ADAM33基因調(diào)控哮喘患兒氣道重塑的機(jī)制進(jìn)展

李雯靜 黃花榮

支氣管哮喘（哮喘）是兒童呼吸系統(tǒng)最常見的疾病之一，其發(fā)生不僅與免疫因素相關(guān)，還與遺傳因素有著極其密切的關(guān)系。長期反復(fù)發(fā)作的哮喘可以引起進(jìn)行性肺功能受損，引發(fā)部分可逆或不可逆的氣道阻塞，其主要病理生理改變是氣道重塑，其結(jié)構(gòu)的變化包括氣道上皮完整性受損和基質(zhì)沉積、膠原沉積、上皮下纖維化、平滑肌增生和肥大、肌成纖維細(xì)胞（MF）增殖以及黏液腺杯狀細(xì)胞化生增生、上皮下網(wǎng)狀層增厚、微血管增生，最終導(dǎo)致氣道狹窄、氣道高反應(yīng)性、氣道壁水腫及黏液分泌增多，但其發(fā)生機(jī)制仍未完全明了[1-2]。近年來，解整合素-金屬蛋白酶33（ADAM33）基因被證實(shí)是哮喘的易感基因，其與哮喘及氣道重塑密切相關(guān)[3-5]。ADAM33在哮喘發(fā)病中的作用機(jī)制目前尚未完全清楚?，F(xiàn)就ADAM33基因調(diào)控哮喘患兒氣道重塑的機(jī)制研究進(jìn)行闡述。

一、ADAM33基因的結(jié)構(gòu)與功能

ADAM33基因作為ADAM家族中的一員，其定位于20號染色體短臂13號位，包含22個外顯子及內(nèi)含子，編碼蛋白質(zhì)包括8個結(jié)構(gòu)域:信號肽、前體結(jié)構(gòu)域、金屬蛋白酶域、分解酶域、富含Cys結(jié)構(gòu)域、表皮生長因子結(jié)合域、跨膜域和胞質(zhì)域，見圖1。

ADAM33基因在正常機(jī)體中參與授精、肌細(xì)胞形成、神經(jīng)細(xì)胞形成、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，并通過其對蛋白的水解與裂解、影響細(xì)胞的黏附與信號傳導(dǎo)而發(fā)揮作用[6]。在哮喘患者中，ADAM33基因與氣道高反應(yīng)性、喘息的進(jìn)展、氣道重塑、肺功能的降低及迅速惡化等相關(guān)[7]。

二、ADAM33基因與哮喘

ADAM33基因主要表達(dá)于哮喘患者的肺成纖維細(xì)胞（FB）和氣道平滑肌細(xì)胞（ASMC），在T細(xì)胞或其他免疫細(xì)胞中表達(dá)較少，不表達(dá)于呼吸道上皮細(xì)胞。Dijkstra等[8]研究發(fā)現(xiàn)，ADAM33主要在肺組織基底上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)。Haitchi等[9]發(fā)現(xiàn)在人類胚胎的肺組織中可以檢測出ADAM33 mRNA，提示該基因可能參與了肺組織的發(fā)育調(diào)控過程。Zou等（2003年）研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性ADAM33 mRNA可以在支氣管組織、支氣管平滑肌細(xì)胞和MRC-5 FB中檢測出來，且表達(dá)上調(diào)，而這些細(xì)胞與氣道炎癥、高反應(yīng)性和氣道重塑密切相關(guān)。ADAM33基因在以上細(xì)胞中的表達(dá)，提示其與哮喘的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

圖1 人ADAM33的主要結(jié)構(gòu)域（Yoshinaka T等，2002年）

三、ADAM33基因在氣道重塑機(jī)制中的作用

氣道重塑作為哮喘的重要病理生理特征之一，ADAM33基因可能在其中發(fā)揮調(diào)控作用。其可能的作用機(jī)制如下:① 調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）沉積，參與氣道重構(gòu);②ADAM33的可溶性形式（sADAM33）可加速血管內(nèi)皮分化，促進(jìn)血管生成，是參與重塑的重要因素;③ 其金屬酶活性促使膜結(jié)合的生長因子如轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）等及其受體釋放，反過來促進(jìn)sADAM33釋放，繼而更多的生長因子及其受體釋放，從而促使細(xì)胞增殖和加重炎癥反應(yīng);④ADAM33蛋白可以作為細(xì)胞因子和細(xì)胞因子受體的著床蛋白;⑤ 行使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，激活細(xì)胞增殖和分化的信號通道[10]。

1.ADAM33基因?qū)CM沉積的影響

ECM的沉積是哮喘患兒氣道的重要病理變化之一，其包括膠原組織和非膠原組織（蛋白聚糖和糖蛋白）在氣道基底膜、黏膜下層和平滑肌束間的沉積，在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。正常情況下ECM的降解與重組處于動態(tài)平衡中，基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）及其抑制劑（TIMP），可以調(diào)節(jié)ECM的蛋白沉積。除了基質(zhì)降解作用，MMP還可以通過釋放生長因子誘導(dǎo)ASMC增生，反過來ASMC又可以產(chǎn)生 MMP，進(jìn)一步引起ASMC增生[11]。ADAM33基因作為MMP家族亞家族的成員，具有MMP結(jié)構(gòu)域，可以編碼金屬蛋白酶，提示其可能參與ECM的降解過程及ASMC的增生過程，從而參與氣道重塑。

2.ADAM33基因?qū)SMC的影響

哮喘已知的病理因素涉及氣道高反應(yīng)性及組織重構(gòu)，而ASMC作為氣道的重要組成成分，一方面由于它的收縮反應(yīng)可以導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性，另一方面其也參與免疫調(diào)節(jié)，與氣道炎癥及重塑密切相關(guān)。它在哮喘中的功能失調(diào)主要表現(xiàn)為增生、肥大和移行。ADAM33基因作為哮喘易感基因，已被證實(shí)高表達(dá)于哮喘模型的平滑肌細(xì)胞中。哮喘患者的ASMC中的ADAM33基因表達(dá)明顯高于正常人;體外試驗(yàn)中，卵蛋白致敏的ASMC中的ADAM33蛋白表達(dá)水平明顯高于對照組，且有一定的時間依賴性[12]。以上說明，ADAM33可能通過作用于ASMC，從而引發(fā)和加重氣道重塑。

氣道平滑肌具有一系列獨(dú)特的生物力學(xué)現(xiàn)象，包括氣道平滑肌收縮和骨架纖維的結(jié)構(gòu)、氣道平滑肌功能長度范圍以及適應(yīng)性、力學(xué)刺激引起的ASMC結(jié)構(gòu)和功能的變化、氣道平滑肌緊張度對應(yīng)變誘導(dǎo)的響應(yīng)調(diào)控、細(xì)胞的物理老化等[13]。Duan 等[14]在體外環(huán)境下構(gòu)造 ADAM33的超表達(dá)和沉默模型，結(jié)果顯示，超表達(dá)組的ASMC的細(xì)胞基礎(chǔ)剛度、收縮力及牽張力等細(xì)胞力學(xué)顯著高于對照組，而沉默組的參數(shù)明顯低于對照組，說明ADAM33基因能調(diào)控ASMC的細(xì)胞力學(xué)特性，此外，其表達(dá)水平能調(diào)控細(xì)胞力學(xué)相關(guān)基因CALPONIN和Intergrin-β1的表達(dá)，還可能調(diào)控細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及黏著斑形成，影響ASMC的遷移能力。同時，ASMC可以在上皮細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子作用下，向上皮組織移行，作為ASMC增生機(jī)制的補(bǔ)充[15]。

ASMC的數(shù)量是由其細(xì)胞增殖與凋亡數(shù)目共同決定的，而在發(fā)生氣道重塑的哮喘患兒中，ASMC的增殖與凋亡關(guān)系出現(xiàn)了失衡，出現(xiàn)增殖增加而凋亡減少[16]。Ramos-Barbó等（2005年）發(fā)現(xiàn)介導(dǎo)慢性炎癥的CD4+T細(xì)胞在促進(jìn)大鼠ASMC增殖的同時減少了ASMC的凋亡。丁敏嬌等[17]也在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)哮喘組小鼠ASMC凋亡指數(shù)明顯低于正常組，以上皆提示ASMC凋亡的減少加速了氣道重塑過程。研究發(fā)現(xiàn)ADAM33表達(dá)于ASMC中，可能通過抑制ASMC的凋亡，從而加重氣道重塑。此外，ECM的沉積也可以影響ASMC的增殖、遷移、凋亡及相關(guān)炎性介質(zhì)的分泌[18]。

3.ADAM33基因?qū)ι掀だw維化及成纖維細(xì)胞的影響

纖維化是哮喘發(fā)生過程中較后期的重要病理變化，涉及上皮細(xì)胞在各種刺激后發(fā)生修復(fù)與損傷，F(xiàn)B/MF的異常增多。近年來有關(guān)纖維化的機(jī)制提出了上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）學(xué)說，即指上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程。研究表明，肺泡上皮、支氣管上皮和胸膜間皮細(xì)胞都可以發(fā)生EMT，釋放TGF-β、表皮生長因子等，參與哮喘的氣道重塑[19]。研究表明，ADAM33基因選擇性表達(dá)于間質(zhì)細(xì)胞（人肺FB）中，其可能通過激活EMT單元來釋放生長因子，影響哮喘的氣道重塑[20]。

4.ADAM33基因?qū)ρ苌傻挠绊?/h3>

哮喘病理生理涉及血管的增生，在血管的增生過程中，血管發(fā)生擴(kuò)張且血管數(shù)量增多，增強(qiáng)了炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，維持并增加細(xì)胞的滲透性，并通過血管滲漏導(dǎo)致水腫。新生血管還可以為炎癥組織供應(yīng)營養(yǎng)和氧氣，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞、FB、MF的增殖。以上表明血管增生在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。

血管增生與蛋白的水解密切相關(guān)，ADAM33基因含有金屬蛋白酶區(qū)域，該區(qū)域被證實(shí)具備促進(jìn)血管生成的特質(zhì)[21]。有學(xué)者在肺泡灌洗液中發(fā)現(xiàn)了sADAM33，sADAM33是大小接近于55 kD的蛋白分子[22]。研究發(fā)現(xiàn)對比正常人，其過度表達(dá)于哮喘患者的ASMC及基底膜中，其表達(dá)與FEV1%呈反比，提示其可能是哮喘嚴(yán)重性和慢性的生物標(biāo)記物[23]。此外，在體外條件下對人胚肺組織進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)sADAM33可以促進(jìn)新血管的生成，可能與sADAM33可以在胞內(nèi)外參與血管生成素相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路而促進(jìn)細(xì)胞增殖有關(guān)[24]。以上表明，ADAM33基因可以通過調(diào)節(jié)血管的生成參與氣道重塑。

5.ADAM33基因與IFN

Nathan等（2004年）研究表明，IFN-γ可以改善特發(fā)性肺間質(zhì)纖維化患者的肺功能，可能與其降低TGF-β1和結(jié)締組織生長因子的表達(dá)有關(guān);IFN-γ還可以抑制纖維細(xì)胞的增生、分化和膠原合成[25]。Ito等[12]研究發(fā)現(xiàn)在氣道平滑?。ˋSM）中IFN-γ的表達(dá)與ADAM33基因的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，IFN-γ從轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)ADAM33在支氣管平滑肌中的表達(dá)，且有一定的時間依賴性，提示IFN-γ可能通過作用于ADAM33而參與氣道重塑，但兩者的相互關(guān)系及作用機(jī)制尚不明確。

6.ADAM33基因與NF-κB

核因子（NF）-κB作為核轉(zhuǎn)錄因子，密切參與炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答及細(xì)胞增生、轉(zhuǎn)化、凋亡等病理生理過程，其可以通過一些炎癥介質(zhì)來干預(yù)TGF-β等調(diào)節(jié)，從而參與氣道重塑[26]。NF-κB可能在氣道重塑的不同階段發(fā)揮作用，例如調(diào)節(jié)ASMC增殖和炎癥因子的表達(dá)[27]。王昌明等[28]研究發(fā)現(xiàn)體外誘導(dǎo)的小鼠模型COPD組及COPD合并肺動脈高壓組，其細(xì)支氣管壁中膜肌層較正常組增厚，其NF-κB（p65）蛋白的含量同樣較正常組明顯增加，提示NF-κB的活性與氣道重塑密切相關(guān)。ADAM33選擇性表達(dá)于ASM中，且ADAM33又與TGF-β交互作用，提示ADAM33與NF-κB之間可能存在某種影響機(jī)制，共同調(diào)節(jié)氣道重塑。

7.ADAM33基因與TGF-β

TGF-β屬于前纖維化細(xì)胞因子，可以促進(jìn)FB增殖，同時向MF轉(zhuǎn)化，繼而導(dǎo)致上皮下纖維化;TGF-β可以通過JNK/MAPK途徑和上調(diào)整合素受體α5β1促進(jìn)支氣管平滑肌細(xì)胞增殖，同時促進(jìn)血管生長因子的產(chǎn)生及分泌，使氣道壁血管分布增加，參與氣道重塑[29]。TGF-β還可以誘導(dǎo)多種組織FB轉(zhuǎn)分化為MF，并誘導(dǎo)MF分泌ECM和促進(jìn)結(jié)締組織蛋白合成[30]。TGF-β1通過Smad蛋白質(zhì)的磷酸化和PPAR-γ的激活參與EMT[31]。體外試驗(yàn)也證實(shí)TGF-β1作用于人胚肺FB，可引起細(xì)胞內(nèi)α-SMA mRNA和蛋白表達(dá)的水平增強(qiáng)，并逐漸向MF分化。TGF-β1可以通過作用于ADAM33基因啟動子轉(zhuǎn)錄后的組蛋白修飾，增強(qiáng)ADAM33 mRNA表達(dá)SAPK/JNK信號通路促使纖維細(xì)胞表達(dá)大量的α-平滑肌肌動蛋白向肌纖維母細(xì)胞分化，從而促進(jìn)氣道重塑[32]。研究表明，ADAM33基因V4和T2位點(diǎn)與TGF-β1基因的 T896C位點(diǎn)存在交互作用，ADAM33可能通過其基因位點(diǎn)的交互作用影響TGF-β1基因的表達(dá)，從而參與氣道重塑[33]。此外，有研究發(fā)現(xiàn) TGF-β2可以通過作用于 ADAM33基因啟動子轉(zhuǎn)錄后的組蛋白修飾，抑制ADAM33 mRNA的表達(dá)，從而影響FB的分化，繼而改善氣道重塑[34]。同時，Prakash 等[16]發(fā)現(xiàn)高表達(dá)ADAM33可能通過和TGF-β協(xié)同或單獨(dú)作用，引起細(xì)胞因子過量釋放，調(diào)控氣道平滑肌的增殖能力。

四、結(jié)語及展望

對于ADAM33基因參與哮喘氣道重塑的發(fā)生、發(fā)展過程，目前仍存在爭議。一些研究發(fā)現(xiàn)，對比正常組，ADAM33在中重度哮喘患者的氣道活組織中的表達(dá)并無增加[35]。也有相關(guān)學(xué)者認(rèn)為其產(chǎn)物金屬蛋白酶的抑制劑在氣道重塑中未發(fā)揮作用，但這并不能說明其他轉(zhuǎn)化形式及產(chǎn)物與哮喘無關(guān);另一方面，其在不同種群中的表達(dá)差異及其本身所具有的單核苷酸多肽性，在一定程度上決定了該基因研究的復(fù)雜性及多樣性。

ADAM33基因作為哮喘的易感基因，與哮喘的病理生理變化及免疫因子的關(guān)系，提示其可能在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。其在哮喘患者的氣道重塑中的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步的研究，特別是一些外源性免疫因子對其在氣道重塑中的影響機(jī)制。

探討哮喘的氣道重塑的基因?qū)W機(jī)制，有助于闡明哮喘的發(fā)病機(jī)制，為哮喘的基因治療提供理論基礎(chǔ)。

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