Keynotes

中性粒细胞弹性蛋白酶（NE），一种在原代中性粒细胞中表达的丝氨酸蛋白酶，分解多种物质，包括弹性蛋白、胶原蛋白和纤连蛋白。NE活性约占人体蛋白酶水解总活性的80%，可促进炎症、细菌感染进展和粘液分泌过多。NE的水平和活性反映了疾病的状态和严重程度。

这篇综述介绍了与NE相关的10个病理生理过程，这可能有助于更清楚地了解NE相关疾病。综述中还介绍了西维来司他钠的潜在临床应用，以支持开发西维来司他钠的潜力，使患者在更广泛的临床应用中受益。

2.1抗感染作用

炎症是对病原体、病毒和细菌的综合生理反应，是人类生物学的重要组成部分。它通过加强体内平衡防御以及组织的功能和结构完整性来保护机体免受有害因素的损伤。

总的来说，炎症过程极其复杂。首先，在炎症的早期启动阶段，各种信号分子，如促炎细胞因子、趋化因子、血管活性胺和二十烷被激活。这些炎症介质不仅会导致血管通透性增加，导致机体损伤，还会募集中性粒细胞、单核细胞和其他免疫细胞。局部富集的免疫细胞具有对抗病原体和身体过度反应产生的有毒物质的作用。最后，巨噬细胞清除在完成免疫功能后死亡的免疫细胞。许多免疫细胞参与整个炎症过程，如血管内皮细胞（EC）、中性粒细胞、单核细胞、肥大细胞、T细胞、髓源性抑制细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞。

NE被认为是炎症的活性促进剂，存在于各种肺部疾病患者的气道中。早在1994年，Döring就得出结论，NE与炎症密切相关。NE暴露诱导气道重塑并中断上皮修复。此外，NE通过增加细胞因子的表达和释放，直接激活炎症；并通过触发细胞外诱捕网和外泌体释放，间接激活炎症，从而增强蛋白酶活性和气道炎症。

NE通过NETs杀死致病菌，并在低浓度下发挥抗菌活性。当核膜坍塌和染色质解体时，通常存在于分泌颗粒中的酶（包括NE）附着在分散的染色质上。随着细胞膜的解体，染色质被分散到细胞外基质中。DNA是NETs的主要骨架；NETs的DNA骨架利用高浓度的抗菌物质捕获并杀死病原体，并限制炎症在组织之间的扩散。NETs还可以作为物理屏障来防止细菌的传播。

NE还可以防止细菌释放的有毒物质降解。暴露于细胞因子、趋化因子或细菌产物可导致NE和抗感染因子在感染部位的积累。NE和抗感染因子消化微生物，在微生物死亡中发挥重要作用。NE还参与细胞外基质重塑的炎症反应，这个过程通过水解细胞外基质片段产生中性粒细胞和单核细胞的趋化性。这种炎症反应会吸引额外的抗炎因子，从而缩短感染过程。此外，受损的基底膜释放层粘连蛋白（是各种基膜的主要成分之一）片段，促进中性粒细胞迁移和抗氧化因子募集，从而加速炎症过程（图1）。

图1 NE抗感染作用的具体过程。NE：中性粒细胞弹性蛋白酶。NETs：中性粒细胞胞外诱捕网。

2.2 在肺通气功能障碍中的作用

NE与几种肺部疾病有关，包括囊性纤维化（CF）、慢性阻塞性肺病（COPD）、支气管扩张和支气管肺发育不良（BPD）。

NE通过各种机制损害CF患者的先天免疫和纤毛功能，并加剧肺部炎症。NE可导致气道表面液体（ASL）脱水和粘液阻塞。ASL是覆盖呼吸上皮表面的一层薄薄的液体，是呼吸上皮和环境之间的第一道屏障，在维持气道功能方面发挥着关键作用。此外，NE可导致ASL中性粒细胞炎症的自我延续循环。其潜在机制涉及NE上调CXCL8的上皮表达。CXCL8别名IL-8，是一种增加中性粒细胞释放NE的趋化因子。NE可以通过降解一些蛋白酶，如分泌性白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI）和金属蛋白酶抑制剂-1（TIMP-1），并激活一些蛋白酶，例如中性粒细胞金属蛋白酶（MMP-9），来进一步维持大规模的蛋白水解性炎症。简言之，过量的NE可以降解ASL中的抗微生物蛋白，从而裂解调理素及其受体，并在气道上皮中产生氧化应激，最终损害先天和适应性免疫系统。此外，NE、ROS-MPO和细菌可以激活NETs的释放，并增加气道粘液的粘弹性。NETs的几种蛋白（如NE）可促进CF患者气道炎症和肺部疾病的进展。

NE在COPD患者的肺功能障碍中发挥作用，它和其他蛋白酶共同调节气道中的蛋白酶-抗蛋白酶活性。研究发现，细菌感染是COPD进展的一个重要因素。细菌产物会导致肺组织损伤。作为中性粒细胞发挥抗菌作用的最重要手段之一，NE可以在特定信号传递时被激活，在抗菌免疫中发挥关键作用。Thulborn等人在COPD患者的临床痰分析中发现NE在COPD急性加重期增加，因此预测NE可能是识别COPD患者细菌恶化的可行生物标志物。

据报道，MMP-12和巨噬细胞弹性蛋白酶可介导肺气肿；NE激活MMPs和巨噬细胞弹性蛋白酶，并降解MMPs的主要抑制剂TIMP-1。NE可与MPO激活NETs向气道环境的释放，从而增加NE的中性粒细胞颗粒蛋白水解和促炎活性。COPD患者气道中NETs的丰度与中性粒细胞吞噬作用减少和肺通气功能障碍有关。

α-1-抗胰蛋白酶降低可削弱NE的拮抗作用，破坏肺泡基质和结。这些过程共同加速了慢性阻塞性肺病的形成。

NE也在支气管肺发育不良（BPD）的发病机制中发挥作用，炎症是一个重要的触发因素，NE是其中一个关键的介质。一项使用模拟气道炎症的转基因小鼠模型的研究发现，NE诱导的小鼠模型在发育过程中具有类似BPD的肺表型，而NE缺陷的小鼠模型显示出健康的肺泡结构。在这项研究中，患有BPD和其他肺部疾病的小鼠的气道中NE升高，这表明过量的NE会导致蛋白酶水解，导致肺部发育异常。此外，BPD和其他疾病小鼠模型的成纤维细胞培养显示，NE可能下调弹性蛋白组装基因的mRNA表达，表明其参与了BPD的病理生理过程。简而言之，NE暴露的小鼠可能有异常的肺结构，类似于肺气肿（图2）。NE介导的肺通气功能障碍不仅限于这些疾病。NE可损伤肺泡和血管结构，并介导包括新冠肺炎在内的多种肺部疾病的病理生理过程。

图2 NE介导肺通气功能障碍。NE：中性粒细胞弹性蛋白酶；ASL：气道表面液体；CXCL8:趋化因子配体8或白介素8；SLPI：分泌性白细胞蛋白酶抑制剂；MMP9：基质金属蛋白酶9；ROS：活性氧；TIMP-1：金属蛋白酶抑制剂-1

2.3 加速慢性肝病和肝硬化的进展

门静脉高压（PHTN）是慢性肝病的常见后遗症，也是肝硬化患者肝移植和死亡的主要原因。PHTN病理生理学最显著的特征是肝脏血管结构扭曲了慢性肝充血。窦血栓形成和机械力是慢性充血导致肝纤维化的两个关键因素。此外，窦血栓形成与慢性肝病的进展有关。

Notch通路是一种对肝脏血管系统和内皮功能很重要的机械敏感信号通路。肝窦内皮细胞（LSEC）是一种组织特异性内皮细胞分泌血管生成因子，在代谢、再生和器官稳态中起关键调节作用。LSEC可以分泌机械敏感的血管分泌信号，通过促进中性粒细胞的聚集以及LSEC中NETs和微血栓的形成来促进PHTN。参与肝窦毛细血管的机械因素上调中性粒细胞趋化因子CXCL1的表达，并将中性粒细胞募集到肝窦中，从而形成中性粒细胞-血小板复合物和NETs

NETs和NE促进肝窦微血栓形成和纤维化。NETs可以被视为深静脉血栓形成之前的血栓前结构。中性粒细胞参与血栓形成和传播。PHTN是由微血管血栓形成和纤维蛋白通过窦压和与NE和NETs相关的空间效应驱动的。

中性粒细胞在血栓形成的早期积累，以促进凝血级联的传播，并与血小板或其他血栓形成介质聚集。血栓形成是通过中性粒细胞与血小板的相互作用通过NET的形成来促进的，而凝血是由中性粒细胞和NETs的各种细胞成分（如组蛋白、颗粒蛋白和NE）启动或传播的。

2.4 激活休眠的癌细胞

癌症患者死亡的主要原因是向远处组织转移。肿瘤细胞处于休眠状态，在发生转移之前无法检测到（尽管血液或骨髓中存在休眠的癌症细胞）。CTCs是血液中循环的肿瘤细胞，而DCTs是骨髓中的播散性肿瘤细胞，两者都可在增殖前保持休眠状态。当癌症细胞开始增殖时，T细胞和NK细胞会消除DTCs和CTCs。先前的研究结果表明，细胞外基质沉积和血管生成的增加可能有助于肿瘤细胞的转移。

据报道，血浆C反应蛋白水平升高与癌症患者无病生存率降低相关，这表明炎症可能促进肿瘤复苏。吸烟与乳腺癌症患者复发和死亡风险增加显著相关。在一项研究中，将小鼠暴露在烟草烟雾中会导致肺转移增加两倍。

炎症通常由中性粒细胞和其他炎症细胞介导，这对实验模型中唤醒DTCs和CTCs至关重要。NETs是在全身细菌感染或手术应激后形成的，从而促进癌症转移。NETs产生的分子途径包括组蛋白的瓜氨酸化、染色质的去缩合和核膜的解体。当质膜破裂时，蛋白酶相关的染色质纤维和中性粒细胞的一些蛋白酶，包括MMP-9、组织蛋白酶G和NE，被释放到细胞外空间，从而唤醒休眠的肿瘤细胞。

研究已经证实，通过抑制NETs的产生和NET-DNA骨架的降解，NETs是诱导休眠癌症细胞并通过细胞外基质重塑激活DTCs和CTCs的最重要因素。NET-DNA骨架对层粘连蛋白具有高亲和力，从而吸引NE、MMP-9和其他弹性蛋白酶。NE和MMP-9水解细胞外基质中的层粘连蛋白-111，这可暴露新的抗原并激活DTCs和CTCs中的整合素信号通路。激活的整合素信号可以改变P38α介导的信号通路（P38α-MSK1-GATA3/FOXA1和P38α-NR2F-SOX），这些信号通路通常在DTCs和CTCs中保持休眠。作为丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路中最重要的通路之一，p38 MAPK通路在控制细胞增殖、分化和存活方面发挥着关键作用。值得注意的是，肿瘤细胞可以改变p38 MAPK通路状态，从而实现自身的增殖和侵袭。在癌症发展中p38 MAPK通路和JNK会发生信号整合。P38α是一种由MAPK14基因编码的蛋白质，在大多数细胞中都处于高水平。P38α具有多种功能。研究表明，P38α可以下调细胞周期并诱导细胞凋亡，这可能通过下调细胞周期蛋白、上调CDK抑制剂和调节肿瘤抑制因子P53来实现。在分子水平上，P38α对增殖的抑制作用可能与不同激酶的活性水平以及不同信号通路之间的相互作用有关。此外，P38α已被证明在分化开始时对抗增殖起着关键作用。尽管P38α通常与抗增殖功能有关，但它也被证明能促进特定细胞的增殖，如造血细胞和几种特定肿瘤细胞。

因此，当整合素信号通路被激活时，P38α的状态会发生变化。相关的信号通路也会发生变化，导致DTCs和CTCs的快速增殖，导致肿瘤复发（图3）。

图3 NE激活了休眠的癌细胞。NE：中性粒细胞弹性蛋白酶；NETs：中性粒细胞胞外诱捕网；MMP9：基质金属蛋白酶9。返回搜狐，查看更多