胱抑素C的临床应用

胱抑素C的临床应用

胱氨酸蛋白酶抑制剂的超家族在1981年明确了人类胱抑素C（Cystatin C）的氨基酸系列，但它没有显示与当时已知的任何超家族蛋白系列的同源性，事实证明它属于一个新的蛋白超家族。

图1. 人类胱抑素C的氨基酸系列和结构示意图

阴影区域是木瓜蛋白酶——类似半胱氨酸蛋白酶的抑制位点，它与由Asn残基组成的legumain抑制位点不重叠；箭头所示Leu残基，在脑出血时，它被Gln残基代替产生胱抑素C的变异体；星号所示Pro3残基，被部分羟基化。

图2. (A) 根据胱抑素C二聚体推出的胱抑素C的单体

（B）在胱抑素C的结晶体中发现人类胱抑素C分子是八聚体

胱抑素C的氨基酸序列是胱抑素家族中第一个被检测的系列，但直到两年后，只有当研究者检测了鸡胱抑素的结构，并发现此两种蛋白44％的氨基系列相同，才确定胱抑素C的功能――半胱氨酸蛋白酶的抑制剂。又经二十年的研究，发现了另外十种人类半胱氨酸蛋白

酶的抑制剂，并且发现它们与胱抑素C和鸡胱氨酸蛋白酶抑制剂有很强的同源性。因此，它们都属于人胱抑素超家族。

人胱抑素家族目前由11种已明确的蛋白组成。胱抑素家族1由胱蛋白酶抑制剂A和B组成，是唯一的细胞内蛋白；胱抑素家族2由胱抑素C，D，E，F，S，SA和SN组成，它们主要是细胞外和/或细胞间转运蛋白；胱抑素家族3由高和低分子量的激肽原（Kininogen）组成，它们主要是血管内蛋白，除了是半胱氨酸蛋白酶的抑制剂外，它们也参与凝结过程和血管活性肽的产生。

表1. 人胱抑素超家族

胱抑素C的生物学功能

胱抑素C除了是木瓜蛋白酶——类似半胱氨酸蛋白酶的抑制剂外，最近被证实，它还能抑制半胱氨酸蛋白酶的其它家族成员，比如人legumain肽酶家族C13一种经典酶。同时也发现这两个抑制点是不重叠的（图1），所以一个胱抑素C分子能同时抑制半胱氨酸蛋白酶的不同类型。最近还发现胱抑素C在动脉粥样硬化中，抗原呈递中都起一定作用，并且是中性干细胞的生长因子。除去胱抑素C基因的小鼠（“胱抑素C剔除小鼠”）好像更易癌症的转移。

胱蛋白酶抑制剂在体液中的分布

不同的胱抑素在体液中的分布是显著不同的。比如：胱抑素D主要存在于唾液和泪液中，而胱抑素C存在于各种体液中。在一些体腔中，比如脊髓液中，半胱抑素总摩尔浓度的90％以上是胱抑素C。而在其它的体腔中，比如血浆中，它的比例就很少。而且，在不同的体腔中，总的半胱抑素的浓度也是不一样的。比如，在血液中总的木瓜蛋白酶抑制剂量大约是12μmol/L，而在脑脊液中它的浓度还不到1μmol/L。和个别的胱抑素范围一样，

虽然半胱抑素的范围部分重叠，但是由于每种体液代表了唯一的一组胱抑素，很明显，不同的体液也代表了一定的半胱抑素范围。

图3 胱蛋白酶抑制剂和α2－巨球蛋白在人类10种体液中的摩尔浓度

血清/血浆胱抑素C作为肾小球滤过率（GFR）的标记物

胱抑素C的产生

人胱抑素C基因结构和启动子区已证明它是看家基因（house-keeping gene），提示由大多数有核细胞产生的胱抑素C的速率相当恒定。在胱抑素C前体中，疏水性引导序列的出现，更能说明此蛋白通常情况下是被分泌的。事实上，对人组织和细胞系的免疫化学和Nortern印迹的研究中，发现胱抑素C和/或mRNA存在于所有研究过的细胞类型中。无独有偶，对培养基中人类干细胞系产生胱抑素C的研究中，发现几乎所有研究的细胞系都能分泌胱抑素C。对大量患者胱抑素C水平的测定中，发现它的水平只影响GFR，而与其它病理情况无关，此结论与胱抑素C是一种被恒定分泌的蛋白相吻合。一些报道表述，在体外刺激巨噬细胞能有规则地减少胱抑素C的分泌，但在发炎情况下通常不会降低胱抑素C的水平。最近一份报道表明，血管平滑肌细胞产生的胱抑素C，可能减少主动脉瘤的发生。

胱抑素C的代谢

一般情况下，分子量低于15-25kDa的血浆蛋白几乎都能自由通过肾小球滤过膜，然后完全被近端小管细胞重吸收和降解，所以对于分子量只有13kDa，半径约为30和35Å略带椭圆形结构的胱抑素C来说，理论上也是这样。实验上，从做过胱抑素C处理的大鼠的研究中发现，胱抑素C的清除率是经典方法Cr-EDTA清除率的94％，也就表明胱抑素C几乎全部

能自由滤过肾小球。滤过的胱抑素C99％以上发现被管细胞降解。通过限制一组大鼠肾动脉上的主动脉不同程度地降低GFR，发现胱抑素C与Cr-EDTA的相关性非常好

（r=0.99）,并且y轴上的截距几乎在原点，这一研究表明近曲小管吸收的胱抑素C可忽略。对人肾脏的免疫组化和Northern印迹的研究中也发现，胱抑素C在经过肾小球滤膜后，正常情况下，由近曲小管细胞降解。

血清/血浆胱抑素C作为GFR标记物的临床应用

大多数人组织都能产生胱抑素C，而且作为低分子蛋白，它能自由通过肾小球滤过膜，这就决定了它在血清或血浆中的水平可能是GFR潜在的标记物。在1984-1985早期的研究中已发现，胱抑素C作为GFR的标记物至少与血清肌肝同样出色。同时研究还发现血清胱抑素C的水平比其它低分子蛋白水平（β2-微球蛋白，视黄醇结合蛋白等）更能反映GFR的情况。但在早期的研究中，胱抑素C浓度的测定只能通过放射免疫扩散方法，此方法非常耗时，需要至少10-20小时，并且CV也相当高（大约10%），这就降低了血清胱抑素C作为GFR标记物的临床实用价值。10年后发展了完全自动化的乳胶增强比浊法和夹心酶免法，不仅快速而且精密性好，显著提升了血清胱抑素C在临床常规工作中作为GFR标记物的可能性。自从1994年，引入了完全自动化的乳胶增强比浊法测定血清胱抑素C后，大多数关于血清胱抑素C作为GFR标记物的文献中，对于胱抑素C的测定普遍采用商业化的乳胶增强比浊法和1998年引入的商业化的乳胶增强透射免疫比浊法。尽管相当比例的患者，GFR已经下降，有时甚至降至50%，可血清肌酐仍在正常范围，但它仍普遍用作GFR的指示剂。血清肌酐作为GFR的标记物受运动，肾小管的分泌和肌酐的重吸收，以及饮食等各种因素的影响。由于这些显著的缺陷，研究者已开始寻找GFR更好的指示剂。一些最新的研究，已开始进行血清胱抑素C和肌酐作为GFR的标记物与注射Cr-EDTA, Tc-DTPA和碘海醇（iohexol）等低分子物质来测定血浆清除率的“金标准”比较。一部分研究显示，胱抑素C比血清肌酐更能反映GFR的情况，尤其在GFR轻度到中度降低的病人中，另一部分研究显示两项参数指标作为GFR的标记物，意义相当。