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Cystatin C在临床疾病诊疗中的作用

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.356. 分子诊断与治疗杂志2014年9月第6卷第5期J Mol Diagn Ther,September 2014,Vo1.6 No.5 ・综 述・ Cystatin C在临床疾病诊疗中的作用 梁悦 马会平 韩维田 [摘要]Cystatin C,是一种半胱氨酸蛋白酶抑制剂,它表达于所有的有核细胞,在多种疾病中发 挥着积极作用。在肾脏相关疾病中,Cystatin C是评价早期肾损害的敏感指标之一,此外Cystatin C还参 与了神经系统疾病、心力衰竭等心血管疾病,甚至某些癌症的病理生理过程。同时Cystatin C的检测对肝 脏疾病的治疗和预后有着积极的指导意义。 [关键词]Cystatin C(Cys C);阿尔兹海默病;肾病;心血管疾病(CAD);心衰 The role of Cystatin C in clinical disease’S diagnosis and treatment LIANG Yue ,MA Huiping2,HAN Weitian (1.Cytogenetics Laboratory,Liaoning Research Institute of Family Planning,Shenyang,Liaoning,China, 110031;2.Genetic Department,Shenyang Women’S and Children’S Hospital,Shenyang,Liaoning,China, 1loolO) [ABSTRACT] Cysmtin C,a Cys ̄ine proteinase inhibitor,is produced by virtually all nucleated cells in the human body. And it plays a posiitve role in many diseases. Cysteine C is considered as one of sensiitve indicators evaluating early kidney injury in the kidney related diseases.In addiiton,Cystatin C tis involved in the pathophysiological process of nervous system diseases,heart failure and other cardiovasculr adiseases,even in some cancer diseases.In the meantime,the detection of Cystatin C treatment and prognosis of liver disease has a positive signiicafnce in clinica1. [KEY WORDS] Cystatin C(Cys c);Alzheimer’S disease;Kidney disease;Cardiovascular disease (CAD);Heart failure 半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(cystatin C,Cys c)属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族,是存在哺 乳动物组织中的一类重要的蛋白酶.其基本生 理功能是参与细胞内外蛋白水解的。在临 床应用中.Cys C被作为反映肾小球滤过率的灵 敏指标而受到重视,还有许多研究表明。Cys C 1 概述 Cystatin C是1961年Butler,Clausen等人在 肾脏病人尿和正常人脑脊液中发现的.最初被称 为 一trace,后来的研究发现它具有半胱氨酸蛋白 酶类抑制作用故命名为Cys C。它优先表达在脑脊 液、精液、乳汁、滑液、尿液和血浆中。全身所有有 还参与很多种疾病的病理生理过程。本文就 Cys C的生物学特性和其与多种临床疾病的关 系作一概述。 核细胞均可产生Cys C,其代谢率恒定,浓度不受 年龄、性别、饮食、炎症、血脂、肝脏等疾病的干扰。 基金项目:辽宁省重大科技项目(2012225017) 作者单位:1.辽宁省计划生育科学研究院细胞遗传室,辽宁,沈阳110031 2.沈阳市妇婴医院遗传科,辽宁,沈阳110010 通讯作者:韩维田,E—mail:hwtzzf@sohu.corn 分子诊断与治疗杂志2014年9月第6卷第5期J Mol Diagn Ther,September 2014,Vo1.6 No.5 .357. 是一种反映肾小球滤过率变化的理想内源性标志 物。Cys C能调节骨的重吸收、中性粒细胞趋化性、 组织炎症、还有抗细菌、抗病毒作用。 神经元细胞有保护作用,使神经元细胞免受AB诱 导的细胞死亡[引。神经元细胞在营养匮乏、秋水仙 素、星状孢子素、氧化应激的细胞毒性环境下Cys C对细胞具有保护作用。然而这种保护作用不是 Cys C抑制组织蛋白酶B实现的.而是Cys C通 2理化性质 Cys C是由120个氨基酸组成的低分子量非 糖基化碱性蛋白质,相对分子质量为13 kd,人的 过mTOR途径诱导功能性自噬实现的,如果抑制 自噬,Cys C的神经元保护功能就被阻止了。这些 说明神经元细胞在环境改变的条件下,Cys C通过 Cys C基因片段位于20号染色体上。Cys C主要 分布在细胞外液中,如血液、脑脊液、尿液、精液 等.它和半胱氨酸蛋白酶一起调节细胞内外蛋白 质的周转,参与动物体内一系列广泛的和组织重 塑有关的生理和病理过程。血清中的Cys C几乎 完全由肾小球滤过.被肾小管分解代谢,而不被 肾小管重吸收和分泌。 3 Cys C的功能与临床疾病的关系 3.1 Cys C与神经系统疾病 阿尔茨海默病(Alzheimer’S disease,AD)是近 年来一直研究的热点问题.它是以进行性痴呆为 主要症状的神经退行性疾病.是人类中与年龄相 关的认知功能丧失疾病中最常见的一种。已有许 多文献报道,B淀粉样蛋白(amyloid protein p, AB)的过量形成和清除障碍是AD发病的早期过 程和中心环节。许多研究表明迟发性AD与Cys C 的基因连锁相关[ .Cys C具有抗淀粉样蛋白生 成作用。Cys C与AB在脑实质和血管淀粉状蛋白 沉积物中有共定位,这些表明Cys C与AB在淀粉 状蛋白沉积物形成过程中相互作用。有报道称 Cys C结合到Ap上能抑制Ap纤丝和寡聚物的 形成 ]。也有研究证实Cys C与AB在人脑中枢 神经系统中能形成复合物,在人脑和脑脊液中Cys c与可溶性Ap结合,然而在没有Ap沉积非痴呆 对照的个体脑中有稳定的Cys C/A[3复合物而没 有AI3单体。只有在AD病人脑中发现了A[3单 体.这说明在AD病人脑中AI3与自身结合的能力 比与Cys C结合的能力强 。在进行性肌痉挛癫痫 病模型小鼠中上调Cys C表达显示出其固有的神 经保护机制:在各种泡状结构域,溶酶体,细胞外 空间抑制组织蛋白酶介导的凋亡来保护神经元[ , Kaur等人的实验进一步验证了这一结论 。此外 Cys C能够保护神经元避免AB毒性诱导的死亡, 外源性Cys C对暴露于具有AB毒性的环境中的 抑制mTOR(哺乳动物雷帕霉素靶蛋白)途径诱导 功能性自噬来保护神经元细胞这与Cys C在神经 退行性疾病的保护作用相吻合,因此调节Cys C 的表达将成为治疗中风,AD和其它神经退行性疾 病的方案 。。。Cys C在神经系统疾病AD中通过 与AB结合抑制AB纤丝和寡聚物的形成从而阻 止淀粉样蛋白生成,在疾病发生的早期起到十分 重要的作用。此外神经元处在细胞毒性环境中 Cys C通过诱导功能性自噬改变细胞内外环境来 保护神经元,也在早期对神经元功能的保护起到 重要作用,从而防止因神经元功能损伤而导致神 经系统疾病的发生。所以细胞内外Cys C的调节 将是未来治疗和预防神经系统疾病发生的重要方 案。 3.2 Cys C与癌症 Cys C是溶酶体半胱氨酸蛋白酶和组织蛋白 酶B的抑制剂,通过钝化组织蛋白酶活性,它能抑 制癌细胞的侵袭和转移。血清中Cys C或Cys C 与组织蛋白酶B复合物异常已经作为皮肤癌、结 肠癌、肺癌诊断和预后的标志。体外通过特异 siRNA干扰Cys C表达与细胞外信号调节激酶,雄 激素受体协同致使肿瘤细胞侵袭增加,从而揭示了 Cys C影响肿瘤侵袭的新分子机制。在原发性前列 腺癌中Cys C表达下调,同时该研究揭示Cys C 与基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2, Erk2)的表达成负相关。Cys C对原发性前列腺癌 细胞侵袭的影响是通过激活Erk2的抑制剂来实 现的.Erk2的抑制剂能够抑制丝裂原激活的蛋白 激酶(mitogen—activated protein kinase, MAPK)/ Erk2的活性,这就表明Cys C通过调节MAPK/ Erk的级联活性来介导肿瘤细胞的侵袭E“]。在肿瘤 细胞中Cys C通过抑制肿瘤细胞的侵袭和转移来 控制癌细胞的进一步发生.Cys C的表达水平将在 癌症的发生和发展过程中起到关键性作用。 .358. 分子诊断与治疗杂志2014年9月 第6卷第5期J Mol Diagn Ther,September 2014,Vo1.6 No.5 3.3 Cys C与肾病 Cys C是肾功能的一种新的内源性标志物,它 在肾小球率过滤中轻微的减少都能被灵敏地检测 到。肾小球率过滤估算方程是基于肌酸酐或Cys C 而得出的 .它能自由地通过肾小球滤过膜并在 近球小管完全代谢。许多研究表明机体产生Cys C 相当恒定.不受炎症、胆红素、溶血、甘油三酯的影 响.且号I生别、年龄、肌肉量无关,对于早期肾功能 损伤的诊断优于血清肌酐。但是还缺乏证据说明 Cys C临床决定性优于单独应用血清肌酐或肾小 球滤过率。在重症急性肾损伤病人血清中Cys C要 比血清肌酐早24 48小时检测到。Cys C是肾小 球滤过的标志而不是肾小管损伤的标志[13]。相反, 尿中Cys C与肌酐比率是肾小管功能损伤的良好 标志。此外Cys C能够更早、更明显地反映移植术 后肾功能的改善程度[H],而且在提示发生排斥反 应方面比其他指标更敏感。血清Cys C可以作为 肾小球滤过率的理想标记物E ]。在新生儿,与肌酸 酐相比Cys C是肾小球滤过的更敏感指标E ]。所 以Cys C作为一种新的内源性标志物在反映肾脏 疾病发生及愈后将提供更敏感更准确的信息,在 临床检验中将有更广泛的应用。 3.4 Cys C与肝脏纤维化 Cys C与肝脏纤维化的发展也有密切关系, Cys C可参与细胞内外蛋白水解的,保护细 胞免受不适当的内源性或外源性蛋白酶水解,对 半胱氨酸蛋白酶有强烈的抑制作用,与肝实质内 肝细胞外基质成分的代谢和肝纤维化的发生有密 切的联系。在肝纤维化发生时,肝组织内胶原等细 胞外基质成分均在肝内增生和沉积,并反映在外 周血液中.血清Cys C水平随着肝纤维化程度加 重而逐渐升高,进一步说明血清Cys C水平能够 反应肝纤维化的程度,且Cys C有产生恒定,不受 黄疸等影响的优点.是较好的协助诊断及监测肝纤 维化的指标,此外Cys C还可以作为一种生物标 志物用于预测和判断急性/慢性肝衰竭El7].因此 Cys C作为一中内源性生物标志物在肝脏疾病发 展中的检测对临床工作有积极的指导意义。 3.5 Cys C与心血管系统疾病(diseases of cardiovascular system,CAD) Cys C通过抗炎、抑制酶与激素前体的活性参 与CAD的病理、生理过程。已经作为心血管疾病 风险的评估的预测指标[坩]。Cys C是重要的组织蛋 白酶抑制剂,在动脉壁蛋白溶解和抗蛋白溶解活 性平衡中发挥重要作用,参与血管壁、细胞外基质 的产生和降解的动态平衡E ]。有研究 发现动脉 硬化粥样斑块中Cys C含量较正常组织表达减 少.而组织蛋白酶却过度表达,这说明Cys C的缺 失以及蛋白水解酶与其抑制剂在血管壁的失衡可 能是动脉粥样硬化的发病机制之一。Cys C作为半 胱氨酸蛋白酶抑制剂家族中的一员,其重要生理 功能是抑制内源性的半胱氨酸蛋白酶的活性,是 目前发现的对组织蛋白酶B抑制作用最强的抑制 物。以往研究证实炎症参与了动脉粥样硬化和动 脉瘤的发生与发展.炎性介质的刺激可促进血管 平滑肌细胞分泌组织蛋白酶s及K等,使得这类 具有促弹性组织解离特性的半胱氨酸蛋白酶在动 脉弹力蛋白损伤处过度表达,而Cys C在体内可 以强烈地抑制这些半胱氨酸蛋白酶,尤其是抑制 组织蛋白酶.当Cys C含量减少时组织蛋白酶活 性相对增强,就会造成病理损害。此外斑块蛋白溶 解普遍性伴随着抗蛋白溶解因子的消耗,当达到 一定程度时可导致斑块破裂,可见低Cys C水平 有可能触发斑块破裂.因此组织蛋白酶和它们的 抑制剂Cys C表达失衡的对CAD的发生与发展 具有重要意义。Luc等|21]的研究也证实了Cys C 参与动脉粥样硬化的炎症过程.Cys C的表达水平 与冠心病的发生成正相关。随着冠心病患者病变 程度的加重,血清Cys C水平逐渐升高。而在急性 期急性心肌梗死患者血清中Cys C反而降低。这 说明Cys C水平在一定范围内与冠心病病情严重 程度呈正相关,是反映冠心病病变程度的良好指 标。最近研究表明。尿中Cys C浓度与心血管疾病 的死亡风险极为密切.尿中Cys C浓度升高提示 心血管疾病的死亡风险就更高[22]。作为半胱氨酸 蛋白酶抑制剂在的病理生理及发展中起着重要作 用。并且血清中Cys C的水平将是反应CAD病情 程度的关键性指标。 3.6 Cys C与心衰 有研究表明急性冠脉综合症或稳定冠脉疾 病的病死率与Cys C的浓度升高相关 -24] 尽管 Cys C的浓度升高揭示有临床肾病,但是Cys C的 浓度升高还不能揭示导致心血管疾病的机制[25]。 Ix等 对818例冠心病无临床心衰症状的门诊患 分子诊断与治疗杂志2014年9月 第6卷第5期J Mol Diagn Ther,September 2014.Vo1.6 No.5 .359. 者研究发现,高浓度血清Cys C的含量与左室肥厚 及舒张功能不全密切相关。Patel等[z ]研究发现高 水平的Cys C与左心室体积增加和左心室向心性 肥大增加相关,血清Cys C是发现无症状的心脏结 构异常有用指标。Cheng等[鹦]发现高血压所致左心 室肥大的人和大鼠心肌中Cys C和组织蛋白酶表 达水平升高。血清Cys C水平与左心室的舒张功能 有密切关系。来自Peralta等 的研究数据显示。在 and animal models[J].Brain Pathol,2006,1(6):60—70. 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Scand J Clin Lab Invest,2007,6(7):179—190. 【3】 Mi W,Pawlik M,Sas ̄e M,et a1.Cystatin C inhibits amyloid—B deposition in Alzheimer’s disease mouse models[J].Nat Genet,2007,3(9):1440—1442. 【4] Kaeser S A,Herzig M C,Coomaraswamy J,et a1. 普遍的冠心病患者中Cys C与收缩压和脉压呈线 性关系,Cys C与左心室肥厚和左心室舒张功能下 降有明显的相关性。Watanabe等 研究了Cys C 与原发性高血压患者终末器官损伤(心、肾、血管) 的关系,发现Cys C与24小时收缩压(r=0.308, P<0.05),左心室质量指数(,.=0.528,P<0.01)和 颈总动脉内膜厚度(r=0.539,P<0.01)有明显的 相关性。但Cys C对半胱氨酸蛋白酶(包括木瓜蛋 白酶、无花果蛋白酶、溶酶体释放的组织蛋白酶B、 H、L等)的活性有抑制作用,从而保护细胞不受内 源性和外源性蛋白酶的水解。当血清Cys C水平升 高后使半胱氨酸蛋白酶的活性降低,减少其对心肌 细胞的水解.逐渐导致心室肥厚。以此表明血清 Cys C水平升高伴随着心室肥厚、心室功能不全的 发生与发展,导致心衰的发生。因此结合病情及血 清Cys C水平对心功能的评价具有重要意义。 4展望 从上述的研究中我们可以发现.Cys C在神经 系统疾病的治疗和预防方面有着重要意义,为神 经系统疾病的防治带来新的前景.同时为广大学 者对于癌症和肝脏疾病的发生、发展研究方面提 供了新的方向,对临床工作有着积极的指导意义。 Cys C不仅是反映肾小球滤过率变化的理想标志 物之一.而且参与了多种心血管疾病的病理生理 过程,由于它产生的恒定性,有可能在某些心血管 疾病中成为诊断和检测的分子指标。随着基础医 学及临床医学对Cys C的深入研究,Cys C将会为 多种疾病的预防、诊断和治疗提供重要的理论基 础和科学依据。 参考文献 【1]Levy E,Jaskolski M,Gmbb A.The role of cystatin C in cerebral amyloid angiopathy and stroke:cell biology Cystatin C modulates cerebral p—amyloidosis【J】.Nat Genet,2007,3(9):1437—1439. 【5】 Weiqian M,Sonia S,Junga H,et a1.Complexes of amyloid—B and cystatin C in the human central nervous system[J].Alzheimers Dis,2009,l8(2):273—280. 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