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補(bǔ)體C1抑制劑的研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間： 2010-04-27 點(diǎn)擊次數(shù)： 3310次摘要補(bǔ)體 c1抑制劑（ c1 inhibitor,C1INH）是絲氨酸蛋白酶抑制劑（ serine protease Inhibitors, Serpins）“家族”的成員之一，對(duì)補(bǔ)體，凝血、纖溶、激肽釋放等蛋白酶激活系統(tǒng)有重要的抑制功能。 c1INH通過其分子表面的反應(yīng)中心環(huán)與靶酶的活性中心結(jié)合形成共價(jià)復(fù)合物從而達(dá)到抑制靶酶活性的作用。 c1INH的遺傳基因位于11號(hào)常染色體的 p11.2-q13，遺傳基因中的部分缺失、插入，以及單一堿基對(duì)的替代，都將導(dǎo)致血漿 c1INH水平低下或功能異常。 c1INH的遺傳性或獲得性缺乏與血管神經(jīng)性水腫有著密切的關(guān)系。 c1INH濃縮制劑對(duì)遺傳性或獲得性 c1INH水平低下患者有治療作用。
1 C1INH的分子結(jié)構(gòu)及生理功能
補(bǔ)體 c1抑制劑（ c1 inhibitor,C1INH）是血漿中重要的絲氨酸蛋白酶抑制劑（ serpins）家族成員之一，具有抑制多種絲氨酸內(nèi)肽酶的活性，與補(bǔ)體、凝血、纖溶和激肽釋放的活化與拮抗平衡有密切的[1]。 c1INH是血漿補(bǔ)體成分 c1的*抑制劑，通過抑制活化補(bǔ)體成分 c1的酯酶活性調(diào)節(jié)補(bǔ)體活化途徑；它也是 fⅩⅡ a的主要滅活劑，占血漿 fⅩⅡ a抑制活性的90%；它可抑制血漿中50%的激肽釋放酶活性； c1INH亦能抑制纖維蛋白溶解酶的活性，從而對(duì)纖溶平衡具有調(diào)節(jié)作用[2]。
c1INH為單肽鏈糖蛋白，由478個(gè)氨基酸殘基組成。肽鏈的63-97重復(fù)出現(xiàn)四肽順序 glx-Pro-Thr-Thr及其變異結(jié)構(gòu) glx-Pro-Thr，重復(fù)次數(shù)高達(dá)7次。肽鏈內(nèi)有兩對(duì)二硫鍵，分別為 cys101-Cys406、 cys108-Cys183。 c1INH高度糖基化，糖含量約占分子總量的33%～35%。肽鏈上連接有約20個(gè)側(cè)糖鏈，大多數(shù)糖基（可能是17個(gè)）位于肽鏈的 n-末端1-120肽段內(nèi)，側(cè)糖鏈中有6個(gè)葡萄糖胺基連接（ n-糖胺鍵）。至少有5個(gè)半乳糖胺基連接（ o-糖胺鍵），分別連接于 thr26、 ser42、 thr66、 thr70、 thr74。其它可能被糖基化的氨基酸殘基為 thr77、 thr84、 thr85、 thr89、 thr93、 thr96、 thr97。完整的 c1INH分子量為104kDa，等電點(diǎn)為 pH2.7～2.8。血漿中 c1INH的含量約為2μ mole/L（約220mg/L）[1]。
c1INH主要是在肝臟合成，纖維母細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨核細(xì)胞等多種肝外細(xì)胞具有合成 c1INH的能力。纖維母細(xì)胞合成 c1INH的能力比單核細(xì)胞的能力大30~50倍， iNF-γ、 iNF-β2、 tNF等細(xì)胞因子能促進(jìn) c1INH的合成[3]。
c1INH屬 serpins家族中的一員，與其它 serpins成員如α1-抗胰蛋白酶、α1-抗胰凝乳蛋白酶、 aT-Ⅲ、 hC-Ⅱ等具有不同程度的同源性[2，3]。 perkins等[4]通過中子散射（ neutron scattering）分析，推斷 c1INH分子由頭-尾兩結(jié)構(gòu)組成， n-末端的113個(gè)氨基酸殘基組成棒狀尾部結(jié)構(gòu)區(qū)，它高度糖基化，無 serpins功能，推測它可能與防止 c1自身聚集性自激活、以及在與白細(xì)胞表面的結(jié)合等方面起作用[4，5]。 c-末端的365個(gè)殘基組成球狀頭部結(jié)構(gòu)區(qū)，是 serpins同源區(qū)，具有 serpins的功能。 serpins同源區(qū)由8個(gè)α-螺旋結(jié)構(gòu)、3個(gè)β-折疊結(jié)構(gòu)、1個(gè)反應(yīng)中心環(huán)（ reactive central Loop,RCL）以及部分其它無規(guī)則結(jié)構(gòu)組成。 c1INHR的 rCL為 a-β-折疊結(jié)構(gòu)的第5肽段（ s）與 c-β-折疊結(jié)構(gòu)第1肽段（ s1C）間的連接肽，在 c1INH分子表面向外伸展形成一個(gè)可折疊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 rCL長度約為20個(gè)氨基酸殘基，具有 c1-底物結(jié)構(gòu)的相同特征，包括氨基酸順序、酶反應(yīng)中心連接特征、柔韌性等，其空間結(jié)構(gòu)與靶酶活性中心的空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)[4，5]。
c1INH的反應(yīng)中心為肽鏈第444-445位的 arg-Thr，位于 rCL中。在靶酶抑制過程中，反應(yīng)中心的 p1（ arg444）被靶酶識(shí)別、捕獲，形成靶酶-抑制劑1：1結(jié)合的共價(jià)復(fù)合物， c1INH的 arg444-Thr445乙酰鍵被裂解，從 c-末端裂解下一個(gè)分子量為4kDa的34個(gè)氨基酸殘基的小肽段，肽鍵斷裂后在 p1位產(chǎn)生的新羧基將靶酶反應(yīng)中心的 ser乙?；纬晒矁r(jià)復(fù)合物，從而直到抑制酶活性的作用[5]。
2 C1INH的分子遺傳學(xué)特征和變異
c1INH基因位于第11號(hào)染色體的 p11.2-q13。據(jù)推斷， c1INH基因全長至少16kb，由8個(gè)外顯子（ exon）和7個(gè)內(nèi)含子（ intron）組成[6]。 c1INH遺傳缺陷表現(xiàn)為基因的微小缺失、插入或有限堿基替換，或其它基因的缺陷導(dǎo)致血漿中 c1INH被不正常地加工和修飾[7~15]。在 hAE的臨床診斷中，根據(jù) c1INH抗原濃度與活性降低的程度分為Ⅰ型和Ⅱ型 hAE。Ⅰ型 hAE患者血漿中的 c1INH抗原含量以及靶酶抑制活性僅及正常水平的30%~50%[7~9]；而Ⅱ型 hAE患者血漿中具有正常、略低或略高的 c1INH抗原含量，但靶酶抑制活性卻低于正常個(gè)體，在Ⅱ型 hAE患者的血漿中含有功能異常性 c1INH[10~15]。
早期對(duì)Ⅰ型 hAE患者的 c1INH基因的研究發(fā)現(xiàn)該類患者有一個(gè)異常短的 c1INH mRNA。采用 pCR技術(shù)將患者 c1INHmRNA放大分析，提示了從異常 c1INH基因衍生出一個(gè)較小的160bp dNA，相應(yīng)于外顯子Ⅶ有核苷酸的丟失。因此合成了小于正常分子量的 c1INH[7]。
ernst等[8]的研究發(fā)現(xiàn)了另一種類型的Ⅰ型 c1INH變異。患者 c1INH遺傳基因外顯子Ⅷ中第1414-1433的20個(gè)堿基對(duì)出現(xiàn)了重復(fù)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了一個(gè)正常的終止密碼子缺失，產(chǎn)生了一個(gè)比正常 c1INH多52個(gè)氨基酸殘基的異型 c1INH。將變異型基因重組到纖維母細(xì)胞中表達(dá)，胞內(nèi) c1INH的肽鏈分子量高達(dá)98kDa，明顯高于正常 c1INH基因在纖維母細(xì)胞中所表達(dá)的肽鏈分子量（78kDa）；而變異型 c1INH表達(dá)后分泌發(fā)生降解。 ernst等[8]認(rèn)為這可能起因于異型 c1INH的糖基化異?；蚍置谕ǖ赖淖R(shí)別異常導(dǎo)致分泌量減少。
kawachi等[9]報(bào)道了一類因內(nèi)含子單一堿基替代變異所致Ⅰ型 hAE。患者 c1INH遺傳基因第7內(nèi)含子5-末端鏈接識(shí)別位點(diǎn)發(fā)生了 t→ a單一堿基替代變異，印跡試驗(yàn)證明患者具有正常大小的 c1INH mRNA，但量僅及正常個(gè)體量的50%。變異基因在轉(zhuǎn)錄過程中出現(xiàn)迅速的降解，導(dǎo)致 mRNA的含量降低，引發(fā)血漿 c1INH水平低下，表現(xiàn)出Ⅰ型 hAE。
c1INH的Ⅱ型變異為單一堿基變異，包括堿基替換或缺失[10~15]。
多數(shù)Ⅱ變異發(fā)生在 c1INH的 rCL上。編碼 rCL氨基酸順序的密碼子位于 c1INH基因的外顯子Ⅷ，當(dāng)發(fā)生單一堿基對(duì)替代變異后， rCL上的氨基酸順序發(fā)生變異，由于產(chǎn)生靶酶識(shí)別的異?；?c1INH-靶酶中間復(fù)合物穩(wěn)定性減弱，zui終導(dǎo)致 c1INH功能性異常，表現(xiàn)出 hAE[10~14]。
在 rCL上的變異中，多數(shù)變異發(fā)生在反應(yīng)中心的 p1（ arg444）上。編碼 arg444的密碼子 cGC含有一個(gè)極易突變的 cpG二聚核苷酸，當(dāng) c被 t替代后，反應(yīng)中心的 arg444變異為 cys，發(fā)生了已被命名的 da、 ca、 fe的 c1INH變異；當(dāng) g被 a替代后，反應(yīng)中心的 arg444被 his替代，發(fā)生了 ri、 sp型變異； at、 bo、 gu、 za等型的變異皆為類似的變異， arg444分別被 his、 his、 leu、 ser、 his替代[10~12]。當(dāng) p1位的 arg發(fā)生替代變異后， c1INH發(fā)生了靶酶識(shí)別異常， c1-抑制功能異常。
ocejo-Vinyals等[13]報(bào)道了一個(gè)Ⅱ型 hAE變異的西班牙家族，在該家庭中發(fā)現(xiàn)了 p1’（ thr445）的替代變異。 p1’是反應(yīng)中心的另一靶酶識(shí)別位點(diǎn)；當(dāng)編碼 thr的密碼子發(fā)生 a→ c的替代變異， thr445被 cys所替代，變異后的 c1INH由靶酶的抑制劑特性轉(zhuǎn)變成為底物特性，導(dǎo)致血漿 c1INH的靶酶抑制活性降低，引發(fā)Ⅱ型 hAE。
在鄰近反應(yīng)中心 p1（ arg444）的 p10、 p12、 p14位的 ala（即肽鏈 ala436、 ala434、 ala432）亦是突變熱點(diǎn)，對(duì)抑制劑-靶酶復(fù)合物的穩(wěn)定性至關(guān)重要。當(dāng)編碼 ala的密碼子突變， ala被 glu替代，發(fā)生 ma型（ ala434→ glu）變異和 we型（ ala432→ glu）變異；被 thr替代，發(fā)生 mo型（Ala436→ thr）變異和 ca型（Ala436→ thr）變異[14]。
ala443的替代變異發(fā)現(xiàn)于系統(tǒng)性紅斑狼瘡（ systemic lupus Erythematosus, SLE）而未出現(xiàn) hAE的家族。 ala443緊鄰反應(yīng)中心 arg444當(dāng)它被 val替代后，大分子氨基酸的側(cè)鏈基因影響到 c1INH對(duì)靶酸的識(shí)別， c1INH對(duì) c1亞組分的抑制活性減弱，因而引發(fā)補(bǔ)體激活-抑制調(diào)節(jié)失衡的疾病 sLE。但變異型 c1INH對(duì) fⅩⅡ a、激肽釋放酶的抑制活性正常，在臨床上未表現(xiàn)出 hAE[11，12]。
ta型 c1INH變異是迄今發(fā)現(xiàn)的*發(fā)生在 rCL以外氨基酸缺失性變異。由于編碼 lys251的密碼子缺失，合成的 ta型 c1INH的肽鏈結(jié)構(gòu)缺少 lys251。因此 lys251相鄰位置的氨基酸順序由 asn-Lys-Ile-Ser變異成為 asn-Ile-Ser，產(chǎn)生了一個(gè)新的糖基化位點(diǎn)。 lys251位于 f-α-螺旋與 a-β-折疊之間，變異結(jié)構(gòu)通過 f-α-螺旋直接或間接地破壞了 a-β-折疊結(jié)構(gòu)，對(duì)形成蛋白酶-抑制劑穩(wěn)定復(fù)合物產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致酶抑制功能低下[15]。
3 C1INH缺乏相關(guān)性疾病
血管神經(jīng)性水腫（ angioeurotic edema,AE）是因血漿中血管滲透活性增強(qiáng)所致，這與補(bǔ)體系統(tǒng)或接觸系統(tǒng)的激活產(chǎn)生與血管滲透性有關(guān)的激肽類物質(zhì)有關(guān)。 c1INH作為補(bǔ)體組分 c1*的抑制劑， fⅩⅡ a的主要抑制劑，其缺乏將導(dǎo)致補(bǔ)體系統(tǒng)和/或接觸系統(tǒng)活化的調(diào)節(jié)失衡，使激肽濃度增高，血管滲透性增強(qiáng)，從而表現(xiàn)出血管神經(jīng)性水腫的臨床癥狀，如體表水腫或粘膜水腫，全身性任何部位發(fā)生自限性血管性水腫。當(dāng)發(fā)生粘膜水腫時(shí)，三分之二的病人出現(xiàn)突發(fā)性腹痛、腹脹、嘔吐、不能排氣等腸梗阻等表現(xiàn)。半數(shù)以上的病人有咽部水腫、吞咽困難、聲嘶、憋氣。約有80%的病人發(fā)生喉頭水腫窒息而死亡[1，2]。
遺傳性血管神經(jīng)性水腫（ hereditary angioeurotic Edema,HAE）是一種常染色體遺傳病，發(fā)病率約為五萬分之一。85%的 hAE病人屬Ⅰ型，患者血漿中 c1INH抗原含量降低并且酶抑制活性水平降低，約為正常人的30%，甚至更低。Ⅱ型 hAE患者的血漿 c1INH抗原含量正?；蚵愿撸忻敢种苹钚援惓；虻拖耓1，9~15]。
獲得性血管神經(jīng)性水腫（ acquired angioneurotic Edema,AAE）是正常 c1INH遺傳個(gè)體，因某種特定病理生理過程引起 c1INH消耗增加所致，其特征為 c1INH、 cH50、 c1q、 c1、 c4以及 c2水平均低下。與 hAE不同的是， aAE病人的 c1INH代謝正?；蜉p微的升高[16~23]。隨著病理診斷學(xué)的發(fā)展，已根據(jù)診斷特征將 aAE分為Ⅰ型和Ⅱ型兩大類型。Ⅰ型 aAE與淋巴細(xì)胞增生異常性疾病或其它惡性腫瘤如淋巴瘤、慢性淋巴細(xì)胞性白血病等有關(guān)，尤其是淋巴瘤[17，18]。此類患者體內(nèi)產(chǎn)生了針對(duì)*型（ idiotype）抗原的抗體?？贵w識(shí)別新生 b-細(xì)胞的*型抗原，形成*型抗原-抗體復(fù)合物。這類抗原抗體復(fù)合物對(duì) c1的活化能力比其它類型的抗原-復(fù)合物對(duì) c1的活化能力強(qiáng)，過量的活化 c-1導(dǎo)致 c1INH的大量消耗，引發(fā)血漿 c1INH水平低下，從而使補(bǔ)體激活途徑和/或接觸系統(tǒng)的活化調(diào)節(jié)失衡，引發(fā) aAE[1,16~18]。
donaldson等[19]發(fā)現(xiàn)了另一種類型的 aAE病例（Ⅱ型）。患者血漿中產(chǎn)生了針對(duì) c1INH的自身抗體。他們從這類 aAE患者發(fā)病期間的血漿中純化出抗自身 c1INH抗體并證明該抗體識(shí)別 c1INH反應(yīng)中心約8個(gè)氨基酸長度的抗原決定簇。 c1INH反應(yīng)中心與抗 c1INH抗體結(jié)合后， c1INH不能與活化的 c-1形成穩(wěn)定的復(fù)合物，喪失抑制靶酶的活性，從而加快了在血漿中的消耗，使血漿中的 c1INH酶解片段增加[19~23]。
4 C1INH在血管神經(jīng)性水腫治療中的應(yīng)用
急性期、威脅生命的 hAE或 aAE已成功地采用 c1INH制劑靜脈輸注，使血液 c1INH的水平迅速得到提高，恢復(fù)對(duì)補(bǔ)體活化、接觸系統(tǒng)活化的調(diào)節(jié)功能，以迅速控制 hAE或 aAE。自80年代初， c1INH濃縮制劑應(yīng)用于臨床以來，除1例長期使用 c1INH濃縮制劑產(chǎn)生抗 c1INH抗體外，未見有其它副作用的報(bào)道[24~26]。
1996年， donaldson等[24]報(bào)道了用 c1INH濃縮制劑治療1例 hAE伴 sLE合并抗 c1INH抗體的病例?；颊呙恐芙邮?180IU的 c1INH濃縮制劑的靜脈輸注治療，患者的 hAE伴 sLE并發(fā)癥得到良好的控制，在用 c1INH濃縮制劑8個(gè)月后，患者產(chǎn)生了對(duì) c1INH的抗體，方停止使用 c1INH。在此期間，患者一直未出現(xiàn)其他副作用，身體亦得到良好的恢復(fù)。
在對(duì)Ⅱ型 aAE的 c1INH的補(bǔ)充治療過程中發(fā)現(xiàn)， c1INH靜脈輸注有加重 aAE的現(xiàn)象?，F(xiàn)代臨床應(yīng)用研究證明，當(dāng)Ⅱ型 aAE患者接受低劑量的 c1INH的輸注后，由于 c1INH被抗 c1INH抗體中和，產(chǎn)生了更多的抗原-抗體復(fù)合物，激活 c1從而加快了 c1INH的消耗，而 c1INH的低劑量補(bǔ)充又不足以抑制補(bǔ)體激活途徑，因而加重了Ⅱ型 aAE病癥。Ⅱ型 aAE患者需要一次性接受更高劑量的 c1INH的輸注，才能克服患者血漿中抗 c1INH抗體對(duì) c1INH的中和作用。Ⅱ型 aAE患者所需適當(dāng)劑量可通過體外測定血漿與 c1INH形成抗原—抗體復(fù)合物的量來進(jìn)行清除后， c1INH水平得到恢復(fù)， c1、 c4水平相繼得到提高。
早期的 c1INH濃縮制劑具有一定的傳播病毒性疾病的可能性，特別是 c型肝炎的傳播。隨著病毒滅活方法的成熟并成功的組合到 c1INH的生產(chǎn)工藝中， c1INH濃縮制劑的使用更加安全可靠。
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