粘蛋白與干眼癥

來源：眼科研究作者：蔡蓉蓉瀏覽：發布時間：2009/9/21 11:24:00

摘要眼表枯蛋白由角膜、結膜、淚器產生，是淚膜的重要成分。具有穩定淚膜、保護眼表、參與信號轉導等功能。干眼癥中粘蛋白的量和結構均發生改變，是干眼癥發病機制的中間環節，同時也是結果之一。干眼癥中眼表粘蛋白的檢測可能具有潛在的診斷價值。促進粘蛋白分泌或表達的藥物將成為治療干眼癥的重要手段。就眼表粘蛋白及其在干眼癥中的表達變化做一綜述。
    淚膜對于維持眼表健康十分重要，粘蛋白是淚膜的重要成分，其改變與眼表疾病的發生發展密切相關。干眼癥是累及淚液和眼表的多因素疾病。本文就眼表粘蛋白及其在干眼癥中的表達變化進行綜述。
    l 眼表粘蛋白的來源
    粘蛋白存在于幾乎所有的黏膜表面。迄今，至少有23種人類粘蛋白及其基因已被識別，按發現的先后次序依次被命名為MUCl~C21，其中包括MUC3A，3B，5AC，5B等。結膜杯狀細胞分泌MUC5AC，上皮細胞表達MUCl、4、16；在結膜組織中還檢測到粘蛋白MUC2、7和它們的mRNA.以及MUCl3、15、17的轉錄子。角膜上皮細胞表達跨膜粘蛋白MUCl、4、16。淚腺表達MUCl、4、5AC、5B、7，而MUC6僅能檢測到其mRNA；淚液排出系統中表達MUC2、5B、5AC、7，而MUCl、4、6僅能檢測到其mRNA；MUCl6在所有的淚器中均有表達。
    2 粘蛋白的結構
    粘蛋白是一組高度糖基化的大分子蛋白質，主鏈中均有富含絲氨酸和蘇氨酸的多肽結構域，由粘蛋白基因中的串聯重復序列編碼，絲氨酸和蘇氨酸通過氧糖苷鍵與寡糖鏈相連。寡糖鏈可由N-乙酰氨基半乳糖、N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖、海藻糖、唾液酸和甘露糖組成。寡糖側鏈是粘蛋白具備黏彈性和組織特異性的結構基礎。糖基化使得粘蛋白電荷分布不均勻而產生極性區域，極性強弱主要取決于唾液酸和硫酸基團的含量。
    粘蛋白可分為跨膜粘蛋白和分泌型粘蛋白兩大類，分泌型粘蛋白又包括分子量很大的凝膠形成型粘蛋白和小分子的可溶型粘蛋白。
    凝膠形成型粘蛋白包括MUC2、5AC、5B、6和19，在它們的重復序列的氨基端、羧基端均存在富含半胱氨酸的結構域，其作用是利用半胱氨酸殘基在肽鏈之間形成二硫鍵，以利于粘蛋白單體的聚合。可溶型粘蛋白包括MUC7和MUC9，分子量都比較小，沒有富含半胱氨酸的結構域，以單體形式存在。
    跨膜粘蛋白包括MUCl、3A、3B、4、12、13、15、16、17和20。跨膜粘蛋白的結構可分3個部分：一個大的細胞外結構域，主要由富含絲氨酸和蘇氨酸的重復序列組成，是高度糖基化的結構；一個高度保守的短的細胞內片段；親水性的跨膜片段將它們錨定在上皮細胞膜上，形成眼表的糖衣被。它們通常比凝膠形成型粘蛋白小，缺乏富含半胱氨酸的結構域，不形成多聚體。其中MUC3A、3B、4、12、13和17在重復序列和跨膜片段之間的區域內含有表皮生長因子樣結構域。MUCl、4、16、20除了與細胞膜錨定外，還以可溶型的形式存在，可能是由于胞外片斷從細胞表面脫落，或者在轉錄后跨膜片段被移除而產生了剪切變異體。
    3 眼表粘蛋白的功能
    3.1穩定淚膜
    糖基化使得粘蛋白攜帶電荷，可與水分子形成氫鍵，從而同攝水分，并且防止粘蛋白之間及粘蛋白與上皮細胞之間的粘著，使淚膜均勻地覆蓋在眼表。在淚膜與空氣相接觸的水-氣交界面也存在粘蛋白，通過與脂質層的相互作用減少脂質層的流動性，穩定脂質層，增加淚膜厚度。粘蛋白能夠潤滑眼表，提供光滑的光學表面。
    3.2保護眼表
    凝膠形成型粘蛋白的單體可以纏結形成線性多聚物，從而形成凝膠錨定在眼表，它們使得黏液層具有流變性質，在眼瞼和眼球快速相對運動時保護上皮免受剪切力的破壞。
    粘蛋白可與各種微粒、化學物質、微生物等產生非特異性的相互作用。分泌型粘蛋白可在異物、壞死細胞等周圍形成小的凝膠，經過鼻淚管把眼表的垃圾運走。跨膜粘蛋白在上皮表面形成糖衣被，從而提供一個連續的保護屏障，防止病原微生物穿透，因其寡糖側鏈中富含唾液酸，在保護粘蛋白使之不易被細菌產生的蛋白水解酶降解的同時，還可作為一些微生物的結合位點，在微生物穿透粘蛋白屏障接觸角膜上皮之前將之阻斷。粘蛋白形成親水性的平臺，使其他具有抗微生物作用的蛋白質，如溶解酵素、轉鐵蛋白、免疫球蛋白、防御素等溶解在其中，共同抵御微生物侵襲。
    3.3參與信號轉導
    跨膜粘蛋白參與細胞內的信號轉導主要有兩種途徑。一是通過生長因子樣的結構域與生長因子受體結合，調節其磷酸化，從而參與調節上皮細胞生長。二是細胞內片段可通過氨基酸殘基磷酸化和細胞內信號轉導通路相耦聯，參與促有絲分裂、Wnt信號通路等多種信號轉導過程。
    4 干眼癥中粘蛋白的改變
    淚液滲透壓的升高和淚膜不穩定是干眼癥發生的兩大核心機制，任何引起淚液滲透壓升高或淚膜不穩定的因素都可導致干眼癥的發生，且兩者互為因果。淚液滲透壓升高可激活一系列的炎癥反應造成眼表上皮的破壞，這些破壞包括細胞凋亡、杯狀細胞減少以及粘蛋白的改變，它們均可引起淚膜不穩定，從而加劇淚液滲透壓的升高，形成惡性循環。因此粘蛋白的改變，包括量的減少和糖基化的改變，是干眼癥發病機制中的中間環節，同時也是干眼癥的結果之一。
    4.1粘蛋白量的改變
    流式細胞術分析發現，MUC5AC陽性的杯狀細胞比例在干眼癥中有所下降。另有研究發現SjÖgren綜合征患者淚液中，MUC5AC及其mRNA的水平與正常人相比均有顯著下降。維生素A缺乏的小鼠干眼模型中也發現小鼠結膜杯狀細胞密度和MUC5AC含量減少。
    干眼癥中跨膜粘蛋白的含量也有所下降。Pflugfelder等用能識別結膜上皮跨膜粘蛋白的抗體 (AMEM2)，發現SjÖsgren綜合征患者球結膜和瞼結膜的跨膜粘蛋白含量與正常對照組相比大幅度減少。SjÖgren綜合征患者的淚液中，MUCl和MUC4的mRNA雖然缺乏有統計學意義的改變，但仍發現MUCl的mRNA水平有下降的趨勢。
    不論是分泌型粘蛋白或跨膜粘蛋白，隨著它們含量的減少，其穩定淚膜、保護眼表的功能必然受到影響，可導致干眼癥的發生。
    4.2粘蛋白糖基化的改變
    干眼癥中，啟動粘蛋白氧位糖基化的酶的含量發生了改變。研究發現，在眼瘢痕性類天皰瘡早期，眼表上皮尚未角化時，氮乙酰氨基半乳糖(GalNAc)轉移酶的表達上調，可能作為一種代償機制，而后期當上皮角化時，GalNAc轉移酶的表達則下降。提示在黏液缺乏型干眼中，粘蛋白的氧位糖基化發生了改變。
    Hicks等研究發現，患干眼癥的犬和正常對照相比，眼表分泌型粘蛋白中甘露糖的含量降低而N-乙酰氨基葡萄糖的含量增加；在細胞膜提取物中出現了T抗原(Galbl-3GalNAc)，推測可能是干眼癥時跨膜粘蛋白糖基化不完全導致T抗原的表達。
    唾液酸是粘蛋白寡糖鏈的重要成分，使粘蛋白具有黏彈性并可作為細菌的結合位點。Garcher等用ELISA方法對淚液中的CAl9-9進行檢測，發現干眼癥患者的淚液中CAl9-9的含量與正常對照組相比明顯下降。CAl9-9為唾液酸化的乳-N-巖藻戊糖Ⅱ，是一種粘蛋白型的腫瘤標記物，故該試驗提示干眼癥中粘蛋白的唾液酸化的側鏈含量下降。氧乙酰化唾液酸是唾液酸在眼表粘蛋白中最常見的存在形式之一，氧乙酰化能減慢甚至阻斷唾液酸酶對唾液酸的降解作用。H185抗體是一種能識別MUCl6上的氧乙酰化唾液酸的單克隆抗體，實驗發現干眼患者H185抗體與表層細胞的結合明顯減少。另有研究發現犬干眼模型的眼表粘蛋白中唾液酸總量增加，而9-氧乙酰-氮乙酰神經氨酸含量下降。二者均提示干眼癥的粘蛋白中氧乙酰化唾液酸含量下降。
    如前所述，粘蛋白的糖基化使之形成電荷分布不均的極性區域。糖基化發生改變，使粘蛋白失去極性，導致粘蛋白之間、粘蛋白與上皮細胞之間互相粘著，使凝膠層由親水性變為疏水性，從而削弱了其同攝水分和穩定淚膜的作用，可能是干眼癥發病機制中的一個重要環節。正常情況下，無極性或者極性很小的物質，如細胞碎片、脂質、革蘭陰性細菌、空氣中的微粒等易與粘蛋白結合而不易與上皮細胞結合，因為前者的自由能較大，而當粘蛋白失去極性而脫水，這些雜質則更易與上皮細胞結合，因此，干眼癥患者的眼表更容易被破壞或感染。
    5 粘蛋白對干眼癥診斷及治療的指導意義
    5.1對干眼癥診斷的指導意義
    粘蛋白是淚膜必不可少的成分，在維持淚膜穩定方面有重要作用，檢測眼表粘蛋白的含量可作為評價淚膜功能的一種方法。干眼癥中，粘蛋白的含量及結構均有所改變，因此粘蛋白的檢測對于干眼癥的診斷、藥物療效的評估等均有一定的價值。
    5.2對干眼癥治療的指導意義
    鑒于粘蛋白在穩定淚膜及保護眼表方面的重要作用，促進粘蛋白的分泌或表達的藥物可用于干眼癥的治療。
    眼表有P2Y2核苷酸受體亞型分布，氣道中該受體的激活能引起杯狀細胞分泌粘蛋白，試驗發現P2Y2激動劑(INS365)促進人和兔結膜組織分泌粘蛋白。臨床試驗證實INS365能緩解干眼癥狀、減輕上皮染色和增加淚液分泌量。
    治療胃炎和胃潰瘍的一些藥物具有促進黏液分泌的作用。實驗證明，吉法脂(gefarnate)能增加結膜杯狀細胞的密度、促進粘蛋白分泌，防止角膜上皮干燥。瑞巴派特(rebamipide)是一種喹啉酮衍生物，能增加胃黏膜粘蛋白的含量，這種作用在眼表也被觀察到，該藥物正處于臨床試驗中。
    杯狀細胞表達M-膽堿能受體，擬膽堿藥可以促進杯狀細胞分泌粘蛋白，臨床試驗證明口服匹羅卡品能減輕SjÖgren綜合征患者的干眼癥狀。
    環孢素A已用于干眼的治療，其作用機制除抗炎、促淚液分泌外，可能還包括促粘蛋白分泌或表達。環孢素A能增加干眼患者結膜杯狀細胞的數量，且能在淚腺摘除的犬干眼模型中增加細胞內的粘蛋白含量。
    局部使用糖皮質激素能減輕干眼癥患者的刺激癥狀，體外實驗證實地塞米松能促進人角膜上皮表達MUCl和MUCl6。
    自體血清和維甲酸具有保護眼表的作用，體外實驗證明，自體血清能增加MUCl、MUC4、MUCl6的表達，維甲酸則能增加MUC4、MUCl6的表達，自體血清已被用于治療重度干眼。
    15-羥二十碳四烯酸(15-HETE)是人結膜組織MUCl的選擇性促分泌劑，在兔眼模型中，局部應用15-HETE能有效保護角膜上皮，防止干燥所致的損傷。
    結膜杯狀細胞周圍分布著含有血管活性腸肽的神經元，體外和活體研究均證實血管活性腸肽能夠促進結膜杯狀細胞分泌粘蛋白。
    6展望
    近10年來，對于眼表粘蛋白的結構和功能的研究已經有了很大進展，在此基礎上，深人研究粘蛋白在干眼癥中的改變、意義和機制將為干眼癥的診斷及治療提供新的線索。

分享到：