YKL-40在呼吸病中作用的研究进展

　　作者：荣令　殷瑞和　周新 作者单位：332000　江西省，九江市第一人民医院呼吸科(荣令、殷瑞和);上海交通大学附属第一人民医院呼吸科(周新)

　　【关键词】 YKL-40 呼吸病 研究进展

　　壳多糖是由β(1→4)糖苷键连接的N-乙酰-葡糖胺残基同聚物，它存在于真菌细胞壁、蠕虫微丝蚴鞘以及昆虫和介虫的外骨骼中。壳多糖酶能够催化壳多糖中β(1→4)糖苷键的水解。哺乳动物壳多糖酶属于进化保守家族糖基水解酶18(GH18)，可以进一步将其分为具有酶活性的真正的壳多糖酶和无酶活性但保留壳多糖结合活性的壳多糖酶样蛋白[1-2]。已有的研究表明，壳多糖酶样蛋白YKL-40(也被称为壳多糖酶3样1或人软骨糖蛋白39)血清水平升高与炎症性肠病、肝纤维化、类风湿性关节炎和癌症相关[3-4]。本文主要综述YKL-40在呼吸病中的作用。

　　一、YKL-40在哮喘中的作用

　　YKL-40是目前研究最充分的人GH18壳多糖酶。尽管缺乏壳多糖分解活性，YKL-40能够结合壳多糖、肝素、透明质烷(hyaluronan)和Ⅰ型胶原，并且在炎症和组织重构中发挥作用[5-6]。Park等[7]使用机械应激模仿哮喘时的支气管收缩状态研究发现，与对照组比较，跨细胞压力应激使正常人支气管上皮细胞YKL-40分泌增加，抑制表皮生长因子受体(EGFR)或细胞外信号调节激酶(ERK1/2)能够部分减轻机械应激诱导的编码YKL-40的CHI3L1基因表达上调。Lee等[8]使用壳多糖酶样蛋白乳腺退化蛋白39(BRP-39)基因敲除小鼠及YKL-40(YKL-40为BRP-39人的直系同源)转基因小鼠研究发现，BRP-39-/-小鼠中抗原诱导的Th2型反应显著降低，仅在肺上皮细胞表达YKL-40的转基因小鼠能够恢复这种Th2型反应。BRP-39-/-小鼠中IL-13诱导组织炎症和纤维化的能力显著降低。BRP-39和YKL-40在抗原致敏、IgE诱导、激发树突样细胞聚集和活化以及诱导巨噬细胞活化中发挥着关键作用。并且BRP-39和YKL-40抑制炎症细胞凋亡，同时抑制Fas表达、激活蛋白激酶B(Akt)、诱导Fas凋亡抑制因子Faim3的表达。

　　Chupp等[9]研究发现哮喘患者血清和肺组织中YKL-40水平增高。循环YKL-40水平与患者的哮喘严重度、肺上皮下基底膜厚度、吸入缓解药物的频率及肺功能衰退正相关。Kuepper等[10]的研究表明，经过多种变应原激发的哮喘患者血清和支气管肺泡灌洗液(BALF)中的YKL-40水平显著增高。最近Tang等[11]在中国人中的研究也表明，血清YKL-40水平在哮喘患者中显著增高，病情加重组的YKL-40水平高于病情稳定组和对照组;血清YKL-40水平与血清IgE水平及外周血嗜酸粒细胞比例正相关，与肺功能负相关。CHI3L1基因最近被证实与哮喘易感性相关。CHI3L1启动子区域的一个单核苷酸多态性(rs4950928，-131C→G)引起一个转录因子连接位点的破坏，导致YKL-40基础表达水平下降，变异的-131G等位基因与抗哮喘、气道高反应性和肺功能下降的保护作用相关[12-13]。这些研究结论提示YKL-40可能在哮喘发病中发挥直接作用，但其确切作用仍需要继续研究[14]。但是也有对CHI3L1的遗传多态性的研究未能发现其与哮喘之间的联系[15-16]。

　　二、YKL-40在肺癌中的作用

　　YKL-40是结缔组织细胞的生长因子，可以由癌细胞和巨噬细胞分泌，有可能参与组织重塑、癌细胞增殖、转移、血管发生等[17]。Johansen等[18]测定了131例小细胞肺癌(SCLC)患者的血清YKL-40水平发现，24%的局限性病变及40%的广泛病变患者血YKL-40水平升高。YKL-40升高者中位生存期为5.1个月，YKL-40正常者为9.0个月。与YKL-40水平正常者比较，YKL-40水平升高者化疗开始后6个月死亡风险增加(HR=2.06，P=0.009)。多变量Cox分析表明，血清YKL-40水平是6个月生存的独立预后变量。他们对SCLC患者的活检标本使用原位杂交技术研究发现，YKL-40 mRNA仅在瘤周间质中的巨噬细胞中表达，癌细胞及浸润实质肿瘤区域的巨噬细胞或良性细胞中均无表达。从而证明升高的血清YKL-40来源于瘤周巨噬细胞[19]。

　　最近Thm等[20]对189例非小细胞肺癌(NSCLC)患者(12%为ⅢB期，88%为Ⅳ期)的研究发现，这些患者的治疗前平均血清YKL-40水平为209 ng/ml(19～2153 ng/ml)，血清YKL-40高于平均水平的患者中位生存期缩短(32周 vs. 41周，P=0.007)，多因素分析表明，治疗前血清YKL-40水平是发生远处转移的NSCLC患者的独立预后因素。Choi等[21]的研究也得出了类似结论。

　　三、YKL-40在慢性阻塞性肺疾病(COPD)的作用

　　Létuvé等[22]研究发现，与不吸烟的COPD患者或从不吸烟者比较，吸烟的COPD患者血清及BALF中YKL-40水平升高，支气管活检标本中YKL-40阳性细胞增多，表达YKL-40的肺泡巨噬细胞比例增高。血清和BALF中YKL-40水平与气流受限及受损的肺弥散能力相关。TNF-α刺激吸烟的COPD患者肺泡巨噬细胞YKL-40的合成，将这些细胞暴露于YKL-40后释放IL-8、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、巨噬细胞炎性蛋白1α(MIP-1α)及金属蛋白酶9增多。认为，YKL-40在COPD患者中上调，并可维持肺泡巨噬细胞分泌促炎因子、促纤维化的趋化因子及金属蛋白酶，从而促进组织炎症和重塑。Matsuura等[23]的研究也发现，与从不吸烟者及戒烟者比较，目前仍在吸烟者肺内YKL-40表达显著增加。此外，与从不吸烟者或没有COPD的吸烟者比较，吸烟的COPD患者血清YKL-40水平显著增高。但他们在小鼠中的研究发现，肺内生理水平的YKL-40有助于阻止过度的炎症反应或气肿性肺泡破坏。

　　四、YKL-40在间质性肺疾病中的作用

　　Furuhashi等[24]使用酶联免疫吸附试验(ELISA)法测定了63例特发性肺纤维化(IPF)患者血清及18例IPF患者BALF中YKL-40水平发现，与健康对照组比较，IPF患者血清和BALF中YKL-40水平显著增高[血清(245.8±180.2)ng/ml vs. (116.0±58.3)ng/ml;BALF(17.8±19.1)ng/ml vs. (0.3±0.9)ng/ml]。血清YKL-40水平与血清KL-6(Krebs Von den Lungen-6)水平、肺泡动脉氧分压差(AaDO2)显著正相关，与肺一氧化碳弥散量(DLCO)及PaO2显著负相关。免疫组化显示IPF患者毗邻纤维性病变的肺泡巨噬细胞及细支气管上皮细胞YKL-40表达增高。

　　Korthagen等[25]在85例IPF患者及126例健康对照者中的研究也表明，IPF患者血清及BALF中YKL-40水平显著升高(P<0.001)，CHI3L1-329A/G多态性与IPF患者BALF和血清YLK-40水平相关。与低血清或BALF YKL-40水平患者比较，高水平血清YKL-40(>79 ng/ml)或高水平BALF YKL-40(>17 ng/ml) IPF患者生存期显著缩短。血清或BALF YKL-40水平可以作为IPF患者的预后标记物。

　　五、YKL-40在急性肺损伤中的作用

　　Sohn等[26]研究发现，吸入高浓度氧抑制小鼠肺内BRP-39的表达，体外研究中高浓度氧能够抑制气道上皮细胞表达BRP-39。他们应用高氧诱导的急性肺损伤(HALI)小鼠模型研究发现，与野生型小鼠比较，吸入100%氧时BRP-39无效突变(BRP-39-/-)小鼠肺血管通透性、蛋白渗漏、氧化、炎症、趋化因子、上皮细胞凋亡反应以及实验性早产小鼠死亡均增加。使用呼吸道上皮过表达YKL-40的BRP-39-/-小鼠研究表明，YKL-40能够延长动物生存时间，使高氧诱导的BRP-39-/-小鼠的肺损伤减轻。因呼吸衰竭经高氧治疗的早产儿气管吸出物中YKL-40水平比那些没有这种并发症者低，并且此后出现支气管肺发育不良或死亡。因此认为，高氧抑制BRP-39/YKL-40表达，BRP-39和YKL-40在小鼠和人体内对氧化损伤、炎症和上皮细胞凋亡发挥着重要调节作用。

　　六、YKL-40在肺结节病中的作用

　　Johansen等[27]用放射免疫法测定了27例经组织病理诊断的肺结节病患者的血清YKL-40水平，并对5例活检标本进行YKL-40抗原免疫组化染色，同时测定了173例健康对照者的血清YKL-40水平。结果发现，肺结节病肉芽肿单核细胞/巨噬细胞和巨细胞表达YKL-40;肺结节病患者血清YKL-40水平高于对照组(P<0.001)，63%的患者血清YKL-40水平增高。血清YKL-40水平与血清血管紧张素转换酶(sACE)水平正相关(r=0.55，P=0.0053)。与血清YKL-40水平小于中位值的患者比较，血清YKL-40水平大于中位值的患者经肺泡通气量校正的一氧化碳弥散量(DLCO/VA)降低(P=0.015)。

　　Kruit等[28]对63例结节病患者及333名健康对照者的研究表明，结节病患者血清YKL-40水平高于健康对照组(P<0.0001);79%的结节病患者血清YKL-40升高，并与当前的DLCO负相关(r2=-0.27，P=0.03)，但随访2～4年后二者不再具有相关性(r2=-0.16，P=0.27)。对照组血清YKL-40水平依赖CHI3L1-329G/A多态现象：GG(n=213) 均数为48.3 ng/ml,95% CI 41.7～56.0;GA(n=101) 均数为31.2 ng/ml,95% CI 26.6～36.3;AA(n=17) 均数为17.8 ng/ml,95% CI 13.6～23.4 (P<0.0001);在结节病患者中则未发现这种现象。认为YKL-40可能是结节病的一种有用的疾病标记物，但不适合作为结节病病程的标志。CHI3L1-329G/A多态现象有助于YKL-40水平的个体间变异，但不影响结节病的易感性和严重程度。

　　七、YKL-40与结缔组织病肺损害

　　YKL-40在能够引起肺损害的多种结缔组织病(如类风湿关节炎)中异常升高，YKL-40是否在这些疾病引起的肺损害中发挥作用值得研究。Nordenbaek等[29]对26例为弥漫性，62例仅有皮肤受累的系统性硬化症(SSc)患者及88例健康对照者进行的研究表明，SSc患者血清YKL-40水平高于健康对照组(P<0.00001)，那些具有胸部X线片示肺纤维化、阻塞性通气模式、DLCO下降、皮肤收缩导致指关节变形的患者血清YKL-40水平显著高于没有这些表现的患者。血清YKL-40水平升高的患者生存时间短于血清YKL-40水平正常者(P=0.0005)，对1例患者肺组织的免疫组化染色发现，YKL-40蛋白表达于纤维化的肺组织内的炎性细胞中。

　　八、结语

　　已有的研究表明，YKL-40过度升高可能与多种呼吸病的严重程度及不良预后相关，但生理水平的YKL-40则可能具有重要的保护性调节功能。依然需要更多的基础和临床研究来明确YKL-40在呼吸病中的作用及可能的应用价值。随着对YKL-40在呼吸病中作用及机制的研究不断深入，有可能为多种呼吸疾病的治疗提供新的思路与方法。

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