王鈺 張勤 馬文會(huì) 劉麗 周曉明 侯剛

1中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,沈陽(yáng)110001;2中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,沈陽(yáng)110001

谷氨酸-組氨酸-賴氨酸 (glycyl-histidyl-lysine,GHK)是一種活性三肽,最早由Pickart等從人血漿中提取出來(lái),是人血漿、唾液和尿液的正常成分[1]。Maquart等提出GHK 可能是皮膚修復(fù)的早期信號(hào)。GHK 存在于Ⅰ型膠原的α2 (Ⅰ)鏈中,當(dāng)損傷激活蛋白水解酶時(shí),GHK 被釋放到損傷部位,并發(fā)揮局部愈合作用[2]。近年來(lái)隨著研究的不斷深入,GHK 改善傷口愈合、促進(jìn)組織再生以及抗炎抗氧化的能力逐漸在骨、肝臟和胃腸壁等組織中得到證實(shí)[3-6],其能夠增加膠原蛋白、彈力蛋白生成,促進(jìn)血管、神經(jīng)生長(zhǎng)[7-9],增強(qiáng)干細(xì)胞功能和促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞分泌營(yíng)養(yǎng)因子[10-11]。目前已經(jīng)有研究證明GHK 可以作為治療性成分在COPD 中使用,但是在其他呼吸系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用情況則鮮有報(bào)道[4,12-13]。本文就GHK 在呼吸系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。

1 GHK 的生物學(xué)特性

GHK 是一種與人白蛋白結(jié)合的結(jié)合肽,既往研究表明其能使老年人的肝組織合成類似年輕肝組織的蛋白質(zhì)[14]。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)GHK 能促進(jìn)大鼠的正常肝細(xì)胞的存活,亦能促進(jìn)肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng),并刺激這些細(xì)胞DNA 及RNA的合成,故GHK 又被稱作肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子[15]。然而,不幸的是,GHK 隨著年齡增長(zhǎng)而下降。有研究發(fā)現(xiàn)在20歲時(shí),GHK 的血漿水平約為200μg/L (10-7mol/L)；而到60歲時(shí),血漿中GHK 水平會(huì)下降至80μg/L[16]。這可能與人器官再生能力隨著年齡下降顯著相關(guān)。Hong等[13]在對(duì)生物活性物質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄分析研究中發(fā)現(xiàn)GHK 在1 nmol/L的極低濃度下具有活性,是1 309種生物活性物質(zhì)中最活躍的。

GHK 易與Cu 形成絡(luò)合物谷氨酸-組 氨酸-賴氨 酸-銅(Glycyl-L-histidyl-L-lysine-Cu,GHK-Cu)提高GHK 的生物利用度,Cu作為金屬離子可以活化作為內(nèi)源性抗氧化劑的Cu和Zn依賴性超氧化物歧化酶,使得GHK-Cu的復(fù)合物在原有GHK 的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)出強(qiáng)抗氧化作用[17-18]。Gorouhi和Maibach[19]的研究發(fā)現(xiàn)GHK-Cu還可以增加真皮和表皮的厚度,通過(guò)刺激膠原合成增加皮膚彈性。此外,Ahmed等[20]還發(fā)現(xiàn)GHK-Cu增加了神經(jīng)生長(zhǎng)因子和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素的產(chǎn)生,促進(jìn)神經(jīng)增長(zhǎng)。

2 GHK 的作用機(jī)制

2.1 抑制纖維蛋白原的產(chǎn)生 纖維蛋白原在血栓形成中發(fā)揮著重要作用,其能增加紅細(xì)胞的形成和促進(jìn)紅細(xì)胞的“堆積”,從而大大增加微循環(huán)中血液的黏度。因此,有研究發(fā)現(xiàn),纖維蛋白原水平異常是心血管疾病的首要危險(xiǎn)因素[21]。纖維蛋白原是由α、β和γ 三部分組成的多肽鏈,研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論是細(xì)胞還是小鼠體內(nèi),GHK 均能下調(diào)纖維蛋白原β鏈的基因表達(dá)[22],而缺乏纖維蛋白原β鏈將有效地阻止纖維蛋白原的合成；同時(shí)GHK 也能抑制炎癥細(xì)胞因子IL-6的產(chǎn)生,而IL-6又是纖維蛋白原合成的主要調(diào)控因子[23]。因此,GHK 對(duì)纖維蛋白原有普遍的抑制作用。

2.2 泛素蛋白酶體系統(tǒng) (ubiquitin proteasome system,UPS) UPS具有清除受損蛋白的作用,該系統(tǒng)活性不足可能導(dǎo)致毒性蛋白低聚物的積聚,從而引發(fā)神經(jīng)退行性過(guò)程[23-24]。GHK 能夠刺激41個(gè)UPS基因表達(dá),僅抑制1個(gè)UPS基因表達(dá)[25]。這表明GHK 可能對(duì)UPS 有著積極的影響。

2.3 抗氧化作用 自由基和脂質(zhì)過(guò)氧化的毒性終產(chǎn)物與動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥、白內(nèi)障、糖尿病、腎病、老年癡呆癥和其他嚴(yán)重的衰老病理狀態(tài)密切相關(guān),一個(gè)強(qiáng)大的抗氧化網(wǎng)絡(luò)可以維持自由基產(chǎn)生和清除之間的平衡。然而在衰老的過(guò)程中、炎癥等病理?xiàng)l件下,平衡可能會(huì)轉(zhuǎn)向自由基的積聚,從而導(dǎo)致氧化應(yīng)激過(guò)量,并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[26]。GHK 在哺乳動(dòng)物和細(xì)胞培養(yǎng)中都具有廣泛而強(qiáng)大的抗氧化特性,它能增加抗氧化基因的表達(dá)[27-28]。GHK 還能通過(guò)結(jié)合副產(chǎn)物,如丙烯醛和4-羥基壬醛,從而減少脂質(zhì)過(guò)氧化的破壞作用[29-30]。

2.4 DNA 修復(fù) 據(jù)估計(jì),正常的代謝活動(dòng)和環(huán)境因素(如紫外線和輻射)下,每個(gè)細(xì)胞每天有1 000～100萬(wàn)個(gè)單獨(dú)的分子損傷。而缺乏足夠的DNA 修復(fù)被認(rèn)為是細(xì)胞衰老、程序性細(xì)胞死亡、增加癌性腫瘤的發(fā)病率和病死率的原因[31-32]。采用布羅德研究所開(kāi)發(fā)的軟件基因分析工具基因連通圖的研究發(fā)現(xiàn)GHK 可以提高與DNA 損傷修復(fù)相關(guān)的47個(gè)基因的表達(dá),并下調(diào)5個(gè)基因的表達(dá)[33-34]。放射療法被認(rèn)為是通過(guò)破壞細(xì)胞DNA 來(lái)阻止細(xì)胞復(fù)制的治療手段。一項(xiàng)對(duì)放射治療后的頭頸癌患者的皮膚成纖維細(xì)胞原代培養(yǎng)的研究發(fā)現(xiàn),放射治療減緩了細(xì)胞群體倍增的速度,但是用1 nmol/L GHK-Cu處理后,該細(xì)胞群體倍增速度恢復(fù)到正常的2倍[35]。該實(shí)驗(yàn)表明GHK 能夠恢復(fù)受輻射細(xì)胞的功能,這可能與GHK 具有修復(fù)受損DNA 的能力有關(guān)。

2.5 胰島素和類似胰島素的途徑 胰島素/胰島素生長(zhǎng)因子1樣受體途徑是許多生物體內(nèi)生物衰老過(guò)程的一個(gè)促成因素。體外實(shí)驗(yàn)表明,降低胰島素/胰島素生長(zhǎng)因子1信號(hào)傳導(dǎo)可以減緩?fù)嘶运ダ线^(guò)程,進(jìn)而延長(zhǎng)許多生物的壽命?；虮磉_(dá)數(shù)據(jù)表明,GHK 可以抑制大部分受影響的胰島素/胰島素生長(zhǎng)因子基因的表達(dá),這可能提示GHK 通過(guò)抑制胰島素和類似胰島素的途徑發(fā)揮作用[36]。

3 GHK 在不同呼吸系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用

3.1 GHK 在COPD 中的作用 COPD 是威脅人類健康的最主要慢性疾病之一。肺氣腫和慢性支氣管炎是COPD 的2個(gè)主要癥狀,隨著時(shí)間的推移,它們會(huì)導(dǎo)致小氣道阻塞和肺功能顯著喪失。Campbell等[4]的研究證明GHK 能夠逆轉(zhuǎn)一些COPD 基因特征中關(guān)鍵基因的表達(dá),這些基因與肺氣腫的嚴(yán)重程度密切相關(guān),研究還發(fā)現(xiàn)GHK 可以使與炎癥相關(guān)的基因表達(dá)下調(diào),而與組織重塑和修復(fù)相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)。此外,GHK 還能使與肺氣腫破壞有關(guān)的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)途徑的基因活性降低,同時(shí)GHK 能夠改變基因表達(dá)模式,使之與TGF-β 途徑相反[37]。體外實(shí)驗(yàn)表明,將10 nmol/L GHK 添加到COPD 患者原代培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中,不僅可以促進(jìn)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的組織化,增加整合素β1 的表達(dá),并且恢復(fù)了成纖維細(xì)胞Ⅰ型膠原的收縮與重塑[38]。由上可知,GHK 在COPD 中發(fā)揮著積極的作用。

3.2 GHK 在急性肺損傷中的作用 急性肺損傷是一種急性炎癥和組織損傷的肺部疾病,其特征是肺泡毛細(xì)血管膜完整性喪失,中性粒細(xì)胞過(guò)度遷移,促炎因子和細(xì)胞毒性介質(zhì)釋放[39]。脂多糖是革蘭陰性菌外膜的主要成分,它被免疫系統(tǒng)認(rèn)為是細(xì)菌病原體入侵的標(biāo)志物,在炎癥反應(yīng)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。脂多糖可激活氣道上皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞,導(dǎo)致活性氧、腫瘤壞死因子α和IL-6等多種炎癥介質(zhì)的釋放。在脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷小鼠模型中,GHK-Cu可抑制炎癥細(xì)胞向肺部的浸潤(rùn),對(duì)肺損傷起保護(hù)性作用。GHK-Cu能夠降低活性氧的活性,并增加超氧化物歧化酶的活性,同時(shí)降低腫瘤壞死因子α和IL-6的產(chǎn)生,抑制核轉(zhuǎn)錄因子κBα和促分裂原活化蛋白激酶p38的表達(dá)[12]。以上研究可能表明GHK-Cu對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷有治療作用。

3.3 GHK 在肺纖維化中的作用 特發(fā)性肺纖維化是一種嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)疾病,其特征是進(jìn)行性和彌漫性肺纖維化和限制性通氣功能障礙,最終導(dǎo)致呼吸衰竭。以TGF-β1或Smad信號(hào)通路為靶點(diǎn)的干預(yù)措施被廣泛認(rèn)為是肺纖維化的潛在治療方法[40]。在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中,GHK 通過(guò)抑制胰島素生長(zhǎng)因子1 和TGF-β1/Smad2/3信號(hào)通路抑制肺部炎癥反應(yīng)和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。GHK 通過(guò)改善膠原沉積和基質(zhì)金屬蛋白酶/基質(zhì)金屬酶組織抑制因子失衡,減少腫瘤壞死因子α、IL-6 在內(nèi)的炎性因子的釋放,阻止上皮細(xì)胞通過(guò)TGF-β1途徑生成產(chǎn)生膠原的成纖維細(xì)胞,從而減少纖維化。這些研究可能提示GHK 對(duì)博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化有治療作用[41]。

3.4 GHK 在肺癌中的作用 Hong 等[13]的研究證明了GHK 與人類侵襲性、轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌相關(guān)的54個(gè)基因之間的相互作用,發(fā)現(xiàn)GHK 可以顯著逆轉(zhuǎn)這些基因的差異表達(dá),進(jìn)而發(fā)揮治療作用。有研究表明,1～10 nmol/L GHK可以抑制人SH-SY5Y 神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞和人U937組織細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),并且重新激活了半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶7凋亡系統(tǒng)[34]。這表明GHK 參與了多種生化途徑的基因調(diào)控,它似乎能夠使基因活性重新恢復(fù)到健康狀態(tài),從而促進(jìn)組織修復(fù)。以上研究暗示了GHK 可能具有抗癌作用,這為肺癌治療提供了新的思路。

4 結(jié)論

GHK 作為一種安全、廣泛研究的小分子肽,在許多組織和系統(tǒng)中具有積極的作用。GHK 可以通過(guò)抑制產(chǎn)生纖維蛋白原、抗氧化、影響胰島素和類似胰島素的途徑及UPS、DNA 修復(fù)等方面對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生積極影響。目前,GHK 對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的作用及安全性在細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已逐步得到證實(shí),然而在臨床應(yīng)用的療效、安全性及應(yīng)用范圍仍需要進(jìn)一步探索。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突