表面活性蛋白在病毒性角膜炎中的作用

万 琪，张志勇 ，杨 硕

0引言

表面活性蛋白(surfactant protein，SP)A和D是机体重要的免疫蛋白，目前在肺部已有广泛研究，不仅发挥肺部表面活性作用，还介导自体免疫防御和调节炎症反应[1]。最新研究显示SP-A和SP-D在眼的结膜、角膜、泪腺和鼻泪道等的上皮细胞中均有表达[2]。在机体受少量病原菌入侵的炎症早期，SP-A和SP-D主要起抑制炎症反应，维持内环境稳定，保证机体正常功能的作用，而当病原菌入侵增加，机体呈应激状态时，SP-A和SP-D又能促进炎症反应，杀灭病原菌[3]。SP-A和SP-D参与机体抵抗各种病原体感染免疫过程，不仅防御细菌和真菌感染，还能与病毒融合蛋白结合，在病毒感染自体免疫过程中发挥重要作用[4-6]。因此，加深眼部自体免疫系统在病毒性角膜炎发展过程中作用的理解，可为临床病毒性角膜炎诊断和治疗提供新的思路，本文对SP-A和SP-D在病毒性角膜炎发生、发展和转归中的先天免疫作用作一综述。

1 SP-A和SP-D基本结构

SP是一种凝集素，有A、B、C、D四种亚型，其中SP-A和SP-D的一级结构由4个区域组成：参与分子间二硫键形成的N-末端，保持分子稳定性的三螺旋胶原区，维持多聚体状态的α螺旋颈区，以及球状的C型凝集素区，即碳水化合物识别结构域(carbohydrate-recognition domain，CRD)，该区域是识别病毒等病原体的主要部位[7]。

SP-A和SP-D通常以三聚体形式存在于机体中，其CRD结构很独特，形成的CRD三聚体结构域之间距离很近，仅45～61Å，这种近距离结构使其非常容易通过3个CRD位点之间的协同作用，与病原体表面的某些特定碳水化合物结构(如：低聚糖)形成高度亲和，牢牢地“抓”住病原体，而这些碳水化合物结构有极高的保守性，在绝大部分的病毒、细菌和其他病原体表面都有表达，这是SP-A和SP-D容易与大多数病毒非特异性结合的重要原因，更有意思地是，这些与SP-A和SP-D结合的碳水化合物结构不在人类细胞上表达，因此SP-A和SP-D能够十分高效地用这一简单的方式来区分人体细胞和病原体，找到其作用的目标[8]。

2 SP-A和SP-D对免疫的调节作用

SP-A和SP-D其先天免疫防御作用能阻止病毒等病原体入侵宿主细胞，同时还参与机体的免疫反应[7]。在病毒等病原体入侵早期，病原体数量较少时，SP-A和SP-D能抑制炎症反应，维持机体正常生理功能[2]，而当病原菌入侵增加，机体呈应激状态时，SP-A和SP-D又能促进炎症反应，杀灭病原菌[3]。此外，SP-A和SP-D还能促进巨噬细胞和中性粒细胞激活，并将结合的病原体传递给上述免疫细胞，使其吞噬病原体功能增强，促进免疫调理作用的发挥[9]。

2.1调节炎症反应SP-A和SP-D在不同免疫背景下，有“抑制”和“促进”两种不同免疫调控作用，这是通过其N末端与人体免疫细胞表面不同的蛋白结合后，产生不同的免疫反应来实现的[10]：(1)在病原体入侵早期，病原体数量较少，SP-A和SP-D发挥抑制炎症反应作用时，SP-A和SP-D仍然可以在不引起炎症情况下协助免疫细胞清除病原体，这一作用可以有效减少炎症因子等对肺泡毛细血管壁的损伤，从而维持有效的气体交换[11]。在眼部，该作用同样也可以减少病毒等病原体引起的炎症反应，减轻其对屈光介质传递光线功能的负面影响[12]。这一作用的机制是SP-A和SP-D的CRD与免疫细胞表面的信号抑制(SIRPα)结合，阻断NF-κB和AP-1等调控的促炎介质信号通路，抑制促炎介质的产生[13-14]；(2)当病原体入侵增加，机体呈应激状态时，其作用机制转变为SP-A和SP-D的CRD与病原体表面模式分子结合，而SP-A和SP-D分子N末端的胶原蛋白结构域与吞噬细胞上的钙网蛋白/ CD91结合，促进吞噬细胞吞噬作用，并释放炎症因子，从而表现为促炎反应[2-3]。因此，我们可以观察到在肺部少量病原菌入侵时，SP-A和SP-D不仅减少人体T细胞增殖，而且抑制白细胞介素-2分泌[15]。

2.2对免疫细胞的调理作用及其直接杀菌作用SP-A和SP-D通过促进单核-巨噬细胞表面受体表达(如模式识别受体CD14和 TLR-2/TLR-4受体)的方式，增强吞噬细胞识别、结合并吞噬病原体的能力，促进调理作用发挥[7]。SP-A和SP-D增强单核-巨噬细胞表面受体表达能力的机制是其CRD与病毒、细菌、真菌表面某些特定的糖基或糖蛋白结合后(例如SP-A与呼吸道合胞病毒F蛋白结合，SP-D与呼吸道合胞病毒G蛋白结合)，通过其N末端胶原结构结合单核-巨噬细胞，能进一步将刺激信号传递到后者细胞内，促进其表面分子的表达[16]。

SP-A和SP-D还可增强中性粒细胞，通过中性粒细胞胞外陷阱(NETs)作用发挥免疫功能[17]。例如SP-A和SP-D与凋亡细胞的髓过氧化物酶、DNA和RNA结合，促进中性粒细胞经NETs清除凋亡细胞和病原体[18]。

此外，SP-A和SP-D还有直接杀菌作用，研究显示它们通过增加大肠杆菌K12菌株的细胞膜通透性，可以直接杀死大肠杆菌[19]。

2.3抑制过敏反应在机体发生过敏反应时，SP-A和SP-D主动结合并抑制淋巴细胞增生和嗜酸性粒细胞释放IL-8，减少组胺、IL-2、IL-5等过敏相关因子的表达，减轻机体过敏反应[20]。在机体感染烟曲霉时，SP-A和SP-D抑制特异性IgE与烟曲霉结合，阻止变应原诱导的嗜碱性粒细胞释放组胺[7]。

3 SP-A和SP-D与病毒感染的关系

SP-A和SP-D对病毒的免疫作用同样表现为抑制病毒进入细胞，促进吞噬细胞调理作用和直接杀灭病毒作用[16]。

SP-A和SP-D与病毒结合的机制，是其形成的三聚体CRD与病毒表面各种三聚化糖蛋白结构均非常接近，因此使其能够顺利地与病毒结合一方面发挥中和病毒作用以及聚集病毒，促进吞噬细胞的摄取并清除病毒作用，另一方面阻断病毒表面三聚体蛋白与宿主细胞受体的结合，抑制病毒进入细胞[8]。更重要地是，几乎所有的病毒表面都表达三聚体融合蛋白，比如甲型流感病毒(influenza A virus, IAV)和呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus，RSV)的融合蛋白是由3个单一蛋白构成三聚体[21-22]，人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)的融合包膜蛋白是由两个非共价结合的糖蛋白gp120和gp41组成[23]，疱疹病毒家族的融合蛋白gB、gH和gL整体三聚体结构都相同[24]。因此，SP-A和SP-D就能与几乎所有的病毒结合发挥免疫作用。

在SP-A和SP-D与病毒融合蛋白结合中和病毒，并竞争性阻止病毒与宿主细胞受体结合方面的研究中，SP-A和SP-D与IAV结合目前研究最为深入。其机制包括：(1)SP-D通过与血凝素(HA)的唾液酸结合位点附近的高甘露糖结合，中和病毒；(2)SP-A通过CRD唾液酸残基与IAV结合，占据HA结合位点，发挥阻止了IAV进入细胞作用[25]。

SP-A和SP-D对HIV的免疫作用有两个途径：(1)其与HIV的三聚化gp120顶部甘露糖结合，阻断病毒与CD4+T细胞融合从而抑制病毒的复制[26- 27]；(2)SP-D还通过竞争性抑制HIV的gp120结合树突状细胞表面与特异性细胞间黏附分子3相关的非整合素(DC-SIGN)，减少树突状细胞介导的HIV-1感染CD4+T细胞[28]。

SP-D与传染性非典型肺炎(severe acute respiratory syndrome, SARS)病毒三聚体蛋白(S蛋白)结合，该结合是钙依赖性的，并受到麦芽糖的抑制，表现出经典的C型凝集素-碳水化合物相互作用的特征[29]。

4 SP-A和SP-D与眼部常见病毒感染的关系

SP-A和SP-D在眼部常见病毒引起的病毒性角膜炎中免疫作用机制与上述类似：(1)通过CRD与病毒表面不同蛋白结合，阻止病毒进入细胞；(2)促进吞噬细胞吞噬病毒和中和病毒[20]。虽然SP-A和SP-D抵御病毒感染的能力在机体其他部位研究广泛，眼部研究尚少，但目前已知SP-A和SP-D能在角膜、结膜、泪腺和鼻泪道黏膜等部位表达，在病毒性角膜炎发生时，通过识别与清除病毒，调节局部炎症反应，来维持角膜正常功能[30]。同样，在病毒入侵的炎症早期，SP-A和SP-D主要起抑制炎症反应，保证机体正常功能的作用，而当病毒入侵增加，机体呈应激状态时SP-A和SP-D又能促进炎症反应，杀灭病原菌[3]。当前SP-A和SP-D的研究还显示了其作为临床诊断和治疗手段的广泛前景。体外实验研究发现，重组SP-A和SP-D在中和RSV、HIV，增强吞噬细胞清除作用，调节适应性免疫方面有着重要作用[31]。尽管有这些早期研究，但尚未有研究展示SP治疗在病毒感染引起眼部炎症和免疫反应方面的重要性，未来重组SP的应用可作为病毒感染治疗的关键。

4.1SP与腺病毒角膜炎严重的腺病毒(adenovirus，ADV)角膜炎可引起视力丧失[32]。感染ADV的角膜，中性粒细胞和单核细胞的释放炎症因子明显增加，这与Hrrod等[33]报道的感染ADV的SP-A-/-小鼠，支气管肺泡灌洗液，炎症因子(TNF-α、IL-6、MIP-2、MIP1-α、MCP-1)明显增多，肺部出血和上皮损伤增加的表现类似，而通过局部应用SP-A进行干预，能抑制炎症反应，提高巨噬细胞对腺病毒的清除率，减少炎症因子的产生。因此，在ADV感染性角膜炎中，是否能通过体外局部应用SP控制炎症反应，还需要进一步研究。

4.2SP与RSV眼表面感染RSV感染引起过敏性结膜炎和角膜炎[34]。动物实验研究显示，SP-A-/-和SP-D-/-小鼠感染RSV后，局部炎症细胞聚集，炎症因子增加，RSV病毒滴度明显增加，而中性粒细胞和巨噬细胞的吞噬作用下降，应用SP-A和SP-D则可抑制RSV感染导致的上述炎症反应[35-36]。其作用机制为SP-A和SP-D通过其CRD，分别与RSV的三聚化F蛋白和G蛋白结合，阻断G蛋白介导的病毒黏附上皮细胞过程，以及F蛋白介导的病毒与细胞膜融合过程，抑制RSV进入上皮细胞；SP-A和SP-D还促进吞噬细胞吞噬RSV，从而起到中和RSV作用[37]。

4.3SP与疱疹病毒角膜炎单纯疱疹病毒(herpes-simplex viruses，HSV)、巨细胞病毒(cytomegalovirus，CMV)是主要的角膜炎相关疱疹病毒，为双链DNA包膜病毒，在与细胞膜融合，感染角膜上皮细胞过程中，病毒需要多个糖蛋白(如gB、gC、gD、gE、gH、gL)和细胞膜受体的结合，其中三聚体Ⅲ类融合蛋白gB蛋白是主要的糖蛋白，通过其构象改变形成与细胞膜融合[34]。SP-A和SP-D同样通过CRD与HSV、CMV的三聚体糖蛋白结合，抑制病毒感染细胞，并促进吞噬细胞吞噬，杀灭病毒[38-40]。未来研究可以探讨SP与HSV、CMV等疱疹病毒相互作用的具体蛋白及作用机制，为临床特异性治疗打下基础。

4.3.1SP与HSV角膜炎SP与HSV角膜炎的研究，主要局限在SP-A与HSV的结合过程。研究显示，SP-A的CRD与HSV结合受SP-A糖基化水平调控，去糖基化的SP-A，因其与HSV-1相互作用受抑制，导致SP-A的调理素作用减弱[39]。具体由SP-A的何种糖基化导致其结合功能下降，目前尚不清除，但由于甘露糖并不能竞争性抑制SP-A与HSV-1的结合，说明该糖基化并非甘露糖基化引起[39]。此外，SP-A同样能促进巨噬细胞吞噬HSV，抑制HSV感染[38]。

4.3.2SP与CMV角膜炎CMV感染能引起结膜、角膜、虹膜和视网膜等感染，其中，CMV角膜炎可导致严重的视力损害[41]。Weyer等[40]对SP-A的抗CMV作用机制的研究中发现，SP-A主要增强巨噬细胞对CMV的结合与吞噬过程。其机制是SP-A能增加巨噬细胞清道夫受体、甘露糖受体、Fc和补体的表达，促进巨噬细胞利用Fc、CD46、TLR2、TLR3和 TLR9等受体来启动吞噬病毒的过程[40, 42]。

5总结与展望

综上所述，SP-A和SP-D参与RNA和DNA病毒感染所致角膜炎的自体免疫过程；在病毒感染早期，既能有效清除病原微生物，同时又能保持组织的非炎症环境，保证正常组织功能的发挥；而当病原菌入侵增加，机体呈应激状态时，SP-A和SP-D又能促进炎症反应，杀灭病原菌。目前，SP-A和SP-D在肺及其他组织中的研究较为深入，但在病毒性角膜炎中具体作用机制还不十分清楚，比如它们如何与眼部其他自体免疫蛋白协同作用保护角膜免受病毒感染；泪腺分泌的SP-A和SP-D与角膜上皮表达SP-A和SP-D是否发挥不同的病毒免疫作用；与病毒结合的SP-A和SP-D被巨噬细胞吞噬后，在巨噬细胞内如何继续发挥免疫作用。因此，对其机制的阐明不仅有助于加深对眼部自体免疫系统的了解，还为将来病毒性角膜炎的诊断，以及利用重组SP-A和SP-D片段治疗病毒性角膜炎提供思路。