WISP-1與支氣管哮喘氣道重塑的關(guān)系

摘要：Wnt誘導(dǎo)的分泌型蛋白-1(WISP-1) 是CCN家族成員之一。早期的研究已證實(shí)其在腫瘤形成和增殖中具有重要作用，其異常表達(dá)能促進(jìn)細(xì)胞增殖、介導(dǎo)細(xì)胞黏附、刺激細(xì)胞轉(zhuǎn)移、促進(jìn)有絲分裂及細(xì)胞外基質(zhì)的形成等。然而，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，WISP-1的異常表達(dá)與哮喘氣道重塑也密切相關(guān)。在哮喘中，WISP-1高表達(dá)可誘導(dǎo)氣道平滑肌增生肥大，促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞活化和氣道上皮下膠原沉積。本文就WISP-1與哮喘氣道重塑的研究進(jìn)展作一綜述。

關(guān)鍵詞：支氣管哮喘；氣道重塑；WISP-1；CCN家族

The Role of WISP-1 in Airway Remodeling of Asthma

ZHAO Xin，JIANG You-fan

(Department of Respiratory，The Second Affiliated Hospital，Chongqing Medical University，Chongqing 400010，China)

Abstract：The WNT1 inducible signaling pathway protein 1(WISP-1) is a secreted， matricellular protein allocated to the CCN family. It has been shown that WISP-1 plays an important role in tumorigenesis and tumor growth. Its overexpression is associated with cell proliferation， cell adhesion， cell migration， as well as extracellular matrix production. Further， recent studies alluded to an possible role of WISP-1 in airway romodeling of asthma. It has been pointed out that the WISP-1 overexpression involves in proliferation of airway smooth muscle cells and lung fibroblasts， inducing extracellular matrix production and subepithelial fibrosis. In this review， we will present a synopsis of current WISP-1 research with particular attention paid to the role of WISP-1 in airway remodeling of asthma.

Key words：Asthma; Airway remoldeling; WISP-1; CCN family氣道重塑是支氣管哮喘的重要病理特征之一，是導(dǎo)致哮喘患者肺功能減損、慢性化發(fā)展及治療困難的重要原因。其主要病理特點(diǎn)包括上皮細(xì)胞脫落、氣道平滑肌增生肥大、成纖維細(xì)胞增殖、細(xì)胞外基質(zhì)增生、基底膜增厚、膠原沉積等[1]。引起氣道重塑的的因素復(fù)雜，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)參與氣道重塑過(guò)程的細(xì)胞因子包括腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor， TNF）、內(nèi)皮素（Endothelin， ET）、白介素-5（Interleukin-5， IL-5）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（Transforming Growth Factor， TGF-β）、基質(zhì)金屬蛋白酶-9（Matrix Metallo Proteinase-9， MMP-9）、Wnt誘導(dǎo)的分泌型蛋白-1（Wnt-inducible signaling pathway protein-1， WISP-1）等[2-6]。其中，WISP-1作為新的致纖維化因子之一，與氣道重塑的關(guān)系成為近年來(lái)哮喘機(jī)制研究中的一大熱點(diǎn)。

WISP-1由Hashimoto等人[7]于1998年在對(duì)大鼠高轉(zhuǎn)移性和低轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細(xì)胞突變體進(jìn)行RNA差異篩選時(shí)首次發(fā)現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)它在低轉(zhuǎn)移性的細(xì)胞中表達(dá)。WISP-1為CCN家族中的一員，CCN家族成員包括結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（CTGF，CCN1）、高半胱氨酸蛋白61（Cys61，CCN2）、腎母細(xì)胞瘤過(guò)度表達(dá)基因（NOV，CCN3）、WISP-1（CCN4）、WISP-2（CCN5）、WISP-3（CCN6）。已有研究證實(shí)，WISP-1為Wnt/β-catenin信號(hào)通路的下游靶基因，是一種富含半胱氨酸的基質(zhì)分泌型蛋白，主要表達(dá)于器官形成過(guò)程以及纖維化、腫瘤等多種病理狀態(tài)，通過(guò)不同途徑調(diào)控細(xì)胞增殖、細(xì)胞存活、細(xì)胞分化以及細(xì)胞外基質(zhì)的分泌。最近的研究發(fā)現(xiàn)，WISP-1亦與哮喘患者氣道重塑密切相關(guān)。因而，其異常表達(dá)可能闡明發(fā)生氣道重塑的哮喘患者肺功能損害、激素抵抗的分子機(jī)制?，F(xiàn)就WISP-1的結(jié)構(gòu)、表達(dá)、生物學(xué)功能及其與哮喘氣道重塑關(guān)系的進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1WISP-1的結(jié)構(gòu)

編碼人類的WISP-1基因位于染色體8q24.1-8q24.3，長(zhǎng)度為211bp，由5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子組成，其編碼產(chǎn)物為367個(gè)氨基酸所組成的富含半胱氨酸的分泌性蛋白多肽，即WISP-1蛋白。WISP-1蛋白分子包含1個(gè)N末端定位序列和4個(gè)保守的結(jié)構(gòu)模塊，每一個(gè)功能結(jié)構(gòu)域和定位序列都起始于一個(gè)單獨(dú)的外顯子。模塊Ⅰ為胰島素樣生長(zhǎng)因子（Insulin-like growth factor， IGF）結(jié)合域，包括12個(gè)半胱氨酸殘基，與胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白有相同的序列（GCGCCXXC），是一個(gè)公認(rèn)的胰島素結(jié)合模式；模塊Ⅱ由血管性血友病因子C型（Von Willebrand factor type C， VWC）重復(fù)分子組成，含10個(gè)半胱氨酸殘基，是一個(gè)寡聚化結(jié)構(gòu)域，這個(gè)區(qū)域的功能與蛋白復(fù)合物的形成有關(guān)；模塊Ⅲ為血小板反應(yīng)蛋白Ⅰ型重復(fù)區(qū)（Thrombospondin typeⅠrepeat， TSR），其可能參與了結(jié)合可溶性的基質(zhì)大分子；模塊Ⅳ在結(jié)構(gòu)上為C末端模式，包含10個(gè)半胱氨酸，是一個(gè)糖蛋白受體，也可參加齊聚反應(yīng)[7]。

2WISP-1的生物學(xué)特性及其功能

Pennica等學(xué)者[8]發(fā)現(xiàn)，WISP1可在多種組織器官中表達(dá)，如心臟、腎臟、肺、胰腺、胎盤、卵巢、小腸和脾臟等。在不同組織器官及生物學(xué)過(guò)程中，其表達(dá)水平有很大差異性。在肺和骨骼的發(fā)育過(guò)程中，WISP1呈高表達(dá)狀態(tài)。在多種腫瘤細(xì)胞系中，如肺癌、結(jié)腸腺癌、乳腺癌及肝細(xì)胞癌等，亦可發(fā)現(xiàn)WISP1的上調(diào)。此外，在骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型的滑膜及軟骨組織中以及心肌梗死動(dòng)物模型的心肌成纖維細(xì)胞、肺纖維化化動(dòng)物模型的肺泡上皮細(xì)胞、哮喘動(dòng)物模型的氣道上皮細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞及肺成纖維細(xì)胞[9-13]中均可檢測(cè)到大量WISP-1表達(dá)。WISP1蛋白在人體內(nèi)最早發(fā)現(xiàn)于Wnt1過(guò)度表達(dá)的細(xì)胞中。已證實(shí)，WISP1是經(jīng)典Wnt/β-catenin通路的下游靶基因。到目前為止發(fā)現(xiàn)，WISP1介導(dǎo)的主要信號(hào)級(jí)聯(lián)通路為PI3K/Akt，WISP1可誘導(dǎo)Akt磷酸化，通過(guò)調(diào)控細(xì)胞增殖、存活、生長(zhǎng)、分化，參與組織器官的發(fā)育、腫瘤的發(fā)生發(fā)展、損傷的愈合、及組織器官的纖維化、重構(gòu)等過(guò)程。

3WISP-1在哮喘氣道重塑中的作用

氣道重塑是氣道組織受到慢性炎癥反復(fù)刺激的結(jié)果，細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)在其中發(fā)揮重要作用，它們通過(guò)不同信號(hào)級(jí)聯(lián)通路刺激肺成纖維細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞等異?；罨鸨瓲罴?xì)胞增生和化生，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)大量釋放，促進(jìn)氣道上皮下纖維化，從多個(gè)角度導(dǎo)致氣道重塑的形成。WIPS1是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的致纖維化因子之一，它可通過(guò)不同信號(hào)途徑與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相互作用，參與氣道重塑的發(fā)生和發(fā)展。

3.1 TNF-α/WISP1信號(hào)通路與氣道重塑的關(guān)系現(xiàn)已知腫瘤壞死因子（TNF）、內(nèi)皮素（ET）、白介素（IL）、轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）、表皮生長(zhǎng)因子（EGF）等數(shù)十種細(xì)胞因子都與氣道重塑有密切關(guān)系。田等[12]研究者發(fā)現(xiàn)，在大鼠哮喘模型的肺組織中，氣管內(nèi)大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，粘膜下水中，部分上皮脫落，管壁不規(guī)則增厚，且伴有WISP1在mRNA及蛋白水平上的表達(dá)明顯上調(diào)，其表達(dá)水平呈時(shí)間依賴性。在體外用IL-1β、IL-4、IL-13和TNF-α刺激氣道上皮后，發(fā)現(xiàn)WISP1 mRNA和蛋白表達(dá)水平均明顯升高，其中TNF-α刺激氣道上皮細(xì)胞后WISP1表達(dá)水平升高最為顯著。以上結(jié)果表明，在動(dòng)物哮喘模型中WISP1高表達(dá)，故WISP1參與了支氣管哮喘發(fā)生發(fā)展的病理過(guò)程，且可能與哮喘氣道重塑相關(guān)。在體外實(shí)驗(yàn)中，不同炎性因子刺激氣道上皮細(xì)胞后，以TNF-α刺激下WISP1表達(dá)的上調(diào)最為顯著。故推斷在哮喘患者中，不同炎性因子，尤其是TNF-α可誘導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞中WISP1高表達(dá)，并異?；罨薊MT，同時(shí)與TNF-α等炎性因子相互作用，使上皮下成纖維細(xì)胞活化、肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化、基質(zhì)沉積加重等，促進(jìn)了哮喘氣道重塑的發(fā)生。但TNF-α誘導(dǎo)WISP1表達(dá)上調(diào)的分子機(jī)制尚不明確，仍有待進(jìn)一步研究探索。目前多個(gè)研究已證實(shí)WISP1為經(jīng)典Wnt途徑的下游靶基因，且通過(guò)Akt信號(hào)參與器官纖維化過(guò)程，因此，下一步的研究可進(jìn)一步明確Wnt通路及Akt通路是否也參與介導(dǎo)了以上過(guò)程，則可進(jìn)一步闡述氣道重塑的機(jī)制，且通路中的重要分子則可能成為哮喘治療中的重要靶點(diǎn)。

3.2 WISP1通過(guò)MMP-9途徑參與氣道重塑MMP-9是MMPS蛋白家族的主要成員，正常情況下它能降解IV型膠原、纖維連接蛋白、層粘連蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），而TIMP-1是MMP-9抑制物，通常與MMPS家族蛋白酶按1：1比例釋放，二者的平衡保持正常機(jī)制的穩(wěn)定。在哮喘發(fā)生時(shí)，MMP-9含量異常升高，ECG的降解和沉積平衡遭到破壞，過(guò)度的降解膠原和彈性蛋白，有利于炎癥細(xì)胞透過(guò)基底膜侵潤(rùn)支氣管壁，促進(jìn)氣道炎癥和高反應(yīng)性的而發(fā)生，并激活生長(zhǎng)因子，促進(jìn)氣道重塑的形成[14-17]。而最近Melanie konigshoff等[11]的研究顯示，WISP1的高表達(dá)能激活MMP-9等基因的表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)了WISP1在氣道重塑中的作用。

3.3 WISP1通過(guò)Wnt/β-catenin途徑參與氣道重塑氣道上皮細(xì)胞炎性損傷是哮喘的一個(gè)顯著特征，在哮喘發(fā)病機(jī)制中，氣道上皮細(xì)胞的損傷和修復(fù)在組織重塑中扮演重要角色。陳等[18]研究者通過(guò)建立上皮與成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)模型，發(fā)現(xiàn)損傷氣道上皮在觸發(fā)、增強(qiáng)與其位置密切的上皮下成纖維細(xì)胞活化、轉(zhuǎn)分化過(guò)程中具有重要作用。進(jìn)一步研究表明，WISP1、Cyr61可通過(guò)β-catenin/p300信號(hào)途徑參與中性粒細(xì)胞遷移相關(guān)的炎性損傷后的肺上皮修復(fù)過(guò)程[19]。故我們推測(cè)，WISP1可能通過(guò)經(jīng)典Wnt通路參與炎性損傷后的氣道上皮修復(fù)，進(jìn)而誘導(dǎo)上皮下成纖維細(xì)胞的活化及肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)上皮下纖維化，參與哮喘氣道重塑的發(fā)生發(fā)展。因此，促進(jìn)損傷上皮的正常修復(fù)，打斷上皮與上皮下成纖維細(xì)胞間的異常信息交流，可能成為未來(lái)哮喘防治新的靶點(diǎn)。

有研究報(bào)道，TGF-β表達(dá)上調(diào)可通過(guò)誘導(dǎo)氣道平滑肌細(xì)胞中ECM大量釋放而引起氣道重塑的發(fā)生，且在研究中進(jìn)一步證實(shí)了β-catenin信號(hào)參與了TGF-β誘導(dǎo)的氣道平滑肌中ECM過(guò)度表達(dá)[20]。而WISP1是經(jīng)典Wnt通路的下游靶基因，故我們可進(jìn)一步推測(cè)，WISP1可能通過(guò)參與經(jīng)典Wnt通路而誘導(dǎo)氣道平滑肌細(xì)胞異?；罨?，釋放大量細(xì)胞外基質(zhì)成分，促進(jìn)氣道重塑的發(fā)生。

3.4 WISP1通過(guò)Akt途徑參與氣道重塑氣道上皮下纖維化和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）大量沉積是哮喘氣道重塑主要特征之一，上皮下膠原沉積量與氣道重塑的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。大量研究證明WISP1是上皮纖維化和細(xì)胞外基質(zhì)沉積的重要上游因子，參與多種器官、組織重塑的發(fā)生。新近研究發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物哮喘模型中，WISP-1表達(dá)水平顯著上調(diào)，抑制WISP-1后能顯著減少肺組織中的膠原沉積，減輕氣道病理重塑的程度；同時(shí)發(fā)現(xiàn)WISP-1在體外能通過(guò)Akt/GSK-3β信號(hào)誘導(dǎo)肺成纖維細(xì)胞增殖和膠原釋放[13]。以上結(jié)果再次驗(yàn)證了WISP1參與了氣道重塑過(guò)程，且提示W(wǎng)ISP1可能通過(guò)Akt/GSK3β信號(hào)誘導(dǎo)肺成纖維細(xì)胞的異?；罨湍z原大量釋放，促進(jìn)氣道重塑的形成。

3.5 WISP1基因多態(tài)性與氣道重塑的關(guān)系WISP-1是Wnt信號(hào)通路的下游靶基因，Sunita Sharma等[21]研究者用基因篩選的方法首次直接發(fā)現(xiàn)Wnt通路與哮喘有關(guān)。他們?cè)诓煌姆伟l(fā)育階段（7~16w和17~26w）表達(dá)的1776個(gè)基因中，選取了5個(gè)Wnt信號(hào)通路上的基因進(jìn)行檢測(cè)， 3個(gè)基因中的13個(gè)基因多態(tài)性顯示與哮喘患者肺功能（FEV1，F(xiàn)VC，F(xiàn)EV1/FVC）相關(guān)，其中兩個(gè)基因相關(guān)性最顯著，WISP1與FEV(P=0.0005)、FVC(P=0.0004)相關(guān)。提示W(wǎng)nt信號(hào)通路中WISP1及WIF1與哮喘患者肺功能呈顯著相關(guān)性。氣道重塑在哮喘早期便已發(fā)生，與氣道炎癥相互作用促進(jìn)哮喘發(fā)展，而此研究中表現(xiàn)的WISP1與哮喘肺功能直接相關(guān)性可能與其參與氣道重塑有關(guān)。

4展望

目前關(guān)于WISP1因子與哮喘氣道重塑關(guān)系的研究有限，其復(fù)雜的作用機(jī)制仍有待更深入的探討。探索以WISP1為靶點(diǎn)抗哮喘氣道重塑的可能性，將為哮喘患者慢性化發(fā)展的阻斷、肺功能改善以及對(duì)激素抵抗性哮喘的治療提供潛在的作用靶點(diǎn)及干預(yù)途徑，具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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編輯/哈濤