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補體C1抑制劑的研究進展
發布時間： 2010-04-27 點擊次數： 2919次摘要補體 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，對補體，凝血、纖溶、激肽釋放等蛋白酶激活系統有重要的抑制功能。 c1INH通過其分子表面的反應中心環與靶酶的活性中心結合形成共價復合物從而達到抑制靶酶活性的作用。 c1INH的遺傳基因位于11號常染色體的 p11.2-q13，遺傳基因中的部分缺失、插入，以及單一堿基對的替代，都將導致血漿 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性水腫有著密切的關系。 c1INH濃縮制劑對遺傳性或獲得性 c1INH水平低下患者有治療作用。
1 C1INH的分子結構及生理功能
補體 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肽酶的活性，與補體、凝血、纖溶和激肽釋放的活化與拮抗平衡有密切的[1]。 c1INH是血漿補體成分 c1的*抑制劑，通過抑制活化補體成分 c1的酯酶活性調節補體活化途徑；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，從而對纖溶平衡具有調節作用[2]。
c1INH為單肽鏈糖蛋白，由478個氨基酸殘基組成。肽鏈的63-97重復出現四肽順序 glx-Pro-Thr-Thr及其變異結構 glx-Pro-Thr，重復次數高達7次。肽鏈內有兩對二硫鍵，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個側糖鏈，大多數糖基（可能是17個）位于肽鏈的 n-末端1-120肽段內，側糖鏈中有6個葡萄糖胺基連接（ n-糖胺鍵）。至少有5個半乳糖胺基連接（ 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，纖維母細胞、單核細胞、巨核細胞等多種肝外細胞具有合成 c1INH的能力。纖維母細胞合成 c1INH的能力比單核細胞的能力大30~50倍， iNF-γ、 iNF-β2、 tNF等細胞因子能促進 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-尾兩結構組成， n-末端的113個氨基酸殘基組成棒狀尾部結構區，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、以及在與白細胞表面的結合等方面起作用[4，5]。 c-末端的365個殘基組成球狀頭部結構區，是 serpins同源區，具有 serpins的功能。 serpins同源區由8個α-螺旋結構、3個β-折疊結構、1個反應中心環（ reactive central Loop,RCL）以及部分其它無規則結構組成。 c1INHR的 rCL為 a-β-折疊結構的第5肽段（ s）與 c-β-折疊結構第1肽段（ s1C）間的連接肽，在 c1INH分子表面向外伸展形成一個可折疊的環狀結構。 rCL長度約為20個氨基酸殘基，具有 c1-底物結構的相同特征，包括氨基酸順序、酶反應中心連接特征、柔韌性等，其空間結構與靶酶活性中心的空間結構互補[4，5]。
c1INH的反應中心為肽鏈第444-445位的 arg-Thr，位于 rCL中。在靶酶抑制過程中，反應中心的 p1（ arg444）被靶酶識別、捕獲，形成靶酶-抑制劑1：1結合的共價復合物， c1INH的 arg444-Thr445乙酰鍵被裂解，從 c-末端裂解下一個分子量為4kDa的34個氨基酸殘基的小肽段，肽鍵斷裂后在 p1位產生的新羧基將靶酶反應中心的 ser乙酰化，形成共價復合物，從而直到抑制酶活性的作用[5]。
2 C1INH的分子遺傳學特征和變異
c1INH基因位于第11號染色體的 p11.2-q13。據推斷， c1INH基因全長至少16kb，由8個外顯子（ exon）和7個內含子（ intron）組成[6]。 c1INH遺傳缺陷表現為基因的微小缺失、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 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體，在Ⅱ型 hAE患者的血漿中含有功能異常性 c1INH[10~15]。
早期對Ⅰ型 hAE患者的 c1INH基因的研究發現該類患者有一個異常短的 c1INH mRNA。采用 pCR技術將患者 c1INHmRNA放大分析，提示了從異常 c1INH基因衍生出一個較小的160bp dNA，相應于外顯子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]的研究發現了另一種類型的Ⅰ型 c1INH變異。患者 c1INH遺傳基因外顯子Ⅷ中第1414-1433的20個堿基對出現了重復結構，導致了一個正常的終止密碼子缺失，產生了一個比正常 c1INH多52個氨基酸殘基的異型 c1INH。將變異型基因重組到纖維母細胞中表達，胞內 c1INH的肽鏈分子量高達98kDa，明顯高于正常 c1INH基因在纖維母細胞中所表達的肽鏈分子量（78kDa）；而變異型 c1INH表達后分泌發生降解。 ernst等[8]認為這可能起因于異型 c1INH的糖基化異常或分泌通道的識別異常導致分泌量減少。
kawachi等[9]報道了一類因內含子單一堿基替代變異所致Ⅰ型 hAE。患者 c1INH遺傳基因第7內含子5-末端鏈接識別位點發生了 t→ a單一堿基替代變異，印跡試驗證明患者具有正常大小的 c1INH mRNA，但量僅及正常個體量的50%。變異基因在轉錄過程中出現迅速的降解，導致 mRNA的含量降低，引發血漿 c1INH水平低下，表現出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Ⅱ變異發生在 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，當發生單一堿基對替代變異后， rCL上的氨基酸順序發生變異，由于產生靶酶識別的異常或 c1INH-靶酶中間復合物穩定性減弱，zui終導致 c1INH功能性異常，表現出 hAE[10~14]。
在 rCL上的變異中，多數變異發生在反應中心的 p1（ arg444）上。編碼 arg444的密碼子 cGC含有一個極易突變的 cpG二聚核苷酸，當 c被 t替代后，反應中心的 arg444變異為 cys，發生了已被命名的 da、 ca、 fe的 c1INH變異；當 g被 a替代后，反應中心的 arg444被 his替代，發生了 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 p1位的 arg發生替代變異后， c1INH發生了靶酶識別異常， c1-抑制功能異常。
ocejo-Vinyals等[13]報道了一個Ⅱ型 hAE變異的西班牙家族，在該家庭中發現了 p1’（ thr445）的替代變異。 p1’是反應中心的另一靶酶識別位點；當編碼 thr的密碼子發生 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變成為底物特性，導致血漿 c1INH的靶酶抑制活性降低，引發Ⅱ型 hAE。
在鄰近反應中心 p1（ arg444）的 p10、 p12、 p14位的 ala（即肽鏈 ala436、 ala434、 ala432）亦是突變熱點，對抑制劑-靶酶復合物的穩定性至關重要。當編碼 ala的密碼子突變， ala被 glu替代，發生 ma型（ ala434→ glu）變異和 we型（ ala432→ glu）變異；被 thr替代，發生 mo型（Ala436→ thr）變異和 ca型（Ala436→ thr）變異[14]。
ala443的替代變異發現于系統性紅斑狼瘡（ systemic lupus Erythematosus, SLE）而未出現 hAE的家族。 ala443緊鄰反應中心 arg444當它被 val替代后，大分子氨基酸的側鏈基因影響到 c1INH對靶酸的識別， c1INH對 c1亞組分的抑制活性減弱，因而引發補體激活-抑制調節失衡的疾病 sLE。但變異型 c1INH對 fⅩⅡ a、激肽釋放酶的抑制活性正常，在臨床上未表現出 hAE[11，12]。
ta型 c1INH變異是迄今發現的*發生在 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的肽鏈結構缺少 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，產生了一個新的糖基化位點。 lys251位于 f-α-螺旋與 a-β-折疊之間，變異結構通過 f-α-螺旋直接或間接地破壞了 a-β-折疊結構，對形成蛋白酶-抑制劑穩定復合物產生了影響，導致酶抑制功能低下[15]。
3 C1INH缺乏相關性疾病
血管神經性水腫（ angioeurotic edema,AE）是因血漿中血管滲透活性增強所致，這與補體系統或接觸系統的激活產生與血管滲透性有關的激肽類物質有關。 c1INH作為補體組分 c1*的抑制劑， fⅩⅡ a的主要抑制劑，其缺乏將導致補體系統和/或接觸系統活化的調節失衡，使激肽濃度增高，血管滲透性增強，從而表現出血管神經性水腫的臨床癥狀，如體表水腫或粘膜水腫，全身性任何部位發生自限性血管性水腫。當發生粘膜水腫時，三分之二的病人出現突發性腹痛、腹脹、嘔吐、不能排氣等腸梗阻等表現。半數以上的病人有咽部水腫、吞咽困難、聲嘶、憋氣。約有80%的病人發生喉頭水腫窒息而死亡[1，2]。
遺傳性血管神經性水腫（ hereditary angioeurotic Edema,HAE）是一種常染色體遺傳病，發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抗原含量正常或略高，但靶酶抑制活性異常或低下[1，9~15]。
獲得性血管神經性水腫（ acquired angioneurotic Edema,AAE）是正常 c1INH遺傳個體，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代謝正常或輕微的升高[16~23]。隨著病理診斷學的發展，已根據診斷特征將 aAE分為Ⅰ型和Ⅱ型兩大類型。Ⅰ型 aAE與淋巴細胞增生異常性疾病或其它惡性腫瘤如淋巴瘤、慢性淋巴細胞性白血病等有關，尤其是淋巴瘤[17，18]。此類患者體內產生了針對*型（ idiotype）抗原的抗體。抗體識別新生 b-細胞的*型抗原，形成*型抗原-抗體復合物。這類抗原抗體復合物對 c1的活化能力比其它類型的抗原-復合物對 c1的活化能力強，過量的活化 c-1導致 c1INH的大量消耗，引發血漿 c1INH水平低下，從而使補體激活途徑和/或接觸系統的活化調節失衡，引發 aAE[1,16~18]。
donaldson等[19]發現了另一種類型的 aAE病例（Ⅱ型）。患者血漿中產生了針對 c1INH的自身抗體。他們從這類 aAE患者發病期間的血漿中純化出抗自身 c1INH抗體并證明該抗體識別 c1INH反應中心約8個氨基酸長度的抗原決定簇。 c1INH反應中心與抗 c1INH抗體結合后， c1INH不能與活化的 c-1形成穩定的復合物，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在血管神經性水腫治療中的應用
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，恢復對補體活化、接觸系統活化的調節功能，以迅速控制 hAE或 aAE。自80年代初， c1INH濃縮制劑應用于臨床以來，除1例長期使用 c1INH濃縮制劑產生抗 c1INH抗體外，未見有其它副作用的報道[24~26]。
1996年， donaldson等[24]報道了用 c1INH濃縮制劑治療1例 hAE伴 sLE合并抗 c1INH抗體的病例。患者每周接受2180IU的 c1INH濃縮制劑的靜脈輸注治療，患者的 hAE伴 sLE并發癥得到良好的控制，在用 c1INH濃縮制劑8個月后，患者產生了對 c1INH的抗體，方停止使用 c1INH。在此期間，患者一直未出現其他副作用，身體亦得到良好的恢復。
在對Ⅱ型 aAE的 c1INH的補充治療過程中發現， c1INH靜脈輸注有加重 aAE的現象。現代臨床應用研究證明，當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，產生了更多的抗原-抗體復合物，激活 c1從而加快了 c1INH的消耗，而 c1INH的低劑量補充又不足以抑制補體激活途徑，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 c1INH的中和作用。Ⅱ型 aAE患者所需適當劑量可通過體外測定血漿與 c1INH形成抗原—抗體復合物的量來進行清除后， c1INH水平得到恢復， 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的生產工藝中， c1INH濃縮制劑的使用更加安全可靠。
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