C补体1q在肺部疾病中的作用研究

黄金福综述，朱冬兰，陈 琳，钟小宁审校

0 引 言

C补体1q(Completment1q,C1q)是先天性免疫补体系统经典途径的重要识别分子,能够启动经典途径从而在免疫调节、炎症调节和维持机体平衡等方面发挥重要作用。近年的研究显示，C1q与慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)、肺癌、哮喘、肺结核及肺损伤等疾病的发生发展密切相关，因此本文将探讨C1q在上述肺部疾病中的研究作用，为 C1q 在肺部相关疾病的发病机制的研究及防治提供参考。

1 C1q的结构与功能

C1q是一种由A、B和C型的18条多肽链组成的多聚体蛋白质，通过非共价和共价相互作用组装成6源异三聚体，这些链由含有链间二硫键的短N末端部分组成[1]。作为经典补体系统C1的重要识别分子，其分子结构N-末端(cC1q)为含有特征性重复三联体的胶原样区域，该胶原样三螺旋结构的存在对C1q头部球状结构域与靶点的结合至关重要[2]；而C端(gC1q)则是由125-135的氨基酸残基组成的球状结构域。因其独特的“花束样”结构，C1q可与多种类型的配体相结合而发挥作用。C1q的球状区域可结合抗体Fc区域、病原体表面分子从而发挥其识别作用，而胶原样区域则通过与补体C1r和C1s蛋白酶形成的四聚体或与免疫细胞表面的受体相互作用参与免疫反应效应机制[3]。

C1q能够与免疫球蛋白M(Immunoglobulin M,IgM)或IgG免疫复合物等自身配体结合激活补体级联从而在先天性免疫中发挥关键作用[4]。在适应性免疫反应中，C1q对多种细胞功能具有调节作用，包括细胞分化、细胞间黏附、趋化作用、清除凋亡细胞碎片等[5]。此外，C1q还能结合许多非自身配体，如C反应蛋白、病原体表面的凝集素以及革兰阴性菌等，进而快速启动细胞吞噬作用,抑制炎症反应而清除病原体,有助于维持机体的免疫耐受[6]。故C1q可作为先天性免疫和适应性免疫的桥梁[3]。综合其结构与功能， C1q可作为药物开发的重要靶点, 具有成为新型治疗药物的潜力。

2 C1q在肺部疾病中的作用

2.1 C1q与COPDCOPD是一种慢性肺部炎症性疾病[7]。研究证明，适应性免疫反应的启动及失衡是COPD炎症加重与持续存在的重要机制[8]。而树突状细胞是连接先天性免疫及适应性免疫的桥梁，作为专职抗原提呈细胞，可在抗原暴露后将其提取,从而启动T细胞介导的适应性免疫反应[9]。COPD患者肺内的树突状细胞能够直接诱导表面共刺激分子4(Co-stimulatory molecule，CD4)阳性T淋巴细胞分化为T辅助(T helper 17,Th17)17细胞及调节性T(Treg)细胞[10]。Th17细胞通过分泌白细胞介素17A(Interleukin 17A,IL-17A)-参与了慢阻肺的肺泡壁破坏、肺气肿形成、气道炎症及肺动脉重建[11]；而Treg细胞则通过其分泌产物转化生长因子-β(Transforming growth factor-β,TGF-β)发挥拮抗炎症、负性调控机体免疫等作用[12]。这意味着Treg/Th17在数量及功能上的动态平衡成为维持机体免疫稳态的重要前提。

C1q主要由抗原提呈细胞如单核细胞、单核细胞来源的树突状细胞和巨噬细胞分泌[13]。研究表明，由抗原提呈细胞产生的C1q是烟草烟雾诱导的肺部炎症中Treg细胞和 Th17细胞分化的关键介质。Treg维持自身免疫耐受，而Th17促进自身免疫应答[14]。烟草烟雾诱导的促炎细胞因子(如IL-1β)抑制C1q的表达，C1q的下调促使Th17细胞增殖，进而使外周淋巴器官免疫反应增强，同时抑制Treg细胞的分化[15]。相反，补充外源性C1q能在体外和体内诱导Treg细胞分化以及减少Th17细胞增殖从而抑制其相关炎症反应。然而，C1q在体外并不直接影响Treg细胞分化反应，C1q通过与TGF-β结合增强叉头螺旋转录因子3或降低维甲酸相关孤儿受体γt的表达，从而调节 CD4+T细胞的分化[16]。造成这种免疫反应可能的机制有： C1q可能通过调节细胞周期并改变与白细胞介素信号相关基因从而调节免疫耐受；清除凋亡细胞碎片与循环免疫复合物在机体免疫应答中至关重要，C1q与凋亡细胞表面结合，并通过与吞噬细胞(cC1q/CD91)和凋亡细胞(gC1q和磷脂酰丝氨酸)上表达的C1q受体相互作用[17],启动巨噬细胞和树突状细胞的吞噬摄取，从而发挥识别和清除作用[18]。因此,体内C1q下调或功能障碍,就会导致上述生理过程不能有效进行从而影响COPD的发生发展。值得注意的是，C1q可能通过诱导树突状细胞成熟，进而分泌特异性细胞因子诱导Th17细胞免疫应答，但其具体机制尚不清楚[19]。

肺部免疫细胞的浸润与COPD的病情进展密切相关。C1q可通过调节Treg/Th17的动态平衡改善COPD的气道炎症。因此，在慢性炎症条件下利用外源性小分子C1q增强Treg的功能可能为治疗COPD提供新的靶点和依据。

2.2C1q与肺癌肺癌是一种起源于支气管黏膜上皮的肺部恶性肿瘤[20]。研究发现C1q在癌症中具有双刃剑作用：恶化肿瘤或抑制肿瘤，这取决于癌症类型[21]。高水平C1q可作为基底样乳腺癌、宫颈癌[22]、人表皮生长因子受体2(Human epidermal growth factor receptor-2,HER2)阳性乳腺癌总生存的良好预后指标，而在肺腺癌和肾透明细胞癌中，C1q促进肿瘤的细胞的增殖、浸润及血管生成[23]。

补体系统在肿瘤发生中起关键作用，C1q作为癌症免疫的主要调节者之一，能够结合免疫球蛋白IgM成为免疫复合物并激活补体经典途径[24]。激活的补体系统既能通过促进急性炎症和裂解肿瘤细胞来预防肿瘤形成，也能通过刺激机体产生慢性炎症并抑制免疫反应来促进肿瘤生长[25]。补体激活经典途径是肿瘤发生发展的主要因素之一[26]。在原发性肺肿瘤细胞中，经典的补体途径可以通过C1q与抗原-抗体复合物或独立的抗体结合而启动[27]。磷酸单酯可抑制C1q与肺癌细胞的结合，因此增加肺癌细胞膜磷脂成分磷酸单酯的表达可延缓肺癌恶化。这些结果表明补体活化与癌症的恶化之间存在关联[28]。而在肺部肿瘤间质和血管内皮细胞中，C1q高表达并通过促进肿瘤细胞间的黏附、细胞迁移、细胞增殖以及血管生成和转移，对肿瘤生长起促进作用[29]。C1q高表达与肿瘤的生长相互促进，这与肿瘤微环境中C1q和树突状细胞(CD11c阳性细胞)的存在有关[30]。树突状细胞的成熟度与肺腺癌的预后相关，成熟树突状细胞比例较高时预后较好，未成熟树突状细胞比例较高时其预后较差[31]。C1qC链的表达对于蜕膜内皮细胞产生功能性C1q至关重要，蜕膜内皮细胞产生的功能性C1q，成为了血管内滋养细胞和蜕膜内皮之间的分子桥梁。研究证明，肿瘤微环境中的主要成分为透明质酸，C1q可以通过其球状结构域与透明质酸结合[32]。与透明质酸结合的C1q通过增强蛋白激酶1/2,应激活化蛋白激酶/氨基末端激酶,和磷酸化p38的表达来诱导肿瘤细胞间的黏附和增殖，进而促进肿瘤生长[33]。

C1q激活经典途径，在肺癌患者的生物样本中表达增加，与预后不良相关。同时，C1q作为乳腺癌、肾透明细胞癌等癌症的预后生物标记物，将有望在不同癌症的早期诊断中发挥重要作用。

2.3C1q与哮喘哮喘是呼吸系统的一种慢性炎症性疾病，T辅助淋巴细胞(Th2、Th17、Treg)失衡在哮喘发生中起重要作用[34]。哮喘伴有支气管的高反应性、气流阻塞和气道重塑，气道高反应性与哮喘的严重程度有关，而气道炎症参与了气道高反应性的形成[35]。因此，通过C1q治疗气道炎症来降低气道高反应性可作为一个候选的治疗哮喘的方案[36]。

研究发现给卵清蛋白或白桦花粉致敏的白变种小鼠(BALB/c)小鼠注射可溶性C1q，小鼠气道高反应性降低，支气管肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞和II型天然淋巴细胞的浸润减少[37]，且肺部的Th2浸润降低到与给药右旋硫酸苯异丙胺时相似的水平[38]。当三磷酸鸟苷酶刺激浆细胞样树突细胞时，用可溶性或固定化C1q治疗，可降低促炎性细胞因子(如IFN-α、IL-8和肿瘤坏死因子-α)的产生[39]。以上研究表明C1q对Th2驱动的过敏性哮喘具有一定的抗炎作用。C1q通过形成C1q/凋亡体免疫复合物从而抑制人巨噬细胞和树突状细胞介导的Th2细胞亚群增殖，并促进调亡细胞的快速清除，防止细胞内炎症介质等损伤成分的释放，进而发挥其免疫抑制作用[40]。其抗炎及免疫抑制作用发生的可能机制有：C1q在单核细胞来源的树突状细胞中过度表达， 可诱导原始CD4+T细胞分化为Treg细胞，Treg细胞增殖并促进抗炎细胞因子IL-10的产生从而有效抑制迟发性超敏反应[41]；浆细胞样树突状细胞可介导Th2型哮喘部分炎症反应,而C1q治疗可以抑制三磷酸鸟苷酶对人和小鼠浆细胞样树突细胞的激活[39]。

免疫失衡及气道炎症是哮喘发生发展的重要机制，调节性树突状细胞通过表达或分泌C1q在过敏性哮喘中起免疫抑制及抗炎作用。因此，以上研究有助于为哮喘和其他自身免疫性疾病的预防性干预及治疗找到新的靶点途径。

2.4C1q与肺结核肺结核是由结核分枝杆菌感染肺部引起的一种慢性呼吸系统传染病[42]。目前，因缺乏区分活动性肺结核与其他肺部疾病或潜在肺结核感染的特异性生物标记物，活动性肺结核的诊断困难[43]。提高结核病检测率可遏制结核病的进一步传播。

Lubbers等[44]检测了活动期肺结核患者的C1q水平，证实了患者C1q蛋白水平升高，但其他临床表现相似的疾病如肺炎、结节病或分枝杆菌感染患者C1q蛋白水平没有升高。因此，血清中补体成分C1q可以作为活动性肺结核的候选生物标志物。研究发现，血清中C1q水平与结核严重程度相关，并与结核分枝杆菌感染后的人群生存率下降有密切关系[45]。然而，在干扰素释放之前血清C1q的水平无较大波动，这表明C1q上调与结核的进展有关，与结核感染无关[46]。研究证明，卡介苗的接种导致肺C1q的增加。提示除了作为肺结核进展的标志物外，C1q还可能在形成卡介苗黏膜接种后发挥保护作用。其保护功能可能与表面带有抗原-抗体复合物的淋巴细胞抑制迟发型超敏反应密切相关，C1q通过调节迟发型超敏反应进而抑制肺结核细胞的活性[47]。导致肺部感染结核的结核杆菌能在巨噬细胞中长期存在，C1q可通过多种途径调节巨噬细胞对结核杆菌的吞噬。肺泡巨噬细胞的表达受体如gC1qR和cC1qR通过与C1q的球状头部或胶原样尾部相互作用，从而加强病原体的吸收，并调节巨噬细胞在炎症反应中的吞噬作用和细胞因子的释放[48]。此外，单核细胞与C1q共孵育可产生大量的抗炎细胞因子IL-10，且C1q能使巨噬细胞极化至抗炎M2表型，以上研究证实C1q与抗炎和组织修复有关[18]。C反应蛋白IgG或IgM与病原体结合形成复合物，C1q与该复合物结合，从而通过其相关的丝氨酸蛋白酶C1s和C1r激活补体级联，从而导致调理素C3b沉积在病原体表面，最终形成膜攻击复合物[49]。

血清中C1q的水平可作为活动性肺结核与潜伏性结核感染、结核性胸膜炎与非结核性胸膜炎的潜在鉴别诊断标志物，且C1q易于在结核感染过程中测量，因此动态监测血清C1q浓度能有效反映肺结核的病情活动。综合以上分析，C1q在诊断及鉴别人类活动性结核病中发挥着关键作用，但C1q在结核病免疫病理和疾病进展中的精确功能仍值得进一步研究

2.5C1q与肺损伤急性肺损伤是以微血管内皮细胞急性炎症反应和损伤为早期病理学特征的综合征[50]。C1q为可溶性模式识别蛋白，这种蛋白是一种天然免疫分子，在血液循环和肺上皮细胞上高度表达[51]。

Shah等[52]研究发现，体内C1q水平的下降促进肺血管炎症，并增强肺内皮细胞对损伤的敏感性。C1q是抑制内皮细胞活化的功能冗余蛋白，当肺内皮细胞持续暴露于循环中的促炎物质(如脂类、细胞因子)时， C1q等功能沉冗蛋白可维持其静止状态。Dilip Shah的另一个重要发现是C1q可增强脂多糖或盐酸灌注后的肺内皮屏障功能，并通过阻断肺内皮细胞关键连接黏附蛋白的降解来介导该作用；C1q抑制内皮细胞活化和增强内皮屏障的功能是通过抑制p38丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化和阻断核因子(Nuclear factor-k-gene binding，Nf-kb)P65亚单位的核易位来介导的[53]。

C1q在抑制肺内皮细胞活化和保护肺免受损伤方面具有重要作用。循环固有免疫蛋白在调节肺血管稳态中起重要作用，利用C1q信号通路可有效地预防肺部炎症性血管疾病的发生并延缓疾病进程。

3 结 语

综合C1q调节细胞功能、激活补体级联、清除凋亡细胞及免疫复合物等作用，C1q在肺部疾病领域有广泛的应用前景。C1q在COPD与哮喘中，可作为治疗疾病的潜在靶标。而在肺结核中，C1q可作为其诊断以及鉴别疾病的分子标记物。C1q还能预防肺损伤并延缓其进程。此外，C1q在肺癌中促进肿瘤恶化，并可作为肺癌预后不佳的预测因子。今后C1q的信号转导通路以及它在肺部疾病的临床作用可作为研究重点，进而发掘出更多潜在的肺部疾病靶向治疗途径, 更好地指导我们的临床工作。