综述：REG/Reg家族蛋白介导肠道微生物群稳态及其在消化系统疾病中的意义

《Gut Microbes》：REG/Reg family proteins: mediating gut microbiota homeostasis and implications in digestive diseases

本综述系统阐述了REG/Reg家族蛋白作为C型凝集素样抗菌肽（AMPs）在肠道微生态调控中的核心作用，提出了创新的"功能平衡模型"：该家族通过微生物诱导（Microbial induction）、宿主应答水平（Host response level）和通路激活（Pathway activation）三大关键因素动态调控黏膜命运，在炎症性肠病（IBD）、结直肠癌（CRC）等疾病中展现"双刃剑"特性，为靶向微环境而非单分子的精准治疗策略提供了重要理论框架。

　　

REG/Reg家族蛋白：肠道微生物稳态的守护者与疾病调控者

引言

哺乳动物肠道内栖息着复杂的微生物生态系统，其稳态通过精密的宿主防御机制维持，其中抗菌肽（AMPs）的精确调控至关重要。在众多AMPs中，REG/Reg家族蛋白作为独特的C型凝集素折叠蛋白，不仅表现出靶向抗菌活性，还介导上皮修复和代谢调节，其功能广度远超传统AMPs。肠道菌群失调与炎症性肠病（IBD）、结直肠癌（CRC）和感染性疾病密切相关，使得再生（REG/Reg）蛋白作为宿主抗菌防御系统的关键效应分子成为研究焦点。

REG/Reg家族

1984年，Yamanoto等人发现烟酰胺加速部分胰腺切除大鼠的胰岛再生。1988年，Terazon等人从90%胰腺切除的大鼠中分离出编码相对分子质量为16,000的蛋白质cDNA，由于该编码蛋白仅存在于再生胰岛中，故被命名为再生蛋白。1990年，Watanabe等人分离出人Reg基因，确认其与胰腺石蛋白（PSP）和胰腺螺纹蛋白为同一蛋白质。REG/Reg基因家族在消化系统各种相关疾病中扮演越来越核心的角色。

成员与同源性

人类REG/Reg基因家族包括REG1A（或REG1α）、REG1B（或REG1β）、REG3A（或REG3α）、REG3G（或REG3γ）和REG4。小鼠Reg基因家族包括Reg1、Reg2、Reg3a（或Reg3α）、Reg3b（或Reg3β）、Reg3g（或Reg3γ）、Reg3d（或Reg3δ）和Reg4。REG/Reg家族在人类和小鼠的消化系统中广泛表达，特别是在肠道中，主要定位于胃肠道相关上皮细胞和胰腺导管上皮细胞。

同源性比较显示，人类REG1A与小鼠Reg1具有89.76%的同源性，REG1B与小鼠Reg1具有90.96%的同源性，REG3A与小鼠Reg3b具有90.29%的同源性，REG3G与小鼠Reg3b具有91.43%的同源性，REG4与小鼠Reg4具有89.24%的同源性。

REG/Reg家族蛋白的独特性

REG/Reg家族与经典AMPs在结构和功能机制上存在显著差异。该家族是C型凝集素折叠超家族的一个子集，以"C型凝集素样"结构域为特征。尽管采用典型的C型凝集素折叠，但REG蛋白缺乏Ca²⁺依赖性碳水化合物结合所需的保守残基，这一结构保守但功能特异性的特征使其区别于传统的Ca²⁺依赖性C型凝集素以及不依赖Ca²⁺但依赖阳离子残基的防御素/cathelicidins。

REG/Reg家族调节肠道微生物群和系统代谢的调控作用

功能特征和时空表达

REG/Reg家族成员表现出动态的时空表达模式，与肠道黏膜屏障功能和局部免疫调节密切相关。在基线状态下，REG1A/B在肠隐窝中适度表达，常与潘氏细胞共定位，并可被细菌肽聚糖和丁酸盐诱导。Reg3β/γ由潘氏细胞和肠上皮细胞组成型表达，有助于维持无菌区。

微生物影响宿主REG/Reg蛋白家族的表达

微生物扰动可以调节REG表达。粪便微生物移植（FMT）诱导Reg3β/γ的区域特异性上调，特别是在空肠和回肠中，表明小肠和结肠之间存在功能分区。抗生素处理引发Reg3β/γ的短暂增加，在第7天达到峰值并在第21天恢复正常，突出了其在适应性黏膜反应中的作用。

REG/Reg蛋白家族调节肠道微生物群稳态

REG/Reg蛋白通过直接抗菌活性和免疫调节功能在维持肠道微生物群稳态中发挥关键作用。Reg3β/γ通过建立物理无菌区来协调微生物空间分布、免疫反应和上皮炎症的调节，该无菌区限制细菌粘附并通过非灭菌机制维持黏膜屏障完整性。

代谢调节和能量平衡

Reg3γ和Reg4通过类激素作用、屏障修复和微生物群相互作用整合多器官代谢网络，协调胰岛素分泌、抗氧化防御、脂肪酸代谢和巨噬细胞极化，系统性调节能量稳态。REG蛋白通过直接影响和微生物群介导的机制参与宿主能量稳态。

REG/Reg蛋白家族介导的信号通路网络

Reg家族成员作为IL-22等关键细胞因子的核心下游效应器，通过多种信号通路被精确调控。它们在肠道中执行多功能角色，包括抗菌、抗炎和屏障修复功能，甚至致癌作用。

REG/Reg蛋白家族在肠道疾病中的双重作用

在IBD中的作用

REG蛋白的高表达与IBD炎症和促炎微生物群密切相关。它通过消耗保护性微生物群、破坏抗炎信号和促进免疫激活来加剧疾病进展。然而，它也可能作为疾病活动的潜在生物标志物。

在CRC中的作用

REG1A、REG3A和REG4在CRC中显著上调。它们通过激活多种致癌信号通路（如Akt/β-catenin和JAK/STAT3）促进肿瘤增殖、转移和治疗抵抗。它们的表达水平与不良预后密切相关。

在感染性疾病中的作用

肠道感染通过TLR/IL-22等途径诱导Reg3β/γ表达，从而调节微生物群组成并增强病原体清除。然而，某些病原体可以利用Reg3β的抗菌特性消除共生细菌，从而促进自身定植。

在肝癌中的作用

REG/Reg家族在肝细胞癌（HCC）的癌前、致癌/进展阶段和肝损伤修复中发挥双重作用，调节细胞增殖、凋亡、炎症、糖基化和肠-肝轴信号，而某些成员支持靶向治疗或减轻肝损伤以降低HCC风险。

在胃癌中的作用

REG4特异性定位于深部隐窝分泌细胞和杯状细胞，通过EGFR/Akt信号驱动肿瘤细胞增殖。在人类正常组织中，它主要表达于胃肠道上皮（胃、小肠、结直肠），具有黏液性和核周染色模式。

REG家族在临床应用中的可行性评估

生物标志物从潜力到临床相关性

REG家族的不同成员可以作为UC、胰腺导管腺癌和CRC等疾病的诊断、预后或监测生物标志物。REG1A和REG1B可以作为UC和胰腺导管腺癌的生物标志物。REG3A作为CRC的进展/预后生物标志物和肠道疾病的鉴别生物标志物。REG4作为CRC的多功能生物标志物、UC和乳糜泻的诊断生物标志物以及乳腺癌的预后生物标志物。

治疗靶点的探索

Reg4作为CRC中关键的促增殖因子，成为潜在的治疗靶点。使用Reg4特异性单克隆抗体或siRNA联合放疗可使CRC肿瘤体积减少60%–80%，并使荷瘤小鼠的生存期延长50%以上。

临床研究实施现状

当前研究的局限性必须客观承认。大多数关于REG/Reg家族功能机制的研究依赖于小鼠敲除或转基因模型。虽然这些模型已经建立了REG/Reg家族与疾病进展之间的关联，但人类和小鼠REG/Reg家族成员在序列同源性、组织表达模式以及与肠道微生物群相互作用机制方面存在差异。

REG蛋白治疗的可行性评估

虽然REG蛋白具有转化潜力，但它们的临床应用需要谨慎评估当前策略。竞争方法包括微生物群调节、小分子调节剂和免疫治疗。尽管提供明显优势，但它们面临基本挑战，如蛋白质稳定性差、功能冗余和系统性脱靶效应。

蛋白质稳定性的挑战

REG家族蛋白的临床转化受到结构脆弱性、微环境敏感性和内在分子特性的限制，带来特定技术障碍。例如，在人类Reg4中，即使在优化缓冲液和温度条件下，大约20个残基仍表现出不可分配的NMR信号，这使结构解析和稳定性评估复杂化。

系统性脱靶效应的风险

REG家族蛋白的表达、功能和应用风险表现出显著的组织特异性和亚型多样性，需要仔细评估全身使用中的脱靶效应。潜在风险主要源于它们在各种系统性疾病（包括癌症和炎症）中背景依赖的作用。

重组递送的技术瓶颈

几个关键技术障碍阻碍了重组REG蛋白的临床递送。首先，活性依赖于蛋白水解激活。Reg3γ需要在肠道中通过胰蛋白酶介导去除其N末端前结构域才能具有生物活性——这一过程在肠道环境外不太可能有效发生。

结论

REG蛋白家族体现了功能可塑性的范式，其在肠道黏膜稳态或疾病中的作用受到微生物信号、免疫背景和遗传背景影响的动态平衡的支配。本综述强调了REG蛋白的双重性质——既作为保护性AMPs，又作为炎症和癌症的促进者，这强调了REG蛋白功能平衡模型的必要性，以调和这些背景依赖的效应。然而，重大挑战仍然存在。成员之间的功能冗余、小鼠和人类REG同源物之间的物种特异性差异以及缺乏关于将REG功能从有益转变为致病性的精确微环境线索的明确性使治疗靶向复杂化。此外，技术障碍如蛋白质稳定性差、半衰期短和系统性脱靶效应风险限制了临床转化。尽管存在这些限制，REG蛋白作为生物标志物和治疗靶点具有前景，特别是在炎症性和肿瘤性胃肠道疾病中。未来的研究必须优先考虑人体组织验证、跨物种比较研究和创新递送策略，以有效利用其调控潜力。克服这些障碍对于将REG生物学转化为精准医学应用至关重要。