YKL-40在儿童呼吸系统疾病中的研究进展

高 蒙，贾春梅，宁立华

(1.内蒙古科技大学包头医学院，内蒙古包头 014060；2.包头市第四医院儿科)

YKL-40作为一种新型炎症因子，因其具有多种生物学功能，在儿童多系统基础及临床研究中广泛应用。既往对它的研究主要集中于关节炎、恶性肿瘤及肝硬化等多种慢性疾病，而近期的相关研究表明，YKL-40在呼吸系统疾病中参与重要的作用。因此，研究YKL-40在呼吸系统疾病中的作用机制，可能为呼吸系统疾病寻找到有效的治疗靶点，进而为其诊断、治疗等提供新思路。本文现对YKL-40与小儿部分呼吸系统疾病的近期研究进展作一简要综述。

YKL-40又被称为人软骨糖蛋白39，最早是1992年Johansen等[1]在体外利用人类骨肉瘤细胞株MG63大量的分泌而进行研究发现的一种几丁质酶样分泌糖蛋白。自YKL-40发现以来，近几十年国内外研究均表明YKL-40在许多病理生理过程中发挥重要作用，包括细胞生长、迁移、趋化性、重组和组织重塑[2]，尤其与儿童呼吸系统疾病紧密相关。近年来的大量研究表明YKL-40在儿童呼吸系统疾病的发生、诊断、治疗与转归中扮演重要的角色。因此，本文就YKL-40在儿童部分呼吸系统疾病中的近期研究进展作一简要综述。

1 YKL-40的一般结构及特性

YKL-40是在哺乳动物中发现的一种壳质酶类似物蛋白(chitinase like protein,CLP)，编码YKL-40的基因CHI3L1位于1号染色体q31-q32上一个高度保守的几丁质结合域，该区域是由7948个碱基对与10个外显子组成[3]，在人体组织中是一个分子质量大约为40 000的糖蛋白，由于其氨基酸序列N端的3个氨基酸残基分别为酪氨酸(Y)、赖氨酸(K)、和亮氨酸(L)，故命名为YKL-40[4]。由于亮氨酸取代了对几丁质酶活性至关重要的催化性谷氨酸残基，使得高度保守的催化酶位点突变，故YKL-40虽与几丁质高度结合，但已失去了几丁质酶活性[5]。YKL-40具有结合某些蛋白质和碳水化合物的能力，除了几丁质外，还确定了几种生理配体，例如肝素、壳六糖、纤维六糖、透明质酸和胶原蛋白[6]。最近的一项研究表明，负责肝素结合和YKL-40特定生物学功能的功能域是在蛋白质的C端包含精氨酸和赖氨酸(残基334-345)的区域[7]。YKL-40主要由活化的巨噬细胞分泌及表达，但也存在于其他细胞类型中，如中性粒细胞、滑膜成纤维细胞、软骨细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞以及癌细胞等[8]。

2 YKL-40的生物学功能

YKL-40是人类血清中的正常成分，正常成人(中位年龄37岁)血液中YKL-40水平为(59.6±21.6)ng/mL[9]。虽然至今仍缺乏YKL-40在人类病理生理中作用的共识，但目前已知的是YKL-40在人类组织中广泛参与促进细胞增殖分化、肿瘤血管生成、抑制凋亡、炎性反应及调节基质重构等多种病理生理改变[10]。

2.1YKL-40与细胞增殖分化 有学者认为YKL-40可能具有促进细胞增殖分化的作用，一方面，YKL-40通过激活细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/ERK2)从而启动丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路；另一方面，YKL-40通过激活蛋白激酶B(AKT)进而介导PI3K(PI-3K)信号通路，二者共同促进细胞的有丝分裂发生[11,16]。YKL-40可与胰岛素样生长因子(IGF)-1通过协同作用共同启动MAPK和PI3K信号转导通路，进一步激活ERK1/2和AKT介导的信号级联通路，从而加快成纤维细胞的生长速度[12]。

2.2YKL-40与血管生成 相关研究表明，重组YKL-40和血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)均可促进微血管的形成，其机制可能为YKL-40通过诱导内皮细胞膜上的膜受体蛋白多糖-1(syndecan-1,Syn-1)与邻近膜相关蛋白αvβ5紧密结合，并通过FAK触发细胞内信号级联至ERK1和ERK2，最终通过调节VEGF的高表达来诱导血管生成[13-14]。YKL-40也可通过释放与细胞外基质结合的促血管生成因子来促进血管生成[15]。

2.3YKL-40与细胞凋亡 迄今为止，YKL-40与细胞凋亡的关系还未进行更深入的探讨。但现有研究发现，YKL-40可抑制由肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)诱导的细胞凋亡，其作用机制可能为YKL-40通过激活PI3K/AKT信号通路，从而抑制凋亡信号激酶-1(ASK1)的表达，并进一步阻遏p38和JNK1/2的传导，最终抑制由TNF-α介导的多种基质金属蛋白酶(MMP-1、MMP-3和MMP-13)以及趋化因子IL-8的分泌[16-17]。也有研究者指出，YKL-40可能是巨噬细胞、嗜酸性粒细胞及T细胞的抗凋亡受体，可通过抑制Fas蛋白的表达、激活PKB/AKT或诱导Faim3，最终抑制体内炎症细胞的凋亡[18]。

2.4YKL-40与炎性反应 近年来，许多研究表明，YKL-40在多种炎症性疾病中均存在高表达，并且YKL-40在判断疾病的严重程度及转归预后中发挥着重要的作用。在一项关于YKL-40在食物过敏发展中的作用研究中，YKL-40在食物过敏过程中通过MAPK/ERK和PI3K/AKT磷酸化在Th2炎症和M2巨噬细胞极化中起关键作用[11]。此外，还有研究表明，血浆YKL-40的最高水平与白细胞计数和血浆CRP、IL-6等炎症标志物具有明显的相关性[19]。

2.5YKL-40与基质重构 目前研究表明，YKL-40在支气管平滑肌细胞的增殖和迁移中起重要作用。有研究发现，YKL-40可能通过激活MAPK(JNK和ERK)和NF-kB途径诱导支气管上皮细胞分泌IL-8参与哮喘的炎症反应，从而促进支气管平滑肌细胞的增殖和迁移，最终参与哮喘的气道重塑[20]。同时，也有研究表明，YKL-40的表达可能通过ERK和p38依赖性途径促进COPD患者肺成纤维细胞的胶原蛋白的生成[21]，提示YKL-40在细胞外基质的形成与重塑中起重要作用。

3 YKL-40与儿童呼吸系统疾病

近年来，许多研究均已表明YKL-40参与并调节了多种儿童呼吸系统疾病的病理生理过程，如支气管哮喘、变应性鼻炎、毛细支气管炎、肺炎及支气管肺发育不良等。

3.1YKL-40与支气管哮喘 支气管哮喘是以慢性气道炎症和气道高反应性为特征的一种变态反应性疾病，是儿童时期最常见的慢性呼吸系统疾病。研究表明，血清YKL-40水平在支气管哮喘患儿中显著增加，并且与哮喘的气道炎症、气道重塑、肺功能水平及病情严重程度具有密切关系。国外一项研究[22]表明，在经变应原致敏后的小鼠中，YKL-40的主要表达细胞为小鼠肺内的巨噬细胞和气道上皮细胞。一方面，YKL-40可增加肺内树突状细胞数量，进一步激活并导致Th2型细胞因子极化增强；另一方面，YKL-40还可通过减少T细胞凋亡或增加T细胞存活来增加Th2型细胞数量，而活化T细胞分泌的TGF-β和其他类似Th2型细胞因子产生的生长因子可刺激气道重建；与此同时，这些细胞因子(如IL-13、IL-4)又可通过调节细胞凋亡反应或选择性巨噬细胞激活，进一步促进YKL-40产生。YKL-40是儿童重度难治性哮喘的已知标志物，在一项针对6～44个月儿童急性喘息的纵向研究中，发现血清YKL-40水平与中性粒细胞计数呈正相关[23]。另有研究[24]显示，哮喘急性加重期组患儿血清YKL-40水平高于哮喘控制良好组，哮喘控制良好组患儿血清YKL-40水平高于健康对照组，结果提示哮喘组患儿血清YKL-40水平显著升高，且其水平与哮喘疾病严重程度呈正相关。已有研究[25]表明，血浆YKL-40水平与气道壁上皮下基底膜厚度和细胞外基质沉积呈正相关，表明其在气道重塑中起重要作用。在一项关于血清YKL-40水平与特定哮喘表型之间关系的研究[26]中，该研究纳入了167例慢性哮喘患者的3种不同表型：早发特应性哮喘、晚发非特应性哮喘和肥胖相关性哮喘，研究者证明了3种哮喘表型中YKL-40的血清水平之间存在显著差异，其中肥胖相关疾病患者的血清YKL-40水平最高。与疾病控制良好的患者相比，症状和恶化程度高的哮喘患者以及特应性哮喘患者的血清酶水平显著高于非特应性哮喘患者。此外，研究者还发现高脂肪饮食增加了YKL-40的肺部表达(动物研究)，这可能是由于YKL-40介导了炎症、修复和重塑反应。目前国内外鲜有文献报道关于血清YKL-40水平与支气管哮喘患儿肺功能水平的相关性，但在成人支气管哮喘中的研究表明，血清YKL-40水平与一秒用力呼气容积(forced expiratory volume at 1 second,FEV1)呈负相关而与哮喘严重程度呈正相关[27]。众多研究均表明YKL-40与支气管哮喘的发病机制或是病情严重程度紧密相关，但仍需通过进一步的前瞻性研究来确定，并且YKL-40在支气管哮喘的管理和研究中更多潜在的作用还有待深入研究。

3.2YKL-40与变应性鼻炎 变应性鼻炎(allergic rhinitis，AR)又称过敏性鼻炎，是由特异性IgE介导的鼻黏膜非感染性炎性疾病[28]。近年来，关于中国儿童AR患病率的国际报告逐渐增多，不同年龄、不同地区和不同生活方式的儿童，AR的患病率也存在较大差异。国外一项研究[29]结果显示，中-重度持续性AR患者血清YKL-40水平明显增加，且AR患者鼻黏膜中YKL-40的mRNA和蛋白表达水平与AR的病情严重程度呈正相关，特别是鼻痒、鼻塞的严重程度与血清YKL-40水平呈正相关，这些结果均提示YKL-40可能参与了AR中鼻黏膜的重塑。另有研究[30]显示，AR患者血清中YKL-40水平与Eotaxin-2、IgE的水平以及Th1/Th2、Treg/Th17的免疫失衡程度均呈正相关。AR患者血清YKL-40水平高于正常人，且与血清IL-4水平呈正相关，这表明YKL-40可能通过促进Th0细胞向Th2细胞分化，并相对抑制Th0细胞向Th1细胞分化，最终导致Th2细胞因子的分泌增加，并且可能通过激活炎性细胞或者抑制炎性细胞凋亡来调节机体的免疫功能[31]。

3.3YKL-40与毛细支气管炎 毛细支气管炎多见于2～6个月的小婴儿，以喘息、三凹征和气促为主要的临床特点。毛细支气管炎与儿童哮喘发病有较强的相关性，婴儿的第一次感染性喘息发作多为毛细支气管炎，若有反复多次喘息发作、亲属有哮喘或变应性疾病史则其发展为哮喘的可能性增加。张晓娟等[32]研究发现，毛细支气管患儿血清中YKL-40水平明显升高。肺功能中的参数达峰时间比和达峰容积比是反映小气道阻塞的重要指标，阻塞越严重，比值则越低，是评估喘息病情严重程度和控制水平的重要依据之一，而毛细支气管炎患儿血清YKL-40水平与达峰时间比及达峰容积比均呈负相关，提示血清YKL-40水平与毛细支气管炎的严重程度呈正相关。

3.4YKL-40与支气管肺炎

3.4.1YKL-40与病毒性肺炎 病毒性肺炎是儿童肺部感染性疾病中最常见的社区获得性肺炎(CAP)。引起儿童肺炎的病原体很多，而病毒是其中的主要病原体之一。有学者[33]应用多变量logistic回归分析研究发现YKL-40的降低程度(接受治疗后第5天血清YKL-40水平降低的百分比)与ICU的入院率、机械通气的发生率和败血症的发生率呈负相关，结果表明作为炎症因子的YKL-40水平降低程度与儿童病毒性肺炎的预后相关。国内学者[34]研究发现病毒性肺炎患儿的血清YKL-40水平明显高于正常儿童，提示YKL-40水平与病毒性肺炎有关，且轻症患儿与重症患儿的血清YKL-40水平存在显著差异，表明YKL-40可能与儿童病毒性肺炎的严重程度有关。同时发现YKL-40在病毒性肺炎患儿的支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中也呈高表达，且血清YKL-40水平与患儿病情严重程度、肺功能情况及预后有一定的相关性。有相关文献[33]指出，在病毒性肺炎、细菌性肺炎或合并感染的患者血清中YKL-40水平之间无显著差异，但是，细菌性肺炎患者的BALF标本中YKL-40水平明显高于单纯性病毒性肺炎。

3.4.2YKL-40与支原体肺炎 肺炎支原体肺炎(mycoplasma pneumoniae penumonia,MPP)是学龄前儿童最常见的社区获得性肺炎之一，经大环内酯类药物规范治疗后一般预后良好[35]。国内研究学者[36]通过对107例MPP患儿研究发现，MPP患儿血清中的YKL-40水平显著高于健康儿童，血清YKL-40对MPP患者诊断的ROC曲线下面积(AUC)为0.797，具有较高的敏感度及特异性，结果表明血清YKL-40水平可明确区分MPP患儿和健康儿童。进一步研究发现，血清YKL-40水平与MPP患儿的肺部啰音、呼吸音低、肺外并发症、胸腔积液及肺部坏死性炎症发生率呈正相关，表明血清YKL-40水平与MPP疾病的严重程度相关，提示YKL-40可能参与了MPP的疾病进展。另有研究[37]通过分析MPP患儿的临床特点并检测其BALF中YKL-40水平，并同时分析不同影像学表现、支气管镜检查结果及BALF中 YKL-40水平变化，提示MPP患儿BALF中 YKL-40水平变化可能与气道损伤严重程度有关。BALF中 YKL-40水平升高的患儿，其在胸片上多发生肺毛玻璃样变甚至肺实变，且支气管镜下分泌物增加、管腔阻塞甚至会形成塑型性支气管炎，临床表现会相对较重，治疗时间也相对延长。

3.5YKL-40与支气管肺发育不良 支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia,BPD)是一种慢性疾病，其特征为早产和机械通气后肺部发育不全、受损。与哮喘相比，BPD与更多的气道纤维化和不可逆的肺功能损害有关。在一项横断面研究[38]中发现，BPD患儿中血清YKL-40水平的升高可能反映了其与该疾病相关的肺纤维化和结构改变具有高度相关性。已有相关研究表明YKL-40参与了许多与纤维化相关的过程，包括平滑肌与成纤维细胞的增殖，因此，YKL-40与气道重塑指数相关，包括支气管壁厚度和上皮下纤维化。在BPD患儿中，血清YKL-40的水平变化反映了疾病的严重程度，血清YKL-40水平与FEV1及FEV1/用力肺活量(forced vital capacity,FVC)呈负相关、与持续气道正压通气(CPAP)呈正相关。与此同时，其研究发现，BPD中较高水平的YKL-40也可能与中性粒细胞炎症有关，尽管其生物学机制需要进一步研究。既往研究表明，慢性BPD与持续气道阻塞的儿童表现出持续的中性粒细胞炎症，且痰液中的中性粒细胞与IL-8增加。而此项研究中表明血清YKL-40与IL-8与TNF-α(参与中性粒细胞功能的细胞因子)相关，更加支持了YKL-40参与中性粒细胞炎症的推测。

综上所述，YKL-40水平的升高与多种儿童呼吸系统疾病的发生、发展、预后及转归密切相关。YKL-40作为近年来一种新型的气道慢性炎症因子，未来的研究不仅集中于YKL-40在呼吸系统疾病中的作用上，更有望成为儿童呼吸系统疾病中的一个潜在的治疗靶点。然而，YKL-40在儿童呼吸系统疾病中的具体作用机制还尚未阐明，有待进一步更深入的研究，从而为多种儿童呼吸系统疾病的诊断提供有力的依据，为其治疗提供可靠的实施方案。