粘蛋白與干眼癥

來源：眼科研究作者：蔡蓉蓉瀏覽：發(fā)布時(shí)間：2009/9/21 11:24:00

摘要眼表枯蛋白由角膜、結(jié)膜、淚器產(chǎn)生，是淚膜的重要成分。具有穩(wěn)定淚膜、保護(hù)眼表、參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等功能。干眼癥中粘蛋白的量和結(jié)構(gòu)均發(fā)生改變，是干眼癥發(fā)病機(jī)制的中間環(huán)節(jié)，同時(shí)也是結(jié)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(jià)值。促進(jìn)粘蛋白分泌或表達(dá)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(dá)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(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。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(dá)變化進(jìn)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(fā)現(xiàn)的先后次序依次被命名為MUCl~C21，其中包括MUC3A，3B，5AC，5B等。結(jié)膜杯狀細(xì)胞分泌MUC5AC，上皮細(xì)胞表達(dá)MUCl、4、16；在結(jié)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(zhuǎn)錄子。角膜上皮細(xì)胞表達(dá)跨膜粘蛋白MUCl、4、16。淚腺表達(dá)MUCl、4、5AC、5B、7，而MUC6僅能檢測到其mRNA；淚液排出系統(tǒng)中表達(dá)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(dá)。
    2 粘蛋白的結(jié)構(gòu)
    粘蛋白是一組高度糖基化的大分子蛋白質(zhì)，主鏈中均有富含絲氨酸和蘇氨酸的多肽結(jié)構(gòu)域，由粘蛋白基因中的串聯(lián)重復(fù)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(cè)鏈?zhǔn)钦车鞍拙邆漯椥院徒M織特異性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。糖基化使得粘蛋白電荷分布不均勻而產(chǎn)生極性區(qū)域，極性強(qiáng)弱主要取決于唾液酸和硫酸基團(tuán)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(fù)序列的氨基端、羧基端均存在富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可分3個(gè)部分：一個(gè)大的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域，主要由富含絲氨酸和蘇氨酸的重復(fù)序列組成，是高度糖基化的結(jié)構(gòu)；一個(gè)高度保守的短的細(xì)胞內(nèi)片段；親水性的跨膜片段將它們錨定在上皮細(xì)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(jié)構(gòu)域，不形成多聚體。其中MUC3A、3B、4、12、13和17在重復(fù)序列和跨膜片段之間的區(qū)域內(nèi)含有表皮生長因子樣結(jié)構(gòu)域。MUCl、4、16、20除了與細(xì)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(xì)胞表面脫落，或者在轉(zhuǎn)錄后跨膜片段被移除而產(chǎn)生了剪切變異體。
    3 眼表粘蛋白的功能
    3.1穩(wěn)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(xì)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(zhì)層的相互作用減少脂質(zhì)層的流動(dòng)性，穩(wěn)定脂質(zhì)層，增加淚膜厚度。粘蛋白能夠潤滑眼表，提供光滑的光學(xué)表面。
    3.2保護(hù)眼表
    凝膠形成型粘蛋白的單體可以纏結(jié)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(zhì)，在眼瞼和眼球快速相對運(yùn)動(dòng)時(shí)保護(hù)上皮免受剪切力的破壞。
    粘蛋白可與各種微粒、化學(xué)物質(zhì)、微生物等產(chǎn)生非特異性的相互作用。分泌型粘蛋白可在異物、壞死細(xì)胞等周圍形成小的凝膠，經(jīng)過鼻淚管把眼表的垃圾運(yùn)走。跨膜粘蛋白在上皮表面形成糖衣被，從而提供一個(gè)連續(xù)的保護(hù)屏障，防止病原微生物穿透，因其寡糖側(cè)鏈中富含唾液酸，在保護(hù)粘蛋白使之不易被細(xì)菌產(chǎn)生的蛋白水解酶降解的同時(shí)，還可作為一些微生物的結(jié)合位點(diǎn)，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(zhì)，如溶解酵素、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)導(dǎo)
    跨膜粘蛋白參與細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要有兩種途徑。一是通過生長因子樣的結(jié)構(gòu)域與生長因子受體結(jié)合，調(diào)節(jié)其磷酸化，從而參與調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞生長。二是細(xì)胞內(nèi)片段可通過氨基酸殘基磷酸化和細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相耦聯(lián)，參與促有絲分裂、Wnt信號通路等多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(wěn)定是干眼癥發(fā)生的兩大核心機(jī)制，任何引起淚液滲透壓升高或淚膜不穩(wěn)定的因素都可導(dǎo)致干眼癥的發(fā)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(yīng)造成眼表上皮的破壞，這些破壞包括細(xì)胞凋亡、杯狀細(xì)胞減少以及粘蛋白的改變，它們均可引起淚膜不穩(wěn)定，從而加劇淚液滲透壓的升高，形成惡性循環(huán)。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(fā)病機(jī)制中的中間環(huán)節(jié)，同時(shí)也是干眼癥的結(jié)果之一。
    4.1粘蛋白量的改變
    流式細(xì)胞術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，MUC5AC陽性的杯狀細(xì)胞比例在干眼癥中有所下降。另有研究發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)膜杯狀細(xì)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(jié)膜上皮跨膜粘蛋白的抗體 (AMEM2)，發(fā)現(xiàn)SjÖsgren綜合征患者球結(jié)膜和瞼結(jié)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義的改變，但仍發(fā)現(xiàn)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(wěn)定淚膜、保護(hù)眼表的功能必然受到影響，可導(dǎo)致干眼癥的發(fā)生。
    4.2粘蛋白糖基化的改變
    干眼癥中，啟動(dòng)粘蛋白氧位糖基化的酶的含量發(fā)生了改變。研究發(fā)現(xiàn)，在眼瘢痕性類天皰瘡早期，眼表上皮尚未角化時(shí)，氮乙酰氨基半乳糖(GalNAc)轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)上調(diào)，可能作為一種代償機(jī)制，而后期當(dāng)上皮角化時(shí)，GalNAc轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)則下降。提示在黏液缺乏型干眼中，粘蛋白的氧位糖基化發(fā)生了改變。
    Hicks等研究發(fā)現(xiàn)，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(xì)胞膜提取物中出現(xiàn)了T抗原(Galbl-3GalNAc)，推測可能是干眼癥時(shí)跨膜粘蛋白糖基化不完全導(dǎo)致T抗原的表達(dá)。
    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(xì)菌的結(jié)合位點(diǎn)。Garcher等用ELISA方法對淚液中的CAl9-9進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)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(biāo)記物，故該試驗(yàn)提示干眼癥中粘蛋白的唾液酸化的側(cè)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)干眼患者H185抗體與表層細(xì)胞的結(jié)合明顯減少。另有研究發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(qū)域。糖基化發(fā)生改變，使粘蛋白失去極性，導(dǎo)致粘蛋白之間、粘蛋白與上皮細(xì)胞之間互相粘著，使凝膠層由親水性變?yōu)槭杷裕瑥亩魅趿似渫瑪z水分和穩(wěn)定淚膜的作用，可能是干眼癥發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。正常情況下，無極性或者極性很小的物質(zhì)，如細(xì)胞碎片、脂質(zhì)、革蘭陰性細(xì)菌、空氣中的微粒等易與粘蛋白結(jié)合而不易與上皮細(xì)胞結(jié)合，因?yàn)榍罢叩淖杂赡茌^大，而當(dāng)粘蛋白失去極性而脫水，這些雜質(zhì)則更易與上皮細(xì)胞結(jié)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(dǎo)意義
    5.1對干眼癥診斷的指導(dǎo)意義
    粘蛋白是淚膜必不可少的成分，在維持淚膜穩(wěn)定方面有重要作用，檢測眼表粘蛋白的含量可作為評價(jià)淚膜功能的一種方法。干眼癥中，粘蛋白的含量及結(jié)構(gòu)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(jià)值。
    5.2對干眼癥治療的指導(dǎo)意義
    鑒于粘蛋白在穩(wěn)定淚膜及保護(hù)眼表方面的重要作用，促進(jìn)粘蛋白的分泌或表達(dá)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(xì)胞分泌粘蛋白，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)P2Y2激動(dòng)劑(INS365)促進(jìn)人和兔結(jié)膜組織分泌粘蛋白。臨床試驗(yàn)證實(shí)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(jìn)黏液分泌的作用。實(shí)驗(yàn)證明，吉法脂(gefarnate)能增加結(jié)膜杯狀細(xì)胞的密度、促進(jìn)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(yàn)中。
    杯狀細(xì)胞表達(dá)M-膽堿能受體，擬膽堿藥可以促進(jìn)杯狀細(xì)胞分泌粘蛋白，臨床試驗(yàn)證明口服匹羅卡品能減輕SjÖgren綜合征患者的干眼癥狀。
    環(huán)孢素A已用于干眼的治療，其作用機(jī)制除抗炎、促淚液分泌外，可能還包括促粘蛋白分泌或表達(dá)。環(huán)孢素A能增加干眼患者結(jié)膜杯狀細(xì)胞的數(shù)量，且能在淚腺摘除的犬干眼模型中增加細(xì)胞內(nèi)的粘蛋白含量。
    局部使用糖皮質(zhì)激素能減輕干眼癥患者的刺激癥狀，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)地塞米松能促進(jìn)人角膜上皮表達(dá)MUCl和MUCl6。
    自體血清和維甲酸具有保護(hù)眼表的作用，體外實(shí)驗(yàn)證明，自體血清能增加MUCl、MUC4、MUCl6的表達(dá)，維甲酸則能增加MUC4、MUCl6的表達(dá)，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(jié)膜組織MUCl的選擇性促分泌劑，在兔眼模型中，局部應(yīng)用15-HETE能有效保護(hù)角膜上皮，防止干燥所致的損傷。
    結(jié)膜杯狀細(xì)胞周圍分布著含有血管活性腸肽的神經(jīng)元，體外和活體研究均證實(shí)血管活性腸肽能夠促進(jìn)結(jié)膜杯狀細(xì)胞分泌粘蛋白。
    6展望
    近10年來，對于眼表粘蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的研究已經(jīng)有了很大進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上，深人研究粘蛋白在干眼癥中的改變、意義和機(jī)制將為干眼癥的診斷及治療提供新的線索。

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