《Clinical Reviews in Allergy & Immunology》:Therapeutic Targeting of the Bradykinin B2 Receptor in Immunological and Vascular Diseases: Insights from Kinin Biology to Clinical Outcomes
缓激肽(bradykinin, BK)属于激肽(kinin)家族的非肽类血管活性及促炎介质。尽管激肽的生成主要由接触系统(contact system)及血浆或组织激肽释放酶(kallikrein)的活化所驱动,但其他独立的级联反应亦参与其形成。激肽通过组成性表达的缓激肽B2受体(bradykinin B2 receptor, B2R)和诱导性表达的缓激肽B1受体(bradykinin B1 receptor, B1R)介导其效应。缓激肽是研究最为深入的激肽肽段,主要归因于其在内皮系统(vascular system)中的潜在作用,且主要通过缓激肽B2受体发挥效应。激肽已被证实参与多种血管性水肿(angioedema)的发病机制,以及过敏反应(allergic reactions)中肥大细胞介导的皮肤疾病、心血管和呼吸系统病理等多种病症。本文综述了目前关于激肽及其受体的生物学、调控和功能的知识,以及缓激肽形成机制及其在疾病发病机制中相关性的新证据。综述重点讨论缓激肽及缓激肽B2受体在各种疾病中的临床证据,以及针对缓激肽B2受体开发新型治疗策略用于缓激肽介导疾病管理的潜力。
一、激肽原-激肽系统概述
激肽是一类9至11个氨基酸组成的寡肽,其中缓激肽(BK)研究最为深入。该家族包括缓激肽、赖氨酰缓激肽(kallidin, KD)及其降解产物。缓激肽最初在Bothrops jararaca蛇毒中被发现,因其能减缓平滑肌细胞收缩而得名。激肽原经两种主要途径被激肽释放酶切割产生激肽:血浆激肽释放酶系统和组织激肽释放酶系统。凝血因子XIIa(FXIIa)、XIa、纤溶酶及半胱氨酸蛋白酶亦可切割激肽原释放缓激肽或类似肽段。激肽通过跨膜G蛋白偶联受体B1R和B2R介导效应,其半衰期极短(血浆中<30秒),代谢产生的活性代谢物仍可经激肽受体信号转导,而无活性代谢物则可通过受体非依赖性途径发挥作用。
人激肽原分为高分子量激肽原(high molecular weight kininogen, HK)和低分子量激肽原(low molecular weight kininogen, LK),由KNG1基因经选择性剪接产生。血浆激肽释放酶由KLKB1基因编码,以酶原形式(血浆前激肽释放酶)合成,需经蛋白水解切割激活;组织激肽释放酶由KLK1基因编码,在唾液腺、胰腺、肾脏等多种器官产生,其活性受kallistatin或α1抗胰蛋白酶调控。
二、缓激肽形成级联反应
血浆中主要的缓激肽形成途径涉及接触系统三种蛋白:FXII、血浆激肽释放酶和HK。循环HK与几乎所有血浆前激肽释放酶形成非共价复合物。FXII结合负电荷大分子表面、错误折叠蛋白聚集体或损伤组织后发生自激活,转化为FXIIa;FXIIa切割激活血浆前激肽释放酶,后者切割HK产生缓激肽。该级联受C1抑制剂(C1 inhibitor, C1INH)负调控,C1INH缺陷或功能异常将导致遗传性血管性水肿(hereditary angioedema, HAE)。
接触系统和血浆激肽释放酶-激肽系统(plasma kallikrein-kinin system, KKS)的激活可发生在循环中和内皮细胞管腔侧。HK与内皮细胞表面的细胞角蛋白1、尿激酶纤溶酶原激活物受体(urokinase plasminogen activator receptor, uPAR)及球状C1q受体(gC1qR)结合。局部接触系统激活可在FXIIa依赖性或非依赖性方式下由PKa切割HK;脯氨酰羧肽酶(prolylcarboxypeptidase, PRCP)也可激活HK结合的血浆前激肽释放酶,该反应需锌离子参与。
多种替代性激肽形成途径存在于特定条件或疾病状态中。纤溶酶(plasmin)可直接切割激活FXII,或直接切割HK和LK产生缓激肽和赖氨酰缓激肽。甘露糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶1(mannose-binding lectin-associated serine protease-1, MASP-1)亦可切割HK产生缓激肽。肥大细胞释放的糜蛋白酶(chymase)和类胰蛋白酶(tryptase)可直接切割HK产生缓激肽;类胰蛋白酶与人中性粒细胞弹性蛋白酶联合作用可增强此效应。中性粒细胞蛋白酶3(proteinase 3, PR3)也可切割HK产生含缓激肽的三肽——PR3-激肽。
三、激肽代谢
激肽肽段在血浆中半衰期不足30秒,由13种激肽酶快速代谢,包括锌金属肽酶、丝氨酸肽酶、虾青素样金属肽酶和组织蛋白酶等。羧肽酶N(carboxypeptidase N, CPN/激肽酶I)和羧肽酶M将缓激肽和赖氨酰缓激肽切割为活性代谢物des-Arg
9-缓激肽和Lys-des-Arg
10-赖氨酰缓激肽,后者通过结扎B1R发挥作用。血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme, ACE/激肽酶II)是缓激肽代谢的另一关键酶,将缓激肽和des-Arg
9-缓激肽切割为无活性片段如缓激肽-(1-5)。中性内肽酶(neutral endopeptidase, NEP)在相同肽键处切割缓激肽产生无活性缓激肽-(1-4)。二肽基肽酶IV(dipeptidyl peptidase IV, DPPIV)降解缓激肽-(2-9)为缓激肽-(4-9)。氨肽酶M和B(APM、APB)水解赖氨酰缓激肽为缓激肽和des-Arg
9-缓激肽。
近年研究发现,"无活性"激肽肽段也可产生激肽受体信号非依赖性效应:缓激肽-(1-5)可直接反向结合α-凝血酶活性位点;缓激肽-(1-3)、(1-5)和(1-7)可诱导一氧化氮(NO)形成。
四、激肽受体表达与信号转导
人激肽受体基因串联定位于14号染色体。B2R组成性表达于大多数组织,尤其是内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、系膜细胞和多形核中性粒细胞,其表达可进一步被脂多糖、内毒素、IL-1β、TNF-α、前列腺素等炎症介质诱导。B1R在静息条件下表达较低,在炎症反应、组织损伤、糖尿病和缺血再灌注损伤等条件下被诱导表达。
激肽受体为G蛋白偶联受体,与Gα
q蛋白相互作用,激活磷脂酶C(phospholipase C, PLC),水解磷脂酰肌醇4,5-二磷酸生成三磷酸肌醇(IP
3)和二酰甘油(DAG)。IP
3触发内质网钙释放,DAG激活蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)。激肽激活的B2R快速内化,而激活的B1R仅最小程度内化。
激肽受体药理学存在种属差异。缓激肽和赖氨酰缓激肽对人及其他种属B2R具有高亲和力结合;缓激肽对人B1R亲和力低约1000倍。赖氨酰缓激肽不仅激活B2R,还对人兔B1R具有激动剂活性,但对小鼠B1R无活性。Des-Arg
9-缓激肽对小鼠和兔B1R为高选择性强效激动剂,但对人B1R亲和力差;而Des-Arg
10-赖氨酰缓激肽对人、小鼠和兔B1R均为强效激动剂。这些种属差异影响动物模型研究结果向人类的转化。
五、缓激肽在生理中的作用
缓激肽是血管张力、急性炎症、支气管收缩和疼痛调节的关键调节因子。其增加血管通透性、血浆外渗至血管外组织,并促进前列腺素合成,是组织损伤和修复过程中炎症和水肿形成的关键。缓激肽通过直接作用于紧密连接(血脑屏障)和黏附连接(外周内皮屏障)调节内皮屏障功能。B2R激活触发内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)激活,产生NO和前列环素(PGI
2),促进血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)内化,破坏其细胞外同型关联,导致黏附连接快速可逆开放,下调紧密连接蛋白如claudin-5、occludin和zonula occludens-1(ZO-1),从而增加血管通透性。
缓激肽通过直接松弛血管平滑肌和刺激内皮细胞释放NO及PGI
2的双重机制调节血管张力,导致外周血管阻力降低和血压下降。此外,缓激肽可诱导IL-1β和IL-6等促炎介质表达,并通过刺激初级感觉神经元和释放P物质、神经激肽A及降钙素基因相关肽介导伤害感受。
六、缓激肽在血管性水肿中的作用
血管性水肿以皮下和/或黏膜下组织局部肿胀为特征,由血管通透性暂时增加和血浆外渗至组织间隙所致。据世界过敏组织(WAO)/欧洲过敏与临床免疫学会(EAACI)分类,可分为缓激肽诱导性血管性水肿(AE-BK)、肥大细胞介质诱导性血管性水肿和未知介质性血管性水肿;AE-BK包括遗传性(HAE)和获得性(AAE)形式。新近发布的DANCE分类将血管性水肿分为肥大细胞介导性(AE-MC)、AE-BK和血管内皮功能障碍性(AE-VE)三种内型,以及药物诱导性(AE-DI)和原因未知性(AE-UNK)两种亚型。
遗传性C1INH缺陷性血管性水肿(HAE-C1INH)是最常见的遗传性血管性水肿类型,由SERPING1基因变异导致C1INH数量缺乏(HAE-1型)或功能障碍(HAE-2型)。C1INH减少导致接触激活系统和KKS调控失控,缓激肽过度产生。临床和临床前数据支持缓激肽和B2R在HAE-C1INH发作中的关键作用:发作期间缓激肽水平升高,B2R拮抗剂icatibant和临床阶段研究药物deucrictibant能够治疗或预防发作进展。
正常C1INH水平的遗传性血管性水肿(HAE-nC1INH)已发现多种基因变异:FXII基因(HAE-FXII)、纤溶酶原基因(HAE-PLG)、激肽原基因(HAE-KNG)、硫酸乙酰肝素-葡萄糖胺-3-O-磺基转移酶6基因(HAE-HS3ST6)、血管生成素基因(HAE-ANGPT)、肌萎缩蛋白基因(HAE-MYOF)、羧肽酶N基因(HAE-CPN)和disabled homolog 2相互作用蛋白基因(HAE-DAB2IP)。HAE-FXII变异增加FXII活性和/或自激活敏感性,导致接触系统和KKS过度活化;HAE-PLG变异使突变纤溶酶能直接切割HK和LK产生缓激肽;HAE-KNG变异增加激肽原对纤溶酶的敏感性。HAE-HS3ST6可能影响HK内吞,增加HK与血浆前激肽释放酶/PKA的相互作用。HAE-CPN因CPN参与缓激肽代谢和纤溶酶原激活调控,其缺陷导致缓激肽积累和血管性水肿。HAE-ANGPT、HAE-MYOF和HAE-DAB2IP虽不直接增加缓激肽形成,但可能增强缓激肽在内皮细胞B2R处的信号传导。
获得性C1INH缺陷性血管性水肿(AAE-C1INH)由自身抗体介导的C1INH消耗或经典补体途径/凝血级联激活导致的消耗增加引起,C1INH不足同样导致KKS失控和缓激肽过度产生。B2R拮抗剂icatibant和deucrictibant在预防和治疗AAE-C1INH发作中显示有效。
药物诱导性血管性水肿中,ACE抑制剂诱导的血管性水肿(ACEI-AE)最为明确,占急诊血管性水肿就诊的40%。ACE抑制导致缓激肽蓄积。Icatibant治疗ACEI-AE的研究结果不一致:个案报告和一项随机对照试验显示症状改善,但更大规模随机对照研究未能证明优于安慰剂的疗效。血管紧张素受体阻滞剂、DPPIV抑制剂和NEP抑制剂也可通过影响缓激肽代谢导致血管性水肿。组织纤溶酶原激活物(tPA)溶栓治疗可通过激活纤溶酶进而激活FXII和激肽途径,增加缓激肽产生,导致1-5%的缺血性卒中患者出现口-舌血管性水肿;合并ACEI治疗者发生率更高,icatibant治疗可快速缓解症状。
特发性非肥大细胞介导性血管性水肿(AE-UNK)患者中检测到HK切割增加和缓激肽水平升高,icatibant治疗显示获益,支持部分特发性血管性水肿可能为缓激肽介导的观点。
七、缓激肽在肥大细胞介导疾病中的作用
过敏性休克(anaphylaxis)是严重的快速进展性危及生命的过敏反应。肥大细胞激活释放的糖胺聚糖肝素可作为FXII自激活的负电荷表面,进而激活血浆前激肽释放酶产生PKA切割HK产生缓激肽;肥大细胞介质类胰蛋白酶和糜蛋白酶也可直接切割HK产生缓激肽。过敏性休克期间FXII和血浆前激肽水平降低,完整HK水平与疾病严重程度相关;过敏性休克患者唾液中缓激肽水平显著升高。临床前模型中,抑制缓激肽形成及B2R拮抗可抑制过敏性休克诱导的低血压。
慢性自发性荨麻疹(chronic spontaneous urticaria)患者中,KKS激活证据显示症状期血浆切割HK增加;荨麻疹患者唾液中缓激肽水平显著升高,与肥大细胞来源蛋白酶水平相关。ACEI治疗可加重组胺驱动的症状。寒冷性荨麻疹(cold-induced urticaria)患者风团灌注液中检测到缓激肽水平升高。F12相关寒冷自身炎症综合征(FACAS)由F12基因p.Trp268Arg突变导致FXII自发激活,icatibant治疗可在30分钟内消除皮肤和全身症状。
基于现有证据,肥大细胞脱颗粒可通过KKS激活或肥大细胞蛋白酶直接切割HK促进缓激肽生成;ACEI治疗进一步增加缓激肽可用性。这提示B2R拮抗联合奥马珠单抗等肥大细胞靶向治疗可能是难治性荨麻疹的新型治疗策略。
八、缓激肽在其他皮肤疾病中的作用
瘙痒(pruritus)发生机制中,缓激肽通过激活B2R参与胆汁淤积性瘙痒,B2R拮抗剂FR173657和icatibant在动物模型中减轻此效应。在正常皮肤中,缓激肽主要诱发疼痛而非瘙痒;但在特应性皮炎病损皮肤中可诱发瘙痒,其机制涉及感觉C纤维敏化、TRPV1/TRPA1受体激活及增强肥大细胞组胺释放。银屑病(psoriasis)患者皮肤和血浆中激肽受体、激肽原以及血浆和组织激肽释放酶表达增加。咪喹莫特诱导的小鼠银屑病模型中,B2R药理学抑制(FR173657或icatibant)或Bdkrb2、F12、Klkb1基因敲除可降低IL-17水平、减少炎症细胞浸润和角质形成细胞增殖、改善皮肤形态。值得注意的是,B1R在该模型中明显上调,其药理学抑制也可改善皮肤病变。ACEI可在人类诱发或加重银屑病表现,推测与皮肤缓激肽代谢减少有关。
九、缓激肽在气道病理中的作用
支气管哮喘(bronchial asthma)患者支气管肺泡灌洗液中组织激肽释放酶和激肽水平升高;过敏原暴露增加组织激肽释放酶活性、HK和激肽浓度。哮喘患者支气管活检标本中B2R表达增加。缓激肽和赖氨酰缓激肽吸入诱导哮喘患者支气管收缩。Icatibant(900 μg或3000 μg,每日三次雾化吸入)在中重度哮喘患者中耐受良好,四周治疗可改善肺功能,但效应幅度有限,未进一步开发为临床治疗。B1R在哮喘患者支气管活检中表达诱导,提示激肽通路在哮喘病理生理中的更广泛作用。
慢性咳嗽(chronic cough)中,缓激肽通过B2R可能是重要介质。豚鼠模型中,缓激肽吸入诱发阵发性咳嗽,icatibant抑制此效应,而NEP和ACE双重抑制则加剧之。缓激肽通过环氧合酶(COX)和12-脂氧合酶(12-LOX)活性作用于TRPV1和TRPA1通道,并诱导速激肽释放。人类ACEI治疗与干咳相关,但猪模型研究提示ACEI加重咳嗽反射可能主要归因于速激肽而非缓激肽。
过敏性鼻炎(allergic rhinitis)中,过敏原激发诱导鼻激肽(缓激肽和赖氨酰缓激肽)生成,与症状发作相关。Icatibant预处理不影响草花粉抗原诱导的急性炎症反应,但抑制组胺诱导的高反应性和相关嗜酸性粒细胞增多;而对屋尘螨抗原诱导的鼻充血有抑制作用。鼻内缓激蛋白激发可诱导血管通透性和鼻炎表现(鼻阻塞和流涕),呈剂量依赖性,且不通过组胺介导。
十、缓激肽在心血管疾病中的作用
临床前研究表明,ACEI的降压效应可能部分通过增强缓激肽效应实现,但外源性缓激肽的效应研究常与B2R拮抗效应不符,可能因为实验浓度远超生理病理水平。B2R基因敲除小鼠因Ang-(1-7)和Mas受体表达增加、NO和前列环素升高、血小板扩散减少而免于血栓形成,显示体内保护机制远比内皮细胞生物学结果复杂。
临床研究中,缺血再灌注损伤和远程缺血预处理:icatibant对健康受试者缺血再灌注损伤引起的内皮血管运动功能障碍及远程缺血预处理的保护作用均无影响,提示缓激肽/B2R在该机制中可能不起主要作用。
心力衰竭(heart failure)中,虽有证据表明缓激肽/B2R信号可能通过诱导血管舒张等发挥保护作用,但慢性ACEI或AT1拮抗剂治疗的心力衰竭患者中,icatibant对静息前臂血流无显著影响;非选择性B1/B2R拮抗剂B9340可引起ACEI治疗患者前臂血管收缩,而选择性B2R拮抗icatibant无此效应,指向B1R而非B2R在慢性ACEI相关血管舒张中的作用。
急性缺血性卒中(acute ischemic stroke)tPA治疗可诱发口-舌血管性水肿,icatibant治疗可快速缓解症状(20-30分钟内),未见对血管事件的不良影响。
高血压(hypertension)方面,大剂量缓激肽可通过B2R诱导短暂血压下降,但健康受试者中B2R或B1R拮抗对基础血流、阻力血管或全身血压无影响。ACEI-AE随机对照试验中,icatibant未引起血压升高,一项研究中甚至观察到血压轻微下降。
慢性肾脏病患者透析中低血压(intradialytic hypotension, IDH):随机双盲安慰剂对照交叉研究中,11例维持性血液透析患者于透析前30分钟及透析期间接受icatibant输注。分层分析显示,B2R拮抗减少IDH患者收缩压下降幅度,但对无IDH患者血压无影响,也不影响心率,提示B2R拮抗可KalmanLI针对IDH病理生理学特点而非广泛升压效应。
创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)中,临床前研究显示缓激肽水平在脑损伤后升高;B2R基因敲除减少脑损伤和神经功能缺损;B2R拮抗剂anatibant减轻脑水肿和改善神经功能。临床试验中,脑损伤患者脑脊液缓激肽水平升高,与水肿程度和颅内压相关。肽类B2R拮抗剂deltibant早期治疗(损伤后12小时内)耐受良好,可降低病理性颅内压升高;非肽类小分子anatibant早期治疗(8小时内)也耐受良好,但II期试验因招募不足未能评估疗效。
COVID-19中,SARS-CoV-2刺突蛋白与ACE2结合导致其内化下调,损害缓激肽代谢,增加缓激肽水平。B2R过度激活导致血管舒张、通透性增加、肺水肿和急性炎症。多项研究评估icatibant在COVID-19中的疗效:个案对照研究中10例患者接受icatibant治疗,耐受良好,8例氧需求降低;单病例研究显示30 mg每8小时一次连用3天可减少炎症因子并开始脱离无创通气。单中心开放标签随机试验中,icatibant联合标准治疗4天未改变临床改善时间,但改善肺CT评分和外周血嗜酸性粒细胞。ICAT-COVID II期随机对照试验中,37例早期低氧血症COVID-19肺炎患者接受icatibant联合标准治疗,耐受良好,改善肺炎和生存。然而,后续96例患者随机开放标签试验中,icatibant未改善恢复时间、机械通气需求或生存。总体认为,B2R拮抗在COVID-19初期的探索性小样本研究中显示潜在获益,但大规模随机对照试验未能证实,可能与样本量、研究设计、治疗时机或B2R信号以外的复杂病理生理有关。
十一、重复B2R拮抗的观察性研究
Icatibant结局调查(IOS)是国际前瞻性观察性登记研究,纳入接受icatibant治疗的HAE-1和HAE-2患者。3000余次发作治疗中,3.1%患者报告43例相关不良事件,最常见为全身性疾病和给药部位条件、胃肠道紊乱、体重或血压下降及充血。严重不良事件罕见。即使部分患者使用频率超出标签指南(每月≥9次注射、两次给药间隔<6小时或24小时内>3次),未报告相关不良事件。95例合并心血管疾病的HAE患者使用icatibant未发生相关严重不良事件。至2019年3月,5995次发作治疗中,3.9%患者报告75例可能相关不良事件,最常见为注射部位反应;仅2例(0.3%)报告可能相关的严重不良事件。
Deucrictibant作为在研B2R拮抗剂的长期预防性治疗研究中,4例AAE-C1INH患者接受每日治疗563至612天,有效预防血管性水肿发作且总体耐受良好,未报告相关治疗不良事件,生命体征、心电图或实验室参数无临床显著变化。