综述：波形蛋白在炎症反应中细胞外波形蛋白生成和分泌过程中的结构与功能

这篇综述聚焦波形蛋白（vimentin），详细阐述其在炎症反应中，从细胞内丝状结构转化为细胞外波形蛋白（ECV）并分泌的过程。深入探讨相关结构变化、翻译后修饰（PTMs）调节机制、分泌途径，以及 ECV 在多种疾病中的作用，为炎症性疾病诊疗提供新思路。

　　

波形蛋白：细胞中的 “多面手”

波形蛋白（vimentin）是一种 III 型中间丝细胞骨架蛋白，在细胞中发挥着多种重要作用。它由 VIM 基因编码，广泛存在于间充质来源的细胞以及部分发生上皮 - 间质转化（EMT）的癌细胞中。

在细胞的生理活动里，波形蛋白参与了增殖、分裂、黏附、迁移等诸多过程，就像是细胞活动的 “幕后推手”。它还能维持细胞的机械稳定性，保护细胞核免受损伤，是细胞结构的 “守护者”。在成年组织中，波形蛋白常被视为间充质谱系的标志，也是评估 EMT 过程的重要指标。

不过，波形蛋白在病理过程中也扮演着复杂的角色。在慢性炎症、纤维化、伤口愈合异常、泡沫细胞形成、晶状体功能障碍、癌症转移以及病毒和细菌感染等疾病中，都有它的身影。例如，在肺纤维化疾病里，波形蛋白能够激活 NLRP3 炎性小体，促进 IL-1β 的成熟，进而加重炎症反应；在动脉粥样硬化的发展过程中，它又帮助巨噬细胞摄取氧化低密度脂蛋白（oxLDL），形成泡沫细胞，推动疾病进展。

波形蛋白表达的调控机制

波形蛋白的表达受到多种因素的精密调控。从基因层面来看，其启动子序列可与多种转录因子结合，像 NF-κB、PEA3、Sp1、ZBP-89 等，这些转录因子就如同 “开关”，控制着波形蛋白基因的表达。同时，炎症还能通过改变表观遗传修饰，如 DNA 甲基化和组蛋白修饰，影响波形蛋白的表达。

在转录后水平，各种非编码 RNA 也参与其中。比如，microRNA30a、环状 RNA circ-10,720 和长链非编码 RNA GAS5 等，它们能够调节波形蛋白的表达，就像给波形蛋白的合成 “踩刹车” 或 “踩油门”。此外，翻译后修饰（PTMs），如泛素化，也会影响波形蛋白丝的稳定性和分解，进而调控其表达。

细胞外的信号和细胞状态同样会对波形蛋白的表达产生影响。像血小板衍生生长因子（一种促纤维化细胞因子）和 12-O - 十四烷酰佛波醇 - 13 - 乙酸酯（蛋白激酶 C 的强效激活剂），能够增强波形蛋白的表达；而细胞在发生 EMT 时，上皮标记物 E-cadherin 下调，波形蛋白等间充质标记物则会上调。

波形蛋白丝的组装与解聚

波形蛋白丝的组装过程十分复杂且有序。在培养的成纤维细胞中，它从细胞核膜延伸到质膜，形成一个结构网络，为细胞提供支撑，并协助细胞内物质运输。在细胞铺展和黏附过程中，波形蛋白会先形成点状结构或弯曲状结构，这些被认为是新丝的前体。

波形蛋白的组装是一个分级过程。首先，单体结合形成平行的卷曲螺旋二聚体，接着二聚体以反平行方式组装成对称的四聚体。然后，八个四聚体迅速横向结合形成单位长度的细丝（ULFs），ULFs 再通过 “头对尾” 的相互作用纵向融合，最终形成不溶性的成熟波形蛋白丝。这个过程受到位于中央 α - 螺旋杆结构域两端的保守中间丝共识基序的调控，赋予了波形蛋白丝独特的柔韧性和伸展性。

与细胞内典型的波形蛋白丝不同，细胞外波形蛋白（ECV）主要以低聚物形式存在，通常由 4 - 12 个单体组成，比单个 ULF 小。这种低聚结构对脂质双层具有较高的亲和力，使得波形蛋白在从典型的丝状结构转变为低聚结构后，更容易整合到质膜中。

在细胞内，波形蛋白的组装和解聚是动态平衡的，会根据外界环境的变化进行调整。翻译后修饰（PTMs）在这个过程中起着关键作用，不同的 PTMs 对波形蛋白的组装和解聚有着不同的影响。

1. 磷酸化：磷酸化是研究较为广泛的一种 PTM，主要针对丝氨酸、苏氨酸和少量酪氨酸残基。在有丝分裂、细胞迁移以及炎症过程中，磷酸化水平会升高。它会干扰波形蛋白二聚体之间的相互作用，抑制四聚体的形成，进而阻碍丝状结构的组装。多个蛋白激酶，如 PKC、CDK1、PAK、PKA、CaMKII 和 ROCK 等，都能催化这一过程。去磷酸化则相反，能够促进丝的重新组装，稳定中间丝网络。
2. 谷胱甘肽化：谷胱甘肽化是将三肽谷胱甘肽可逆地连接到波形蛋白的半胱氨酸残基上。波形蛋白高度保守的 Cys328 位于杆结构域的末端螺旋段，这个位置在细丝延伸时，正好是相邻 ULF 结构域相互交错的区域。因此，Cys328 的谷胱甘肽化会阻碍 ULF 的纵向组装，使中间丝网络能够对氧化应激做出响应。
3. SUMO 化：SUMO 化是通过一系列酶促反应，将小泛素样修饰蛋白（SUMO）共价连接到目标蛋白的赖氨酸残基上。在波形蛋白的解聚过程中，E3 SUMO 连接酶 PIAS1 发挥着重要作用，它能介导波形蛋白在 Lys439 和 Lys445 等典型共识基序处发生 SUMO 化，促进波形蛋白丝的解聚，调节细胞迁移。
4. 糖基化：波形蛋白的 O - 连接糖基化是将 N - 乙酰葡糖胺分子连接到头部结构域的特定丝氨酸或苏氨酸残基上，如 Ser34、Ser39 和 Ser49。糖基化可以促进波形蛋白二聚体的组装，稳定丝状结构，还参与细胞迁移的调节以及细菌感染后的复制过程。
5. ADP - 核糖基化：ADP - 核糖基化是将 ADP - 核糖单位从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）转移到波形蛋白的精氨酸残基上。在波形蛋白的头部结构域，Arg44 和 Arg49 是主要的修饰位点，这一修饰会抑制波形蛋白组装成丝，促进中间丝网络的解聚。
6. 瓜氨酸化：瓜氨酸化是在肽基精氨酸脱亚氨酶（PADs）的催化下，将精氨酸转化为瓜氨酸。在炎症环境中，由于 Ca²⁺浓度的变化，PADs 被激活，导致波形蛋白瓜氨酸化。瓜氨酸化不仅会改变波形蛋白的抗原性，还能促进其解聚为可溶性形式，进而分泌为 ECV。
7. 乙酰化：乙酰化是在赖氨酸残基上添加乙酰基，中和赖氨酸的正电荷。波形蛋白在 Lys120 处发生乙酰化，虽然其对波形蛋白结构的具体影响尚不明确，但可能通过减少静电相互作用，促进波形蛋白丝的解聚。
8. 泛素化：泛素化主要调节蛋白质的降解、细胞内定位和功能。波形蛋白的泛素化会影响其降解，进而对细胞功能产生影响。

总体而言，除了糖基化促进波形蛋白组装外，其他几种 PTMs 都倾向于增强波形蛋白的解聚，促使更多可溶性形式的波形蛋白释放为 ECV。

波形蛋白的分泌机制

波形蛋白从细胞内释放到细胞外的机制一直是研究的热点。经典的蛋白质分泌途径（ER - 高尔基体分泌途径）需要蛋白质携带信号肽，才能进入内质网进行修饰和运输，但 ECV 缺乏信号肽，因此不符合这一途径。

目前认为，波形蛋白主要通过非传统蛋白分泌（UPS）途径释放到细胞外。UPS 途径通常由细胞应激和炎症触发，根据分泌蛋白是否含有信号肽，可分为两大类。其中，与波形蛋白分泌相关的主要有以下几种：

1. I 型 UPS 途径：通过自组装的脂质孔道分泌细胞质蛋白，但目前没有证据表明波形蛋白能通过这种途径分泌，因为在分泌波形蛋白的细胞中未观察到质膜上的孔形成。
2. II 型途径：依赖 ATP 结合盒（ABC）转运体，主要分泌酰化肽和酵母交配肽，目前尚无数据表明其与 ECV 的产生有关。
3. III 型途径：这是一种基于自噬体 / 内体的分泌途径。在特定环境条件下，细胞质或细胞核中的分泌蛋白会被包装到膜结合的细胞器（如内体和自噬体）中，然后释放到细胞外。研究发现，至少在内皮细胞中，波形蛋白很可能通过这种途径分泌。此外，星形胶质细胞在损伤或应激后，会将波形蛋白包裹在多囊泡体中，然后与细胞膜融合，通过细胞外囊泡释放波形蛋白；脂肪细胞祖细胞也能在伤口修复过程中，通过外泌体释放波形蛋白。
4. IV 型途径：含有信号肽和 / 或跨膜结构域的蛋白质进入内质网后，绕过高尔基体直接到达质膜，但这种途径主要与跨膜蛋白相关，与可溶性波形蛋白的分泌关系不大。

ECV 在炎症和疾病中的作用

在炎症病变中，ECV 主要由免疫细胞和驻留的基质细胞（如成纤维细胞）分泌。炎症细胞，如单核细胞 - 巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞，在激活或凋亡过程中会释放波形蛋白。例如，在巨噬细胞对细菌挑战的炎症反应中，促炎因子 TNF - α 和 oxLDL 会诱导并增强波形蛋白的分泌；在结核感染时，单核细胞表面会分泌波形蛋白，作为自然杀伤细胞识别感染细胞的模式，促进杀伤作用。

在中性粒细胞胞外陷阱（NET）形成和激活过程中，PADs 被激活，导致波形蛋白丝解聚，使 DNA 能够从异染色质中释放出来，进入细胞外空间。增强的 NETosis，伴随着瓜氨酸化波形蛋白的释放，与类风湿关节炎的异常免疫反应有关。此外，在机械性细胞损伤、细胞衰老和凋亡过程中，也能检测到 ECV 的释放。

在健康组织中，ECV 水平较低，但在炎症组织中，大量免疫细胞被招募和激活，导致 ECV 分泌增加。这种病理性增加与组织的结构和功能失调相关，在多种炎症性和肿瘤性疾病中都有体现。例如，在患有全身炎症反应的重症患者中，血浆中波形蛋白浓度显著升高；在冠心病患者中，血清波形蛋白水平也明显增加；在动脉粥样硬化病变中，ECV 在坏死病变的核心区域和炎症细胞丰富的部位富集。

ECV 的存在还可能导致波形蛋白抗体的产生，在同种异体移植排斥、同基因心脏移植排斥、肺纤维化、系统性红斑狼疮、贝赫切特病以及类风湿关节炎中都有相关现象。而且，波形蛋白抗体的存在与这些疾病的临床表现和预后相关。

过量的 ECV 会影响多种病理过程。在炎症过程中，它可作为损伤相关分子模式，激活 NF - κB 等炎症相关信号通路，形成正反馈循环，加剧炎症反应，促进动脉粥样硬化炎症和牙周炎等疾病的进展。在组织损伤时，ECV 会诱导间充质修复细胞分化为肌成纤维细胞，导致细胞外基质过度分泌和伤口纤维化。此外，ECV 还可能作为病原体入侵的附着平台，加重感染相关并发症。不过，某些波形蛋白抗体也具有保护作用，有望成为炎症性疾病和癌症诊断与治疗的潜在靶点。

总结与展望

波形蛋白在生理和病理过程中都扮演着重要角色，参与免疫细胞激活、炎症反应和组织修复等过程。其表达和功能受到多种因素的调控，尤其是翻译后修饰（PTMs）在波形蛋白从细胞内丝状结构转化为可溶性低聚物并分泌为 ECV 的过程中起着关键作用。ECV 主要通过 III 型 UPS 途径释放，其分泌受到炎症细胞因子的调节。在多种炎症性和自身免疫性疾病中，ECV 和波形蛋白抗体的水平会发生变化，并且与疾病的发生、发展密切相关，具有作为生物标志物和治疗靶点的潜力。

未来的研究可以从以下几个方面展开：一是明确驱动波形蛋白丝转化为低聚物并分泌为 ECV 的酶系统，以及调节波形蛋白生成的炎症信号通路，评估 ECV 作为治疗靶点的可行性；二是开展针对类风湿关节炎、牙周炎等炎症性疾病的人体研究，探索 ECV 在血液样本或龈沟液中的诊断和治疗潜力。通过这些研究，有望进一步揭示波形蛋白和 ECV 在健康与疾病中的奥秘，为相关疾病的诊疗提供更有效的策略。