uPA及uPAR与类风湿关节炎的研究进展
作者:管兴发 董金波 王维山
摘要：类风湿性关节炎是以慢性滑膜炎为特征，最终导致骨吸收，骨破坏和骨纤维化的自身免疫性疾病；近年来大量的研究证实尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）及及其受体(uPAR)在类风湿性关节炎的病理过程中起到重要作用， 本文就此作一综述。
关键词：uPA uPAR 类风湿关节炎
类风湿性关节炎是一种常见的炎症性关节炎，它的主要病理表现在细胞因子的生成、滑膜的增生，软骨及骨关节的炎症反应及损伤。局部由单核细胞、巨噬细胞产生的因子如IL-1、肿瘤坏死因子α和白三烯B4，能刺激白细胞移行进入滑膜。前列腺素E2的扩血管作用也能促进炎症细胞进入炎症部位，能吞噬免疫复合物及释放溶酶体，包括中性蛋白酶和胶原酶，破坏胶原弹力纤维，使滑膜表面及关节软骨受损。目前, 由软骨细胞所产生的参与细胞外基质及基底膜成分降解的蛋白水解酶成为国内外学者研究类风湿关节炎发病机理的热点。本文就尿激酶型纤溶酶原激活剂( uroki-nase-type p lasrinogen activator, uPA) 及其受体( urokinase-typep lasrinogen activator recep tor, uPAR) 在类风湿关节炎研究中的进展情况作一综述。
1 uPA /uPAR的结构与功能
111 uPA的结构与功能
11111 uPA的结构
uPA是一种丝氨酸蛋白水解酶, 基因DNA位于10号染色体的长臂上〔1〕, 大小为614kb, 包含11个外显子, 10个内含子。uPA分scu-PA ( single-chain urokinase p lasrinogen activator) 和tcu-PA ( two-chain urokinase p lasminogen activator) 2 种存在形式〔〕。其天然型(细胞刚分泌时) 为单链分子, 故称单链尿激酶型纤溶酶原激活剂即scu-PA或称前uPA (p ro-uPA) , 由411个氨基酸组成, 相对分子量为4916～5416 ku的糖蛋白。单链肽链中赖氨酸158与缬氨酸159之间的肽腱经纤溶酶, 凝血调节因子, 组织蛋白酶〔〕等水解使之转换成由2个二硫键连接的有活性的双链uPA分子即tcu-PA, 其肽链C2末端为丝氨酸蛋白酶结构域, 内含具有催化作用的三肽即组氨酸204 , 天冬氨酸255和丝氨酸356 ; 而N2末端含生长因子结构域和kringle组成, 生长因子结构域是uPA 与uPAR 结合的部位, kringle结构域主要对uPA与uPAR结合后起稳定作用〔2〕。
11112 uPA的功能
uPA主要通过与uPAR结合发挥作用, 但uPA 也单独具有一定的功能: 作用于生理、病理条件下的细胞迁移和组织修复、介导细胞外基质蛋白的水解、裂解Ⅳ型胶原酶、将纤溶酶原激活为纤溶酶、间接激活其他蛋白水解酶以及直接降解细胞外基质及基底膜〔。另外, 纤溶酶本身还可以直接裂解p ro-uPA为uPA, 从而形成一个正反馈环〕。
112 uPAR的结构与功能
11211 uPAR的结构
uPAR是uPA受体, 又称CD87, 是一种新的纤溶因子。最早由Stoppelli等在单核细胞和单核样U937细胞系中发现,其基因位于19号染色体的长臂, 基因组DNA全长21123kb,由7个外显子和6 个内含子所组成。uPAR 的cDNA 全长114kb, 初始翻译产物包含313个氨基酸残基的多肽和22个氨基酸残基的信号肽, 经过翻译后的加工过程, 成熟的uPAR由283个氨基酸残基构成, 胱氨酸占总氨基酸组成的10% , 其分子量为5416～6015 ku。uPAR在丝氨酸282 - 甘氨酸283位点处以糖基化磷脂酰肌醇( GP I) 锚定形式结合在细胞膜表面。其具有3个通过二硫键连接的同源结构域33, 每个结构域约含90个氨基酸残基。3个同源结构域分别为D1、D2、D3 , 其氨基端第一结构域D1 的87个氨基酸是uPA氨基端缩合的部位, 与uPA及p ro-uPA有很高的亲和力, 其他两个结构域D2 和D3 的绞链区含有决定uPAR趋化性的抗原决定簇。
11212 uPAR的功能
uPAR是一个多功能的分子, 除可结合uPA外, 还参与失活的uPA-PA Is复合物的内吞, 介导细胞信号传导及调节粘附分子功能等。在细胞迁移、新生血管的形成、组织重建等生理和病理过程中发挥重要作用。
11213 uPAR与整合素
由于uPAR通过GP I锚定在细胞膜上, 缺少跨膜成分, 因此uPAR介导的细胞外信号必须依靠其他信号分子或受体的协同作用才能向细胞内传递信号, 目前临床研究较为常见且清楚的是整合素家族4〕。Reuning等〔5〕研究认为整合素家族作为一类细胞表面分子, 除介导细胞与细胞外基质( ECM)及细胞间黏附外, 还可与uPA /uPAR结合, 簇集在细胞表面, 继而诱导一系列细胞内信号传导途径。Wei等采用免疫沉淀和蛋白印迹法发现, uPAR 可与β1、β2、β3 整合素结合。从而传递uPAR介导的信号。uPA /uPAR在整合素以及细胞外基质的共同作用下表达明显增强, 而且整合素的效应也在uPA /uPAR存在下发挥更为充分, 它们协同调控着细胞间的蛋白水解、黏附、迁移等〔。
113 uPA /uPAR结合体的功能
大分子p ro-uPA和uPA与uPAR均有亲和力, 其结合体的功能主要有: (1) 与uPAR结合后的p ro-uPA, 要比游离状态下更易被活化为活性的uPA; (2) 与uPAR结合的uPA活性明显增加, 实验证实uPA的蛋白裂解活性至少增加20倍;(3) 二者结合后, 可显著加速纤溶酶原转化为纤溶酶, 从而促使纤溶酶裂解细胞外基质成分的功能增加; ( 4 ) 另外,uPA /uPAR结合体可激活或者增加细胞外基质中胶原蛋白酶原和细胞因子的产生, 共同参与对细胞外基质的降解〔6、7。
2 uPA /uPAR与类风湿性关节炎
211 uPA /uPAR在类风湿性关节炎中的表达及病理作用
近年来大量实验证明: uPA /uPAR在类风湿性关节炎的病理过程中相互协同, 共同促进对关节软骨的损伤作用。二者在类风湿性关节炎病变过程中主要通过如下途径发挥其病理作用。其一为纤溶酶依赖性途径, 指活化的纤溶酶, 不仅能直接引起软骨和骨基质蛋白降解, 而且可以诱导纤维蛋白的降解、活化前金属蛋白酶、激活某些潜在的细胞因子等, 它们协同作用, 最终导致关节软骨和骨基质的进行性降解; 其二为非纤溶酶依赖性途径, 指uPA、uPAR二者结合后, 可以直接促进炎性细胞的增殖、迁移和黏附, 也可以直接引起细胞外基质降解, 导致骨性关节炎病变。
212 uPA /uPAR在类风湿性关节炎中的调节
基质金属蛋白酶(matrix metallop roteinases, MMPs) 是降解软骨细胞基质的主要蛋白酶之一, 能直接切断软骨的Ⅱ型胶原和蛋白聚糖, 破坏软骨结构, 最终导致骨关节炎的发病〔8。其在骨关节炎的滑膜、软骨组织均可产生, 初始产物为没有活性的酶原形式即Pro-MMPs, 当被uPA激活的纤溶酶裂解后, 便活化为具有活性的形式MMPs。有实验证明,MMPs家族MMP-3可以通过降低激活纤溶酶原而下调与细胞有关的纤溶酶活性, 同时MMP-3也可以水解抗纤溶酶( aAP) , 从而促进纤溶酶介导的蛋白酶解〕。Pap等应用免疫组化研究了不同程度骨性关节炎的不同层面软骨组织中MMP-3和uPA表达情况, 认为二者之间呈正相关, 共同促进软骨的降解。Kikuchi等〔9〕也发现, MMPs与uPA /uPAR相互协作, 相互促进, 共同作用于软骨细胞外基质的降解过程。Schwab等研究表明, uPAR 不但受IL-1β的调节, 而且同MMPs协同作用, 促使关节软骨的降解。PA I (p lasminogen activator inhibitor) 是纤溶酶原激活因子抑制物, 其可与uPA 以非共价键形式结合为稳定的复合物,使uPA失活, 从而缓解细胞外基质的降解; 另外, PA I可以通过uPA /uPAR /PA I复合物在细胞内的快速吸收, 加快uPA的破坏10。
213 uPA /uPAR在类风湿性关节炎中的意义
由于uPA /uPAR在软骨和骨基质的降解过程中发挥着重要作用, 因此对uPA /uPAR的病理过程进行阻断、抑制uPA /uPAR的活性、促进uPA降解等方案, 均可能成为治疗类风湿性关节炎的新途径。PA I作为uPA的天然抑制物, 在类风湿关节炎的病变发生中起着重要的作用, 这一特性同样给uPA /uPAR作为治疗骨性关节炎的靶点提供了较好的理论基础。
uPA /uPAR在类风湿性关节炎的发生过程中起着极其重要的作用, 它不但直接作用于骨关节软骨组织的降解中, 而且与MMPs、细胞因子等之间相互协同, 相互促进, 加速类风湿关节炎的进展。反义核酸技术是一种靶向性的方式，它利用序列特异性反义寡核苷酸在细胞内部与靶位结合，干扰其翻译过程或结合在靶基因上干扰靶基因的转录。目前由于反义核酸技术对特定基因的转录、翻译的专一性干扰，已成为在病毒感染、肿瘤和类风湿关节炎治疗方面重要的研究方向。类风湿滑膜有许多方面类似于局限性侵袭性生长的肿瘤，因而应用反义UPAR技术进行某特定基因的干扰而达到治疗其的目的成为可能。
4 ：
〔1〕 Dmartel,Pelletier J. Pathophysiology of osteoarthritis [ J ]. Osteoarthritis
Cartilage, 2004, 12 ( Supp lA) : 31-33.
〔2〕 Bdeir K, Kuo A, Sachais BS, et al. The kringle stabilizes urokinase
binding to the urokinase recep tor [ J ]. Blood, 2003, 102 ( 10 ) : 3600-3608.
〔3〕 Mondino A,Blasi F. uPA and uPAR in fibrinolysis, immunity and pa-thology[ J ]. Trends Immunol, 2004, 25 (8) : 450-455.
〔4〕 SchwabW, Gavlik JM, Beichler T, et al. Exp ression ofthe urokinase-type p lasminogen activator recep tor in human articular chondrocytes:association with caveolin and beta 12integrin[ J ]. Histochem CellBiol,2001, 115 (4) : 317-323.
〔5〕 Reuning U,Magdolen V, Hapke S, et al. Molecular and functional in-
terdependence of the urokinase2type p lasminogen activator system with
integrins[ J ]. Biol Chem, 2003, 384 (8) : 1119-1131.
〔6〕 J in T, Tarkowski A, Carmeliet P, et al. Urokinase, a constitutive com-
ponent of the inflamed synovial fluid, induces arthritis [ J ]. Arthritis
Res Iher, 2003, 5 (1) : 9217.
〔7〕 ShakibaeiM, Schulze-Tanzil G, et al. Exp ression of the VEGF recep-
tor-3 in osteoarthritic chondrocytes: stimulation by interleukin-1 beta
and association with beta 1-integrins[ J ]. Histochem Cell Biol, 2003,
120 (3) : 235-241.
〔8 〕 Tetlow LC, Adlam DJ, Woolley DE. Matrix metallop roteinase and
p roinflammatory cytokine p roduction by chondroeytes of human osteo-
arthritic cartilage: associationswith degenerative changes[ J ]. Arthritis
Rheum, 2001, 44 (3) : 585-594.
〔9〕 TakafujiVA, Howard RD,Ward DL, et al. Modulation of equine articu-
lar chondrocyte messenger RNA levels following brief expesures to re-
combinant equine interleukin-lbeta [ J ]. Vet Immunol Immunopathol,
2005, 106 (122) : 23-38.
〔10〕 Andersen OM, Petersen HH, Jacobsen C, et al. Analysis of a two-do-
main binding site for the urokinase-type p lasminogen activator-p las-minogen activator inhibitor-1 comp lex in low-density-lipop rotein-recep tor-related p rotein[ J ]. Biochem J, 2001, 357 ( Pt i) : 289-296.
