补体C1抑制剂的研究进展
摘要补体 c1抑制剂（ c1 inhibitor,C1INH）是丝氨酸蛋白酶抑制剂（ serine protease Inhibitors, Serpins）“家族”的成员之一，对补体，凝血、纤溶、激肽释放等蛋白酶激活系统有重要的抑制功能。 c1INH通过其分子表面的反应中心环与靶酶的活性中心结合形成共价复合物从而达到抑制靶酶活性的作用。 c1INH的遗传基因位于11号常染色体的 p11.2-q13，遗传基因中的部分缺失、插入，以及单一碱基对的替代，都将导致血浆 c1INH水平低下或功能异常。 c1INH的遗传性或获得性缺乏与血管神经性水肿有着密切的关系。 c1INH浓缩制剂对遗传性或获得性 c1INH水平低下患者有作用。
关键词：补体 c1抑制剂丝氨酸蛋白酶抑制剂遗传性血管神经性水肿获得性血管神经性水肿
1 C1INH的分子结构及生理功能
补体 c1抑制剂（ c1 inhibitor,C1INH）是血浆中重要的丝氨酸蛋白酶抑制剂（ serpins）家族成员之一，具有抑制多种丝氨酸内肽酶的活性，与补体、凝血、纤溶和激肽释放的活化与拮抗平衡有密切的联系[1]。 c1INH是血浆补体成分 c1的唯一抑制剂，通过抑制活化补体成分 c1的酯酶活性调节补体活化途径；它也是 fⅩⅡ a的主要灭活剂，占血浆 fⅩⅡ a抑制活性的90%；它可抑制血浆中50%的激肽释放酶活性； c1INH亦能抑制纤维蛋白溶解酶的活性，从而对纤溶平衡具有调节作用[2]。
c1INH为单肽链糖蛋白，由478个氨基酸残基组成。肽链的63-97重复出现四肽顺序 glx-Pro-Thr-Thr及其变异结构 glx-Pro-Thr，重复次数高达7次。肽链内有两对二硫键，分别为 cys101-Cys406、 cys108-Cys183。 c1INH高度糖基化，糖含量约占分子总量的33%～35%。肽链上连接有约20个侧糖链，大多数糖基（可能是17个）位于肽链的 n-末端1-120肽段内，侧糖链中有6个葡萄糖胺基连接（ n-糖胺键）。至少有5个半乳糖胺基连接（ o-糖胺键），分别连接于 thr26、 ser42、 thr66、 thr70、 thr74。其它可能被糖基化的氨基酸残基为 thr77、 thr84、 thr85、 thr89、 thr93、 thr96、 thr97。完整的 c1INH分子量为104kDa，等电点为 pH2.7～2.8。血浆中 c1INH的含量约为2μ mole/L(约220mg/L)[1]。
c1INH主要是在肝脏合成，纤维母细胞、单核细胞、巨核细胞等多种肝外细胞具有合成 c1INH的能力。纤维母细胞合成 c1INH的能力比单核细胞的能力大30~50倍， iNF-γ、 iNF-β2、 tNF等细胞因子能促进 c1INH的合成[3]。
c1INH属 serpins家族中的一员，与其它 serpins成员如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]通过中子散射（ neutron scattering）分析，推断 c1INH分子由头-尾两结构组成， n-末端的113个氨基酸残基组成棒状尾部结构区，它高度糖基化，无 serpins功能，推测它可能与防止 c1自身聚集性自激活、以及在与白细胞表面的结合等方面起作用[4，5]。 c-末端的365个残基组成球状头部结构区，是 serpins同源区，具有 serpins的功能。 serpins同源 区由8个α-螺旋结构、3个β-折叠结构、1个反应中心环（ reactive central Loop,RCL）以及部分其它无规则结构组成。 c1INHR的 rCL为 a-β-折叠结构的第5肽段（ s5A）与 c-β-折叠结构第1肽段（ s1C）间的连接肽，在 c1INH分子表面向外伸展形成一个可折叠的环状结构。 rCL长度约为20个氨基酸残基，具有 c1-底物结构的相同特征，包括氨基酸顺序、酶反应中心连接特征、柔韧性等，其空间结构与靶酶活性中心的空间结构互补[4，5]。
c1INH的反应中心为肽链第444-445位的 arg-Thr，位于 rCL中。在靶酶抑制过程中，反应中心的 p1（ arg444）被靶酶识别、捕获，形成靶酶-抑制剂1：1结合的共价复合物， c1INH的 arg444-Thr445乙酰键被裂解，从 c-末端裂解下一个分子量为4kDa的34个氨基酸残基的小肽段，肽键断裂后在 p1位产生的新羧基将靶酶反应中心的 ser乙酰化，形成共价复合物，从而直到抑制酶活性的作用[5]。
2 C1INH的分子遗传学特征和变异
c1INH基因位于第11号染色体的 p11.2-q13。据推断， c1INH基因全长至少16kb，由8个外显子（ exon）和7个内含子（ intron）组成[6]。 c1INH遗传缺陷表现为基因的微小缺失、插入或有限碱基替换，或其它基因的缺陷导致血浆中 c1INH被不正常地加工和修饰[7~15]。在 hAE的临床诊断中，根据 c1INH抗原浓度与活性降低的程度分为Ⅰ型和Ⅱ型 hAE。Ⅰ型 hAE患者血浆中的 c1INH抗原含量以及靶酶抑制活性仅及正常水平的30%~50%[7~9]；而Ⅱ型 hAE患者血浆中具有正常、略低或略高的 c1INH抗原含量，但靶酶抑制活性却低于正常个体，在Ⅱ型 hAE患者的血浆中含有功能异常性 c1INH[10~15]。
早期对Ⅰ型 hAE患者的 c1INH基因的研究发现该类患者有一个异常短的 c1INH mRNA。采用 pCR技术将患者 c1INHmRNA放大分析，提示了从异常 c1INH基因衍生出一个较小的160bp dNA，相应于外显子Ⅶ有核苷酸的丢失。因此合成了小于正常分子量的 c1INH[7]。
ernst等[8]的研究发现了另一种类型的Ⅰ型 c1INH变异。患者 c1INH遗传基因外显子Ⅷ中第1414-1433的20个碱基对出现了重复结构，导致了一个正常的终止密码子缺失，产生了一个比正常 c1INH多52个氨基酸残基的异型 c1INH。将变异型基因重组到纤维母细胞中表达，胞内 c1INH的肽链分子量高达98kDa，明显高于正常 c1INH基因在纤维母细胞中所表达的肽链分子量（78kDa）；而变异型 c1INH表达后分泌发生降解。 ernst等[8]认为这可能起因于异型 c1INH的糖基化异常或分泌通道的识别异常导致分泌量减少。
kawachi等[9]报道了一类因内含子单一碱基替代变异所致Ⅰ型 hAE。患者 c1INH遗传基因第7内含子5-末端链接识别位点发生了 t→ a单一碱基替代变异，印迹试验证明患者具有正常大小的 c1INH mRNA，但量仅及正常个体量的50%。变异基因在转录过程中出现迅速的降解，导致 mRNA的含量降低，引发血浆 c1INH水平低下，表现出Ⅰ型 hAE。
c1INH的Ⅱ型变异为单一碱基变异，包括碱基替换或缺失[10~15]。
多数Ⅱ变异发生在 c1INH的 rCL上。编码 rCL氨基酸顺序的密码 子位于 c1INH基因的外显子Ⅷ，当发生单一碱基对替代变异后， rCL上的氨基酸顺序发生变异，由于产生靶酶识别的异常或 c1INH-靶酶中间复合物稳定性减弱，最终导致 c1INH功能性异常，表现出 hAE[10~14]。
在 rCL上的变异中，多数变异发生在反应中心的 p1（ arg444）上。编码 arg444的密码子 cGC含有一个极易突变的 cpG二聚核苷酸，当 c被 t替代后，反应中心的 arg444变异为 cys，发生了已被命名的 da、 ca、 fe的 c1INH变异；当 g被 a替代后，反应中心的 arg444被 his替代，发生了 ri、 sp型变异； at、 bo、 gu、 za等型的变异皆为类似的变异， arg444分别被 his、 his、 leu、 ser、 his替代[10~12]。当 p1位的 arg发生替代变异后， c1INH发生了靶酶识别异常， c1-抑制功能异常。
ocejo-Vinyals等[13]报道了一个Ⅱ型 hAE变异的西班牙家族，在该家庭中发现了 p1’（ thr445）的替代变异。 p1’是反应中心的另一靶酶识别位点；当编码 thr的密码子发生 a→ c的替代变异， thr445被 cys所替代，变异后的 c1INH由靶酶的抑制剂特性转变成为底物特性，导致血浆 c1INH的靶酶抑制活性降低，引发Ⅱ型 hAE。
在邻近反应中心 p1（ arg444）的 p10、 p12、 p14位的 ala(即肽链 ala436、 ala434、 ala432)亦是突变热点，对抑制剂-靶酶复合物的稳定性至关重要。当编码 ala的密码子突变， ala被 glu替代，发生 ma型（ ala434→ glu）变异和 we型（ ala432→ glu）变异；被 thr替代，发生 mo型(Ala436→ thr)变异和 ca型(Ala436→ thr)变异[14]。
ala443的替代变异发现于系统性红斑狼疮（ systemic lupus Erythematosus, SLE）而未出现 hAE的家族。 ala443紧邻反应中心 arg444当它被 val替代后，大分子氨基酸的侧链基因影响到 c1INH对靶酸的识别， c1INH对 c1亚组分的抑制活性减弱，因而引发补体激活-抑制调节失衡的疾病 sLE。但变异型 c1INH对 fⅩⅡ a、激肽释放酶的抑制活性正常，在临床上未表现出 hAE[11，12]。
ta型 c1INH变异是迄今发现的唯一发生在 rCL以外氨基酸缺失性变异。由于编码 lys251的密码子缺失，合成的 ta型 c1INH的肽链结构缺少 lys251。因此 lys251相邻位置的氨基酸顺序由 asn-Lys-Ile-Ser变异成为 asn-Ile-Ser，产生了一个新的糖基化位点。 lys251位于 f-α-螺旋与 a-β-折叠之间，变异结构通过 f-α-螺旋直接或间接地破坏了 a-β-折叠结构，对形成蛋白酶-抑制剂稳定复合物产生了影响，导致酶抑制功能低下[15]。
3 C1INH缺乏相关性疾病
血管神经性水肿（&nbs p;angioeurotic edema,AE）是因血浆中血管渗透活性增强所致，这与补体系统或接触系统的激活产生与血管渗透性有关的激肽类物质有关。 c1INH作为补体组分 c1唯一的抑制剂， fⅩⅡ a的主要抑制剂，其缺乏将导致补体系统和/或接触系统活化的调节失衡，使激肽浓度增高，血管渗透性增强，从而表现出血管神经性水肿的临床症状，如体表水肿或粘膜水肿，全身性任何部位发生自限性血管性水肿。当发生粘膜水肿时，三分之二的病人出现突发性腹痛、腹胀、呕吐、不能排气等肠梗阻等表现。半数以上的病人有咽部水肿、吞咽困难、声嘶、憋气。约有80%的病人发生喉头水肿窒息而死亡[1，2]。
遗传性血管神经性水肿（ hereditary angioeurotic Edema,HAE）是一种常染色体遗传病，发病率约为五万分之一。85%的 hAE病人属Ⅰ型，患者血浆中 c1INH抗原含量降低并且酶抑制活性水平降低，约为正常人的30%，甚至更低。Ⅱ型 hAE患者的血浆 c1INH抗原含量正常或略高，但靶酶抑制活性异常或低下[1，9~15]。
获得性血管神经性水肿（ acquired angioneurotic Edema,AAE）是正常 c1INH遗传个体，因某种特定病理生理过程引起 c1INH消耗增加所致，其特征为 c1INH、 cH50、 c1q、 c1、 c4以及 c2水平均低下。与 hAE不同的是， aAE病人的 c1INH代谢正常或轻微的升高[16~23]。随着病理诊断学的，已根据诊断特征将 aAE分为Ⅰ型和Ⅱ型两大类型。Ⅰ型 aAE与淋巴细胞增生异常性疾病或其它恶性肿瘤如淋巴瘤、慢性淋巴细胞性白血病等有关，尤其是淋巴瘤[17，18]。此类患者体内产生了针对独特型（ idiotype）抗原的抗体。抗体识别新生 b-细胞的独特型抗原，形成独特型抗原-抗体复合物。这类抗原抗体复合物对 c1的活化能力比其它类型的抗原-复合物对 c1的活化能力强，过量的活化 c-1导致 c1INH的大量消耗，引发血浆 c1INH水平低下，从而使补体激活途径和/或接触系统的活化调节失衡，引发 aAE[1,16~18]。
donaldson等[19]发现了另一种类型的 aAE病例（Ⅱ型）。患者血浆中产生了针对 c1INH的自身抗体。他们从这类 aAE患者发病期间的血浆中纯化出抗自身 c1INH抗体并证明该抗体识别 c1INH反应中心约8个氨基酸长度的抗原决定簇。 c1INH反应中心与抗 c1INH抗体结合后， c1INH不能与活化的 c-1形成稳定的复合物，丧失抑制靶酶的活性，从而加快了在血浆中的消耗，使血浆中的 c1INH酶解片段增加[19~23]。
4 C1INH在血管神经性水肿中的应用
急性期、威胁生命的 hAE或 aAE已成功地采用 c1INH制剂静脉输注，使血液 c1INH的水平迅速得到提高，恢复对补体活化、接触系统活化的调节功能，以迅速控制 hAE或 aAE。自80年代初， c1INH浓缩制剂应用于临床以来，除1例长期使用 c1INH浓缩制剂产生抗 c1INH抗体外，未见有其它副作用的报道[24~26]。
1996年， donaldson等[24]报道了用 c1INH浓缩制剂治疗1例 hAE伴 sLE合并抗 c1INH抗体的病例。患者每周接受2180IU的 c1INH浓缩制剂的静脉输注治疗，患者的 hAE伴 sLE并发症得到良好的控制，在用 c1INH浓缩制剂8个月后，患者产生了对 c1INH的抗体，方停止使用 c1INH。在此期间，患者一直未出现其他副作用，身体亦得到良好的恢复。
在对Ⅱ型 aAE的 c1INH的补充治疗过程中发现， c1INH静脉输注有加重 aAE的现象。临床应用研究证明，当Ⅱ型 aAE患者接受低剂量的 c1INH的输注后，由于 c1INH被抗 c1INH抗体中和，产生了更多的抗原-抗体复合物，激活 c1从而加快了 c1INH的消耗，而 c1INH的低剂量补充又不足以抑制补体激活途径，因而加重了Ⅱ型 aAE病症。Ⅱ型 aAE患者需要一次性接受更高剂量的 c1INH的输注，才能克服患者血浆中抗 c1INH抗体对 c1INH的中和作用。Ⅱ型 aAE患者所需适当剂量可通过体外测定血浆与 c1INH形成抗原—抗体复合物的量来进行清除后， c1INH水平得到恢复， c1、 c4水平相继得到提高。
早期的 c1INH浓缩制剂具有一定的传播病毒性疾病的可能性，特别是 c型肝炎的传播。随着病毒灭活方法的成熟并成功的组合到 c1INH的生产工艺中， c1INH浓缩制剂的使用更加安全可靠[26]。
1 Davis AEⅢ.Adv exp Med Biol,1997;425:185
2 Cugno M, Cicardi M, Bottasso B, et al.Blood,1997;89:3213
3 Heda GD, Kehoe KJ, Mahdi F, et al.Blood,1996;87:2831
4 Perkins SJ, Smith KF, Amatayakul S, et al. J Mol Biol,1990;214:751
5 Wuillemin WA, te Velthuis H, Lubbers Y, et al. J Immunol,1997;159:1953
6 Shoemaker LR, Schurman SJ, Donaldson VH, et al.Clin Exp immunol,1994;95:22
7 Bissler JJ, Cicardi M, Donaldson VH, et al.Proc Natl Acad Sci uSA,1994;91:9622
8 Ernst SC, Circolo A, Davis AEⅢ,et al. J Immunol,1996;157:405
9 Kawachi Y, Hibi T, Yamazaki S, et al. J Invest Dermatol,1998;110:837
10 Nielsen EW, Fure H, Winge P, et a l. Scand J Immunol,1998;47:273
11 Zahedi R, Bissler JJ, Davis AEⅢ， et al. J Invest,1995;95,1299
12 Zahedi R, Wisnieske H, Davis AEⅢ,et al. J Immunol,1997;159:983
13 Ocejo-Vinyals JG, Leyva-Cobien F, Fernendez-Luna JL. Mol med,1995;1(6):700
14 Aulak KS, Eldering E, Hack CE, et al. J Biol Chem,1993;268:18088
15 Zahedi R, Aulak KS, Eldering E, et al. J Biol Chem,1996;271:24307
16 Valsecchi R, Reseghetti A, pgnsera B, et al.Dematology,1997;195:169
17 Cicardi M, Beretta M, Colombo M, et al. Clin Exp Immunol,1996;106:475
18 Bohle W, Ruther U, Bokemaker C, et al. Ann Hematol,1996;72:383
19 Donaldson VH, Wagner CJ, Davis AEⅢ,et al. J Lab Clin Med,1996;127:229
20 He S, Chohan N, Tsang S, et al. J Immunol,1996;156:2009
21 Whaley K, Sim RB, He S, Clin Exp Immunol,1996;106:423
22 He S, Sim RB, Whaley K. Mol Med,1998;4:119
23 Chevailler A, Arlaud G, Ponard D, et al. J Allergy Clin immunol,1996;97:998
24 Donaldson VH, Bissler JJ, Welch TR, et al.J La b Clin Med,1996;128:438
25 Cicardi M, Bergamaschini L, Cugno M.Immunobiology,1998;199:366
26 Wyates AT, Rosen FS, Frank MM, N Engl J Med,1996;334:1630