正五聚蛋白3在炎症及自身免疫中的作用

正五聚蛋白3(PTX3)属正五聚蛋白家族成员,又称肿瘤坏死因子刺激基因14(TSG14),是一种典型的急性期蛋白[1]。PTX3作为唯一的可溶性模式识别受体,可以结合多种可溶性受体配体,参与免疫防御、炎症、细胞凋亡、血管重塑、女性生殖及动脉粥样硬化等多种生物效应[2]。新近研究显示,与C反应蛋白(CRP)相比,PTX3更能迅速反应组织局部的炎症及损伤,有望成为临床更为敏感的血清学标志而备受重视。现就近年来国内外关于PTX3在多种炎症及多种疾病中的作用及进展做一综述。

1  PTX3的分子结构

正五聚蛋白包括长链家族及短链家族成员PTX3是最早发现的长链正五聚蛋白,含高度保守的381个氨基酸长链,包括17个信号位肽,其中N末端区域203个氨基酸与短链家族成员CRP同源,与血清淀粉样蛋白P成分(SAP)同源的是C末端178个氨基酸肽链区域。成熟态的分子量预测为40165D,其肽链在N末端部分比SAP和CRP的要长,故称之为长链PTX3。PTX3的肽链末端残基不像CRP和SAP那样可以形成钙离子黏附带,所以其与C1q的结合是非钙离子依赖的。成纤维细胞生长因子2(FGF2)、间-α-胰蛋白酶抑制剂(IαI)和烟曲霉分生孢子都可与N终端区域结合;C1q和P选择素与正五聚蛋白样C终端区域结合;2个区域都能与补体因子H黏附。PTX3分子结构中的糖基化能影响其与多种配体的结合,可通过改变糖基化来调节其生物活性。PTX3分子中的8个亚基蛋白折叠到相互连接的一个很小的拉长结构区域。这种低聚态的氨基酸分子呈不对称结构,决定了PTX3功能与传统五聚蛋白不一样的多样性特征。分子结构的复杂性和模式化性质导致了PTX3可识别的配体具有广泛性和分子靶向性,以及多样的生物学特性。

2  PTX3的产生来源和调节

与短链五聚蛋白CRP和SAP只能在炎症刺激下由肝脏产生不同,PTX3可由众多炎症细胞及组织固有细胞产生。这些细胞包括:树突状细胞(DC)、巨噬细胞、纤维母细胞、激活的内皮细胞、肾脏系膜细胞、平滑肌细胞等,还以预存的方式储存于中性粒细胞的特殊颗粒里[3],在炎症因子的刺激下释放于胞外。导致PTX3产生及释放的因素很多,包括脂多糖(LPS)、白细胞介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)等前炎症因子以及病原体相关分子模式(PAMPs)等[4]。白细胞介素10(IL-10)刺激PTX3产生的作用很微弱,在结核杆菌感染的微环境中甚至不起作用。尽管IL-4在硬皮病成纤维细胞中能抑制PTX3的持续表达,但2型辅助性T细胞(Th2)细胞因子如IL-4、IL-13等不影响PTX3的产生[5]。其它如IL-6、单核细胞趋化蛋白1、巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和干扰素γ(IFN-γ)不能诱导PTX3的表达[6]。

在炎症状态下,上述前炎症介质及PAMP迅速导致炎症细胞及局部固有细胞迅速产生和释放PTX3,这个过程在肝脏释放CRP和SAP之前产生。故PTX3在外周血升高的时间非常快(6~8h),而CRP在外周循环中的升高往往在24h后,提示PTX3作为急性期反应蛋白血清学标志比CRP更具优势,并更能反映局部组织的炎症状态。

3  PTX3的功能

3.1  免疫系统  PTX3扮演了抗体前体的角色,可直接中和人侵的病原微生物。同时在天然免疫中起到激活补体和促进吞噬细胞对外来病原体的识别,还可调节获得性免疫应答。PTX3最常见的配体为C1q,不通过钙依赖性途径来促进二者的结合。随后激活补体活化的经典途径,介导免疫反应的发生[7]。PTX3结构中的糖基化程度在调节PTX3蛋白分子与不同配体的结合中起到了重要作用,有利于PTX3生物学活性的激活。与CRP相似的是,PTX3主要与旁路路径的调节因子H结合,加强因子H与iC3b在凋亡细胞中的沉积,因此可以避免过度的补体激活。PTX3还能增加无花果酶2依赖的补体沉积在烟曲霉的表面。另外还参与了凝集素途径:甘露聚糖结合凝集素(MBL),可能由胶原样区域黏附PTX3和SAP。MBL/PTX3复合物的形成聚集C1q,并增加C3和C4在白色念珠菌及对其吞噬中的沉积。PTX3还可以与Fcγ受体作用,CD32在对抗烟曲霉中的PTX3活性的调节有重要作用[8]。3条补体激活的途径显示:PTX3作为一个重要的中介分子,在调节补体功能,并在补体介导的免疫反应中起到了双重作用。

3.2  炎症环境  无菌性炎症中,PTX3可以调节炎症,比如调节急性心肌梗死和动脉粥样硬化。新近发现:PTX3与慢性肺部感染的治疗活性相关,能加强微生物的清除,降低前炎症因子产生,抑制中性粒细胞的聚集,减轻组织损伤[9]。PTX3在LPS诱导的急性肺损伤(ALI)炎症模型中,通过与内皮细胞上的P选择素结合,限制了中性粒细胞表面的P选择素糖蛋白配体1与其的结合,从而限制了中性粒细胞的聚集。PTX3以这种方式参与调节炎症,减轻了炎症状态下组织的损伤。缺乏PTX3可能加强模型中性粒细胞的聚集、细胞死亡和炎症的反应,由此提出PTX3在ALI中可能起保护性效应[1O]。

3.3   血管重塑  PTX3还能参与机体组织的重构,包括胞外基质沉积、血管再生和再狭窄。PTX3具有高度识别FGF2的结合位点。FGF2能促进细胞增殖,加强趋化性和促进内皮细胞蛋白酶产生,在伤口愈合、炎症、肿瘤生长和动脉粥样硬化过程中起重要作用。PTX3与FGF2结合后,抑制了FGF2依赖的内皮细胞体外增殖、平滑肌细胞激活和增殖的血管再生。这特殊位点的结合效应解释了新的血管形成和血管再狭窄的机制[11],也有望成为新药研发的靶点[12]。

3.4   女性生殖  PTX3基因敲除的小鼠在生殖方面存在严重缺陷。PTX3由卵丘细胞产生,与卵丘细胞基质复合物一同聚集在子宫内。雌性受孕早期,PTX3在滋养层细胞近蜕膜处分泌增加,提示PTX3可能成为卵母细胞质量和诊断怀孕的生物学标志物。PTX3调节补体的能力,使其在受精卵子宫着床和妊娠功能紊乱方面也可能起到调控作用。有文献假设,透明质酸(HA)与来自II的重链端共价结合,形成HC-HA复合物。这种复合物可与PTX3结合,使得PTX3与HCs联系,因而能与堆积的基质产生结构上整合。PTX3除参与卵丘细胞胞外基质组成外,在富含HA的其它炎性组织同样能存在。这种假说,通过观察肿瘤特异性糖蛋白6和PTX3在炎症浸润物和炎症组织的内皮细胞中的表达得到了证实[13]。

3.5  自身免疫  PTX3在凋亡细胞的清除中发挥特殊作用,调节DC对自身抗原的交叉提呈[14]。PTX3黏附在凋亡细胞上,抑制DC对晚期凋亡细胞的识别[15]。Jaillon等[16]研究发现:PTX3在晚期凋亡中性粒细胞的表面传递,并由巨噬细胞来捕获,其存在并可能以“自噬”识别分子模式来调节凋亡细胞的清除。但是否膜型PTX3参与了免疫吞噬细胞产生炎症信号,并阻止自身免疫启动的具体机制,仍有待进一步研究。

PTX3与被病原体感染后凋亡的中性粒细胞黏附,不成熟的DC吞噬凋亡细胞,并进行抗原加工及提呈[17]。这种细胞凋亡依赖性抗原提呈途径有助于免疫耐受的产生。在血管炎中,PTX3似乎是抑制多于促进晚期凋亡细胞的清除,因此导致了局部自身抗原的堆积,进而导致自身免疫反应。

4   PTX3在调节自身免疫性疾病中的作用

4.1  PTX3与动脉粥样硬化近年来大量研究表明动脉粥样硬化是由免疫介导的炎症过程。急性炎症能加速动脉粥样硬化[18-19]。传统观点认为CRP可以预测动脉粥样硬化等心血管疾病的风险,也参与了动脉粥样硬化的发生、发展进程。降低血浆CRP的浓度,能特异性地阻断CRP结合并抑制其促炎效应[20]。在自身免疫性疾病中,血清急性期蛋白水平与动脉粥样硬化的发展相关[21].动脉粥样硬化的主要自身抗原是低密度脂蛋白(LDL),在氧化后通过清道夫受体被巨噬细胞识别并吞噬。PTX3有助于清除脂质载体巨噬细胞和血管平滑肌泡沫样细胞。因此能通过成熟的DC来调节其清除。PTX3还能预测动脉粥样硬化的并发症如急性心肌梗死的早期发作[22]。Norata等[23]发现,PTX3在小鼠模型中起到抗动脉粥样硬化的心肌保护性效应,提示在心血管系统中PTⅫ起到了调节免疫性炎症平衡的保护作用。

Garlanda等[24]发现,PTX3在心血管疾病的风险性评估中成为一项很好的生物学指标。Ryu等[25]发现:PTX3水平的高表达与缺血性脑梗死后遗症患者的死亡率相关,提示可能用来作为缺血性脑梗死后遗症患者的一项预后指标。PTX3不仅可以作为心脑血管并发症发生的诊断和预后参考指标,还在其中起到了限制动脉粥样硬化发生的作用。

4.2  PTX3与系统性红斑狼疮(SLE)   在SLE中,多种来自凋亡和坏死细胞的自身抗体,攻击核抗原。其主要免疫机制是凋亡细胞的清除障碍和自身反应性B、T淋巴细胞及高滴度的自身抗体存在,导致了隐蔽抗原的积聚暴露。具体的病理生理机制尚待研究。已有研究发现,DC介导的持续的TNF-α产生和凋亡细胞清除障碍,打破了对自身抗原的免疫耐受,而导致了SLE的进展[26]。在SLE患者体内发现了高滴度的抗PTX3抗体,与短链pentraxin的抗CRP和抗SAP抗体一样,其滴度水平已被证实与疾病活动度相关[27]。PTX3在其中加强凋亡细胞清除和诱导经典的补体激活路径,从而维持免疫耐受,而减轻SLE的病情。Bassi等[28]发现:抗PTX3抗体在SLE患者存在于血清中,可能对继发肾脏损害有保护性。PTX3是否可以用于诊断和治疗SLE,仍待进一步的研究。

4.3  PTX3与小血管炎  PTX3的水平也发现和疾病的活动性以及治疗后的反应相关,在活动期的患者血清中发现了高表达的PTX3,提示了HⅨ3水平与其活动性相关,并能监测血管炎进展,为活动期的一个急性反应蛋白。PTX3通过巨噬细胞调节晚期凋亡中性粒细胞的清除,从而在血管炎的发展中起重要作用。上调PTX3的表达可能有助于未被清除的凋亡中性粒细胞在炎性组织中的聚集。Baldini等[29]研究发现:在巨细胞性动脉炎中的炎症血管中的PTX3表达上调,并和血管内皮生长因子(VEGF)一起可以作为早期视神经缺血的一个诊断指标。

4.4  PTX3与先兆子痫  先兆子痫与胎盘组织细胞高水平的凋亡相关。PTX3在先兆子痫的母亲血清中高表达[30]。一些学者提出:这种高表达是母亲孕期释放出的胎盘碎片导致的免疫性炎症反应。因此,PTX3血清水平的升高可能标志着内皮功能的改变或血管损伤。早产与母亲血清PTX3的高水平表达相关,PTX3成为在胎盘血管病变中的生物学标志物。Hamad等[30]发现:血清中高表达PTX3水平的先兆子痫女患者,都能提前发生先兆子痫。Cetin等[31]发现:在早期妊娠随后发展为先兆子痫的女性血清中PTX3的水平增高,但在后来胎儿发育迟缓的患者中却未发现增高,具体机制尚不明。

4.5  PTX3与肾脏疾病  PTX3在肾间质、外周血管和肾小球中都发现有表达。PTX3可能参与了血管内皮细胞和系膜细胞的激活,通过诱导它们产生前炎症介质和导致肾小球的损伤。PTX3通过系膜细胞增加血小板活化因子(PAF)的合成,因此,有助于肾小球免疫复合物的产生,并导致肾小球率过滤(GFR)的下降。PTX3在肾脏疾病和自身免疫继发性肾损害中与蛋白尿水平相关,并能反映出心血管并发症的发生,提示其在急慢性肾脏病中也起到了重要的调节作用[32]。chen等[33]发现,PTX3在小鼠急性缺血性肾损伤模型中主要在肾髓质外管周内皮细胞中表达,可能成为肾脏损伤的生物学标志。Kopp等[34]发现:PTX3在非典型溶血性尿毒症(aHUS)中,与补体调节子联系,通过某种突变和自身抗体影响补体因子H和补体因子H相关蛋白1(CFHR1),导致局部补体介导的炎症加重、内皮细胞激活和aHus的损伤。上述研究表明,PTX3在肾脏疾病中,可以作为评价肾损害的生物学标志,并且发挥一定的保护效应,具体机制仍然不明。

4.6  PTX3与血液净化   Ⅹu等[35]在接受常规血液透析的患者中研究发现:血浆PTX3水平显著高表达,是由于血透的过程中诱导了PTX3的增加。其水平与维持性血透患者的心血管并发症出现相关。Yamamoto等[36]发现:PTX3在血液透析患者体内的炎症反应中起到生物标志物的作用。Imai等[37]发现:PTX3在移植肾组织表达,并在肾移植后急性排斥反应中高表达,可能成为可靠的急性排斥的生物学标志物,并发现PTX3与排斥的严重性相关。PTX3在血透中表达上调,是否对患者病情同时发挥保护性效应,具体作用机制尚待研究阐明。由此推测,PTX3可望成为接受血液净化治疗患者的急性炎症和心血管并发症评价的一个诊断标志物。

PTX3是一种多功能蛋白,在许多疾病中发挥不同的作用。在自身免疫性疾病和炎症中,如类风湿关节炎和血管炎患者血清中的水平与其疾病的活动性和治疗的反应性相关。PTX3可能成为一种不同于CRP的检测意义的新的生物学标志物,用于临床诊断,评定疾病活动性和严重性,监测治疗效果,预测心血管并发症的发生和风险性评估等多个方面。近年文献报道:在某些自身免疫性疾病及炎症性损伤模型中,PTX3发挥了保护性效应,限制损伤的发生发展,具体研究PTX3在自身免疫性疾病中通过抑制凋亡细胞清除还是限制抗原提呈,抑制DC或者自身反应性T细胞的活化?还需要进一步研究来阐明具体机制。这将为探索如何调整PTX3的保护性机制,为自身免疫性疾病治疗新策略提供依据。