哮喘氣道黏液高分泌分子機制研究進展＊

張 沄 綜述，李國平 審校

（瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸一科，四川瀘州646000）

支氣管哮喘（以下簡稱哮喘）是由多種細胞及細胞組分參與的慢性氣道炎性疾病，以呼吸道炎性反應(yīng)、氣道高反應(yīng)性、氣道重塑為其主要特征，是當前世界面臨的重要健康問題，其發(fā)病率和病死率在逐年上升。哮喘黏液高分泌與氣道重塑有關(guān)，是哮喘氣道上皮杯狀細胞增生和黏膜下腺體肥大等病理生理變化的結(jié)果［1］。黏液高分泌導(dǎo)致氣道阻塞、肺功能下降和感染增加是嚴重哮喘發(fā)作面臨的首要問題。盡管目前藥物治療對穩(wěn)定性哮喘的臨床管理有一定效果，但對于重癥哮喘及哮喘氣道黏液高分泌并無特異的有效的藥物治療方法，因此需要研究發(fā)現(xiàn)治療哮喘氣道黏液高分泌新的藥物治療靶點。目前哮喘黏液基礎(chǔ)研究主要集中在炎性介質(zhì)與相關(guān)的信號途徑如何導(dǎo)致黏液高分泌，并研究是否能通過抑制這些炎性介質(zhì)及其相關(guān)信號通路以減輕黏液高分泌的臨床表現(xiàn)，本文就這方面的研究進展作一綜述。

1 哮喘氣道黏液高分泌特點

氣道黏液分泌是開放性管狀器官管腔的重要保護機制。正常氣道上皮分泌少量黏液，具有保護和潤滑氣道作用，是呼吸系統(tǒng)固有免疫的第一道防線。其主要組成部分是黏蛋白，黏蛋白是一種含糖基化的大分子蛋白質(zhì)，由氣道上皮杯狀細胞和黏膜下層的黏液細胞分泌，目前已有21種MUC在人類基因中被識別，就其特性可分為膜相關(guān)性MUC和分泌性MUC，其中分泌性MUC主要來源于氣道上皮杯狀細胞和黏膜下腺體細胞，是構(gòu)成細胞外黏液層的主要成分，氣道黏蛋白主要包括MUC2、MUC4、MUC5 AC和MUC5B，其中MUC5 AC黏蛋白主要表達于氣道上皮杯狀細胞，MUC5B主要表達于黏膜下腺體，輕-中度哮喘患者主要產(chǎn)生富含MUC5 AC黏蛋白的黏液，致死性哮喘明顯存在MUC5 AC和MUC5B高表達。支氣管哮喘患者氣道重塑時黏液腺體病理性增生伴隨著黏蛋白表達和分泌的病理生理變化，最終導(dǎo)致氣道黏液高分泌和黏膜清除功能下降導(dǎo)致黏液積聚，加重炎性過程，并且加重氣道阻塞，導(dǎo)致氣流受限［2-4］。

2 轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β／Smad信號通路與哮喘氣道黏液高分泌

哮喘炎性主要與CD4＋T淋巴細胞活化有關(guān)，活化的CD4＋T細胞釋放白細胞介素（IL）-4、IL-9、IL-13、粒細胞集落刺激因子（GM-CSF）和TNF-α，以及各種趨化因子如T細胞活化分泌的RANTESA和嗜酸性粒細胞趨化因子（MCP-1），調(diào)節(jié)氣道黏液的高分泌［5］。Th2細胞是哮喘與氣道黏液高分泌的關(guān)鍵因子。Whittaker等［6］用哮喘抗原驅(qū)動模型的方法證明IL-13抑制劑能在一定程度上降低黏液的產(chǎn)生。IL-13調(diào)節(jié)氣道黏液的產(chǎn)生可能通過錯綜復(fù)雜的機制。首先IL-13刺激黏蛋白基因的表達依賴于IL-4Rα受體和STAT6。IL-13與IL-4 Rα結(jié)合導(dǎo)致STAT6磷酸化，從而下調(diào)Fox A2。Fox A2的表達可抑制MUC5 AC基因的轉(zhuǎn)錄，同時阻止黏液細胞的增生。相反，IL-13刺激后的p-STAT6下調(diào)Fox A2的表達，因此能消除Fox A2對MUC5 AC產(chǎn)生的抑制作用。并且可增加黏液腺細胞的數(shù)目［7］。

IL-13調(diào)節(jié)黏液產(chǎn)生機制可能與TGF-β2相關(guān)。Tadaki等［8］用IL-13刺激哮喘病人和正常受試者原代支氣管上皮細胞證明，IL-13能刺激TGF-β2產(chǎn)生。TGF-β2的中和性抗體能部分抑制黏蛋白基因的表達。

TGF-β是一組由單核巨噬細胞、血管內(nèi)皮細胞、腎小球系膜細胞等多細胞產(chǎn)生的25×103多肽生長因子，具有多種功能，通過自分泌和旁分泌細胞，調(diào)節(jié)細胞分化、生長與細胞外基質(zhì)代謝。TGF-β亞家族至少由6個結(jié)構(gòu)相關(guān)的分子組成。在人、鼠等哺乳動物的多種組織中均可檢測到TGF-β及其mRNA，但其各亞單位在不同組織中的表達有很大差異。

啟動TGF-β信號途徑，需要TGF-β家族配體通過活化的橫跨膜的絲-蘇氨酸激酶受體TGF-βI型受體（TβRΙ）和TGF-βⅡ型受體（TβRII）來啟動下游的信號通路。TGF-β信號要從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)到細胞核內(nèi)需要TGF-β信號傳感器，被稱為Smads。在哺乳動物細胞群有8種不同的Smads（Smad 1～8），被分為3種類型：（1）受體調(diào)節(jié)型Smads（R-Smads），包括Smad 1、2、3、5、8；（2）共同型Smad（Co-Smad），即Smad 4；（3）抑制型Smads（I-s mads），包括Smad 6、7。Smads的結(jié)構(gòu)大致相同，不同類別的Smads結(jié)構(gòu)有一些不同并且影響其各自的功能。R-Smads直接與活化的TβRI受體復(fù)合物形成交互作用，使其C-末端絲氨酸基序的磷酸化。Smad 2和Smad 3調(diào)節(jié)活化素和TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，而Smad 1、5、8調(diào)節(jié)BMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。當TGF-β受體與配體相結(jié)合時，TβRII持續(xù)活化，與TβRΙ形成異質(zhì)二聚體并且轉(zhuǎn)磷酸化TβRΙ的谷氨酸合成酶區(qū)域，導(dǎo)致TβRΙ活化并磷酸化R-Smads C-末端的絲氨酸基序，磷酸化的Smad 2或Smad 3與Smad 4形成異質(zhì)二聚體，定位到細胞核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，而Smad 6和Smad 7對TGF-β信號通路有負性調(diào)節(jié)作用。通過阻止R-Smads與TβRI交互作用，抑制TβRI磷酸化或者抑制與Smad 4形成異質(zhì)二聚體起作用［9］。

Le等［10］用OVA致敏Smad 3基因缺失小鼠，以研究Smad 3在過敏原導(dǎo)致的氣道重塑的作用，研究表明Smad 3信號分子的缺失能下調(diào)哮喘氣道重塑的特征性表現(xiàn)，包括減少細支氣管周圍的細胞外基質(zhì)沉積，減少平滑肌層厚度，減少黏蛋白的產(chǎn)生和成纖維細胞的數(shù)量。這可能與直接阻止了TGF-β／Smad誘導(dǎo)的膠原蛋白合成有關(guān)。另有研究表明，革蘭陰性桿菌通過活化TGF-β-Smad3／4信號通路，誘導(dǎo)刺激人上皮細胞MUC2基因的轉(zhuǎn)錄，用TβRI、TβRII、Smad 3和Smad 4的顯性負性突變體實驗?zāi)茱@著抑制不可分型流感嗜血桿菌（NTHi）誘導(dǎo)的MUC2基因的轉(zhuǎn)錄，并且TGF-β中和性抗體能降低MUC2基因啟動子的活化和表達。

3 Lyn激酶與哮喘氣道黏液高分泌

蛋白酪氨酸激酶是細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵信號酶。在免疫應(yīng)答，炎性反應(yīng)等過程中起著重要的病理生理作用。Lyn激酶是非受體型酪氨酸激酶Src家族成員之一，Lyn激酶與多種信號途徑有關(guān)，參與哮喘炎性反應(yīng)和氣道重塑的發(fā)生，但其在哮喘發(fā)病中的具體機制不明。部分研究發(fā)現(xiàn)Lyn激酶抑制多肽能減輕嗜酸性粒細胞氣道炎性反應(yīng)。但是近年來研究發(fā)現(xiàn)，Lyn激酶基因敲除鼠出現(xiàn)嚴重持續(xù)的變態(tài)反應(yīng)炎性、血清高水平Ig E、Th2免疫應(yīng)答，表明Lyn激酶是一個重要的陰性調(diào)節(jié)Th2免疫應(yīng)答的激酶［11］。

Lyn激酶與下游的PI3 K和Akt，形成Lyn／PI3 K／Akt途徑，參與哮喘的炎性反應(yīng)應(yīng)答。研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用PI3 K抑制劑LY294002能減輕氣道炎性反應(yīng)與氣道高反應(yīng)，PI3 K基因敲除鼠表現(xiàn)為較低的氣道嗜酸性細胞炎性和氣道重塑，其減低炎性和氣道重塑與其減少的轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β／Smad2／3有關(guān)［12］。Akt在哮喘發(fā)病中的作用，目前報道相對較少。也有研究血小板源性生長因子通過PI3K信號途徑，激活A(yù)kt蛋白，從而激活下游的核因子（NF-κB）和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶，促進氣道平滑肌細胞增殖，參與哮喘氣道重塑［13］。也有研究表明在反流性食道炎中，結(jié)合膽汁酸能通過PI3 K／Akt／AP-1途徑調(diào)節(jié)食道MUC5 AC黏蛋白表達［14］。Lyn激酶具有廣泛的調(diào)節(jié)作用，Lyn不僅調(diào)節(jié)PI3K／Akt，同時也調(diào)節(jié)STAT信號途徑，Lyn能直接磷酸化STAT3［15］。因此，Lyn途徑在氣道黏液高分泌各信號途徑中具有重要的調(diào)節(jié)作用。

4 表皮生長因子受體（EGFR）途徑與哮喘氣道黏液高分泌

表皮生長因子受體（EGFR）是人表皮生長因子受體家族成員，其相對分子質(zhì)量為170×103，屬于受體酪氨酸激酶家族，主要表達于細胞膜，可被EGF、TGF-α、HBEGF、氧化應(yīng)激、雙調(diào)蛋白等激活。激活后發(fā)生二聚體化并引發(fā)胞內(nèi)段酪氨酸激酶活化，進一步激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，EGFR活化經(jīng)過配體依賴性和配體非依賴性EGFR酪氨酸磷酸化。EGFR下游信號通路主要有：Ras／Raf／MEK／ERK通路，PI3 K／Akt通路。

研究表明EGFR／EGFR配體表達于氣道上皮，調(diào)節(jié)其增值、分化、修復(fù)。EGFR和其配體在慢性氣道炎性反應(yīng)中表達呈增加趨勢。EGF-R的表達與氣道黏液杯狀細胞病理性增生存在正相關(guān)性。許多刺激黏液產(chǎn)生的刺激物是通過增加細胞膜表面基質(zhì)金屬蛋白酶裂解EGFR前體。因此EGFR的活化在黏蛋白的合成調(diào)節(jié)中起重要作用。PI3K／Akt和ERK1／2通路也是調(diào)節(jié)黏蛋白的產(chǎn)生必須的。而PI3 K／Akt和ERK1／2的活化受EGFR活性的調(diào)節(jié)。EGFR特異性抑制劑AG1478能完全阻止人嗜中性粒細胞彈性蛋白刺激的p-ERK1／2、PI3 K、p-Akt蛋白的表達［16］。在EGFR調(diào)節(jié)氣道MUC5 AC蛋白表達實驗中用ERK藥理性抑制劑能完全阻止MUC5 AC mRNA的表達和MUC5 AC啟動子的活化，ERK通路調(diào)節(jié)MUC5 AC基因的轉(zhuǎn)錄活化，必須通過SP-1和他在MUC5 AC啟動子的作用元件結(jié)合而起作用。總而言之，Ras／Raf／ERK／SP-1信號通路在EGFR途徑調(diào)節(jié)MUC5 AC表達起重要作用，但不是惟一通路［17］。研究表明Notch信號通路刺激MUC5 AC表達與EGFR信號通路相關(guān)，Notch在各器官系統(tǒng)的細胞命運中起著決定性作用。至今，在哺乳類的動物中發(fā)現(xiàn)有4種Notch受體（Notch 1～4），5種配體（Jagged 1、2和Slike 1、3、4）。Notch信號通路刺激MUC5AC表達通過活化EGFR通路，EGFR信號通路的活化反過來活化ERK通路，最終導(dǎo)致MUC5 AC表達。有研究顯示用Notch3小干擾RNA沉默Notch3基因表達或者用Notch抑制劑GSI都能抑制ERK磷酸化，從而抑制EGFR調(diào)節(jié)的MUC5AC表達［17］。此外，與IL-13調(diào)控MUC5AC表達相同，F(xiàn)OXA2在EGFR途徑調(diào)節(jié)MUC5 AC表達中呈負性調(diào)節(jié)，目前的研究表明FOXA2基因敲除鼠能導(dǎo)致氣道上皮杯狀細胞的化生和MUC5 AC蛋白過度表達，而抑制EGFR通路，F(xiàn)OXA2轉(zhuǎn)錄表達顯著提高［7］。由此可見EGFR在調(diào)節(jié)氣道黏液高分泌各途徑中起著交互作用。

5 NF-κB與哮喘氣道黏液高分泌

NF-κB在調(diào)節(jié)細胞凋亡、病毒復(fù)制、瘤發(fā)生和許多自身免疫性疾病中起重要作用。NF-κB可調(diào)控許多基因表達，而這些基因編碼的分子在炎性反應(yīng)過程中起重要作用。近年來研究表明在慢性氣道炎性反應(yīng)中，氧化應(yīng)激和NF-κB能增加MUC5 AC蛋白表達。NF-κB可與TGF-β-SMAD信號途徑共同促進MUC2黏蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。Song等［14］證實通過柚皮素能抑制NF-κB的活化，抑制氧化應(yīng)激，和相關(guān)的PI3 K／Akt和ERK MAPKinase信號通路以減少黏蛋白表達，并認為PI3K信號通路和ERK信號通路參與慢性氣道炎性反應(yīng)黏液高分泌與NF-κB的活化密切相關(guān)，但其具體調(diào)節(jié)機制不明。目前一些研究表明，RV-14上調(diào)MUC5 AC是通過Src／MEK／NF-κB，暗含NF-κB活化能直接增加MUC5 AC釋放，而Hewson等［18］證實，如前所述EGFR-MEK／ERK信號通路是通過SP-1結(jié)合到MUC5 AC啟動子而啟動轉(zhuǎn)錄翻譯，RV刺激MUC5 AC蛋白表達是NF-κB依賴的，但其不是直接結(jié)合到MUC5 AC啟動子而起作用，NF-κB是通過增加基質(zhì)金屬蛋白酶的轉(zhuǎn)錄而起作用，并且NF-κB活化促進MUC5 AC蛋白表達是基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-依賴的EGFR配體TGF-α的釋放，MMPS能裂開TGF-α前體，活化的TGF-α被釋放于細胞膜表面與EGFR結(jié)合并活化EGFR。因此與上述表皮因子受體途徑是交互起作用。

6 展 望

目前，哮喘的治療目標是控制癥狀，糖皮質(zhì)激素被視為治療哮喘的一線藥物，然而，近期研究顯示盡管給予最佳的激素劑量，仍然有5%～10%的哮喘患者得不到很好的控制。而氣道重塑氣道黏液高分泌在哮喘發(fā)病中的作用日益受到重視，被認為是引起不可逆性呼吸道阻塞和難治性哮喘的病理基礎(chǔ)和重要原因之一。因此，其發(fā)病機制及參與這個病理生理過程的相關(guān)炎性細胞及細胞因子，炎性介質(zhì)逐漸成為研究熱點，借以尋找到哮喘治療的潛在藥物靶點。綜上所述，許多細胞因子及其相關(guān)的信號通路參與黏蛋白基因的轉(zhuǎn)錄及釋放，本文從幾條重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑闡述了哮喘氣道黏液高分泌分子機制研究進展，旨在探討是否可以通過抑制這些炎性介質(zhì)或者其信號通路的活化成為氣道黏液高分泌臨床癥狀治療的合理選擇，但目前更多是在體外及動物實驗中找到或者發(fā)現(xiàn)某種炎性介質(zhì)及其相關(guān)信號通路與氣道重塑氣道黏液高分泌有相關(guān)性，但其具體作用機制及各機制間的交互作用和評估如何將這些信號通路作為治療慢性氣道炎癥氣道黏液高分泌的藥物靶點還有待進一步大量的實驗研究。

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