簡介
血清Α1抗胰蛋白酶是指胞彈性蛋白酶(neulrophZlelastale，NE)，而且對抗NE的作用遠比抑制胰蛋白酶的作用大，所以有人把α1-AT應稱為抗蛋白酶，或稱蛋白酶抑制物[1]。正常人血清中的α1-AT水平是20—53μM，成熟的α1-AT是高度分級的分子，是單鏈三級結構，在合成過程中摺疊成球形。它有9個α螺鏇，占結構的30％；並有ABC3個β摺疊片，組成平行和反向平行鏈，占結構的40％。α1-AT的半個球形結構表面有3條碳水化合物例鏈。血清pH為4～5時，從等電聚焦分析，可觀察到α1-AT的微觀不均一性，這是由碳水化合物的差異造成的。3條碳水化合物側鏈以Asn基分別連結在殘基46、83和247位上[2]。
理化性質及分子學基礎
α1-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin,α1-AT)主要是由肝細胞合成的一種絲氨酸蛋白酶抑制劑(serineproteaseinhibitor,serpin)，能抑制多種絲氨酸內切肽酶(serineendopeptidase)——彈性蛋白酶、胰蛋白酶、血漿素、凝血酶等蛋白酶的活性,在電泳中,其遷移位點位於α1蛋白帶，因而又被稱為α1-蛋白酶抑制劑(α1-proteaseinhibitor,α1-PI)。α1-AT具有較強的血管透通性，在肺組織中的濃度較其它serpins或α2-巨球蛋白的濃度高，而且對彈性蛋白酶的專一性更強，因而它更主要的生理功能在於抑制肺臟彈性蛋白酶的活性，保護肺部不受彈性蛋白酶的酶解損傷。α1-AT為單鏈糖蛋白，肽鏈由394個胺基酸殘基組成，肽鏈中含有43個Asn/Asp殘基，但僅在Asn46、Asn83、Asn247上連線有寡糖鏈，其中一個糖鏈為三叉寡糖鏈，另外兩個雙叉寡聚糖鏈，糖含量約為12%。正常人血漿中α1-AT含量為(2.90±0.45)g/L，體內半衰期為6d。
分子學原理
α1-AT抑制蛋白酶的過程是一個自毀模式的反應過程，α1-AT除了被其捕獲的蛋白酶緩慢裂解外，同時α1-AT-蛋白酶複合物能被吞噬細胞識別、吞噬，從血漿中清除。在酶抑制過程中，α1-AT與蛋白酶活性中心的結合模式，與蛋白酶-底物的結合模式相似。α1-AT捕獲目標酶，並與目標酶結合形成α1-AT-蛋白酶1∶1的共價複合物，蛋白酶對結合的α1-AT產生緩慢的酶解。RSL被蛋白酶裂解後產生的新C-末端作為新的β-摺疊肽段插入A-β-摺疊成為A-β-摺疊的中心肽段(s4A)，同時產生的約5個胺基酸長度的新的N-末端成為C-β-摺疊的獨立第1肽段。RSL裂解後產生的胺基酸位置重排，使α1-AT構象由S型向R型轉化，封閉了蛋白酶的反應中心從而達到抑制蛋白酶活性的作用。α1-AT與蛋白酶結合後，在RSL靠近A-β-摺疊的5個胺基酸殘基與A-β-摺疊的相互作用是保證蛋白酶抑制活性的關鍵所在，當RSL的此5個胺基酸殘基內發生胺基酸變異，可使α1-AT由蛋白酶抑制劑轉變成為蛋白酶的底物而被水解。
檢測方法
胰蛋白酶抑制物容量試驗法(TIC)：用BANA、BAPNA或血紅蛋白和酪蛋白作為α1-AT的直接作用底物。胰蛋白酶作為其直接作用底物，進行酶學測定。由於α1-AT能抑制胰蛋白酶活力，從而降低後者與底物的作用能力，可根據其降解產物減少的幅度計算出α1-AT含量。
沉澱反應法：
1.火箭電泳法(RIE)：該法將瓊脂擴散與免疫電泳技術相結合，使α1-AT抗血清與標本血清中的α1-AT形成抗原抗體火箭樣沉澱線，根據火箭峰的高低決定α1-AT含量。
2.單向免疫雙擴散法(SID)：套用免疫擴散技術，根據瓊脂板上抗原抗體沉澱環直徑的大小，計算出α1-AT的含量，其診斷標準值同RIE法。
3．速率散射比濁法(ICS)：套用微電腦控制的自動蛋白測定儀這一先進的免疫化學測試系統檢測α1-AT含量。其原理是抗原與抗體形成免疫複合物的多少與散射速率值的高低呈正相關可通過ICS作比濁測定，從而推算出α1-AT的含量。
在上述檢測方法中，TIC法操作過程較複雜，易受血清中非抗胰蛋白酶的干擾，結果不夠穩定。RIE法靈敏度相對較高，方法較簡便，不易受干擾，但精確度以及特異性較差：SID尤其如此。
缺乏與肝、肺疾病的關係
4.1α1—抗胰蛋白酶與肺氣腫
1963年laurell和Eriksson報導了血清α1抗胰蛋白酶缺乏與肺氣腫的關係，以後的研究進一步證明了這一點。α1-AT是人類血漿中最豐富的蛋白酶抑制子，它能抑制多種蛋白酶包括中性粒細胞彈性蛋白酶,組織蛋白酶G和蛋白酶3，從而抑制組織的降解。α1-AT缺乏是一種遺傳性疾病，以血清α1-AT水平下降為特徵，由於失去了α1-AT的保護，肺泡結構中的彈性蛋白被彈性蛋白酶進行性破壞，從而使患者早年發生肺氣腫的危險性增加[5]。
α1—抗胰蛋白酶是蛋白酶拮抗酶系統，此酶可抑制胰蛋白酶、白細胞與巨噬細胞蛋白溶解酶、彈性硬蛋白酶、膠原酶、纖維蛋白溶酶以及細菌死亡後所釋放的蛋白溶解酶等。在炎症、組織壞死或損傷時，α1-抗胰蛋白酶可代償增加2-4倍以對抗各類細胞和細菌所釋放過多的蛋白溶解酶，保護正常組織細胞免受蛋白溶解酶的溶解損害[6]。α1-抗胰蛋白酶缺乏時，肝細胞內堆積較多類α1-抗胰蛋白酶即無唾液酸的抗胰蛋白酶，不能通過肝細胞膜，故不能釋放入血，故蛋白質分解破壞作用加強，而又無足夠的抗蛋白溶解酶去拮抗內源或外源性蛋白溶解酶對肝細胞的損傷作用，導致肝細胞的變性壞死，後者又增加巨噬細胞的活力，更使蛋白溶解酶釋放增多，進一步損害肝細胞，發生嚴重的阻塞性黃疽。肺部的損傷也是同理，但是逐漸發生的，肺的正常蛋白組織故消化而造成瀰漫性肺氣腫。
吸菸與肺氣腫的關係密切，吸菸能促使肺泡巨噬細胞釋放中性粒細胞趨因子，刺激中性粒細胞釋放大量的彈性蛋白酶。另外，菸草中所含有的氧化劑和中性粒細胞活化釋放的氧化劑可以氧化α1-AT的活性中心“蛋氨酸358”殘基，從而抑制α1-AT的活性。由此造成蛋白酶－抗蛋白酶系統失衡，下呼吸道過多的游離彈性蛋白酶對肺間質不斷產生破壞，最終出現明顯的肺氣腫並引發臨床症狀。[7]
4.2α1—抗胰蛋白酶與CF
CF是一種複雜的遺傳性疾病，以多種外分泌腺的分泌功能紊亂為特徵。全身多個器官均可受累，特別是氣道的黏液腺分泌亢進，粘稠凝聚，致支氣管阻塞，呼吸道反覆感染引起肺囊性纖維化。呼吸衰竭是CF最常見的死因。
蛋白酶－抗蛋白酶失衡在CF發病中也占有重要作用。許多研究發現CF患者痰和ELF中NE的活性明顯增高；而抗原測定發現氣道分泌物和血清中α1-AT含量是正常或是增高的。因此在CF患者氣道中不存在α1-AT數量上的缺乏。但α1-AT可由於NE的蛋白降解作用，氧化劑氧化而失活。更值得重視的是α1-AT與氣道中大量存在的NE結合然後被清除，因此α1-AT活性仍相對缺乏。[8]
4.3α1—抗胰蛋白酶與腫瘤
血漿α1-AT主要有肝臟產生，單核細胞，肺泡巨噬細胞和上皮細胞也能合成α1-AT，這些肝外合成的α1-AT在局部組織損傷的調節中起重要作用。作為急性相蛋白，α1-AT濃度在炎症，感染，腫瘤，肝病時均顯著增加，且與炎症的程度相關。α1-AT濃度的增加主要由白介素6介導。
α1-AT是一種糖蛋白，在惡性腫瘤時明顯增高。因惡性腫瘤細胞合成糖蛋白的功能增強，同時被惡性腫瘤破壞的組織將其內的糖蛋白釋放入血，致使血中α1-AT含量增高。另外，惡性腫瘤時α1-AT增高和白細胞介素1(IL-1)有關。隨著惡性腫瘤的不斷增長，巨噬細胞動員增多,IL-1分組增加，後者隨血流到肝臟與其細胞表面受體結合，肝臟合成α1-AT增加。也有作者提出，機體為了中和和抑制蛋白水解酶活性抑制細胞繁殖，阻止腫瘤擴散α1-AT可代償性增加[8]。
α1-AT在肝癌時增高的原因尚不明確，目前傾向於代償機制，即肝癌變細胞大量增殖時，激發溶酶體酶活力反饋性升高，繼而刺激α1-AT代償性增多以抑制蛋白分解酶；另一觀點為胰蛋白酶等是一種淋巴細胞刺激原，作為其抑制劑的α1-AT具有免疫抑制功能，在α1-AT增高狀態下，機體失去了對突變細胞的免疫監視作用，由此誘生腫瘤。α1-AT在急慢性肝炎時有所升高的現象，可能是炎症反應時，大量溶酶體酶刺激其反應性升高所致[9]。
臨床治療
後天的α1-AT缺乏一般臨床表現較輕，能隨著疾病的康復而恢復到正常水平；而先天性α1-AT缺乏目前還沒有理想的治療方法。對於前者，目前主要有如下幾種考慮：
1．補充α1-AT理論上α1-AT缺乏是造成病變的基礎。因此補充α1-AT可以預防疾病的發生和治療疾病。採用靜注給藥,效果很好。給PiZZ型病人靜注帶有131I標記的血源性α1-AT跟蹤測量藥學動力學參數，發現補充α1-AT法不僅作用於肝肺組織，而且對消化道也有作用。而基因工程製備的α1-AT霧化劑，霧化吸入，效果不理想，仍處於實驗階段。
2．基因治療遺傳性Mα1-AT缺乏症是由其基因型引起的，因此其最根本的治療方法是基因治療。對於α1-AT的基因治療，目前採用的方法是基因修飾，即將與致病基因對應的正常基因導入病變發生的細胞或其他細胞，其表達產物代替致病基因的功能，而致病基因本身並未改變。[10]
3．肺移植及移植後替代治療雖然α1-AT缺乏只占肺氣腫的2%～3%，但占所有肺移植的11%，其移植後的3年存活率為60%，5年存活率為45%。移植後α1-AT替代治療的作用未被證實，由於在移植後的生存期內，移植肺不可能復發性肺氣腫，因此替代治療可能不是生存期長短的主要決定因素。
4．目前對於α1-AT缺乏者進行肺減容術（LVRS）的經驗有限，一些報導結果令人失望，因此尚需要進一步研究以確定LVRS的理想選擇標準。
補充α1-AT法安全可靠，直接見效，但成本高，需經常給藥。現在採用的基因治療方法都是基因修飾，即以正常基因代替異常基因行使功能，有一定的局限性，而異常基因本身並沒改變。因此，未來的發展將是利用分子生物學技術採用基因工程方法生產α1-AT，以降低成本，並用蛋白質工程改變α1-AT的糖基，使α1-AT的半減期延長，以滿足臨床需要。另一方面。提高基因治療的水平，使目前採用的基因修飾方法安全有效，或採用基因修正、置換等法，使異常基因變為正常基因。α1-AT替代治療可延緩這些個體肺功能的下降，基因治療是一種有前途的治療措施，終末期患者可行肺移植。
參考文獻
[1]GeorginaReh,BibianaNerli,GuillermoPico.Isolationofalpha-1-antitrypsinfromhumanplasmabypartitioninginaqueousbiphasicsystemsofpolyethyleneglycol–phosphate.JournalofChromatographyB,780(2002)389–396.
[2]HyunKyuSong.Crystalstructureofuncleavedα1-antitrypsinrevealstheconformationofitsinhibitoryreactiveloop.FEBSLetters377(1995)150-154.
[3]吳強，凌雲等。α1-抗胰蛋白酶的研究進展。中國輸血雜誌，1999年第12卷第3期：196～199。
[4]BarbaraLisowska-Myjak.AATasadiagnostictool,ClinicaChimicaActa352(2005)1–13.
[5]徐凌。α1抗胰蛋白酶研究的新進展。國外醫學呼吸系統分冊，2001年第21卷第1期：30～33。
[6Perlmutter;DavidH.Methodforthetreatmentofalpha-1-antitrypsindeficiencyandrelatedpathologies.UnitedStatesPatent,June11,2002June11:3~13.
[7]揭志軍，楊文蘭等。α1－抗胰蛋白酶臨床套用的前景。國外醫學呼吸系統分冊，1999年第19卷第4期：192～195。
