谷氨酸-组氨酸-赖氨酸三肽在呼吸系统疾病中的应用

王钰 张勤 马文会 刘丽 周晓明 侯刚

1中国医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科,沈阳110001;2中国医科大学附属第四医院呼吸与危重症医学科,沈阳110001

谷氨酸-组氨酸-赖氨酸 (glycyl-histidyl-lysine,GHK)是一种活性三肽,最早由Pickart等从人血浆中提取出来,是人血浆、唾液和尿液的正常成分[1]。Maquart等提出GHK 可能是皮肤修复的早期信号。GHK 存在于Ⅰ型胶原的α2 (Ⅰ)链中,当损伤激活蛋白水解酶时,GHK 被释放到损伤部位,并发挥局部愈合作用[2]。近年来随着研究的不断深入,GHK 改善伤口愈合、促进组织再生以及抗炎抗氧化的能力逐渐在骨、肝脏和胃肠壁等组织中得到证实[3-6],其能够增加胶原蛋白、弹力蛋白生成,促进血管、神经生长[7-9],增强干细胞功能和促进间充质干细胞分泌营养因子[10-11]。目前已经有研究证明GHK 可以作为治疗性成分在COPD 中使用,但是在其他呼吸系统疾病中的应用情况则鲜有报道[4,12-13]。本文就GHK 在呼吸系统疾病中的应用进展作一综述。

1 GHK 的生物学特性

GHK 是一种与人白蛋白结合的结合肽,既往研究表明其能使老年人的肝组织合成类似年轻肝组织的蛋白质[14]。同时有研究发现GHK 能促进大鼠的正常肝细胞的存活,亦能促进肝癌细胞的生长,并刺激这些细胞DNA 及RNA的合成,故GHK 又被称作肝细胞生长因子[15]。然而,不幸的是,GHK 随着年龄增长而下降。有研究发现在20岁时,GHK 的血浆水平约为200μg/L (10-7mol/L)；而到60岁时,血浆中GHK 水平会下降至80μg/L[16]。这可能与人器官再生能力随着年龄下降显著相关。Hong等[13]在对生物活性物质的基因转录分析研究中发现GHK 在1 nmol/L的极低浓度下具有活性,是1 309种生物活性物质中最活跃的。

GHK 易与Cu 形成络合物谷氨酸-组 氨酸-赖氨 酸-铜(Glycyl-L-histidyl-L-lysine-Cu,GHK-Cu)提高GHK 的生物利用度,Cu作为金属离子可以活化作为内源性抗氧化剂的Cu和Zn依赖性超氧化物歧化酶,使得GHK-Cu的复合物在原有GHK 的基础上呈现出强抗氧化作用[17-18]。Gorouhi和Maibach[19]的研究发现GHK-Cu还可以增加真皮和表皮的厚度,通过刺激胶原合成增加皮肤弹性。此外,Ahmed等[20]还发现GHK-Cu增加了神经生长因子和神经营养素的产生,促进神经增长。

2 GHK 的作用机制

2.1 抑制纤维蛋白原的产生 纤维蛋白原在血栓形成中发挥着重要作用,其能增加红细胞的形成和促进红细胞的“堆积”,从而大大增加微循环中血液的黏度。因此,有研究发现,纤维蛋白原水平异常是心血管疾病的首要危险因素[21]。纤维蛋白原是由α、β和γ 三部分组成的多肽链,研究发现无论是细胞还是小鼠体内,GHK 均能下调纤维蛋白原β链的基因表达[22],而缺乏纤维蛋白原β链将有效地阻止纤维蛋白原的合成；同时GHK 也能抑制炎症细胞因子IL-6的产生,而IL-6又是纤维蛋白原合成的主要调控因子[23]。因此,GHK 对纤维蛋白原有普遍的抑制作用。

2.2 泛素蛋白酶体系统 (ubiquitin proteasome system,UPS) UPS具有清除受损蛋白的作用,该系统活性不足可能导致毒性蛋白低聚物的积聚,从而引发神经退行性过程[23-24]。GHK 能够刺激41个UPS基因表达,仅抑制1个UPS基因表达[25]。这表明GHK 可能对UPS 有着积极的影响。

2.3 抗氧化作用 自由基和脂质过氧化的毒性终产物与动脉粥样硬化、癌症、白内障、糖尿病、肾病、老年痴呆症和其他严重的衰老病理状态密切相关,一个强大的抗氧化网络可以维持自由基产生和清除之间的平衡。然而在衰老的过程中、炎症等病理条件下,平衡可能会转向自由基的积聚,从而导致氧化应激过量,并最终导致细胞死亡[26]。GHK 在哺乳动物和细胞培养中都具有广泛而强大的抗氧化特性,它能增加抗氧化基因的表达[27-28]。GHK 还能通过结合副产物,如丙烯醛和4-羟基壬醛,从而减少脂质过氧化的破坏作用[29-30]。

2.4 DNA 修复 据估计,正常的代谢活动和环境因素(如紫外线和辐射)下,每个细胞每天有1 000～100万个单独的分子损伤。而缺乏足够的DNA 修复被认为是细胞衰老、程序性细胞死亡、增加癌性肿瘤的发病率和病死率的原因[31-32]。采用布罗德研究所开发的软件基因分析工具基因连通图的研究发现GHK 可以提高与DNA 损伤修复相关的47个基因的表达,并下调5个基因的表达[33-34]。放射疗法被认为是通过破坏细胞DNA 来阻止细胞复制的治疗手段。一项对放射治疗后的头颈癌患者的皮肤成纤维细胞原代培养的研究发现,放射治疗减缓了细胞群体倍增的速度,但是用1 nmol/L GHK-Cu处理后,该细胞群体倍增速度恢复到正常的2倍[35]。该实验表明GHK 能够恢复受辐射细胞的功能,这可能与GHK 具有修复受损DNA 的能力有关。

2.5 胰岛素和类似胰岛素的途径 胰岛素/胰岛素生长因子1样受体途径是许多生物体内生物衰老过程的一个促成因素。体外实验表明,降低胰岛素/胰岛素生长因子1信号传导可以减缓退化性衰老过程,进而延长许多生物的寿命。基因表达数据表明,GHK 可以抑制大部分受影响的胰岛素/胰岛素生长因子基因的表达,这可能提示GHK 通过抑制胰岛素和类似胰岛素的途径发挥作用[36]。

3 GHK 在不同呼吸系统疾病中的应用

3.1 GHK 在COPD 中的作用 COPD 是威胁人类健康的最主要慢性疾病之一。肺气肿和慢性支气管炎是COPD 的2个主要症状,随着时间的推移,它们会导致小气道阻塞和肺功能显著丧失。Campbell等[4]的研究证明GHK 能够逆转一些COPD 基因特征中关键基因的表达,这些基因与肺气肿的严重程度密切相关,研究还发现GHK 可以使与炎症相关的基因表达下调,而与组织重塑和修复相关的基因表达上调。此外,GHK 还能使与肺气肿破坏有关的转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)途径的基因活性降低,同时GHK 能够改变基因表达模式,使之与TGF-β 途径相反[37]。体外实验表明,将10 nmol/L GHK 添加到COPD 患者原代培养的成纤维细胞中,不仅可以促进肌动蛋白细胞骨架的组织化,增加整合素β1 的表达,并且恢复了成纤维细胞Ⅰ型胶原的收缩与重塑[38]。由上可知,GHK 在COPD 中发挥着积极的作用。

3.2 GHK 在急性肺损伤中的作用 急性肺损伤是一种急性炎症和组织损伤的肺部疾病,其特征是肺泡毛细血管膜完整性丧失,中性粒细胞过度迁移,促炎因子和细胞毒性介质释放[39]。脂多糖是革兰阴性菌外膜的主要成分,它被免疫系统认为是细菌病原体入侵的标志物,在炎症反应的发展中发挥重要作用。脂多糖可激活气道上皮细胞、中性粒细胞和肺泡巨噬细胞,导致活性氧、肿瘤坏死因子α和IL-6等多种炎症介质的释放。在脂多糖诱导的急性肺损伤小鼠模型中,GHK-Cu可抑制炎症细胞向肺部的浸润,对肺损伤起保护性作用。GHK-Cu能够降低活性氧的活性,并增加超氧化物歧化酶的活性,同时降低肿瘤坏死因子α和IL-6的产生,抑制核转录因子κBα和促分裂原活化蛋白激酶p38的表达[12]。以上研究可能表明GHK-Cu对脂多糖诱导的急性肺损伤有治疗作用。

3.3 GHK 在肺纤维化中的作用 特发性肺纤维化是一种严重的呼吸系统疾病,其特征是进行性和弥漫性肺纤维化和限制性通气功能障碍,最终导致呼吸衰竭。以TGF-β1或Smad信号通路为靶点的干预措施被广泛认为是肺纤维化的潜在治疗方法[40]。在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中,GHK 通过抑制胰岛素生长因子1 和TGF-β1/Smad2/3信号通路抑制肺部炎症反应和上皮间质转化现象。GHK 通过改善胶原沉积和基质金属蛋白酶/基质金属酶组织抑制因子失衡,减少肿瘤坏死因子α、IL-6 在内的炎性因子的释放,阻止上皮细胞通过TGF-β1途径生成产生胶原的成纤维细胞,从而减少纤维化。这些研究可能提示GHK 对博来霉素诱导的肺纤维化有治疗作用[41]。

3.4 GHK 在肺癌中的作用 Hong 等[13]的研究证明了GHK 与人类侵袭性、转移性结肠癌相关的54个基因之间的相互作用,发现GHK 可以显著逆转这些基因的差异表达,进而发挥治疗作用。有研究表明,1～10 nmol/L GHK可以抑制人SH-SY5Y 神经母细胞瘤细胞和人U937组织细胞淋巴瘤细胞的生长,并且重新激活了半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶7凋亡系统[34]。这表明GHK 参与了多种生化途径的基因调控,它似乎能够使基因活性重新恢复到健康状态,从而促进组织修复。以上研究暗示了GHK 可能具有抗癌作用,这为肺癌治疗提供了新的思路。

4 结论

GHK 作为一种安全、广泛研究的小分子肽,在许多组织和系统中具有积极的作用。GHK 可以通过抑制产生纤维蛋白原、抗氧化、影响胰岛素和类似胰岛素的途径及UPS、DNA 修复等方面对呼吸系统疾病的发生发展产生积极影响。目前,GHK 对呼吸系统疾病的作用及安全性在细胞和动物实验中已逐步得到证实,然而在临床应用的疗效、安全性及应用范围仍需要进一步探索。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突