慢性阻塞性肺疾病中糖皮質(zhì)激素抵抗的分子機(jī)制研究進(jìn)展

石建邦 吳健衛(wèi)

(九江市第一人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，江西 九江 332000)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種以持續(xù)氣流受限為特征的可以預(yù)防和治療的疾病，其氣流受限多呈進(jìn)行性發(fā)展，與氣道和肺組織對(duì)煙草煙霧等有害氣體或有害顆粒的慢性炎性反應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)。糖皮質(zhì)激素作為主要的抗炎藥物，廣泛地應(yīng)用于COPD患者治療中，但仍不能有效的控制炎癥反應(yīng)，甚至對(duì)一部分COPD患者是無(wú)效的，所以需要更有效的抗炎藥物及聯(lián)合治療。在很多細(xì)胞類型中，肺部炎癥及其釋放的促炎癥細(xì)胞因子影響糖皮質(zhì)激素受體(GR)、組蛋白去乙?；?HDAC)2和表面活性蛋白(SP)-D的活性。巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、呼吸道上皮細(xì)胞和淋巴細(xì)胞與誘導(dǎo)糖皮質(zhì)激素抵抗有著密切的聯(lián)系。本文對(duì)COPD患者及動(dòng)物模型中糖皮質(zhì)激素抵抗的分子免疫學(xué)機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 炎癥反應(yīng)在COPD中的作用

香煙煙霧暴露的肺上皮細(xì)胞產(chǎn)生大量的過(guò)氧化氫和超氧化物自由基，并激活肺泡巨噬細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞凋亡；暴露于香煙煙霧的肺發(fā)展為肺氣腫，即使戒煙后，肺實(shí)質(zhì)破壞仍不可逆〔1～3〕。暴露在香煙煙霧中的小鼠和人類的支氣管肺泡灌洗液(BAL)中蛋白含量增加，呼吸道上皮細(xì)胞增生，肺泡毛細(xì)血管通透性增強(qiáng)〔4，5〕；呼吸道上皮細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞被激活并釋放大量的細(xì)胞因子和炎癥趨化因子，而吸煙者較戒煙者有更多促炎性細(xì)胞因子〔6～8〕。COPD患者血清、痰液及支氣管肺泡灌液中的白細(xì)胞介素(IL)-27和IL-33水平升高，而它們的表達(dá)水平與疾病的加重有關(guān)〔7，9〕。研究表明，COPD患者肺組織中主要以中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)為主，其他包括單核細(xì)胞浸潤(rùn)，CD4+和 CD8+淋巴細(xì)胞，從而導(dǎo)致肺部炎癥、肺組織的破壞及氣道重塑〔10〕；活化的中性粒細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞釋放多種促炎性細(xì)胞因子、趨化因子和其他調(diào)節(jié)因子，例如髓過(guò)氧化物酶(MPO)、腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL-1β、IL-6、IL-17、單核細(xì)胞趨化因子(MCP)-1，趨化因子(C-C基序)配體(CCL)2、趨化因子(CXC亞家族)配體(CXCL)2、CXCL5、CXCL8。大量產(chǎn)生的基質(zhì)金屬蛋白(MMP)-9能分解肺組織細(xì)胞外基質(zhì)成小肽，隨后被T細(xì)胞識(shí)別，引起T細(xì)胞的活化和浸潤(rùn)〔11〕。巨噬細(xì)胞由經(jīng)典激活巨噬細(xì)胞(M1細(xì)胞)和替代性活化的巨噬細(xì)胞(M2細(xì)胞)組成，在COPD肺組織中有變異的巨噬細(xì)胞表型，而他們大多數(shù)是作為中間表型〔12〕。與當(dāng)前吸煙的COPD患者相比，終止吸煙的COPD患者CD163+M2型巨噬細(xì)胞的百分比增加，但巨噬細(xì)胞總數(shù)降低，這表明終止吸煙能影響巨噬細(xì)胞的表型及相關(guān)功能〔13〕。COPD吸煙者中M2型巨噬細(xì)胞占主導(dǎo)地位，其特征為高表達(dá)MMP-2、MMP-7和腺苷A3受體(ADORA3)〔14〕。

CD4+和CD8+T細(xì)胞通過(guò)釋放干擾素(IFN)-γ、TNF-α、絲氨酸蛋白酶和顆粒酶B在COPD發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。然而，COPD急性加重與循環(huán)中CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞的比例呈負(fù)相關(guān)，但與肺組織內(nèi)T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)呈正相關(guān)。這種差異可能是由于外周循環(huán)中T細(xì)胞向炎癥部位遷徙和循環(huán)中T細(xì)胞的凋亡引起數(shù)量下降〔15〕。COPD患者支氣管刷檢標(biāo)本中CD8+T細(xì)胞數(shù)量和TNF-α的表達(dá)增加〔16〕，在體外用IL-18和IL-12刺激肺源性 CD8+T細(xì)胞，可導(dǎo)致分泌大量IFN-γ和TNF-α〔17〕。敲除CD8基因的小鼠長(zhǎng)期暴露于香煙煙霧并未導(dǎo)致肺氣腫，同時(shí)肺部炎癥和細(xì)胞因子的表達(dá)明顯降低，這表明CD8+T細(xì)胞在COPD發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用〔18〕。體外研究表明，CD8+T細(xì)胞、自然殺傷(NK)細(xì)胞和NK T細(xì)胞(NKT)通過(guò)抗CD137抗體能有效減少外周血單核細(xì)胞中的IFN-γ、TNF-α和顆粒蛋白酶B〔19〕。因此，T淋巴細(xì)胞在COPD的發(fā)病機(jī)制中有著重要的作用，通過(guò)分子干預(yù)抑制T淋巴細(xì)胞的活化和細(xì)胞因子的表達(dá)可能成為COPD治療的方法。

暴露于香煙煙霧后，氣道浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞、NKT細(xì)胞和γδT細(xì)胞表達(dá)的IL-17A明顯增加〔20〕。作為IL-17A的主要來(lái)源，Th17細(xì)胞在肺部炎癥反應(yīng)也發(fā)揮了重要作用。在COPD患者外周血及肺泡灌洗液中，Th17細(xì)胞數(shù)量明顯增多，同時(shí)Th17細(xì)胞的數(shù)量與IL-17水平與疾病的嚴(yán)重程度有關(guān)〔21，22〕。相反，在COPD患者中抑制性T淋巴細(xì)胞、細(xì)胞因子及調(diào)節(jié)因子明顯降低〔23〕。因此，COPD進(jìn)展與促炎癥反應(yīng)的增強(qiáng)有關(guān)，且能減弱抗炎反應(yīng)。

2 炎癥反應(yīng)在糖皮質(zhì)激素抵抗中的作用

吸入性糖皮質(zhì)激素(ICSs)已經(jīng)成為控制COPD患者癥狀一種主要的抗炎藥物。研究表明，中性粒細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞參與誘導(dǎo)糖皮質(zhì)激素抵抗〔24，25〕。在吸煙或戒煙患者中，短期糖皮質(zhì)激素治療不能降低痰液中的中性粒細(xì)胞及支氣管中的CD8+T細(xì)胞；吸入高劑量ICSs能夠控制部分癥狀，但容易導(dǎo)致肺炎、糖尿病、聲音嘶啞及其他并發(fā)癥〔26，27〕。與糖皮質(zhì)激素敏感患者相比，糖皮質(zhì)激素抵抗患者體內(nèi)有更多的IL-8、MMP-9、磷脂酰肌醇3激酶δ、巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF)和糖皮質(zhì)激素受體β；相反，在糖皮質(zhì)激素抵抗患者中，HDAC2和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)磷酸酶1 的活性明顯減弱〔11，25〕。在糖皮質(zhì)激素抵抗COPD患者的肺泡巨噬細(xì)胞中，潑尼松不能抑制由脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的IL-6、IL-8、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)、MCP-1和MMP-9的上調(diào)〔7〕。因此，炎癥反應(yīng)不僅參與COPD的發(fā)病機(jī)制，還能誘導(dǎo)糖皮質(zhì)激素抵抗。中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞有助于激素抵抗的產(chǎn)生，因此，在克服激素抵抗的分子干預(yù)中，這些細(xì)胞是潛在的靶細(xì)胞。研究表明，與其他藥物聯(lián)合治療更能有效地提高激素敏感性。趨化因子(CXC亞家族)受體(CXCR)2 拮抗劑、磷酸二酯酶4抑制劑(RNO)、p38MAPK抑制劑和抗IL-1及IL-17抗體可通過(guò)作用于中性粒細(xì)胞提高激素敏感性〔11，28〕。其他藥物〔如合成的羅格列酮、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ激動(dòng)劑(10-硝基油酸、茶堿、磷脂酰肌醇3激酶δ抑制劑)〕能有助于抑制暴露于香煙煙霧的巨噬細(xì)胞釋放多種促炎細(xì)胞因子〔29〕。

3 GR亞型在糖皮質(zhì)激素抵抗中的作用

炎性細(xì)胞因子通過(guò)調(diào)節(jié)參與糖皮質(zhì)激素信號(hào)通道的多種蛋白的表達(dá)及活性降低激素敏感性。GR的表達(dá)和活性對(duì)激素介導(dǎo)的抗炎功能至關(guān)重要。GR是一種細(xì)胞內(nèi)受體，與熱休克蛋白(HSP)90成對(duì)存在。當(dāng)GR結(jié)合到糖皮質(zhì)激素后，HSP90被釋放從而促進(jìn)GR成熟及與糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件(GRE)的結(jié)合。GR包括GR-α和GR-β兩個(gè)亞型。GR-α主要聚集在細(xì)胞質(zhì)中，能夠通過(guò)上調(diào)核因子(NF)-κB抑制物(IκB)-β和直接結(jié)合NF-κB抑制促炎NF-κB的活性。NF-κB通過(guò)上調(diào)組蛋白乙酰化酶(HAT)的活性及形成NF-κB/HAT復(fù)合物產(chǎn)生促炎反應(yīng)。當(dāng)GR-α被激活后，GR-α能夠通過(guò)募集HDAC2形成復(fù)合體，抑制NF-κB/HAT復(fù)合體的形成，其后導(dǎo)致在主要促炎因子的啟動(dòng)子區(qū)的組蛋白去乙?；?0〕。相反，GR-β含量較少，可以直接與GRE結(jié)合〔31〕。因此GR-β 認(rèn)為是GR-α拮抗劑，可以減弱GR-α的抗炎活性。在外周血單個(gè)核細(xì)胞和其他細(xì)胞類型中，TNF-α、IL-1β、IL-17和IL-23能上調(diào)GR-β的表達(dá)〔32〕。研究表明，在暴露于香煙煙霧提取物后肺泡上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞GR-α的表達(dá)和活性明顯降低〔29〕。另外，在COPD患者的CD8+CD28+/-T細(xì)胞中GR活性降低或喪失，與此同時(shí)，從T細(xì)胞和NKT樣細(xì)胞釋放的INF-γ 和TNF-α明顯增加。因此，GR亞型影響著激素敏感性，在肺泡巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞中，可通過(guò)上調(diào)GR-α和下調(diào) GR-β提高激素敏感性〔33〕。

4 GR的翻譯后修飾在糖皮質(zhì)激素抵抗中的作用

研究表明，例如磷酸化、乙酰化和小泛素樣修飾(SUMO)1等不同的翻譯后修飾影響的GR活性〔30，34〕。多種刺激物(如促炎性細(xì)胞因子、氧化應(yīng)激)均通過(guò)翻譯后修飾調(diào)節(jié)GR活性。HSP90對(duì)GR的穩(wěn)定性和成熟有著重要作用。在生理?xiàng)l件下，HSP90和輔助因子p23與GR成對(duì)存在，防止GR降解。然而，氧化應(yīng)激可促進(jìn)HSP90乙?；?，從而減弱HSP90的保護(hù)作用。HDAC6是一個(gè)重要的去乙?；福谘趸瘧?yīng)激條件下，HDAC6酶活性降低，HSP90乙?；黾印Ａ硗?，GR的活性亦受翻譯后磷酸化的影響。不同部位殘基的磷酸化導(dǎo)致GR活性有差異〔35〕。在ser211殘基的磷酸化可促進(jìn)GR的核運(yùn)輸和轉(zhuǎn)錄活性，而在ser226和ser203殘基的磷酸化能促進(jìn)出核轉(zhuǎn)運(yùn)和抑制核轉(zhuǎn)運(yùn)〔36〕。IL-2和IL-4是 GR磷酸化的強(qiáng)誘導(dǎo)劑。在支氣管哮喘和克羅恩病的激素耐受患者的PBMC和上皮細(xì)胞中，GR的磷酸化增強(qiáng)與降低GR的結(jié)合功能和核轉(zhuǎn)運(yùn)活性有關(guān)，p38MAPK和轉(zhuǎn)錄因子2被激活。

除了GR磷酸化對(duì)GR活性有重要作用外，異常的GR乙?；绊慓R活性和激素敏感性。在生理?xiàng)l件下，GR活性與每天的血清糖皮質(zhì)激素水平呈反比，一個(gè)均衡的GR活性對(duì)抵抗循環(huán)中晝夜波動(dòng)糖皮質(zhì)激素的生物學(xué)作用是至關(guān)重要的。晝夜節(jié)律基因鐘與腦和肌肉芳香烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(BMAL)1形成蛋白復(fù)合體，并通過(guò)影響GR的乙?；刂艷R的晝夜活性〔37〕。香煙煙霧暴露的小鼠，BMAL1的表達(dá)及活性均降低，隨后降低GR活性。在BMAL1基因敲除小鼠吸入LPS后，激素敏感性明顯降低〔38〕。SIRT1是第三類組蛋白去乙?；?，是BMAL1和其他中間調(diào)節(jié)因子的激活劑。在氧化應(yīng)激時(shí)，SIRT1的活性受到抑制，從而使BMAL1活性降低〔39〕。

5 HDAC類在糖皮質(zhì)激素抵抗中的作用

與SIRT1類似，HDACs是一類重要的去乙酰化酶，參與許多轉(zhuǎn)錄因子、受體及組蛋白的生物活性的調(diào)節(jié)，其表達(dá)水平及活性與促炎和抗炎效應(yīng)有關(guān)。目前HDACs根據(jù)其結(jié)果與功能分成Ⅰ類(1，2，3，8)、Ⅱ類(4，5，6，7，9，10)和第四類(11)，不同類型的HDACs有不同的活性〔40〕。HDAC7是促炎因子，并提高Toll樣受體(TLR)-4依賴的IL-12p40和IL-6的表達(dá)〔41〕；而HDAC6和HDAC11通過(guò)抑制抗原遞呈細(xì)胞(APC)中IL-10基因的表達(dá)發(fā)揮促炎作用〔42〕。相反，HDAC2和HDAC3通過(guò)抑制促炎因子的表達(dá)發(fā)揮抗炎作用。在免疫應(yīng)答中，NF-κB被激活并與環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)結(jié)合蛋白(CBP)形成蛋白復(fù)合物，募集組蛋白乙酞基轉(zhuǎn)移酶促進(jìn)組蛋白乙?；痛傺谆虻霓D(zhuǎn)錄，例如TNF-α、IL-8和IL-1β等。HDAC2和HDAC3通過(guò)在靶基因的啟動(dòng)子區(qū)組蛋白的去乙?；档虷AT活性，并通過(guò)緊縮染色質(zhì)降低轉(zhuǎn)錄活性〔24，30，40，43，44〕。此外，HDAC2提高肺泡巨噬細(xì)胞的吞噬功能并促進(jìn)病原體的清除；因此，HAT與HDAC2的平衡對(duì)有效地抑制炎癥反應(yīng)是非常重要的〔45，46〕。

HDAC2在誘導(dǎo)激素抵抗中有著重要的作用。在COPD患者和吸煙者的肺泡巨噬細(xì)胞中，HDAC2明顯減少，且其活性與疾病的嚴(yán)重程度與加重有關(guān)〔24，30〕。暴露于香煙煙霧可減少巨噬細(xì)胞HDAC2的表達(dá)，但促進(jìn)NF-κB依賴的促炎因子的表達(dá)，例如IL-8和TNF-α〔47〕。在COPD患者和吸煙者外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMCs)中，HDAC2表達(dá)明顯降低〔48〕。氧化應(yīng)激是HDAC2減少的一個(gè)主要因素。在巨噬細(xì)胞中，一氧化氮和過(guò)氧化物通過(guò)轉(zhuǎn)錄后修飾降低HDAC2的活性。暴露于香煙煙霧可通過(guò)在巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞的單胱氨酸(Cys)262和Cys274殘基s-硝基酪氨酸修飾大大降低HDAC2的活性〔24〕。HDAC2水平的下降是誘導(dǎo)COPD患者的激素抵抗一個(gè)主要因素。低乙?；疓R可以有效地抑制含NF-κB和銜接蛋白復(fù)合物(AP)-1的蛋白質(zhì)復(fù)合物的形成。氧化應(yīng)激可通過(guò)轉(zhuǎn)錄后修飾降低HDAC2 和GR的活性，但氧化應(yīng)激是否通過(guò)其他去乙酰化酶調(diào)節(jié)GR活性仍是未知的。最近，調(diào)節(jié)HDAC2活性已經(jīng)被認(rèn)為是治療炎癥性疾病的一個(gè)主要策略，同時(shí)可改善激素敏感性。茶堿是HDAC的一種有效的活化劑，同時(shí)能夠提高COPD患者的激素敏感性。在COPD患者急性加重時(shí)，低劑量茶堿能夠顯著抑制NF-κB活性，同時(shí)降低痰液中TNF-α、IL-6和IL-8的水平。肺泡巨噬細(xì)胞是HDAC2激活劑的主要靶細(xì)胞。萊菔硫烷是轉(zhuǎn)錄因子核因子相關(guān)激活因子(Nrf)2的一個(gè)小分子激活劑，能通過(guò)提高HDAC2活性恢復(fù)激素敏感性。予以萊菔硫烷治療后，激素抵抗的COPD患者肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)激素治療的敏感性明顯增加〔24〕。這認(rèn)為與促進(jìn)Nrf2與抗氧化基因的抗氧化反應(yīng)元件的結(jié)合及提高抗氧化蛋白(如血紅素氧合酶-1)的合成有關(guān)〔49〕。抗氧化蛋白能通過(guò)誘導(dǎo) HDAC2的亞硝基化提高其活性，各種抗氧化劑，如中草藥、水果、飲食中的多酚類已經(jīng)被用于治療自身免疫性疾病及炎癥性疾病。它們同時(shí)可通過(guò)恢復(fù)HDCA2活性提高激素敏感性。

6 SP-D在COPD中的作用

在生理和病理?xiàng)l件下，SP-D在調(diào)節(jié)先天性和獲得性免疫性反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。SP-D通過(guò)與病原體及細(xì)胞碎片的相互作用，促進(jìn)與肺泡巨噬細(xì)胞的結(jié)合，提高巨噬細(xì)胞的吞噬作用和促進(jìn)炎癥減退〔50〕。另外，SP-D在感染性肺組織中能抑制獲得性免疫反應(yīng)，從而避免過(guò)度的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致肺組織的損害〔51〕。SP-D可通過(guò)與抗原遞呈細(xì)胞上的樹(shù)突狀細(xì)胞的凝集素受體(DC-SIGN)和跨膜受體信號(hào)抑制調(diào)節(jié)蛋白(SIRP)-α發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能。

COPD患者和吸煙者血清中SP-D水平明顯升高；相反，在肺組織中SP-D水平下降，但在吸入糖皮質(zhì)激素治療后這是可逆的；血清SP-D水平與癥狀嚴(yán)重程度相關(guān)，因此血清SP-D水平目前被認(rèn)為是COPD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的一種生物標(biāo)志物〔52〕。糖皮質(zhì)激素、TNF-α、IL-4、 IL-6和IL-13等多因素影響SP-D水平，糖皮質(zhì)激素可上調(diào)SP-D水平。在氧化應(yīng)激下促進(jìn)肺上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，使肺泡毛細(xì)血管屏障通透性增加，從而導(dǎo)致肺SP-D漏入血液循環(huán)中，引起血液中SP-D含量的增加〔4〕。在LPS誘導(dǎo)的大鼠肺損傷中，氧化應(yīng)激狀態(tài)下的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞可能下調(diào)SP-D的表達(dá)，但不能僅僅由改變基因的表達(dá)、轉(zhuǎn)運(yùn)及其他可能參與其過(guò)程的機(jī)制來(lái)解釋SP-D表達(dá)的下調(diào)。COPD患者中，氧化應(yīng)激可能影響SP-D的生物學(xué)功能。多聚體結(jié)構(gòu)能夠促使SP-D有效的與其受體結(jié)合，然而氧化應(yīng)激能夠?qū)⒍嗑垠w裝飾成單體結(jié)構(gòu)，而后者既沒(méi)有功能又有促炎及炎癥趨化作用〔53〕。因此，氧化應(yīng)激可能通過(guò)改變SP-D的表達(dá)及生物學(xué)功能促進(jìn)肺部炎癥反應(yīng)。鑒于SP-D在調(diào)節(jié)肺部炎癥反應(yīng)中的作用，在COPD和肺部其他炎癥相關(guān)性疾病中，肺部SP-D的減少能夠誘導(dǎo)激素抵抗。所以，在吸煙者和COPD患者中，調(diào)節(jié)SP-D的表達(dá)及活性可能成為一個(gè)控制肺部炎癥反應(yīng)和提高激素敏感性潛在方法。