基质蛋白CCN1与肺部疾病的研究进展*

董 年， 宋晨剑， 裘丹萍， 陈成水

(温州医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科， 浙江 温州 325000)

富半胱氨酸蛋白61(cysteine-rich angiogenic inducer 61，Cyr61/CCN1)是即刻早期基因(early growth response gene,Egr)编码的富含半胱氨酸的分泌型基质蛋白，属于CCN家族成员之一。CCN家族包括CCN1、结缔组织生长因子、肾母细胞瘤过度表达基因、Wnt诱导分泌蛋白(Wnt-induced secreted protein,WISP)-1、WISP-2和WISP-3 6个成员。其中CCN1广泛表达于肺脏不同类型细胞和胞外基质，参与细胞生长、分化、凋亡、黏附和迁移等多种生理功能的调控[1]。Pais等[2]利用转录组分析C57BL/6J鼠和胰岛素样生长因子1(insulin like growth factor 1,IGF1)基因敲除鼠,发现CCN1基因与肺发育成熟中的气道膈改造和远端上皮成熟相关，是IGF1/IGF1R轴在参与胚胎肺成熟发育中的调控基因。在正常生理情况下，CCN1参与肺泡的成熟和胞外基质的生成；在不同肺部疾病中，肺脏不同类型细胞CCN1发生异常表达和差异调控。本文检索了近年来基质蛋白CCN1与肺部疾病中的肺损伤、慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)和肺癌相关性的文献报道，就CCN1在不同肺部疾病中的研究进展作一综述，以期望为肺部疾病的预防治疗寻找潜在的分子标记物和治疗靶点。

1 CCN1的结构与表达

人类CCN1基因位于1p31-32染色体上，全长2 931 bp，编码含381个氨基酸的CCN1蛋白，其中半胱氨酸占10%[3]。CCN1蛋白包括氨基端分泌肽和与之相连的4段保守结构域，分别是胰岛素样生长因子结合蛋白、血管性血友病因子C型结构域(von Willebrand factor type C domain，vWC)、类血小板凝集蛋白模块和羧基末端模块[4]，保守结构域中的调控元件与CCN1基因存在的不同组织细胞差异表达相关。

作为即刻反应蛋白，CCN1的表达受到生长因子、细胞因子、细菌毒素、组织缺氧和机械刺激等多种病理生理刺激的调节，典型的如气道上皮细胞中的CCN1可以在细菌DNA、烟草烟雾提取物和机械牵张等刺激下表达升高[5]。不同的病理生理刺激经不同的信号转导途径来介导CCN1的表达，包括蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)和JNK等蛋白激酶的磷酸化及Egr-1和FOXO3a等转录因子的胞核转录[6]。无论是蛋白激酶或是转录因子，均与CCN1基因 5’非翻译区AP1、TATA和SP1等调控元件的共同调控相关。

2 CCN1的多效性功能

CCN1作为胞外基质蛋白与细胞表面的受体结合产生特定的生物学作用，目前已知的受体包括整合素受体(α6β1、αvβ3、α2β3和α2β1等)及硫酸乙酰肝素蛋白多糖。由于CNN1结构的特殊性及受体的多样性，决定了其广泛参与了机体胚胎发育、创口愈合、炎症起始和肿瘤发生等病理生理过程[7-8]。仅仅是与不同整合素受体的结合，CCN1即可表现出截然不同的生物学功能，如CCN1的vWC与整合素αvβ3受体的结合可促进内皮细胞的黏附、迁移、生存和血管生成[9]；与αvβ5受体的结合可促进巨噬细胞吞噬中性粒细胞，促进炎症消退[10]；与α6β1受体的结合可促进成纤维细胞的衰老凋亡，控制纤维化[11]。由于炎症不仅涉及到上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞等结构细胞，而且涉及到中性粒细胞和巨噬细胞等免疫细胞，因而，近年来不断有研究报道CCN1尚能调控间充质干细胞和内皮干细胞的增殖、分化和迁移[12-13]，CCN1在机体炎症中的生物学功能取决于炎症组织的细胞浸润和组织CCN1受体表达等多种情况。因此，探索CCN1在肺损伤和COPD在不同炎症背景下的多功能效应(其中肺损伤以肺泡中性粒细胞浸润为主，COPD以气道淋巴细胞浸润为主)，阐明CCN1在肺部炎性疾病的组织特异性具有一定的意义。相较于炎症，CCN1的多效性同样表现在肿瘤疾病中，Habel等[14]研究报道CCN1在骨肉瘤、胰腺癌和乳腺癌中的过表达，可以促进肿瘤细胞的增殖和转移;Jim等[15]报道CCN1在肺癌和子宫内膜癌中可以诱导肿瘤细胞的凋亡和衰老，发挥抑癌作用。但以上CCN1多效性的分子机制尚未阐明，可能主要由于细胞的类型和相应受体不同。鉴于CCN1生物学功能的多效性，总结回顾CCN1在不同肺脏疾病中的研究进展，可以帮助我们从多效性的基质蛋白视野理解肺部疾病复杂的病理生理过程。

3 CCN1与肺部疾病

3.1急性肺损伤(acute lung injury，ALI) 急性肺损伤是临床上常见的危重病之一，炎症瀑布反应导致的气血屏障破坏是其发病的中心环节，寻找炎症瀑布中的关键分子节点是防治的关键。获益于基因组学和生物信息分析，目前已有较多的研究报道即刻反应蛋白CCN1是机械通气相关急性肺损伤的敏感生物标记物[16-18]，张燕等[19]在体外实验证实机械牵张刺激可以诱导肺泡上皮细胞凋亡和分泌CCN1，而应用siRNA抑制机械牵张诱导的肺泡上皮细胞中CCN1表达后凋亡率明显降低[19]，进一步深入研究发现，机械牵张诱导的CCN1可激活NF-κB，调节白细胞介素(interleukin,IL)-6和IL-8等致炎因子的表达， 参与肺损伤上皮屏障的破坏。类似于机械通气相关急性肺损伤，Perkowski等[20]同样发现在高氧性急性肺损伤中，即刻表达的CCN1是潜在的生物标记物。然而，Jin等[21]发现在高氧性肺损伤中，即刻表达的CCN1可以激活PI3K/Akt信号通道从而逆转高氧诱导的肺泡上皮细胞坏死。以上研究表明,CCN1可能是肺损伤潜在的疾病分子标记物，然而其在机械性肺损伤和高氧性肺损伤中相反的作用提示CCN1在肺损伤炎症风暴中存在多重角色。Grazioli等[22]报道在体实验肺脏组织中CCN1的过表达可以诱导肺损伤的发生，而Kurundkar等[23]利用基因敲除技术证实,CCN1可通过调控成纤维细胞的TGF-β/Smad3信号通路促进肺损伤的纤维修复。无论是体内或体外实验，考虑到CCN1是一个多效应因子，其功能具有细胞特异性、时间依赖性和微环境调控性，其在ALI中的潜在作用需要进一步深入研究。

已知CCN1在ALI时即刻表达，其表达调控复杂，细菌脂多糖、博来霉素和细菌核酸提取物均可以诱导CCN1的表达分泌[24]，目前关于肺损伤时CCN1分泌来源主要集中在肺脏上皮细胞。我们发现，无论是正常肺脏或是肺损伤时，气道上皮细胞中CCN1的表达均最高[25]， 与Moon等[24]报道相似。中性粒细胞的活化募集是肺损伤炎症瀑布反应的关键，研究报道CCN1可以介导中性粒细胞的清除，促进皮肤创口的愈合[26]，然而CCN1在ALI中是否同样具有清除中性粒细胞、促进炎症转归的作用还需要进一步研究证实。

3.2慢性阻塞性肺疾病 COPD是一种以持续气流受限为特征的慢性炎症性肺部疾病，虽然目前已逐渐认识到COPD的核心病理变化是气道重塑，然而其潜在的分子调控网络和关键信号节点尚未阐明[27]。一项针对20余例吸烟COPD患者和吸烟对照肺脏组织的基因微陈列分析首次报道了CCN1是其中的差异表达基因之一，免疫荧光进一步证实了异常蛋白CCN1主要表达在气道上皮细胞、肺泡上皮细胞、基质细胞和炎症细胞上[28]。Moon等[29-30]深入研究报道烟草烟雾提取物可以通过活性氧生成和内质网应激途径诱导气道上皮细胞CCN1的表达，包括cleaved CCN1(cCCN1)和full-length CCN1(flCCN1)，cCCN1通过促进上皮细胞自身的坏死导致气道组织结构的破坏，而flCCN1经调控IL-8分泌吸引炎症细胞浸润，促进气道炎症发生发展，说明CCN1的多效性在COPD气道炎症中发挥了重要作用。与此同时，Du等[31]报道微小RNA(microRNA)-181c参与调控COPD气道上皮细胞CCN1的过表达。CNN1气道炎症是COPD和哮喘等多种慢性气道疾病的共同病理生理过程，已有研究表明，气道局部CCN1的表达与哮喘气道嗜酸性粒细胞的浸润密切相关[32-33]。与此同时，Raissadati等[34]发现经腺病毒介导的CCN1系统过表达可以导致异体移植气管的闭塞性细支气管炎。

持续的气道炎症是COPD气道重塑的起始因素，胞外基质降解与沉积失衡是COPD气道重塑的终末阶段。胞外基质的主要来源细胞是成纤维细胞。研究发现，CCN1在成纤维细胞的表型和功能改变中发挥重要作用，其表达与成纤维细胞I型和Ⅲ型胶原的合成分泌呈正相关。Kurundkar等[23]利用RNAi体外干扰和动物基因敲除技术明确CCN1协同TGF-β/Smad3信号转导通路共同调控成纤维细胞胞外基质的合成分泌。除了表型功能改变，Mandal等[35]发现胞浆素通过激活蛋白酶活化受体1诱导CCN1分泌，从而调控成纤维细胞的有丝分裂。目前，CCN1在COPD中的研究处于起始阶段，在调控气道上皮参与气道炎症或调控成纤维细胞分泌胞外基质方面，CCN1均可能是未来针对COPD预防、治疗的潜在靶标。

3.3肺癌 近年来基质蛋白CCN1与恶性肿瘤异常的生长信号之间的联系被日益关注。起先，CCN1被认为具有癌基因活性，其异常激活的信号转导与胰腺癌、乳腺癌和胶质瘤等增殖密切相关[36-37]。然而一项联合基因测序和信息学分析的研究揭示了肺癌发生发展的动态调控网络，发现CCN1在肺癌中扮演了抑癌基因的角色[38]。Jim等[15]报道CCN1与整合素α6β1和硫酸乙酰肝素蛋白多糖结合可激活p53/p21信号转导通路，从而诱导肺癌细胞的过早衰老[15]。类似的是，Tong等[39-40]发现CCN1可以激活β-catenin-c-myc-p53信号转导通路，抑制肺癌的增殖，以上研究皆进一步深入阐述了CCN1在肺癌中发挥抑癌作用所涉及到的关键调控蛋白。与此同时，肺癌组织和癌旁组织的免疫组化揭示，CCN1在肺癌组织的表达不同程度降低，且其表达程度与临床预后呈正性相关[41-43]。以上CCN1在不同肿瘤背景下发挥促癌或抑癌作用，可能与其在肿瘤调控网络中的位置以及CCN1转录翻译中的剪接异构相关。

组织浸润和转移是恶性肿瘤的十大特征之一[44]。除了参与调控肺癌细胞的增殖，CCN1还可以与其天然受体整合素结合，促进肺癌的组织浸润和转移，例如Jandova等[45]阐明CCN1协同参与了整合素αvβ5介导的肺癌、结直肠癌和食管肿瘤细胞的迁移。CCN1同样是细胞支架蛋白的效应蛋白，参与了肺癌细胞迁移能力的调控[46]。CCN1不仅参与肺癌组织浸润和转移，越来越多的研究报道CCN1与骨肉瘤等肺外肿瘤的肺部迁移和转移密切相关，具体的分子机制尚未阐明[47-48]。CCN1属于分泌型基质蛋白，无论是肿瘤天然的的缺氧微环境或是临床上的放射治疗都可以诱导肿瘤细胞CCN1的合成分泌[49-50]，CCN1再以自分泌或旁分泌的形式发挥作用。目前越来越多的研究证实CCN1是一个多效性的机制蛋白，其在肺癌增殖和转移方面的研究仅仅是冰山一角，深入研究CCN1将拓宽我们在基质蛋白参与肿瘤发生发展方面的理解。

4 总结与展望

综上所述，CCN1是近年来逐渐受到关注的分泌型基质蛋白，它广泛参与胚胎发育、炎症转归和肿瘤生成等病理生理过程。一方面，它在肺损伤和慢阻肺中的多重角色，是炎症发展转归的重要角色；另一方面，它在肺癌中的抑癌基因角色，显示了一定的生物标记物价值。然而，CCN1在以上肺部疾病中的作用机制尚未完全阐明，无论是炎症或是肿瘤均涉及多种细胞因子及信号通路，CCN1在细胞因子网络中的定位和具体信号通路需要进一步探索。相信未来对CCN1的深入研究，可以进一步阐明肺部疾病发生发展和转归预后的调控机理。

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