杜金洋， 張珺瑤， 神和倩， 高 晗， 尹 嬌， 張 玉， 郭 鑫， 呂威志， 楊東英

(德州學(xué)院醫(yī)藥與護(hù)理學(xué)院，山東 德州 253023)

α-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin或AAT)是一種主要由肝細(xì)胞滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)聯(lián)合高爾基復(fù)合體共同參與合成的血漿蛋白，參與血漿蛋白酶活性的負(fù)性調(diào)節(jié)，抑制蛋白酶過(guò)度活化引起的組織損傷，因此被稱為α-蛋白酶抑制劑[1-2]。因AAT與蛋白酶活性中心的結(jié)合模式和蛋白酶-底物的結(jié)合模式相似，所以在酶抑制過(guò)程中，ATT與目標(biāo)酶結(jié)合形成AAT-蛋白酶的共價(jià)復(fù)合物，啟動(dòng)蛋白酶裂解程序[3]。

1 AAT的理化性質(zhì)

AAT主要是由肝細(xì)胞合成的一種絲氨酸蛋白酶抑制蛋白，肺泡巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞以及上皮細(xì)胞也可以合成，相對(duì)分子質(zhì)量為52 kD，正常人體內(nèi)血清中 AAT 濃度的參考值是( 2.90±0.51) g/L，但人體內(nèi) AAT 濃度會(huì)隨著蛋白酶抑制表型變化而不同[4]。AAT在正常的血漿中能抑制90%以上的蛋白酶活性，是人體內(nèi)最重要的蛋白酶抑制物，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑家族的成員[4]。

AAT的主要功能有：(1)抑制多種絲氨酸的內(nèi)切肽酶，比如凝血酶、纖溶酶、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶等；(2)抑制炎性反應(yīng)的各個(gè)關(guān)鍵中間環(huán)節(jié)，如炎性細(xì)胞因子的生成過(guò)程以及各種炎性介質(zhì)的合成和釋放過(guò)程等；(3)抑制多形核白細(xì)胞(PMN細(xì)胞)的激活[5]；(4)清除細(xì)胞毒性物質(zhì)，如自由基和過(guò)氧化物，因而可以減輕蛋白酶激活導(dǎo)致的肺基地組織基質(zhì)受損，保護(hù)組織細(xì)胞并有助于它的再生和修復(fù)。

2 AAT缺乏癥

編碼AAT的SERPINA1基因具有正常的蛋白質(zhì)循環(huán)水平。有95%的重度AAT缺乏癥是由單一氨基酸Glu342Lys(Z等位基因)的純合子取代引起的，這種情況在25個(gè)歐洲血統(tǒng)的人中就有一個(gè)。輕度的AAT缺乏癥通常是由另一種Glu264Val(S等位基因)氨基酸替代導(dǎo)致的，這種基因在四分之一的伊比利亞半島人身上被發(fā)現(xiàn)。然而，許多其他等位基因?qū)AT也有不同的影響，如產(chǎn)生錯(cuò)誤折疊的蛋白，或?qū)ρh(huán)AAT的水平和功能沒(méi)有影響。

2.1 AAT缺乏臨床表現(xiàn)

錯(cuò)誤折疊的AAT會(huì)形成有序的聚合物，累積成肝細(xì)胞包涵體，這種錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)毒性應(yīng)激和功能獲得性肝病。缺乏AAT導(dǎo)致中性粒細(xì)胞彈性酶(NE)過(guò)量，進(jìn)而誘導(dǎo)黏蛋白的產(chǎn)生和分泌，并且誘導(dǎo)其他蛋白酶和炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)。AAT不僅是一種抗蛋白酶，還是一種有效的抗炎劑，通過(guò)IL-8的相互作用調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞趨化、脫顆粒、自身免疫和凋亡。AAT被氧化、水解、裂解和聚合滅活。中性粒細(xì)胞增多，蛋白酶活性增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)損傷和易感性感染發(fā)生，導(dǎo)致組織損傷和肺氣腫。在此類患者中有20% ～ 36%患有臨床意義的肝纖維化，晚期纖維化的危險(xiǎn)因素包括代謝綜合征和肥胖。對(duì)AAT嚴(yán)重缺失等位基因(PiZZ)的患者而言，飲酒的確切影響尚待確定，但現(xiàn)有證據(jù)表明，飲酒加劇疾病的發(fā)展。且α-抗胰蛋白酶缺乏癥(AATD)導(dǎo)致的肝肺問(wèn)題更有可能因COVID-19感染而出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥[6]。

AAT缺乏癥在肺部疾病上的臨床表現(xiàn)與非遺傳性肺氣腫無(wú)明顯區(qū)別。這就是約90%的病例從出現(xiàn)癥狀到確診的5～7年間仍未診斷出嚴(yán)重AAT缺乏癥的部分原因。中度吸煙和主要影響下葉的全腺性肺氣腫患者出現(xiàn)的早發(fā)性阻塞性肺疾病是與AAT缺乏癥相關(guān)的肺部疾病的典型臨床描述。

AAT缺乏主要會(huì)引發(fā)肝肺疾病，除此之外也會(huì)引起其他疾病。比如中性粒細(xì)胞性脂膜炎以及與抗中性粒細(xì)胞胞漿抗體有關(guān)的各類疾病。中性粒細(xì)胞性脂膜炎的特點(diǎn)是皮下結(jié)節(jié)疼痛，皮下存在中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，它發(fā)生在少于1%的PiZZ基因型人群中。而與抗中性粒細(xì)胞胞漿抗體相關(guān)的問(wèn)題有血管炎、慢性腎病、糖尿病、代謝改變，脂蛋白水平降至極低密度等。

2.2 AAT缺乏癥診斷

AAT缺乏癥診斷不僅要考慮肺部疾病患者，所有患有慢性阻塞性肺部疾病(COPD)、肝病、哮喘的不良反應(yīng)、c-ANCN血管炎、脂膜炎或支氣管擴(kuò)張的患者，還要考慮缺乏癥患者的直系親屬是否有患病風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于肺部疾病，檢測(cè)的第一步是測(cè)定血清中的AAT水平。由于AAT是一種在感染或炎癥反應(yīng)過(guò)程中會(huì)增加的急性期反應(yīng)物，因此測(cè)量時(shí)應(yīng)同時(shí)評(píng)估C反應(yīng)蛋白。在C反應(yīng)蛋白水平正常的情況下，血清水平高于或等于1.1 g/L可作為AAT狀態(tài)正常的證據(jù)。如果血清中AAT水平低于1.1 g/L，那么臨床醫(yī)生應(yīng)該要求在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行表型或基因分型。在不確定的病例中，應(yīng)進(jìn)行基因測(cè)序?；颊邞?yīng)該轉(zhuǎn)到專門(mén)的AAT缺乏癥中心進(jìn)行咨詢，同時(shí)應(yīng)當(dāng)檢測(cè)自身AAT水平和基因分型。

對(duì)于肝臟疾病，所有的PiZZ攜帶者都應(yīng)該在一個(gè)專門(mén)研究AAT缺乏癥的中心進(jìn)行肝病檢測(cè)。鑒于其具有侵襲性，因此肝活檢不能用于無(wú)癥狀患者的監(jiān)測(cè)。瞬時(shí)彈性成像有助于排除晚期纖維化(F3或F4期)，但在較低水平纖維化時(shí)效果較差，其作用類似于天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AST)-血小板比率指數(shù)(APRI)。γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶水平作為一種無(wú)創(chuàng)標(biāo)記，其效果比APRI、FIB-4評(píng)分或轉(zhuǎn)氨酶測(cè)量更好。但這些生物標(biāo)志物對(duì)于與AAT缺乏相關(guān)的肝臟疾病，臨界值仍有待確定。

2.3 AAT缺乏癥(AATD)治療

目前針對(duì)AAT缺乏癥最有效的策略是預(yù)防，因此早期的診斷很重要?；颊呖梢酝ㄟ^(guò)良好的生活習(xí)慣減少病發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)現(xiàn)有的治療手段獲益。目前實(shí)驗(yàn)室主要采取血漿水平檢測(cè)、蛋白表型檢測(cè)、基因檢測(cè)和組織病理學(xué)檢測(cè)[7]四種檢測(cè)方式。對(duì)于兒童，尤其是一些早產(chǎn)兒來(lái)說(shuō)，AAT缺乏癥的預(yù)防更為重要，因?yàn)樗麄兛挂鹊鞍酌杆捷^低，抗氧化酶活性和抗氧化劑水平較低，自身無(wú)法有效減輕炎癥發(fā)生，控制機(jī)體損傷后的修復(fù)過(guò)程。

由AAT缺乏引起的肺部疾病采用的治療方法與治療COPD相同。血漿純化AAT靜脈增強(qiáng)治療于1987年被美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)，是目前唯一獲得許可的治療AAT缺乏癥的特異性療法。但沒(méi)有臨床療效的證據(jù)。經(jīng)過(guò)隨機(jī)、對(duì)照實(shí)驗(yàn)后，將降低肺密度損失作為主要的治療結(jié)果。

與AAT突變相關(guān)的肝病會(huì)因次要因素(如脂肪和酒精)而加重影響肝功能。因此建議人們注意保持正常體重指數(shù)，并在建議范圍內(nèi)飲酒?；加信cAAT缺乏有關(guān)的晚期肝病患者應(yīng)該戒酒。除了針對(duì)晚期患者進(jìn)行器官移植，目前沒(méi)有一種療法被批準(zhǔn)用于AAT缺乏癥相關(guān)的肝臟疾病。

AAT缺乏癥患者發(fā)生肺氣腫與嗜中性粒細(xì)胞絲氨酸蛋白酶失去控制有關(guān)，可以通過(guò)補(bǔ)充AAT的方法來(lái)抑制絲氨酸蛋白酶的活性。很多國(guó)家將靜脈注射AAT作為緩解血漿嚴(yán)重不足的主要方法。AAT可以利用層析技術(shù)從血漿中分離或通過(guò)基因重組技術(shù)得到。為使AAT保持有效的濃度，患者需要定期補(bǔ)充，靜脈注射ATT劑量大約是60 mg/kg/周[8]。

2.4 衰老對(duì)AATD表現(xiàn)的影響

AATD占COPD病例的2%，功能喪失和功能獲得是最常見(jiàn)的重度缺陷特征，兩者都是促炎狀態(tài)，與組織損傷無(wú)關(guān)。AATD的許多疾病在老年患者中臨床表現(xiàn)更為明顯，而且AAT缺乏癥患者出現(xiàn)其他慢性炎癥的情況高于預(yù)期，AAT缺乏癥的炎癥和一些AAT缺乏癥相關(guān)的病例過(guò)程具有加速衰老的特征。

AATD與加速老化有許多共同特點(diǎn)。肺部存在系統(tǒng)性和局部性的慢性炎癥，比非遺傳性COPD更嚴(yán)重，尤其是中性粒細(xì)胞趨化劑，如LTB4和IL-8。AAT可以通過(guò)直接結(jié)合的方式抑制IL-8的作用，將IL-8從其受體CXCR-1和CXCR-2分離出來(lái)。中性粒細(xì)胞彈性酶可增加內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞上LTB4的產(chǎn)生和相關(guān)的BLT1的表達(dá)。與此相一致的是，PiZZ型α抗胰蛋白酶缺乏癥患者的中性粒細(xì)胞與LTB4反應(yīng)時(shí)，黏附和脫顆粒增加。

3 AAT對(duì)COVID-19起治療效果的假設(shè)

3.1 已知的AAT對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用

AAT最明顯的的作用是對(duì)嗜中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(NE)的抑制作用，NE對(duì)肺組織的危害非常大。AAT蛋白由三個(gè)β-薄片(a-c)和一個(gè)反應(yīng)環(huán)組成。NE與活性環(huán)結(jié)合，接近β-薄片a，形成一個(gè)不可逆的復(fù)合物，促進(jìn)對(duì)NE的抑制。

AAT還可以降低胚胎毒性，有助于妊娠。研究發(fā)現(xiàn)AAT在口服避孕藥的女性中明顯更高，這表明其對(duì)雌激素有反應(yīng)，而且婦女在懷孕期間AAT水平升高，在34～ 38周達(dá)到峰值，在產(chǎn)后期間下降[9]。

AAT也被稱為B淋巴細(xì)胞調(diào)節(jié)劑，在LPS刺激下，AAT降低了B淋巴細(xì)胞的活化，Ki-67+b細(xì)胞的數(shù)量、IgM的釋放和活化標(biāo)志物CD40和CD19的表達(dá)。

AAT對(duì)病毒感染也有保護(hù)作用。2001年，Shapiro等人的研究中發(fā)現(xiàn)，蛋白酶抑制劑減弱了HIV在核細(xì)胞中的復(fù)制。AAT 20aa殘基的一個(gè)小c端被稱為“病毒抑制肽”，可以與HIV包膜糖蛋白gp41結(jié)合，阻止病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞。病毒抑制肽在體內(nèi)也有抗HIV的活性。

3.2 AAT拮抗COVID-19的潛在機(jī)制

首先，AAT可以抵御包括RNA在內(nèi)的微生物，可以增強(qiáng)宿主對(duì)多種病原體的免疫力，比如HIV、流感、銅綠假單胞菌以及細(xì)胞內(nèi)分枝桿菌。AAT還可以抑制TMPRSS2 (protease transmembrane protease,serine 2)阻止SARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)胞?？赡軐?dǎo)致致命疾病的冠狀病毒利用宿主細(xì)胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS-2來(lái)處理病毒刺突蛋白，使它能夠與細(xì)胞表面結(jié)合。一定生理濃度的AAT可以有效抑制TMPRSS-2的活性，因而可以在一定程度上阻止冠狀病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞。此外，AAT還具有強(qiáng)大的抗炎活性，AAT通過(guò)結(jié)合IkBα或抑制IkBα泛素化，抑制促炎轉(zhuǎn)錄因子NFkB活化，從而減輕炎癥反應(yīng)[10-12]。AAT還可以通過(guò)抑制凝血酶來(lái)延緩血栓的形成。

總結(jié)

AAT的主要功能是使蛋白水解酶失活，由于ATT經(jīng)常暴露于病原體并且具有高度的細(xì)胞免疫活性，其在肺組織中會(huì)不斷釋放。 對(duì)肺組織有害的NE的抑制是AAT最明顯的作用，因此可以推斷出AAT表達(dá)的變化可能與肺部疾病(如纖維化)有關(guān)。最近，隨著新型冠狀病毒在全球范圍內(nèi)的流行，除了疫苗接種，研發(fā)新的治療藥物也迫在眉睫，最新研究表明，AAT可以通過(guò)與ACE2受體的結(jié)合而起到保護(hù)作用，免受COVID-19的感染，但這一研究?jī)H僅處于起步階段，尚需深入開(kāi)展例如等位基因變體，AAT水平和AAT突變與Covid-19臨床結(jié)果之間是否存在相關(guān)性等研究；有癥狀和無(wú)癥狀的SARS-CoV-2感染之間的AAT水平是否存在差異； SARS-CoV-2感染中是否存在與AAT增加有關(guān)的性別或年齡差異； AAT是否能夠抑制TMPRSS2介導(dǎo)的ACE2裂解等系列問(wèn)題也需要深入探討研究。