LPS结合蛋白的结构和功能
作者：赵虎 周庭银 孔宪涛
单位：赵虎(第二军医大学长征医院免疫中心，上海200003)；周庭银(第二军医大学长征医院免疫中心，上海200003)；孔宪涛(第二军医大学长征医院免疫中心，上海200003)
关键词：LBP；LPS；结构与功能
细胞与分子免疫学杂志000136
中图号：R392.11 文献标识码：A
文章编号:1007-8738(2000)01-0091-92
LPS结合蛋白(lipopolysaccharidebindingprotein,LBP)，是存在于正常人和动物血清中的一种糖蛋白。因其对细菌内毒素(endotoxin)，即脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)中的类脂体A具有高度亲和性，易与LPS结合而命名〔1-3〕。LBP最早由Tobias等〔1〕于1986年，从急性反应期的兔血清中发现并分离；Lei等〔2〕于1988年，从大鼠体内分离出LBP;Robert等〔3〕又于次年从人和其它动物体内分离出各自的LBP。
, 百拇医药
LBP是一种Mr为60000的糖蛋白，其蛋白质部分是由1条Mr为50000的单链多肽组成。人LBP蛋白质的氨基酸序列已弄清，由26个疏水性氨基酸残基和456个氨基酸残基组成的蛋白质多肽链构成。其蛋白质多肽链上，含有4个半胱氨酸和5个糖基结合部位(分别位于多肽链的275～277，325～327，330～332，361～363和369～371位之间)。兔LBP蛋白质的结构与人LBP很相似，有69%的氨基酸序列相同，但仅含有2个半胱氨酸和3个糖基结合部位(分别位于275～277，325～327和361～363位)〔4，5〕。
1 合成与分布
LBP由肝细胞合成和分泌。人LBP基因位于第20号常染色体的长臂端q11.23和q12之间。人和兔的LBP基因已被克隆，其核苷酸序列也已清楚〔4，5〕。IL-6是LBP合成必要的条件。IL-6能够激活人肝细胞的LBP基因，促进其mRNA的转录和LBP的合成。在无IL-6的条件下，体外培养的肝细胞合成LBP的量很少；加入IL-6后，LBP的量明显增加。IL-1、TNF和地塞米松单独不能促进LBP的合成，但三者均可增强IL-6对LBP合成的促进作用，尤其是在IL-6和地塞米松同时存在的条件下，可明显增强LBP的合成〔4-6〕。人肝细胞瘤HepG2细胞能够合成、分泌LBP〔6〕，且能在体外长期传代，故可将其用来作为研究LBP合成和影响因素的实验细胞株。LBP由肝细胞合成后分泌入血，存在于正常人和动物的血清中。人血清中的正常质量浓度为5～10mg/L，急性反应期可升高到200mg/L〔4，5〕。最近，重组人LBP(rhLBP)也已问世〔4〕。
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2 活性与功能
2.1 作为LPS载体蛋白介导LPS依赖性的细胞反应LBP与LPS的类脂体A具有高度亲和性，可形成LPS/LBP复合物。一方面可通过细胞膜上的LPS/LBP复合物受体(membraneCD14,mCD14)，直接刺激单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等，使其分泌产生TNF、IL-1和IL6等细胞因子，增强细胞的粘附功能，产生一系列病理(炎症反应等)、生理(杀灭细菌等)反应〔4，7，8〕；另一方面通过可溶性CD14(solubleCD14、sCD14)，激活、损伤内皮细胞和上皮细胞等不含mCD14的细胞，产生一系列生物学效应(炎症反应和DIC等)〔7，8〕。以往认为，LBP是作为载体蛋白而将LPS传递给CD14〔9〕。最新研究表明，LBP实际上是一种催化剂，可催化LPS与CD14结合，即LBP的N端区域先与LPS结合，形成LPS单体LBP复合物(类似于底物酶复合物)，再通过LBP的C-端区与CD14结合，进而形成LPS/LBP/CD14复合物。LBP可从3个分子的复合物中脱出，再进入下一个循环，形成LPS/CD14复合物〔10〕。
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2.2 作为调理素发挥调理作用LBP可以不同形式发挥调理作用：①LBP与LPS结合形成LPS/LBP复合物，再与红细胞等颗粒物质结合；②LBP直接与红细胞等颗粒物质表面的LPS结合；③LBP也可以直接与革兰阴性菌结合。这些被包被的颗粒传递给单核细胞和巨噬细胞等，使吞噬细胞便于吞噬这些被包被的LPS和细菌〔9〕。
2.3 调节LPS所致炎症反应识别LPS的存在，是介导炎症反应和抗炎反应的首要环节。LBP因其对LPS类脂体A有高度亲和性，可早期识别可溶性LPS及细菌表面的LPS，并与之结合，通过以下两个环节，调节LPS所致炎症反应。①介导炎症反应：一方面通过mCD14，激活单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等，使其产生TNF、IL-1、IL-6和其他炎性介质，其中TNF最为重要。TNF是致机体产生炎症反应和休克的重要因子。LBP能明显增强LPS对TNF的诱生作用，增加TNFmRNA转录的速度和程度，使TNF水平从4×104U/L迅速上升到1×107U/L。而LBP本身并不能诱导TNFmRNA的转录和TNF的产生；但缺少LBP结合时，LPS就不能明显地刺激TNF的产生〔7〕。另一方面，通过sCD14激活、损伤血管内皮细胞，促进炎性因子向血管外渗透，促进单核细胞等与血管内皮细胞粘附并进入组织，从而加重炎症反应。进入细胞间质的LBP，还可刺激巨噬细胞、上皮细胞和平滑肌细胞，增强其对LPS的反应性〔8〕。②缓解炎症反应：LBP可通过调理作用，促进单核细胞等吞噬被调理的LPS或细菌，及时清除进入体内的LPS和革兰阴性菌〔9〕。LBP还可催化LPS与高密度脂蛋白(high-densitylipoproteins,HDL)结合，后者可中和LPS的生物学活性〔11〕。总体来说，LBP的生理功能是以传递LPS、介导细胞反应为主〔12〕，即LBP介导炎症反应的活性较缓解炎症反应的活性强。
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3 生物拮抗剂-BPI
杀菌/渗透性促进蛋白(bactericidal/permeabilityincreasingprotein,BPI)是存在于中性粒细胞的嗜苯胺兰颗粒中的另一种LPS反应蛋白，具有与LBP相似的化学结构，由31个疏水性氨基酸残基和456个氨基酸残基构成的蛋白质多肽链组成。其氨基酸序列与人和兔的LBP，分别有44%和40%的同源性〔4，10，12〕。
BPI与LPS的类脂体A也具有高度亲和性〔13〕。但作为LPS反应蛋白，LBP和BPI的生物学功能恰相反，前者为激活剂，后者却为拮抗剂。BPI能竞争性地抑制LBP与LPS的结合，减少LPS/LBP复合物的形成，减弱LPS对单核细胞和巨噬细胞的激活作用，抑制细胞粘附作用和炎性介质的释放，有效地拮抗由LBP介导的LPS性炎症反应，减少内毒素血症和败血症休克的死亡率〔12〕。BPI与LPS的亲和力较LBP与LPS的亲和力强，较低浓度的BPI即能竞争性地抑制较高浓度的LPB与LPS的结合；LPS-BPI复合物对单核细胞和内皮细胞无刺激作用〔7〕。
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BPI除能竞争性地与LPS结合，减少由LBP、CD14介导的炎症反应外，还可直接与细菌结合，尤其是与含有荚膜、易逃避吞噬细胞吞噬作用的细菌结合，起调理素的作用，使中性粒细胞易于吞噬这些被调理的细菌〔10〕。BPI调理作用的机制与LBP传递LPS给细胞表面mCD14的方式很相似，即BPI通过其N-端区域与LPS结合，再通过其C端区域与吞噬细胞表面结合，形成桥状连接，便于吞噬细胞吞噬、杀灭这些细菌〔10〕。BPI还可在细胞内杀伤被中性粒细胞吞噬的革兰阴性菌〔14〕，分泌至细胞外的BPI也能杀伤对吞噬具有抵抗作用的、有荚膜的细菌。
作者简介：越虎，男，37岁，助理研究员
上海市凤阳路415号，Tel.(021)63610109
参考文献：
〔1〕 Tobias PS, Soldau K, Ulevitch RJ， et al. Isolation of a lipopolysaccharide binding acute phase reactant from rabbit serum〔J〕 . J Exp Med, 1986;164(3):777- 793.
, 百拇医药
〔2〕 Lei MG, Morrison DC. Specific endotoxic lipopolysaccharide bind ing proteins on murine splenocytes. II. Membrane localization and binding characteristics〔J〕 . J Immunol, 1988;141(3):1006- 1011.
〔3〕 Roeder DJ, Lei MG, Morrison DC,et al. Endotoxic lipopolysacchari de specific binding proteins on lymphoid cells of various animal species:association with endotocis susceptibility〔J〕 . Infect Immun, 1989;57(4):1054- 1058.
〔4〕 Beamer LJ, Carroll SF, Eisenberg D, et al. The BPL/LBP family of proteins: a structural analysis of conserved region5〔J〕 . Protein Sci, 1998;7(4):906- 914.
, 百拇医药
〔5〕 Usui M, Hanamura N, Hayashi T, et al. Molecular cloning, expression and tissue distribution of canine lipopolysaccharide(LPS) bind ing protein〔J〕 . Biochim Biophys Acta, 1998;1397(2):202- 212.
〔6〕 Grube BJ, Cochane CG, Ye RD, et al. Lipopolysaccharide binding protein expression in primary human hepatocytes and Hep G2 hepatoma cells〔J〕 . J Biol Chem, 1994;269(11):8477- 8482.
〔7〕 Abrahamson SL, Wu HM, Williams RE, et al. Biochemical characterization of recombinant fusions of lipopolysaccharide binding protein and bactericidal/permeability increasing protein〔J〕 . J Biol Chem, 1997;272(4):2149- 2155.
, 百拇医药
〔8〕 Tapping RI, Tobias PS. Cellular binding of soluble CD14 requires lipopolysaccharide(LPS) and LPS binding protein〔J〕 . J Biol Chem, 1997;272(37):23157- 23164.
〔9〕 Wright D, Ramos RA, Todias PS et al. CD14, a receptor for complexes of lipopolysaccharide (LPS)and LPS binding protein〔J〕 . Science, 1990; 249(4975):1431- 1433.
〔10〕 Lovine NM, Eksbacg P, Weiss J. An opsonic function of the neutrophil bactericidal/permeability increasing protein depends on both its N and C terminal domains〔J〕 . Proc Natl Acad Sci USA, 1997;94(20):10973- 10978.
, http://www.100md.com
〔11〕 Schletter J, Heine H, Ulmer AJ, et al. Molecular mechanisms of endotoxin activity〔J〕 . Arch Microbiol, 1995;164(6):383- 389.
〔12〕 Ulevitch RJ, Tobias PS. Receptor dependent mechanisms of cell stimulation by bacterial endotoxin〔J〕 . Annu Rev Immunol, 1995;13:437- 457.
〔13〕 Marra MN, Wilde CG, Griffith JE, et al. Bactericidal/permeability increasing protein has endotoxinneutralizing activity〔J〕 . J Immunol, 1990;144(2):662- 666.
〔14〕 Weiss J, Inada M, Elsbach P, et al. Structural determinants of the action against Escherichia coli of a human inflammatory fluid phospholipase A2 in concert with polymorphonuclear leukocytes〔J〕 . J Biol Chem； 1994;269(42):26331- 26337.
收稿日期：1999-05-10
修回日期：1999-08-16, 百拇医药
单位：赵虎(第二军医大学长征医院免疫中心，上海200003)；周庭银(第二军医大学长征医院免疫中心，上海200003)；孔宪涛(第二军医大学长征医院免疫中心，上海200003)
关键词：LBP；LPS；结构与功能
细胞与分子免疫学杂志000136
中图号：R392.11 文献标识码：A
文章编号:1007-8738(2000)01-0091-92
LPS结合蛋白(lipopolysaccharidebindingprotein,LBP)，是存在于正常人和动物血清中的一种糖蛋白。因其对细菌内毒素(endotoxin)，即脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)中的类脂体A具有高度亲和性，易与LPS结合而命名〔1-3〕。LBP最早由Tobias等〔1〕于1986年，从急性反应期的兔血清中发现并分离；Lei等〔2〕于1988年，从大鼠体内分离出LBP;Robert等〔3〕又于次年从人和其它动物体内分离出各自的LBP。
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LBP是一种Mr为60000的糖蛋白，其蛋白质部分是由1条Mr为50000的单链多肽组成。人LBP蛋白质的氨基酸序列已弄清，由26个疏水性氨基酸残基和456个氨基酸残基组成的蛋白质多肽链构成。其蛋白质多肽链上，含有4个半胱氨酸和5个糖基结合部位(分别位于多肽链的275～277，325～327，330～332，361～363和369～371位之间)。兔LBP蛋白质的结构与人LBP很相似，有69%的氨基酸序列相同，但仅含有2个半胱氨酸和3个糖基结合部位(分别位于275～277，325～327和361～363位)〔4，5〕。
1 合成与分布
LBP由肝细胞合成和分泌。人LBP基因位于第20号常染色体的长臂端q11.23和q12之间。人和兔的LBP基因已被克隆，其核苷酸序列也已清楚〔4，5〕。IL-6是LBP合成必要的条件。IL-6能够激活人肝细胞的LBP基因，促进其mRNA的转录和LBP的合成。在无IL-6的条件下，体外培养的肝细胞合成LBP的量很少；加入IL-6后，LBP的量明显增加。IL-1、TNF和地塞米松单独不能促进LBP的合成，但三者均可增强IL-6对LBP合成的促进作用，尤其是在IL-6和地塞米松同时存在的条件下，可明显增强LBP的合成〔4-6〕。人肝细胞瘤HepG2细胞能够合成、分泌LBP〔6〕，且能在体外长期传代，故可将其用来作为研究LBP合成和影响因素的实验细胞株。LBP由肝细胞合成后分泌入血，存在于正常人和动物的血清中。人血清中的正常质量浓度为5～10mg/L，急性反应期可升高到200mg/L〔4，5〕。最近，重组人LBP(rhLBP)也已问世〔4〕。
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2 活性与功能
2.1 作为LPS载体蛋白介导LPS依赖性的细胞反应LBP与LPS的类脂体A具有高度亲和性，可形成LPS/LBP复合物。一方面可通过细胞膜上的LPS/LBP复合物受体(membraneCD14,mCD14)，直接刺激单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等，使其分泌产生TNF、IL-1和IL6等细胞因子，增强细胞的粘附功能，产生一系列病理(炎症反应等)、生理(杀灭细菌等)反应〔4，7，8〕；另一方面通过可溶性CD14(solubleCD14、sCD14)，激活、损伤内皮细胞和上皮细胞等不含mCD14的细胞，产生一系列生物学效应(炎症反应和DIC等)〔7，8〕。以往认为，LBP是作为载体蛋白而将LPS传递给CD14〔9〕。最新研究表明，LBP实际上是一种催化剂，可催化LPS与CD14结合，即LBP的N端区域先与LPS结合，形成LPS单体LBP复合物(类似于底物酶复合物)，再通过LBP的C-端区与CD14结合，进而形成LPS/LBP/CD14复合物。LBP可从3个分子的复合物中脱出，再进入下一个循环，形成LPS/CD14复合物〔10〕。
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2.2 作为调理素发挥调理作用LBP可以不同形式发挥调理作用：①LBP与LPS结合形成LPS/LBP复合物，再与红细胞等颗粒物质结合；②LBP直接与红细胞等颗粒物质表面的LPS结合；③LBP也可以直接与革兰阴性菌结合。这些被包被的颗粒传递给单核细胞和巨噬细胞等，使吞噬细胞便于吞噬这些被包被的LPS和细菌〔9〕。
2.3 调节LPS所致炎症反应识别LPS的存在，是介导炎症反应和抗炎反应的首要环节。LBP因其对LPS类脂体A有高度亲和性，可早期识别可溶性LPS及细菌表面的LPS，并与之结合，通过以下两个环节，调节LPS所致炎症反应。①介导炎症反应：一方面通过mCD14，激活单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等，使其产生TNF、IL-1、IL-6和其他炎性介质，其中TNF最为重要。TNF是致机体产生炎症反应和休克的重要因子。LBP能明显增强LPS对TNF的诱生作用，增加TNFmRNA转录的速度和程度，使TNF水平从4×104U/L迅速上升到1×107U/L。而LBP本身并不能诱导TNFmRNA的转录和TNF的产生；但缺少LBP结合时，LPS就不能明显地刺激TNF的产生〔7〕。另一方面，通过sCD14激活、损伤血管内皮细胞，促进炎性因子向血管外渗透，促进单核细胞等与血管内皮细胞粘附并进入组织，从而加重炎症反应。进入细胞间质的LBP，还可刺激巨噬细胞、上皮细胞和平滑肌细胞，增强其对LPS的反应性〔8〕。②缓解炎症反应：LBP可通过调理作用，促进单核细胞等吞噬被调理的LPS或细菌，及时清除进入体内的LPS和革兰阴性菌〔9〕。LBP还可催化LPS与高密度脂蛋白(high-densitylipoproteins,HDL)结合，后者可中和LPS的生物学活性〔11〕。总体来说，LBP的生理功能是以传递LPS、介导细胞反应为主〔12〕，即LBP介导炎症反应的活性较缓解炎症反应的活性强。
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3 生物拮抗剂-BPI
杀菌/渗透性促进蛋白(bactericidal/permeabilityincreasingprotein,BPI)是存在于中性粒细胞的嗜苯胺兰颗粒中的另一种LPS反应蛋白，具有与LBP相似的化学结构，由31个疏水性氨基酸残基和456个氨基酸残基构成的蛋白质多肽链组成。其氨基酸序列与人和兔的LBP，分别有44%和40%的同源性〔4，10，12〕。
BPI与LPS的类脂体A也具有高度亲和性〔13〕。但作为LPS反应蛋白，LBP和BPI的生物学功能恰相反，前者为激活剂，后者却为拮抗剂。BPI能竞争性地抑制LBP与LPS的结合，减少LPS/LBP复合物的形成，减弱LPS对单核细胞和巨噬细胞的激活作用，抑制细胞粘附作用和炎性介质的释放，有效地拮抗由LBP介导的LPS性炎症反应，减少内毒素血症和败血症休克的死亡率〔12〕。BPI与LPS的亲和力较LBP与LPS的亲和力强，较低浓度的BPI即能竞争性地抑制较高浓度的LPB与LPS的结合；LPS-BPI复合物对单核细胞和内皮细胞无刺激作用〔7〕。
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BPI除能竞争性地与LPS结合，减少由LBP、CD14介导的炎症反应外，还可直接与细菌结合，尤其是与含有荚膜、易逃避吞噬细胞吞噬作用的细菌结合，起调理素的作用，使中性粒细胞易于吞噬这些被调理的细菌〔10〕。BPI调理作用的机制与LBP传递LPS给细胞表面mCD14的方式很相似，即BPI通过其N-端区域与LPS结合，再通过其C端区域与吞噬细胞表面结合，形成桥状连接，便于吞噬细胞吞噬、杀灭这些细菌〔10〕。BPI还可在细胞内杀伤被中性粒细胞吞噬的革兰阴性菌〔14〕，分泌至细胞外的BPI也能杀伤对吞噬具有抵抗作用的、有荚膜的细菌。
作者简介：越虎，男，37岁，助理研究员
上海市凤阳路415号，Tel.(021)63610109
参考文献：
〔1〕 Tobias PS, Soldau K, Ulevitch RJ， et al. Isolation of a lipopolysaccharide binding acute phase reactant from rabbit serum〔J〕 . J Exp Med, 1986;164(3):777- 793.
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〔7〕 Abrahamson SL, Wu HM, Williams RE, et al. Biochemical characterization of recombinant fusions of lipopolysaccharide binding protein and bactericidal/permeability increasing protein〔J〕 . J Biol Chem, 1997;272(4):2149- 2155.
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〔8〕 Tapping RI, Tobias PS. Cellular binding of soluble CD14 requires lipopolysaccharide(LPS) and LPS binding protein〔J〕 . J Biol Chem, 1997;272(37):23157- 23164.
〔9〕 Wright D, Ramos RA, Todias PS et al. CD14, a receptor for complexes of lipopolysaccharide (LPS)and LPS binding protein〔J〕 . Science, 1990; 249(4975):1431- 1433.
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〔13〕 Marra MN, Wilde CG, Griffith JE, et al. Bactericidal/permeability increasing protein has endotoxinneutralizing activity〔J〕 . J Immunol, 1990;144(2):662- 666.
〔14〕 Weiss J, Inada M, Elsbach P, et al. Structural determinants of the action against Escherichia coli of a human inflammatory fluid phospholipase A2 in concert with polymorphonuclear leukocytes〔J〕 . J Biol Chem； 1994;269(42):26331- 26337.
收稿日期：1999-05-10
修回日期：1999-08-16, 百拇医药