環(huán)氧化酶及前列腺素D2、E2在支氣管哮喘發(fā)病機制中的作用研究進展

邱云花，趙芝煥

(昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院，昆明650032)

支氣管哮喘是最常見的慢性呼吸道疾病之一，是由嗜酸粒細胞、肥大細胞和T細胞等多種炎癥細胞參與的氣道慢性非特異性炎癥。目前哮喘的病因和發(fā)病機制尚未完全闡明，近年來研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧化酶(COX)和前列腺素(PGs)家族中的PGE2、PGD2在支氣管哮喘發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)綜述如下。

1 COX 和PGs

COX又稱前列腺素內(nèi)過氧化物合成酶，是前列腺素(PG)合成過程中一個主要的限速酶，可將花生四烯酸(AA)代謝成各種類前列腺素產(chǎn)物，從而參與機體氣道的多種病理生理過程，如氣道痙攣、氣道高反應性和氣道炎癥，從而誘發(fā)哮喘發(fā)作或加重哮喘癥狀。PGs按其結(jié)構分為A、B、C、D、E、F、G、H、I等類型。不同類型的前列腺素具有不同的功能。哺乳動物的COX主要有結(jié)構型(COX-1)和誘導型(COX-2)兩種，它們在氨基酸水平有60%的同源性，具有相似的酶學活性。各種研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者的氣道中COX-1和COX-2的表達均升高。研究表明，缺失COX-1或COX-2的老鼠在過敏原刺激后肺部炎癥均加重。另外，選擇性COX-1和COX-2抑制劑加劇Th2細胞介導的變態(tài)反應性炎癥和氣道高反應性［1］。這說明COX-1和COX-2均參與了哮喘的發(fā)病。

PGs系一組炎性介質(zhì)，主要介導和參與機體的炎癥效應，如氣道平滑肌痙攣，肺內(nèi)小血管通透性增加，導致氣道黏膜水腫、滲出等，在哮喘氣道炎癥的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用。PGs產(chǎn)生過程涉及到幾個步驟。AA是一個20碳的未飽和脂脂肪酸，來源于磷脂細胞膜，在磷脂細胞膜受刺激后通過磷脂酶A2催化產(chǎn)生。在反應的第二步，AA被COX-1或COX-2催化轉(zhuǎn)變?yōu)镻GH2。隨后，PGH2被特定酶代謝為PGD2、PGE2、PGF2a、PGI2、TXA2。盡管COX在很多種細胞中均有表達，但前列腺素的種類是由表達在細胞內(nèi)特定的酶所決定的。比如，肥大細胞上表達大量的PGD酶，主要產(chǎn)生PGD2;巨噬細胞表達PGE酶，主要產(chǎn)生PGE2。COX代謝產(chǎn)物通過各自的受體發(fā)揮它們的作用，PGF2a、PGI2、TXA2的受體分別被命名為FP、IP、TP受體。PGE2有4種類型的受體，命名為EP1-EP4。PGD2通過2種受體起作用，分別為DP1受體和CRTH2受體。通過基因敲除特定前列腺素酶或受體的實驗研究可以進一步明確各種前列腺素和特定受體在哮喘中的作用。

2 PGE2在哮喘中的作用

PGE2是COX代謝途徑產(chǎn)生的重要脂質(zhì)介質(zhì)，已證明PGE2在支氣管哮喘發(fā)病機制中具有保護作用。PGE2是一種重要的抗炎性的前列腺素成分，具有支氣管保護作用，是哮喘發(fā)病中的重要阻斷劑，它可抑制副交感神經(jīng)末梢釋放乙酰膽堿。在卵蛋白(OVA)誘導的COX-1基因缺乏的哮喘老鼠模型中顯示出明顯增加的肺部炎癥和氣道高反應性，這與PGE2的生物合成受阻有關［2］。最近有研究表明，PGE2具有抑制氣道平滑肌細胞(ASM)增生的作用，這種抑制作用是PGE2持續(xù)激活PKA而介導的，激活的PKA可以抑制促有絲分裂過程中的P42/ P44或PI3K途徑而達到阻止平滑肌細胞增生的效應［3］。此研究還進一步表明，PGE2抑制ASM增生的作用主要是EP2的作用，而EP3具有刺激ASM增生的能力，這種能力可以被EP2的作用抵消。另外，有研究表明，PGE2同樣可以通過EP2、EP4發(fā)揮抗氣道纖維化的作用。PGE2可由成纖維細胞產(chǎn)生，哮喘氣道PGE2可以通過EP2及EP4激活PKA和增加細胞內(nèi)的cAMP后，在哮喘氣道纖維化中起“剎車”的作用［4］。研究顯示，在慢性過敏性炎癥中，隨著抗原刺激次數(shù)的增多，可形成氣道纖維化，這與肺成纖維細胞不能上調(diào)PGE2的生成或?qū)GE2的反應性降低有關。PGE2可以抑制成纖維細胞的所有功能，包括抑制成纖維細胞的遷移、增生、存活和膠原蛋白沉積。故推測PGE2主要是通過抑制ASM的增生和抑制氣道纖維化而阻止哮喘氣道重塑的進程。

在過敏性炎癥方面，PGE2起到明顯的抗炎作用。有研究表明，經(jīng)OVA致敏后的老鼠引起嗜酸性粒細胞(EOS)、白三烯(LT)、Th2型細胞因子(主要是IL-4和IL-5)表達明顯增多，而這種反應可以被PGE2明顯的抑制，表明PGE2具有明顯的抗變應性炎癥的作用［5］，故推測PGE2主要通過抑制Th2細胞因子、LT和EOS的合成而具有明顯的抗炎作用。EOS是哮喘肺內(nèi)炎癥的明顯標志，其在過敏性肺部炎癥中扮有主要角色。有文獻報道，PGE2可以有效地抑制EOS的遷移［6］。選擇性EP2激動劑布他前列腺素有著和PGE2相似的抑制EOS遷移的作用，EP2拮抗劑則可完全阻斷這種作用。布他前列腺素可以抑制C5a誘導的EOS的脫顆粒作用。此外，選擇性激酶抑制劑的使用提示PGE2抑制EOS遷移依賴于活化PI3K和蛋白激酶，而與cAMP無關。

還有研究表明，酵母多糖誘導PGE2產(chǎn)生增多可以抑制LT的合成［7］，從而在哮喘的發(fā)病中發(fā)揮其抗炎作用，這可能是通過EP2受體及EP4受體激活PKA信號途徑介導的。LT已公認為促哮喘發(fā)病的重要介質(zhì)。這也可以為阿司匹林哮喘(AIA)的發(fā)病機理提供一個合理的解釋:在使用具有抑制COX作用的以阿司匹林為代表的非甾體抗炎藥后，可以導致PGE2的產(chǎn)生減少，從而解除了PGE2對LT的控制作用，LT生產(chǎn)增多導致對阿司匹林不耐受的各種哮喘癥狀發(fā)生。已證明在阿司匹林性哮喘患者哮喘發(fā)作時，吸入少量低濃度的PGE2可松弛氣道平滑肌，減輕哮喘癥狀。很多體外研究表明，PGE2可以導致動物氣道舒張。

研究表明，PGE2引起的人類支氣管舒張主要由EP4發(fā)揮作用［8］。選擇性EP4受體激動劑(ONOAE1-329和L-902688)可導致明顯的人類支氣管舒張和肺靜脈舒張，它們可以明顯逆轉(zhuǎn)組胺和抗IgE誘導的支氣管收縮。而PGE2僅引起很不明顯的氣道舒張。此研究還表明，在舒張支氣管作用方面，人類支氣管對EP4受體激動劑的敏感性是β受體激動劑的10倍。吸入的EP4激動劑可能主要作用于人氣道平滑肌。故PGE2可以通過EP2、EP4發(fā)揮支氣管舒張作用，而且主要由EP4介導為主。這些都是PGE2在哮喘的發(fā)生、發(fā)展過程中所起的保護性作用的有力證據(jù)。

但PGE2在哮喘中的作用也可能有不好的一面。PGE2可影響Th2細胞介導的體液免疫反應，通過其受體 EP2/4使免疫球蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)?IgE，通過EP3受體使肥大細胞脫顆粒反應增強［9］。PGE2還能刺激血管生成，加重氣道重塑。PGE2抗細胞凋亡作用可能導致EOS的存活增高，結(jié)果加重氣道炎癥［10］。在哮喘中，氣道局部PDE2濃度的增加可以減弱β2腎上腺素受體 (β2AR)的功能，導致對β2AR激動劑的反應性減弱，EP1發(fā)揮這種作用是由于形成了EP 1:β2AR二聚體，導致β2AR與其激動劑的結(jié)合受阻，從而使β2AR激動劑引起的支氣管舒張作用明顯減低［11］。這表明，PGE2通過影響β2AR的功能，在支氣管收縮中扮有一定角色。有實驗表明，PGE2可以通過作用于EP1、EP3引起支氣管收縮［12］。此外，EP3已證明可以使肥大細胞向炎癥部位趨化［13］。PGE2可以通過刺激氣道內(nèi)的感覺神經(jīng)末梢引起咳嗽反射。經(jīng)PGE2受體缺乏老鼠研究后證明，這種咳嗽反射是由EP3介導的，EP3受體拮抗劑可以抑制PGE2誘導的咳嗽［14］。

3 PGD2在哮喘中的作用

PGD2可由肥大細胞、Th2細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞合成分泌。PGD2的產(chǎn)生是作為過敏原刺激的一種反應，所以認為PGD2可能在哮喘的發(fā)病中起重要作用。已發(fā)現(xiàn)哮喘患者支氣管肺泡灌洗液中PGD2水平較正常人明顯升高。在哮喘發(fā)病過程中，PGD2可起到收縮支氣管、使血管通透性增加、促進過敏性炎癥反應，從而在哮喘的發(fā)病機制中起到重要作用。PGD2主要通過DP1受體、CRTH2受體和TP受體發(fā)揮作用。已有研究表明，PGD2可引起強烈的支氣管收縮，吸入后哮喘患者氣道呈現(xiàn)高反應性，PGD2可以通過活化TP受體引起支氣管收縮。有研究證明TP受體拮抗劑雷馬曲班可以削弱PGD2誘導的支氣管高反應性［15］，從而進一步證明TP是PGD2發(fā)揮生物活性的受體之一。PGD2可增加氣道對組胺和乙酰甲膽堿的反應性。轉(zhuǎn)基因老鼠肺內(nèi)的PGD2合成酶基因的定向過表達可導致肺內(nèi)嗜酸性粒細胞、淋巴細胞、嗜酸性粒細胞趨化因子、Th2細胞因子水平的提高，這表明PGD2在哮喘過敏性炎癥反應中起重要作用。有學者研究發(fā)現(xiàn)，上皮細胞分泌的抗炎蛋白uteroglobinan可阻滯DP的信號途徑，并降低哮喘老鼠模型中的Th2型細胞因子和EOS的水平［16］，以上證據(jù)表明PGD2可通過DP介導變態(tài)反應性炎癥過程。進一步的研究證明，PGD2的促炎作用可能是由 CRTH2介導的。使用了CRTH2受體拮抗劑的老鼠在過敏原致敏后，未形成氣道高反應性，且氣道炎癥明顯較輕，因為CRTH2介導過敏性炎癥的途徑被廢除了。最近國內(nèi)有學者用哮喘老鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，正常老鼠中的嗜酸粒細胞表面受體以DP1為主，在哮喘時CRTH2表達明顯增多，且發(fā)現(xiàn)哮喘急性發(fā)作期時嗜酸粒細胞上CRTH2受體結(jié)合容量增加，從而使EOS趨化反應的促炎反應增強。另一個實驗研究表明，用CRTH2受體拮抗劑能減輕哮喘大鼠的氣道炎癥，而DP1受體拮抗劑則對氣道炎癥無顯著改善作用。這進一步證實PGD2在哮喘中扮有促炎作用，且主要是通過與CRTH2的相互作用而實現(xiàn)的。最近還有研究表明，呼吸道RNA病毒可以使抗原致敏的呼吸道形成EOS浸潤性炎癥，同時伴有氣道對乙酰膽堿反應性的增加，兩者的形成的均是通過激活CRTH2受體介導的［17］。

然而，PGD2在一些環(huán)境中可能有抑制炎癥的作用，PGD2能抑制肺內(nèi)樹突狀細胞的遷移，樹突狀細胞在抗原遞呈細胞和開始免疫反應中起重要作用，這種作用是通過選擇性激活 DP1而實現(xiàn)的。在OVA致敏后，DP1激動劑抑制樹突狀細胞向淋巴結(jié)遷移，這導致T細胞增殖受抑制，T細胞因子的量減少。表明PGD2可能導致過敏性炎癥的消退，從而在哮喘的發(fā)病中起一定的保護性作用。

總之，COX代謝產(chǎn)生的前列腺素PGE2和PGD2在哮喘的發(fā)病中起主要作用。但目前的研究還多停留在動物研究的基礎上，未來應尋求盡可能安全、全面的人氣道研究方式，探討PGE2、PGD2在人哮喘發(fā)病中的確切機制，為哮喘治療藥物的開發(fā)提供依據(jù)。

［1］Peebles RS Jr，Hashimoto K，Morrow JD，et al.Selective cyclooxygenase-1 and-2 inhibitors each increase allergic inflammation and airway hyperresponsiveness in mice［J］.Am J Respir Crit Care Med，2002，165(8):1154-1160.

［2］Gavett SH，Madison SL，Chulada PC，et al.Allergic lung responses are increased in prostaglandin H synthase-deficient mice［J］.J Clin Invest，1999，104(6):721-732.

［3］Yan H，Deshpande DA，Misior AM，et al.Anti-mitogenic effects of β-agonists and PGE2on airway smooth muscle are PKA dependent［J］.FASEB J，2011，25(1):389-397.

［4］Stumm CL，Wettlaufer SH，Jancar S，et al.Airway remodeling in murine asthma correlates with a defect in PGE2synthesis by lung fibroblasts［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2011，301 (5):636-644.

［5］Lukacs NW，Berlin AA，F(xiàn)ranz-Bacon K，et al.CRTH2 antagonism significantly ameliorates airway hyperreactivity and downregulates inflammation-induced genes in a mouse model of airway inflammation［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2008，295 (5):767-779.

［6］Sturm EM，Schratl P，Schuligoi R，et al.Prostaglandin E2inhibits eosinophil trafficking through E-prostanoid 2 receptors［J］.J Immunol，2008，181(10):7273-7283.

［7］Esser J，Gehrmann U，Salvado MD，et al.Zymosan suppresses leukotriene C4 synthase activity in differentiating monocytes:antagonism by aspirin and protein kinase inhibitors［J］.FASEB J，2011，25(4):1417-1427.

［8］Benyahia C，Gomez I，Kanyinda L，et al.PGE2receptor(EP4) agonists:Potent dilators of human bronchi and future asthma therapy［J］.Pulm Pharmacol Ther，2012，25(1):115-118.

［9］Nguyen M，Solle M，Audoly LP，et al.Receptors and signaling mechanisms required for prostaglandin E2-mediated regulation of mast cell degranulation and IL-6 production［J］.J Immunol，2002，169(8):4586-4593.

［10］Profita M，Sala A，Bonanno A，et al.Increased prostagland in E2concentrations and cyclooxygenase-2 expression in asthmatic subjects with sputum eosinophilia［J］.J Allergy Clin Immunol，2003，112(4):709-716.

［11］Huang S，Wettlaufer SH，Hogaboam C，et al.Prostaglandin E(2) inhibits collagen expression and proliferation in patient-derived normal lung fibroblasts via E prostanoid 2 receptor and cAMP signaling［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2007，292(2):405-413.

［12］Tilley SL，Hartney JM，Erikson CJ，et al.Receptors and pathways mediating the effects of prostaglandin E2on airway tone［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2003，284(4):599-606.

［13］Weller CL，Collington SJ，Hartnell A，et al.Chemotactic action of prostaglandin E2on mouse mast cells acting via the PGE2receptor 3［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2007，104(28):11712-11717.

［14］Maher SA，Birrell MA，Belvisi MG.Prostaglandin E2mediates cough via the EP3 receptor:implications for future disease therapy［J］.Am J Respir Crit Care Med，2009，180(10):923-928.

［15］Sugimoto H，Shichijo M，Iino T，et al.An orally bioavailable small molecule antagonist of CRTH2，ramatroban(BAY u3405)，inhibits prostaglandin D2-induced eosinophil migration in vitro［J］.J Pharmacol Exp Ther，2003，305(1):347-352.

［16］Fujitani Y，Kanaoka Y，Aritake K，et al.Pronounced eosinophilic lung inflammation and Th2 cytokine release in human lipocalintype prostaglandin D synthase transgenic mice［J］.J Immunol，2002，168(1):443-449.

［17］Mandal AK，Zhang Z，Ray R，et al.Uteroglobin represses allergen-induced inflammatory response by blocking PGD2receptor-mediated functions［J］.J Exp Med，2004，199(10):1317-1330.