.

［24］Kawasaki Y，Endo K，Suyama K，et al.Serum SP-D levels as a biomarker of lung injury in respiratory syncytial virus bronchiolitis［J］.Pediatr Pulmonol，2011，46(1):18-22.

［25］Meyerholz DK，Gallup JM，Lazic T，et al.Pretreatment with recombinant human vascular endothelial growth factor reduces virus replication and inflammation in a perinatal lamb model of respiratory syncytial virus infection［J］.Viral Immunol，2007，20(1):188-196.

［26］Ampuero S，Luchsinger V，Tapia L，et al.SP-A1，SP-A2 and SP-D gene polymorphisms in severe acute respiratory syncytial infection in Chilean infants［J］.Infect Genet Evol，2011，11(6):1368-1377.

［27］Stolley JM，Gong D，Farley K，et al.Increased surfactant protein D fails to improve bacterial clearance and inflammation in serpinB1-/-mice［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2012，47(6):792-799.