颗粒蛋白前体在感染性疾病中的研究进展*

饶露蓓，余小燕，宋志新，陈大鹏 综述，尹一兵 审校

(重庆医科大学附属儿童医院医学检验科，重庆 400014)

据世界卫生组织(WHO)统计，呼吸道感染、艾滋病、脓毒症是全球致命性的感染性疾病(ID)。由于病原种类繁多、细菌耐药日益严重、各种组织器官均可能发生感染，致使ID诊疗愈加困难。大量研究表明颗粒蛋白前体(PGRN)是一种重要的免疫调节因子，可以调节免疫细胞的募集，以及炎性细胞因子和趋化因子的释放，在多种ID中发挥作用。PGRN在多种疾病中具有诊疗、评估病情、判断预后的潜在价值[1-2]。鉴于探究PGRN在ID中的作用对今后PGRN用于ID的诊疗具有现实应用意义，本文就PGRN在ID中的研究进行了系统的分析和综述。

1 PGRN

PGRN是由593个氨基酸组成的糖蛋白，相对分子质量为68.5×103，编码基因位于染色体17q21.32。PGRN有7.5个富含半胱氨酸的GRN结构域，被命名为GRN P，G，F，B，A，C，D和E。通过GRN域的不同组合可以结合 20多种蛋白质，如 GRN F-A-C形成类似三聚体的结构，可以结合肿瘤坏死因子受体(TNFR)。PGRN与 TNFR1竞争性结合可阻断TNF-α介导的促炎信号传导，发挥抗炎作用[3]。PGRN与TNFR2结合可促进Tregs的分化和功能[4]。PGRN分泌后可被水解为颗粒蛋白(GRNs)，其功能与PGRN不尽相同。

PGRN表达于上皮细胞、造血细胞和巨噬细胞[5]等多种细胞，具有促进生长发育和炎症调控等生物学功能。造血细胞产生的PGRN以白细胞介素-10(IL-10)和TNFR2依赖性方式在结肠炎小鼠模型中发挥保护作用[6]。巨噬细胞来源的PGRN作为TLR9信号的关键可溶性辅因子，有助于先天免疫[7]。将吞噬细胞募集到感染灶是对抗感染的第一道防线[8]。PGRN可以调节免疫细胞的募集，以及炎性细胞因子和趋化因子的释放。PGRN可作为引发炎症的重要介质，在慢性阻塞性肺病急性发作的早期阶段，将炎症细胞募集到损伤部位[9]。PGRN缺陷可以减少巨噬细胞和中性粒细胞在急性皮肤炎性损伤中的募集[10]，抑制皮肤炎症组织的自噬和凋亡[11]。

2 PGRN与感染

2.1PGRN与细菌感染

2.1.1PGRN与局部细菌感染 近来研究发现，PGRN高表达与细菌ID密切相关。慢性阻塞性肺病和慢性咳痰患者感染流感嗜血杆菌后，痰中PGRN表达上调，表达水平与细菌载量和气道炎症的严重程度负相关[12]。在社区获得性肺炎患者和细菌性肺炎小鼠模型的外周血中，PGRN均呈高表达，并通过促进巨噬细胞和中性粒细胞募集而增强了宿主抗菌天然免疫功能、减轻组织器官损伤，提高生存率[13]。

有报道称PGRN可以减轻脂多糖(LPS)诱导的急性肺损伤(ALI)[14]。PGRN的半衰期约为40 h[4]，以40h的时间间隔给ALI小鼠注射PGRN，发现PGRN可以减弱肺部炎性反应和肺组织损伤，降低肺泡通透性，减少支气管灌洗液(BALF)中的促炎细胞因子和趋化因子，提高小鼠存活率[14]。说明PGRN可以有效改善LPS诱导的ALI小鼠的病情进展，具有潜在的治疗价值。有证据表明，BALF中可溶性肿瘤坏死因子-α(TNF-α)受体水平升高与ALI患者预后不良有关[15]。封闭TNFR2而非TNFR1可显著抑制PGRN对ALI的保护作用[14]。然而，PGRN影响ALI病情发展的精确机制仍需要进行更深入的研究。还有研究报道，miR-34b-5p/PGRN轴在ALI的发病机制中发挥重要作用[16]。miR-34b-5p是一类调节mRNA翻译和稳定性的非编码RNA[17]，在炎症相关疾病中被显著诱导[18]，抑制miR-34b-5p可以增加PGRN的表达，从而减轻AIL中的肺部炎症和细胞凋亡，提示miR-34b-5p和PGRN可能是ALI治疗的潜在靶点[16]。

除呼吸道感染外，PGRN还与其他局部组织器官的细菌感染相关。胃上皮细胞在感染幽门螺杆菌后，PGRN的表达上调[19]。在细菌性脑膜炎小鼠模型中，与野生型小鼠相比，PGRN缺陷型小鼠巨噬细胞释放的IL-10减少，炎性细胞因子增加，细菌清除力降低，组织炎性损伤更重[20]。有研究者通过注射肺炎链球菌构建急性中耳炎小鼠模型，发现PGRN表达上调[21]。PGRN缺陷型小鼠的巨噬细胞募集显著增加，且与趋化因子配体2(CCL2)的水平增加有关，但巨噬细胞的内吞作用受损可导致细菌清除率显著降低[21]。通过施用重组PGRN可提高PGRN 缺陷型小鼠的细菌清除率[21]。有研究者发现PGRN基因缺失不会明显影响巨噬细胞的吞噬功能，对小鼠腹膜细胞的数目、形态、种类和巨噬细胞表面标志物也无明显影响[22]。

PGRN在非哺乳动物模型中的抗感染作用也有报道。由罗非鱼PGRN1基因的可变剪接产生的新型分泌肽GRN-41，可通过调节先天免疫来抵抗转基因斑马鱼模型中的创伤弧菌感染[23]。GRN-41在罗非鱼的免疫相关器官中大量表达。感染创伤弧菌后，罗非鱼脾脏中GRN-41和PGRN1的表达上调[23]。在表达罗非鱼GRN-41(68%)，GRN-A(32%)和PGRN1(36%)的转基因斑马鱼中，罗非鱼GRN-41肽可在创伤弧菌感染的早期阶段，通过提高TNFb、IL-1β、IL-8、IL-6和肝脏抗菌肽hepcidin(HAMP)的表达来增强先天免疫应答，提高存活率[23]。

2.1.2PGRN与全身细菌感染 PGRN不仅在局部感染中发挥作用，在全身性感染中也有重要的免疫调节功能。研究表明，在临床脓毒症患者和盲肠结扎穿刺术诱导的多种细菌感染的脓毒症小鼠模型的外周血中PGRN表达上调，造血细胞来源的PGRN通过促进中性粒细胞和淋巴细胞分泌CCL2，增强巨噬细胞向感染部位募集，从而在脓毒症期间增强宿主抗菌免疫，发挥重要保护作用[24]。给予外源性的重组PGRN可显著降低脓毒症小鼠体内的细菌载量，提高脓毒症小鼠的生存率，具有重要的潜在治疗价值[24]。此外，在LPS诱导的内毒素休克小鼠模型中，PGRN通过抑制系统和局部炎症来发挥保护作用[25-26]。PGRN在内毒素休克早期即表达上调，PGRN缺陷型小鼠对LPS诱导的内毒素休克高度敏感，肺部炎性细胞聚集，促炎介质增加，IL-10降低，肺损伤严重，存活率降低。在LPS诱导内毒素休克之前，给予重组PGRN能改善小鼠的存活率和局部组织的异常表现，降低小鼠对内毒素休克的敏感性，并以TNFR依赖的方式促进巨噬细胞产生IL-10[26]。分子分析揭示，转录因子C/EBPα能直接作用于PGRN来调节IL-10的表达[26]。敲除PGRN后，由于C / EBPα蛋白抑制剂——E3泛素结合酶(E6AP)的直接作用和蛋白酶体介导的降解作用，导致C/EBPα蛋白稳定性降低，使细胞分泌IL-10减少[26]。说明PGRN通过C/EBPα调节IL-10转录和泛素结合酶/蛋白酶体介导的蛋白质降解途径控制脓毒症。由此可见，在细菌ID中，无论是临床患者还是动物模型，其PGRN均表达上调并发挥重要的免疫调节保护作用。

2.2PGRN与病毒感染 与细菌性肺炎中的保护作用不同，PGRN在病毒性肺炎中起损害作用[27]。在感染甲型流感病毒(H1N1)患者和小鼠模型的外周血中，PGRN均表达上调，其升高程度与疾病严重程度正相关[27]。PGRN通过促进中性粒细胞和单核/巨噬细胞的募集，增加细胞因子和趋化因子的产生，使肺部炎症反应增强，进一步介导了PGRN在流感病毒感染期间的肺部免疫损伤[27]。在细菌性和病毒性肺炎中均发现，PGRN缺陷时肺部免疫活性的降低与巨噬细胞和中性粒细胞的募集受损，以及CCL2和CXCL1的表达降低相关。 发现与其他研究的结果不同[21]，可能是由于组织微环境的组分差异所致。在病原清除效应上，细菌性和病毒性肺炎有所不同。在细菌性肺炎中，PGRN缺陷使其细菌清除率降低，不利于宿主生存[13]；病毒性肺炎时，PGRN不影响病毒载量，但却能通过增强炎症性损伤而不利于宿主生存[27]。可见，PGRN对同一组织器官的不同类型病原体感染所发挥的整体效应有所不同。

但在多种病毒ID中，PGRN也发挥保护作用。在病毒性心肌炎小鼠模型的心肌组织和外周血中，PGRN均呈高表达，其升高程度与疾病严重程度负相关[28]。敲除PGRN基因会加重模型小鼠的心肌损害，给予重组PGRN蛋白则能缓解病情，减轻炎症[28]。体外研究表明，PGRN浓度与病毒载量负相关。进一步发现，敲除PGRN基因后脾脏中的TNF-α、IFN-γ、IL-21、IL-17A的表达升高，PGRN能降低Th1和Th17细胞的反应，及其细胞因子的产生，通过抑制JAK/STAT途径调节Th1和Th17细胞的分化。PGRN在病毒性心肌炎中的保护作用不依赖于Tregs细胞[28]。在感染腺病毒36型的肥胖患者中，血清PGRN表达上调，其大网膜脂肪组织中的巨噬细胞浸润增加[29]。慢性HBV感染患者的血清PGRN表达上调，升高水平与病毒载量呈正相关[30]。PGRN以IL-6依赖的方式在肝癌细胞中表达[31]。由此推测PGRN可能代表一种潜在的新型抗慢性HBV感染的免疫疗法。

PGRN是HIV脑炎和HIV相关神经认知障碍发病机制中重要因子。骨髓系细胞如巨噬细胞和小胶质细胞是PGRN的主要来源，PGRN的表达与中枢神经系统疾病的发病有关。在HIV脑炎的脑组织和体外感染HIV的小胶质细胞中，PGRN的mRNA和蛋白表达显著上调[32]。中枢神经系统HIV感染患者的外周血中PGRN水平与病毒载量正相关，敲除PGRN可导致HIV的复制增加，说明PGRN是一种巨噬细胞抗病毒细胞因子[33]。PGRN在HIV感染中发挥保护作用，可抑制转染细胞中HIV启动子的表达和转录[34]。在HIV病毒复制活跃时，PGRN的表达增加并作为一种抗病毒因子和神经保护因子发挥作用。在HIV病毒复制不活跃时，持续的炎症状态或其他应激源抑制巨噬细胞/小胶质细胞产生PGRN，通过其神经营养功能的降低，从而导致神经认知功能障碍。表明PGRN在HIV感染时具有调节抗病毒免疫和神经功能障碍的双重作用[32]。PGRN可与HIV-1和HIV-2的Tat蛋白结合，但尚不清楚PGRN与Tat蛋白结合后发挥的具体功能[3]。可见，在不同组织器官病毒感染时，PGRN通过不同的免疫调节途径发挥抗感染作用。

2.3PGRN与其他感染 在衣原体肺部感染小鼠模型的肺组织和外周血中，PGRN均表达上调[35]。PGRN缺陷可减轻衣原体感染导致的组织损伤,增强Th1细胞的免疫应答,提高衣原体清除效率,加快疾病的恢复[35]。但PGRN对衣原体增殖和包涵体形成及T细胞增殖与活化无直接影响[35]。PGRN缺陷的树突状细胞(DCs)经衣原体处理后,分泌IL-12的能力增强,并促进T细胞产生IFN-γ。这表明PGRN可能通过影响DCs的功能导致Th1细胞应答的升高,并诱导T细胞亚群向Th1型分化,增强机体抗衣原体Th细胞免疫[35]。提示PGRN可能作为衣原体感染潜在的治疗靶点[35]。

研究发现，在蕈样真菌病(MF)患者血清和病变皮肤中，PGRN表达下调，且与抗菌肽mRNA的表达呈负相关，表明低PGRN表达可能导致MF患者皮肤感染的频繁发生[36]。在后睾吸虫和肝吸虫感染诱导的胆管癌仓鼠模型中，GRN显著表达，并可作为判断胆管癌预后的潜在标志物[37]。

3 小 结

PGRN在多种ID中发挥重要作用，具有诊疗的潜在价值。但是，PGRN的具体功能取决于所涉及的病原类型、疾病阶段和组织微环境的组分，其可能对宿主产生保护或损害作用。在提倡PGRN作为ID的诊疗生物标志之前，仍需要考虑几个方面的问题：(1)PGRN的抗炎作用可能干扰机体对病原体的免疫反应，表现出免疫抑制的迹象，从而发挥保护或损害的不同效应，对患者的施用应持谨慎态度。(2)重组PGRN的治疗作用仅在少数情况下被研究，对其他组织器官的感染或疾病的影响有待确定，仍需大量的动物试验和临床研究数据予以支持。(3)PGRN可与多种蛋白质结合，其具体作用机制仅部分被诠释。(4)GRNs在功能上与PGRN有所不同，对机体的整体效应需要综合判断。此外，多个报道显示PGRN在不同ID中表现出潜在治疗效果，但因为PGRN免疫调节机制复杂，作用广泛，因此，在将PGRN作为潜在治疗药物的同时应对其副作用进行进一步的评价。总之，从目前的数据预测PGRN是否能有效诊断和治疗ID还为时过早，尚存较大研究空间，需进一步的探索和研究。