肺表面活性物质及其生理作用

肺表面活性物质及其生理作用欧少阳肺泡表面存在一种物质,能调节表面张力,其表面张力仅为水表面张力的1/7,称之为肺表面活性物质(Pulmonary Surfactunt，PS)，一概念首先是由德国生理学家VonNee-gaard在1929年提出来的,1954年Pattle和Clements等证实了它的存在。1959年Avery和Mead发现新生儿呼吸窘迫综合症(IRDS)是由于PS缺乏或减少造成的,他们还从整个肺中得到了表面活性物质的粗制剂。1972年King和Clements从狗肺中分离得到了这种表面活性物质,并测定了其组成。此后,众多学者对PS进行了广泛深入地研究。目前,对PS的组成、代谢及其生理功能等方面的研究已取得很大进展。一.PS的生物化学成分1 PS是脂质和蛋白质等组成的复杂混合物，是要由肺泡型细胞合成并分泌。磷脂（Phosphalipid，PL），占PS的90%，其中80%为磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine，PC），PC中的一半为饱和磷脂即儿棕榈酸卵磷脂（Dipalmitoyl phosphatidylcholine，DPPC），,磷脂酰甘油(PG)占510%，还含有少量磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰肌醇(PI)、鞘磷脂(SM)、磷脂酰丝氨酸等。DPPC其分具有一个亲水端和两个疏水端朝向肺泡的液-气界面形成一个单分子层，掩盖下面的液体使其不与肺泡气接触，单分子层的DPPC很稳定,其降低表面张力的能力很强。PS中的蛋白质约占10%，其中血清蛋白占10%，表面活性物质蛋白质(Surfac-tant protein,SP)约占1%。现以发现4种SP，即SP-A，SP-B，SP-C，SP-D，均属于糖蛋白类。SP-A，SP-D为亲水性蛋白质，SP-A为一种多聚体胶原糖蛋白，其含量在表面活性物质蛋白中最为丰富，约占50%。SP-D是一种非血清凝集素，通常出现于黏膜表面，肺是其产生的主要场所，这种凝集素与成熟免疫系统中 IgA 的先天免疫系统相似。SP-B，SP-C为疏水性蛋白质，SP-C由肺型细胞合成，其 MR21000的前体经蛋白水解加工为 Mr4200的成熟活性肽，为一种单一性疏水性脂蛋白，含有36个氨基酸。 二PS的生理功能1肺表面活性物质具有重要的生理功能：1 降低呼吸功：PS能降低肺泡表面张力(Suface tension,ST)，减少回缩力，增大肺顺应性，可减少扩张肺所作的呼吸功。2 调节肺泡的表面张力，增加肺泡的稳定性：根据Laplace定律：压力=(2张力)/半径，即肺泡内的压力与表面张力成正比，与肺泡半径成反比。由于在呼吸过程中肺表面活性物质的密度随肺泡半径的减少而增大，随肺泡半径的增大而减少。因此，小肺泡的表面活性物质的密度较大，降低表面张力的作用较强，表面张力较小；而大肺泡的表面活性物质的密度较小，降低表面张力较小，表面张力较大。因此，肺表面活性物质可维持不同大小肺泡回缩压的平衡，有利于维持肺泡的稳定性，也可避免呼吸过程中肺容积变化所引起的肺回缩压的变化。3 减少肺组织液的生成，使肺泡保持“干燥”2：肺表面活性物质使表面张力降低，从而减少肺泡表面张力对肺毛细血管中液体的吸引作用，增加组织间隙静水压、维持肺泡微静脉灌注、减少微静脉跨膜静水压梯度，促使液体由肺泡向组织间隙的移动、保持肺泡液体平衡，故能防止肺水肿。4 降低毛细支气管末端的表面张力3：虽然合成、分泌PS的肺泡型上皮细胞位于肺泡，但PS可通过如下机制到达气道:(1)呼吸时肺有节律的舒张和收缩运动；(2)PS由表面张力较低的区域向表面张力较高的区域扩散；(3)纤毛运动。肺泡内外PS的作用相似，同样可以降低表面张力，使毛细血支气管末端保持开放，如表面活性物质，毛细血支气管将发生痉挛和阻塞。5 促使液体弥散4 ：无论在不易弯的小气管还是在易弯的无软骨气管,PS都可促使液体弥散、排出引起阻塞的液体,且白蛋白或纤维蛋白原可阻断这一效应,推测可能是由于蛋白质阻滞PS降低表面张力的作用6 保护肺泡上皮着细胞：肺表面活性物质在肺泡表面气-液面上，起保护作用。7 抗菌作用5：鼠肺泡巨噬细胞杀菌活性的离体研究显示PS为杀灭金葡菌所必须。鼠PS增强巨噬细胞杀灭金葡菌功能和吞噬功能;人PS能增强其吞噬功能,但不增强杀金葡菌功能;一些研究提示PS结合蛋白A(SP-A)在巨噬细胞吞噬合胞病毒时起调理素作用;PS的抗菌活性相仿于溶血卵磷脂而不是相仿于提纯的二酰基磷脂,表明PS的溶血卵磷脂成份与其杀菌活性有关。8 抗炎作用6：减轻炎性反应是PS减轻气道阻塞、减轻气道高反应性、减轻肺损伤的重要机制。用PS或溶血卵磷脂处理后的巨噬细胞表面受体减少;PS或脂类成份抑制B或T细胞有丝分裂原刺激的淋巴细胞增生。但SP-A可刺激巨噬细胞的有丝分裂。外源性PS可通过阻滞各种细胞因子的分泌来减轻炎性反应,PS可减少脂多糖刺激的肺泡巨噬细胞和单核细胞TNF和IL-1,IL-6的分泌。PS的蛋白成份还可抑制超氧化阴离子的产生。故认为PS在炎症中的基本影响主要是起阻滞作用,其与抗菌作用中对免疫活性细胞的刺激作用之间合理而适当的调节可能依赖多种细胞以及化学因子复杂的相互作用。9 平滑肌松驰作用7：这一作用有受体特异性。PS增强支气管上皮的膜电位但不改变它的电传导性,合理的解释是促使Cl-的外流。在这一效应中起作用的是PS的脂类成份而不是蛋白成份。其确切机理尚不清楚。表面活性物质蛋白质的功能8910：SP不仅直接降低表面张力，使PS在肺泡表面吸附更牢固，而且关系到表面活性物质合成与分泌的调节及肺的局部免疫防御。1. SP-A，SP-B和SP-C：促进肺表面活性物质薄膜的形成，展开和吸附。单纯的DPCC不能迅速从液体底层中吸附到表层,进入表层的DPCC分子也不能很快地散开形成单分子层,而PS蛋白可促进磷脂向液体表层吸附和分布。疏水蛋白SP-B和SP-C促进磷脂吸附及扩散分布功能最强。它们独立发挥生理效应,相互无协同作用。与SP-C相比，SP-B的功能更强一些。亲水蛋白SP-A也有类似的生理功能,但作用比SP-B和SP-C弱。SP-D无明显促进磷脂吸附的功能。2. SP-A和SP-B参加调节磷脂的摄取：在板层小体内促使磷脂和表面活性物质蛋白质相结合，如磷脂量不足，SP-A和SP-B可反馈性地促进磷脂的合成和摄取。3. SP-A和SP-D参加防御功能11：防御微生物和尘烟的侵袭，在进入吞噬细胞后能增强该细胞的吞噬功能和增加其趋向性；可使T辅助细胞发生抗原性而产生相应的抗体，从而引发各种效应物机制，增强免疫细胞对靶目标的摄取和杀伤；SP-A ，SP-D均为“凝集素”蛋白，由 C 型凝集素区附着于胶原蛋白区构成，能以钙依赖方式结合微生物糖基，然后由纤毛移出呼吸道。三肺表面活性物质的代谢及调节891011 PS出现时间：胎龄2224周时肺泡型细胞已能产生PS,至胎龄35周后肺泡表面的PS迅速增加。提前分娩常造成不足而易产生新生儿呼吸窘迫综合征(NRDS)。肺表面活性物质由肺泡型细胞合成并分泌。肺表面活性物质的分解产物在肺泡中大部分由肺表皮细胞再吸收进入肺组织成为肺表面活性物质的前身，与肺组织内的脂肪酸、胆碱、肌醇等相结合，进入肺泡型细胞，在细胞内经过内质网和高氏体时合成磷脂和表面活性物质蛋白质，储存在板层小体内，在Ca2+的促进下，磷脂、SP-B和SP-C结合在一起。板层小体成熟后脱离细胞，沿细胞壁间隙进入肺泡表面气-液面下相，在Ca2+的存在下，SP-A，SP-B和SP-C脱离磷脂，由磷脂通过管鞘形成方形空管的肺表面活性物质薄膜，SP-B则使肺表面活性物质在气-液面上展开，SP-C使肺表面活性物质吸附。在呼吸过程中部分磷脂离开表层形成没有表面活性功能的磷脂小泡(亦称小聚合体)。90%磷脂小泡重新进入肺表面活性物质的再循环。小部分磷脂小泡从气道清除或降解成其他物质。许多因素影响PS的分泌,如正常或过度通气、肾上腺能激动剂、肾上腺皮质激素、白三烯、前列腺素及腺苷等均能增加PS的分泌及清除速度。SP-A分子在PS的代谢中可能有重要的调节作用。PS的合成受pH、温度、灌注等影响，窒息、低氧血症、肺部血液灌注不足、低血压、寒冷损伤、酸中毒等均能抑制PS的合成。在胎肺形态发育的早期阶段，内源性激素不直接影响上皮分化，但调节表面活性物质的基因转录。在后期，表面活性物质产生与多种激素调节有关，肾上腺皮质激素、甲状腺素、泌乳激素、表皮生长因子等都有肺表面活性物质增加量的功能，以前二者最为重要。 表面活性物质蛋白基因的调节1213 1415 16 表面活性物质蛋白的调节是复杂的，且可能与肺型细胞不同分化阶段的兴奋和抑制机制有关。胎肺SP 受孕龄或发育过程的调节，糖皮质激素和生长因子在胎肺发育的不同阶段对SP 的基因转录和表达具有不同的影响，同时内源性激素和生长因子间存在相互影响，共同调节SP 的表达。参考文献1. 封志纯,陈一方,林敬明.肺表面活性物质研究进展. 国外医学生理、病理科学与临床分册.1997,17(2):165-168。2. Nieman GF, Clark WR, Goyette D e al. Surgery, 1989;105(2):481063. Brown DL, Pattishall ED. ClinPerinatol, 1993;20(4):761044. Rubin BK, Ramirez O, Heller Jetal. Chest, 1992;101(5):1080085. VanIwaarden JF, VanStrijp JAG, Ebskamp MJ Metal. AmJ Physiol, 1991;261:L204106. Weber H, Heilmann, MeyerBetal. Federation of European Biochemical Societies, 1990;270(1):90117. Ikeda K, Sasaki T, Shimura S et al. Respir Physiol, 1990;81(1):41128. Haagsman HP, Diemela RV. Surfactant-associated proteins: functions and structural variation. Comp Biochem and Physiol A Mol Integr Physaol 2001: 129 (1):91一1089. 王凤英 肺表面活性物质蛋白的功能及表达调节 J.中国临床康复，2004， 8(12):2354一235510. 宋国维.肺表面活性物质及临床应用.引进国外医药技术与设备,1997;3(4):27327711. Haagsman HP. Structural and functional aspects of the collectin SP-A. Immunobiology 2002; 205 (4-3):49649812. 王凤英 肺表面活性物质蛋白的功能及表达调节 J.中国临床康复，2004， 8(12):2354一2355。13. 杨宗城 肺表面活性物质相关蛋白表达的调控研究进展谢尔凡中国药理学通报1997Feb;13(1):182114. Hoover RR, Thomas KH, Floros J. Glucocorlicoid inhibition off human SP-Al promoter activity in NCI-H441 cells. Biochem J 1999; 340 (Ptl ) : 69一76。15. Losada A, lovar JA,入is HM, et at. Lown-regulation of thyroid transcription tactor-1 gene express in fetal lung hypopl