Wnt通路在哮喘氣道重塑中的作用及維生素D調(diào)控

黃 悅 張維溪

支氣管哮喘是一種慢性氣道炎性疾病，臨床表現(xiàn)為胸悶、喘息、呼吸困難及咳嗽。氣道重塑是哮喘的典型病理生理特征，在哮喘早期即可發(fā)生，如何預(yù)防或緩解氣道重塑將成為治療哮喘的重要靶點。而Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在哮喘氣道重塑中起著一定的作用。維生素D作為一種可由自身合成的激素，在正常人體生長發(fā)育中起著重要的作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)維生素D在哮喘預(yù)防及治療中的作用亦不容小覷。然而，維生素D對哮喘的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確，本文就維生素D與Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的潛在關(guān)系進(jìn)行闡述，為維生素D預(yù)防及治療哮喘提供依據(jù)。

一、 Wnt信號通路的生物學(xué)特性

Wnt信號傳導(dǎo)通路是一條古老的，進(jìn)化保守的信號傳導(dǎo)通路。早期研究表明，影響果蠅生長發(fā)育的突變體，無翼(wg)與誘導(dǎo)小鼠乳腺腫瘤基因int-1同源，統(tǒng)一命名為Wnt[1～3]。在哺乳動物中，Wnt配體家族由19種不同的配體組成，并根據(jù)是否依賴β-catenin的激活轉(zhuǎn)錄，分為經(jīng)典Wnt/β-catenin通路及非經(jīng)典Wnt通路[4]。

在經(jīng)典Wnt/β-catenin通路中，β-catenin作為黏附連接蛋白，與細(xì)胞骨架粘連中至關(guān)重要，且其轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，即可發(fā)揮其對轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)作用[5]。 Wnt信號的激活通過結(jié)合卷曲蛋白受體(FZD1-10)，利用低密度脂蛋白相關(guān)蛋白LRP5/6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，致β-catenin破壞復(fù)合物失活，從而使β-catenin在胞質(zhì)中積累并進(jìn)入細(xì)胞核[6，7]。非經(jīng)典Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活依賴于特定Wnt配體與FZD受體的結(jié)合，不同于經(jīng)典途徑的是，它獨立于LPR5/6共受體。非經(jīng)典的Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)涉及平面細(xì)胞極性(PCP途徑)，鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/CAMKⅡ)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和(或)各種較不明確的下游效應(yīng)分子的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的激活。近年來，越來越多實驗發(fā)現(xiàn)了Wnt信號通路在肺部疾病發(fā)生、發(fā)展的作用，如哮喘、COPD、肺動脈高壓及特發(fā)性肺纖維化等[8，9]。本文主要就哮喘進(jìn)行闡述。

二、Wnt信號通路與氣道重塑

支氣管哮喘是一種慢性氣道炎性疾病，氣道重塑是其主要病理生理特征，且在疾病早期即可出現(xiàn)，表現(xiàn)為氣道平滑肌增厚、氣道基膜增厚、細(xì)胞外基質(zhì)沉積、炎性細(xì)胞浸潤和腺體增生肥大[10]。Kwak等[11]研究表明，哮喘患者痰液中Wnt7α表達(dá)量較正常人明顯升高，而在哮喘小鼠中，Wnt/β-catenin表達(dá)量增加，若抑制Wnt/β-catenin通路，小鼠上皮下纖維化及膠原累積明顯減少，氣道重塑程度明顯降低。

在哮喘氣道重塑過程中，氣道平滑肌的增殖與重構(gòu)起著至關(guān)重要的作用。有研究表明，Wnt通路中的一些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)組分可激活GSK3β信號介導(dǎo)的哮喘氣道平滑肌(ASM)重構(gòu)[12]。Kumawat等[13]研究顯示，從哮喘患者中分離的氣道平滑肌細(xì)胞Wnt-5α的表達(dá)量顯著高于正常組，且受氣道平滑肌表達(dá)膠原和纖連蛋白所需的TGF-β所誘導(dǎo)。有研究表明，使用ICG-001，干擾β-catenin/CPB結(jié)合，可強(qiáng)烈且劑量依賴性的抑制平滑肌的生長，抑制由TGF-β1誘導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)的生成。在卵清蛋白(OVA)致敏的哮喘小鼠模型中，β-catenin靶基因的表達(dá)對OVA刺激敏感，ICG-001局部治療可以預(yù)防此變化。有趣的是，ICG-001劑量依賴性地減少了重復(fù)OVA激發(fā)后的氣道平滑厚度，但對氣道周圍膠原沉積，黏液分泌或嗜酸性粒細(xì)胞浸潤沒有影響[14]。此外，在他們氣道平滑肌細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，在收縮的平滑肌細(xì)胞中，Wnt-11優(yōu)先表達(dá)，并在TGF-β1誘導(dǎo)肌細(xì)胞成熟后，Wnt-11表達(dá)量明顯上調(diào)。抑制Wnt-11的表達(dá)后，TGF-β1誘導(dǎo)的平滑肌-α-肌動蛋白表達(dá)明顯被抑制[15]。

然而，Reuter等[16]研究指出，Wnt-11過表達(dá)可減輕哮喘小鼠氣道炎性和氣道高反應(yīng)性，并在體外實驗中證明，抑制β-catenin降解，可導(dǎo)致DC依賴型T細(xì)胞活化受損。

三、維生素D與Wnt信號通路

維生素D是一種脂溶性維生素，其在生物體內(nèi)的主要活性成分為1-25(OH)2D3。維生素D參與調(diào)節(jié)體內(nèi)固有免疫及適應(yīng)性免疫過程[17]。有研究顯示，維生素D受體缺失小鼠中，血清IgE水平明顯高于野生型小鼠，足量的維生素D血清濃度有利于維持血清低IgE環(huán)境[18]。故有實驗證明，維生素D缺乏不僅對生長發(fā)育過程產(chǎn)生影響，且在不同的過敏性疾病如哮喘、特應(yīng)性皮炎和食物過敏等起重要作用[19]。在對哮喘疾病的研究中，Hollams等[20]對高危兒童維生素D與哮喘前10年的前瞻性研究，發(fā)現(xiàn)嬰兒期及學(xué)齡前期(0.5歲、2～3歲)的維生素D缺乏增加了之后哮喘、喘息及過敏癥狀的發(fā)生率。最新研究表明，維生素D也可通過影響腸道菌群的組成與分布及氣道抗病毒能力等，進(jìn)而影響哮喘的發(fā)生、發(fā)展[21，22]。

維生素D缺乏可增加哮喘患病率，Kim等[23]通過對韓國80名6～14歲兒童的血清維生素D及肺功能的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)兒童哮喘患者血清維生素D濃度明顯低于正常兒童血清維生素D濃度，且維生素D濃度每下降1ng/ml，哮喘患病率即增加0.79倍。此外有研究發(fā)現(xiàn)，維生素D濃度與呼出氣一氧化氮(FeNO)、第1秒用力呼出量(FEV1)、用力肺活量及哮喘嚴(yán)重度相關(guān)[24～26]。

然而，維生素D調(diào)控哮喘發(fā)生、發(fā)展的具體機(jī)制尚不明確。1-25(OH)2D3為維生素D的活化形式，在體內(nèi)各個系統(tǒng)中都起到重要的作用。Youngtae等[27]在小鼠胸腺腫瘤原始細(xì)胞的研究中，通過向FVB/N小鼠左側(cè)乳房脂肪中原位種植胸腺腫瘤干細(xì)胞，分別予以普通飼料、維生素D缺乏飼料及維生素D補(bǔ)充飼料喂養(yǎng)，普通飼料組予以腹腔注射1-25(OH)2D3，與維生素D缺乏飼料喂養(yǎng)組比較，1-25(OH)2D3注射組與維生素D補(bǔ)充飲食組腫瘤生長速度明顯降低，β-catenin表達(dá)量降低，且在乳腺腫瘤干細(xì)胞培養(yǎng)中，1-25(OH)2D3通過抑制Wnt/β-catenin通路降低增殖率及腫瘤球形成。通過向腫瘤干細(xì)胞中轉(zhuǎn)染過表達(dá)β-catenin的質(zhì)粒，發(fā)現(xiàn)可抵抗其抑制腫瘤球體形成的作用。Gr?schel等[28]通過對CB-17嚴(yán)重免疫缺陷小鼠分別予以低濃度維生素D飼料及高濃度維生素D飼料進(jìn)行飼養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)飼喂高維生素D的小鼠結(jié)腸中，促進(jìn)β-catenin降解的ROR2的表達(dá)水平上調(diào)，而β-catenin和TCF4蛋白表達(dá)降低。而腺瘤細(xì)胞系(LT97)細(xì)胞培養(yǎng)中，1-25(OH)2D3可增加其細(xì)胞分化，并降低核β-catenin及Wnt靶基因BCL-2表達(dá)水平，有研究顯示,1-25(OH)2D3可促進(jìn)DKK-1及DKK-4的基因表達(dá)，從而抑制Wnt通路[29]。

維生素D受體(VDR)為1-25(OH)2D3的核受體，為核受體超家族的成員，是一種配體調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子，可與靶基因的特定序列結(jié)合并調(diào)節(jié)其表達(dá)[29]。Al-Hendy等[30]通過利用不同濃度1-25(OH)2D3培養(yǎng)基分別培養(yǎng)人子宮肌瘤細(xì)胞系(HuLM)及人原代子宮肌瘤細(xì)胞(PUF cells)，發(fā)現(xiàn)β-catenin、Wnt-4及Wnt誘導(dǎo)的分泌性蛋白1(Wisp1)表達(dá)均下降。然而，沉默人子宮平滑肌細(xì)胞系(UtSMC)的VDR基因后，其Wnt-4、β-catenin表達(dá)量增加，且正常子宮肌細(xì)胞的增殖率增加，并促使細(xì)胞外基質(zhì)的生成及纖維化進(jìn)展。Lim等[31]通過人角質(zhì)細(xì)胞及人卵泡真皮乳頭細(xì)胞(DP cells)，利用DKK-1處理后，VDR及β-catenin表達(dá)量呈劑量依賴性降低。此外，有研究表明，1-25(OH)2D3可通過促進(jìn)VDR與β-catenin結(jié)合及誘導(dǎo)E-鈣黏蛋白的表達(dá)抑制Wnt/β-catenin通路[29]。然而，在哮喘氣道重塑中，維生素D是否通過Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控哮喘的發(fā)生、發(fā)展還有待研究。

四、展 望

Wnt信號通路通過促進(jìn)平滑肌增殖與收縮、上皮纖維化、膠原沉積等促進(jìn)哮喘氣道重塑的發(fā)生。維生素D作為可由自身合成的類激素維生素，可通過調(diào)節(jié)免疫功能、增強(qiáng)氣道抗病毒能力等改善或延緩哮喘的發(fā)生、發(fā)展。然而，大量臨床試驗證明，維生素D缺乏可促進(jìn)哮喘的發(fā)生，且在哮喘兒童中亦存在大量維生素D缺乏者，并增加其哮喘急性發(fā)作可能及哮喘控制不佳等情況。但維生素D在哮喘中的作用機(jī)制尚不明確。旁觀其他各系統(tǒng)疾病，維生素D被證實與Wnt信號通路有關(guān)，可能作為未來改善支氣管哮喘氣道重塑的治療靶點，值得進(jìn)一步研究。