上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化與哮喘氣道重塑的研究進(jìn)展

魏 盼，李戀曲，吳 鵬，賈志榮，王曉鈺，洪 敏，江國(guó)榮

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，科技部國(guó)家規(guī)范化中藥藥理實(shí)驗(yàn)室，江蘇省中藥藥效與安全性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023; 2.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬蘇州市中醫(yī)醫(yī)院蘇州市吳門(mén)醫(yī)派研究院，江蘇 蘇州 215003)

據(jù)Global Burden of Disease Study資料顯示，全世界約有2.4億哮喘患者，且有增加趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到3億。我國(guó)至少有2 000萬(wàn)以上哮喘患者，兒童哮喘患者約1 000萬(wàn)，患病率約為1.05%～4%，個(gè)別地區(qū)甚至高達(dá)5%以上，且近年來(lái)有上升趨勢(shì)[1]。支氣管哮喘是變應(yīng)原或其他因素引起肺功能異常的疾病，而氣道重塑是肺功能異常的病理基礎(chǔ),也是哮喘難以根治的根本原因。支氣管哮喘患者反復(fù)的氣道炎癥、組織損傷以及隨后不正常修復(fù)導(dǎo)致氣道壁結(jié)構(gòu)改變被稱(chēng)為氣道重塑,其主要病理學(xué)改變涉及氣道的各層組織及細(xì)胞的異常變化，包括上皮細(xì)胞損傷脫落、黏膜下層杯狀細(xì)胞化生、平滑肌細(xì)胞增生和肥大、成纖維細(xì)胞增生、氣道壁增厚、管腔狹窄等。其中，氣道上皮是接觸過(guò)敏原和有害物質(zhì)的第一道天然屏障，其通過(guò)促炎因子釋放、杯狀細(xì)胞化生及黏液過(guò)度的分泌參與了氣流受限的形成，更重要的是通過(guò)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)參與了氣道的重塑。

EMT是指胚胎發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移以及器官纖維化過(guò)程中，上皮細(xì)胞形態(tài)與表型發(fā)生改變，并具有間質(zhì)細(xì)胞特性的現(xiàn)象。研究表明[2]， EMT能導(dǎo)致哮喘氣道上皮的纖維化并促進(jìn)平滑肌增生，破壞上皮屏障，加重氣道炎癥，在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。本文對(duì)EMT的調(diào)節(jié)因素進(jìn)行簡(jiǎn)述，就EMT與哮喘氣道重塑的研究重點(diǎn)綜述。

1 EMT的調(diào)節(jié)因素

至今已發(fā)現(xiàn)有許多細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子與EMT相關(guān)。細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor β，TGF-β)、表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor，EGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)，轉(zhuǎn)錄因子如Snail、Zeb、Twist等，參與了EMT的調(diào)節(jié)，其中TGF-β被認(rèn)為是參與EMT的關(guān)鍵因子。TGF-β是一種多效性的細(xì)胞因子，不僅參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡、遷移和免疫，并且可介導(dǎo)多種信號(hào)通路，如Smad、PI3K/Akt、NF-κB通路等，參與EMT過(guò)程[3]。TGF-β在調(diào)節(jié)EMT過(guò)程中，首先與TGF-β的II型受體結(jié)合進(jìn)行信號(hào)的啟動(dòng)；接著激活I(lǐng)型受體激酶，導(dǎo)致Smad2和Smad3磷酸化；隨后，活化的Smad2和Smad3與Smad4形成異三聚體，此異三聚體發(fā)生核轉(zhuǎn)移并參與基因的調(diào)控[4]。在與DNA結(jié)合過(guò)程中，需要Snail、Zeb轉(zhuǎn)錄因子的參與，去輔助靶基因獲取更好的親和力及選擇性[5]。另外，EGF與FGF等細(xì)胞因子也能通過(guò)激活PI3K通路，活化蛋白激酶，進(jìn)而上調(diào)Snail和β-catenin，降低E-cadherin的表達(dá)，發(fā)生EMT[6]。

2 EMT與哮喘的氣道重塑

氣道重塑是呼吸道疾病共同的病理特征，氣道重塑的發(fā)生與氣道炎癥引起的氣道上皮組織的反復(fù)損傷和修復(fù)有關(guān)。研究表明，哮喘與EMT有著密切聯(lián)系，EMT引起細(xì)胞外基質(zhì)沉積，進(jìn)而造成的上皮下纖維化以及平滑肌的增生與遷移導(dǎo)致了氣道壁的增厚。

塵螨誘導(dǎo)的小鼠哮喘模型中，氣道上皮細(xì)胞連接蛋白(E-cadherin、Occludin)的表達(dá)逐漸缺失，而間質(zhì)蛋白(如Vimentin、α-SMA)的表達(dá)增加[2]，提示EMT伴隨在哮喘疾病發(fā)展過(guò)程中。Fischer等[7]在哮喘小鼠中，觀察到其氣道壁增厚明顯，且氣道上皮的E-cadherin大量減少，同時(shí)N-cadherin、Vimentin的表達(dá)明顯增加，這說(shuō)明EMT可能導(dǎo)致氣道壁的增厚。Liu 等[8]同時(shí)在哮喘病人和卵清蛋白(ovalbumin, OVA)哮喘模型小鼠的氣道中觀察到了氣道壁的重構(gòu)，并伴隨著EMT的發(fā)生。然而，給小鼠氣管滴注嗜酸性粒細(xì)胞，小鼠氣道壁的E-cadherin表達(dá)減少，Vimentin、α-SMA的表達(dá)升高[9]，同時(shí)，體外共培養(yǎng)嗜酸性粒細(xì)胞與支氣管上皮細(xì)胞，支氣管上皮細(xì)胞也發(fā)生了間質(zhì)轉(zhuǎn)化[8]，表明哮喘典型的嗜酸性炎癥有助于EMT的發(fā)生。de Groot等[10]發(fā)現(xiàn)，患有重度哮喘的病人氣道細(xì)胞外基質(zhì)有明顯沉積，這導(dǎo)致上皮下纖維化過(guò)程以及氣流受限，從而加重哮喘癥狀。OVA誘導(dǎo)的大鼠哮喘模型氣道中同樣發(fā)現(xiàn)了氣道結(jié)構(gòu)的改變，如上皮下出現(xiàn)纖維化、杯狀細(xì)胞化生及平滑肌細(xì)胞的增生，并且伴隨著上皮細(xì)胞標(biāo)志物E-cadherin的表達(dá)下調(diào)，間質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物纖維粘連蛋白與α-SMA表達(dá)上調(diào)[11]。哮喘大鼠氣道結(jié)構(gòu)改變過(guò)程中，上皮下出現(xiàn)纖維化，同時(shí)上皮形態(tài)逐漸缺失，并出現(xiàn)EMT的改變(E-cadherin下調(diào)，α-SMA、N-cadherin上調(diào))，蛋白骨架的變化導(dǎo)致上皮損傷脫落，進(jìn)而引起促炎因子的釋放，杯狀細(xì)胞增生與黏液分泌，提示EMT可能通過(guò)誘導(dǎo)上皮持續(xù)性損傷，參與氣道重塑的發(fā)展[12](炎癥與氣道重塑的關(guān)系見(jiàn)Fig 1)。對(duì)氣道壁波形蛋白的定量研究進(jìn)一步表明了間質(zhì)細(xì)胞有30%來(lái)源于上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。對(duì)氣道上皮以及上皮下黏膜進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)了促I(mǎi)型膠原的產(chǎn)生，說(shuō)明氣道上皮通過(guò)間質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生膠原沉積和上皮下纖維化過(guò)程，參與氣道重塑[2]。這些研究說(shuō)明了哮喘支氣管氣道壁的增厚過(guò)程伴隨著EMT的發(fā)生，而且有近1/3的間質(zhì)細(xì)胞來(lái)源于上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，這一比例也提示了EMT在支氣管氣道重塑中的重要地位。

3 EMT在哮喘氣道重塑中的發(fā)生機(jī)制

3.1TGF-β介導(dǎo)的信號(hào)通路臨床病人及動(dòng)物模型的氣管哮喘氣道中均有TGF-β的表達(dá)升高[13]。研究表明，嗜酸性粒細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞均能分泌TGF-β[14]。TGF-β作為EMT最重要的感應(yīng)器，提示很有可能通過(guò)TGF-β介導(dǎo)EMT來(lái)促進(jìn)氣道重塑。TGF-β1誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化的過(guò)程[15]，是通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)和Smad信號(hào)的激活調(diào)節(jié)(Fig 1)。通過(guò)Smad機(jī)制誘發(fā)EMT涉及轉(zhuǎn)錄因子Zeb2和Snail的上調(diào)，其可抑制E-cadherin、ZO-1、Occludin等的表達(dá)[16]。此外，TGF-β還能夠通過(guò)活化β-catenin-Wnt信號(hào)通路，該通路能調(diào)節(jié)Snail2的表達(dá)，從而抑制E-cadherin mRNA的表達(dá)[17]。體外TGF-β刺激支氣管上皮細(xì)胞72 h后，檢測(cè)到細(xì)胞形態(tài)和表型的改變，細(xì)胞從鵝卵石狀的形態(tài)變成梭形，并且細(xì)胞與細(xì)胞間的連接丟失。Western blot與免疫熒光的結(jié)果表明，上皮細(xì)胞的標(biāo)志物E-cadherin減少且分布發(fā)生紊亂，間質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物Vimentin與N-cadherin、α-SMA出現(xiàn)，這是EMT發(fā)生的標(biāo)志，且Smad2/3和 p38 MAPK信號(hào)通路均被激活，E-cadherin下調(diào)可通過(guò)Smad2/3或者p38 MAPK信號(hào)通路完成[18]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，體外用TGF-β誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，蛋白酶激活受體-1(protease-activated receptor-1，PAR-1)被激活，說(shuō)明PAR-1參與調(diào)節(jié)了EMT；PAR-1能抑制E-cadherin的表達(dá)，同時(shí)促進(jìn)α-SMA的生成[12]。PAR-1通路是與杯狀細(xì)胞化生和肺氣腫相關(guān)的通路，提示PAR-1可能通過(guò)誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞的化生，損傷上皮屏障來(lái)促進(jìn)EMT的過(guò)程。

3.2腫瘤壞死因子α(tumornecrosisfactorα，TNF-α)通路TNF-α也參與了EMT過(guò)程，并且TNF-α能促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生，以及進(jìn)一步加劇EMT的過(guò)程[19]。Cmara等[20]證實(shí)，TNF-α通過(guò)Smad非依賴(lài)途徑，協(xié)同TGF-β誘導(dǎo)EMT過(guò)程。提示TNF-α通路可能也是引起EMT過(guò)程的因素之一。

Fig 1 Relationship among inflammation, EMT and airway remodeling in asthma

3.3活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)/MAPK通路在體外誘導(dǎo)人支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，一段時(shí)間后，細(xì)胞內(nèi)的ROS增加，且還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化單元氮氧化合物的mRNA和蛋白表達(dá)增加，ROS的產(chǎn)生和氮氧化合物的表達(dá)均可被抗氧化物(cAMP類(lèi)似物)所抑制，表明ROS在cAMP下調(diào)過(guò)程中起作用。提示ROS/MAPK的激活促進(jìn)EMT，參與了哮喘氣道重塑的發(fā)生[21]。

3.4骨成型蛋白通路McCormack等[22]發(fā)現(xiàn)，外源性的骨成型蛋白(BMP2、BMP4、BMP7)能夠誘導(dǎo)大鼠正常氣道上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化，并提高細(xì)胞的遷移率，應(yīng)用BMP的拮抗劑可抑制細(xì)胞的遷移。表明BMP信號(hào)通路介導(dǎo)了EMT過(guò)程，其可能參與氣道重塑的發(fā)展。

3.5晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptorofadvancedglycationendproducts,RAGE)通路Chen等[23]研究表明，高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1 protein，HMGB1)能夠誘導(dǎo)正常人氣道上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化，沉默其受體RAGE能夠抑制EMT的發(fā)生，說(shuō)明了RAGE信號(hào)通路介導(dǎo)了EMT的發(fā)生[24]。

4 小結(jié)

綜上所述，在哮喘氣道炎癥導(dǎo)致的損傷修復(fù)過(guò)程中，氣道上皮可能通過(guò)相關(guān)通路發(fā)生了間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，并引起上皮受損、細(xì)胞外基質(zhì)的沉積以及上皮下纖維化，在氣流受限的形成中發(fā)揮重要作用。目前，有關(guān)EMT的研究主要集中在腫瘤的轉(zhuǎn)移以及器官纖維化，近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明，哮喘、鼻炎等呼吸道疾病中出現(xiàn)EMT現(xiàn)象，引起了人們的高度重視。然而，EMT在哮喘氣道重塑中的發(fā)生機(jī)制尚不全面。哮喘所帶來(lái)的危害是有目共睹的，氣道重塑導(dǎo)致臨床哮喘患者氣道阻塞和呼吸困難，是哮喘難以根治的根本原因。目前，臨床用于抗哮喘的藥物沙丁胺醇與特布他林作為β受體激動(dòng)劑代表藥物，能通過(guò)激動(dòng)呼吸道的β2受體，激活腺苷酸環(huán)化酶，使細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷含量增加，進(jìn)而松弛支氣管平滑肌，其可能是通過(guò)保護(hù)平滑肌功能來(lái)治療哮喘的。因此，抑制或逆轉(zhuǎn)EMT可能是治療氣道重塑新的途徑。進(jìn)一步研究EMT在哮喘氣道重塑中的機(jī)制，為哮喘提供新的治療靶點(diǎn)是非常有意義的。

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