二甲雙胍干預(yù)哮喘作用機(jī)制的研究進(jìn)展*

于海洋，陳云志，劉懷全，趙 潔，張旭飛，李 文

（貴州中醫(yī)藥大學(xué)，貴州貴陽 550025）

支氣管哮喘是由過敏原、刺激性暴露等多種因素觸發(fā)，以氣道慢性炎癥、氣道高反應(yīng)性和氣道重塑為主要特征的慢性氣道疾病，多伴有喘息、氣短、胸悶、咳嗽和呼氣氣流受限等癥狀［1］。國(guó)內(nèi)外流行病學(xué)顯示，支氣管哮喘作為嚴(yán)重降低人們生活質(zhì)量的健康問題，其患病率呈明顯的上升趨勢(shì)，預(yù)計(jì)2025年可能到達(dá)十億人［2］。有報(bào)道指出，肥胖、2 型糖尿病等糖脂代謝異常的人群更易患哮喘等疾病［3-4］。目前哮喘的治療以注射免疫抑制劑、霧化吸入激素等手段為主，雖可改善一般患者的臨床癥狀，但對(duì)伴糖脂代謝異常的哮喘患者治療作用并不理想。二甲雙胍（metformin）是臨床中的常用藥物，主要用于糖尿病的治療。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)二甲雙胍對(duì)哮喘的預(yù)后有一定積極作用。基于此，本文擬對(duì)二甲雙胍干預(yù)哮喘的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 二甲雙胍與哮喘的關(guān)系

二甲雙胍是我國(guó)目前應(yīng)用最為廣泛的降糖藥物之一，能調(diào)節(jié)糖尿病患者血糖、血漿內(nèi)胰島素、脂蛋白水平進(jìn)而預(yù)防高脂血癥等并發(fā)癥，且對(duì)非糖尿病患者的血糖水平影響較小，故常用于控制2 型糖尿病患者的日常血糖。有學(xué)者指出，哮喘的發(fā)病與遺傳、炎癥、激素、肥胖等原因有關(guān)，但確切病因尚未明確。重度哮喘患者體內(nèi)血糖和胰島素水平出現(xiàn)異常增高，這表明機(jī)體內(nèi)的胰島素與糖代謝紊亂可能是導(dǎo)致哮喘患者病情惡化的因素之一［5］。有meta 分析顯示哮喘人群的血脂水平也有明顯區(qū)別，如哮喘組患兒與非哮喘組體內(nèi)的高密度脂蛋白膽固醇（highdensity lipoprotein cholesterol，HDL-C）存在明顯差異［6］。此外，血清中高水平的總膽固醇（total choles?terol，TC）、甘油三酯（triglycerides，TG）和低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDLC）也與哮喘患者的嚴(yán)重程度相關(guān)［7］。二甲雙胍可調(diào)節(jié)機(jī)體TC、TG、HDL-C 和LDL-C 的合成，減少脂質(zhì)代謝紊亂對(duì)哮喘患者的不良影響［8］。一項(xiàng)回顧性分析也表明，哮喘兼糖尿病患者使用二甲雙胍后，可明顯降低哮喘的發(fā)作頻率［9］。

2 二甲雙胍干預(yù)哮喘的作用機(jī)制

目前，二甲雙胍干預(yù)哮喘的作用機(jī)制尚未明確。據(jù)報(bào)道，二甲雙胍可通過改善免疫、增強(qiáng)抗氧化能力、調(diào)節(jié)蛋白激酶活性、糾正腸道菌群紊亂等途徑抑制哮喘的發(fā)展。

2.1 改善免疫系統(tǒng) 人體內(nèi)適應(yīng)性免疫是由細(xì)胞免疫與體液免疫構(gòu)成，分別由Th1細(xì)胞與Th2細(xì)胞介導(dǎo)。Th1 細(xì)胞能通過激活巨噬細(xì)胞來清除體內(nèi)的各種致病因素（如細(xì)菌、病毒、微生物等）［10］。Th2 細(xì)胞通過合成白細(xì)胞介素4（interleukin-4，IL-4）、激活嗜酸性粒細(xì)胞等途徑參與變態(tài)反應(yīng)。Th1和Th2細(xì)胞之間的動(dòng)態(tài)平衡是維持機(jī)體免疫系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為兩者之間的失衡是導(dǎo)致哮喘發(fā)病的因素之一［11］。但若僅從恢復(fù)Th1/Th2 細(xì)胞平衡的角度入手進(jìn)行治療，哮喘的恢復(fù)似乎并未達(dá)到預(yù)期的效果［12］。最新研究發(fā)現(xiàn)，Th17/Treg 細(xì)胞在哮喘等疾病發(fā)展中同樣具有重要調(diào)控作用［13］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，哮喘小鼠的肺組織顯示出Treg細(xì)胞比例降低和Th17細(xì)胞比例升高，Th17/Treg 細(xì)胞失調(diào)會(huì)導(dǎo)致浸潤(rùn)性中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量增加，進(jìn)而加大哮喘的患病風(fēng)險(xiǎn)［14］。而經(jīng)外源功能性Treg 細(xì)胞替換內(nèi)源性缺陷Treg 細(xì)胞后可減輕哮喘氣道重塑，故高水平的Treg 細(xì)胞在預(yù)防哮喘的發(fā)生有重要意義［15］。綜合來看，哮喘是由各種因素引起機(jī)體內(nèi)Th17/Treg 與Th1/Th2 細(xì)胞失衡導(dǎo)致的。值得注意的是，Th17/Treg 與Th1/Th2細(xì)胞均由CD4+T細(xì)胞分化而來，且這一過程受磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamy?cin，mTOR）信號(hào)通路的調(diào)節(jié)［16］。PI3K/Akt/mTOR 的激活與Th17/Treg、Th1/Th2細(xì)胞平衡喪失之間有緊密聯(lián)系。PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路的激活使葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上，促進(jìn)糖酵解及脂肪代謝，擾亂CD4+T 細(xì)胞分化［17］。使用mTOR 抑制劑治療不僅可以有效改善小鼠氣道重塑的嚴(yán)重程度，而且可以在分子水平上抑制與哮喘發(fā)作相關(guān)的免疫細(xì)胞失衡［18］。因此mTOR 抑制劑可作為新型治療方法應(yīng)用于哮喘的臨床治療。二甲雙胍不僅能抑制T 細(xì)胞的增殖與分化，促進(jìn)Treg細(xì)胞的發(fā)育，維系Th17/Treg、Th1/Th2細(xì)胞之間的平衡，還可制約mTOR 介導(dǎo)的信號(hào)通路，減輕患者的變態(tài)反應(yīng)，進(jìn)而改善患者的預(yù)后［19-20］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，二甲雙胍可減輕肥胖小鼠的變應(yīng)性嗜酸性粒細(xì)胞氣道炎癥，使支氣管肺泡灌洗液中的趨化因子和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）正常化，并改善哮喘模型中杯狀細(xì)胞增生及膠原沉積等氣道病理改變［19，21］。

2.2 增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力 生理狀態(tài)下，氧化反應(yīng)會(huì)控制在合理的范圍以保持機(jī)體內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)，而外界環(huán)境的改變及疾病自身的進(jìn)展均會(huì)導(dǎo)致氧化反應(yīng)的增強(qiáng)?；钚匝醮兀╮eactive oxygen species，ROS）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）等氧化物水平不僅決定機(jī)體氧化應(yīng)激損傷的程度，還與哮喘的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［22-23］。哮喘患者的氧化物水平受外界環(huán)境變化的影響，如PM2.5 可刺激氣道上皮細(xì)胞及肺泡巨噬細(xì)胞生成ROS，而細(xì)胞內(nèi)ROS的過量產(chǎn)生會(huì)引起炎性細(xì)胞因子釋放和DNA 損傷，從而導(dǎo)致肺損傷［24］。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，二甲雙胍可顯著降低PM2.5 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激損傷［25］。再者，亞洲人群的飲食習(xí)慣大多以攝入碳水化合物為主，大量碳水化合物進(jìn)入體內(nèi)不僅能快速升高空腹血糖和甘油三酯水平，還可直接導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)的增強(qiáng)［26］。此外，高水平的空腹血糖和甘油三酯使脂肪細(xì)胞更容易合成，而脂肪細(xì)胞會(huì)促進(jìn)ROS 等氧化物的產(chǎn)生，加劇機(jī)體的氧化應(yīng)激損傷［27］。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是人體內(nèi)主要的抗氧化酶之一，可清除人體內(nèi)的氧化物降低體內(nèi)氧化應(yīng)激水平。哮喘患者體內(nèi)的SOD 水平與疾病的狀態(tài)相關(guān)，緩解期的哮喘患者的SOD水平較發(fā)作期存在明顯升高，這提示SOD對(duì)哮喘患者的預(yù)后有積極作用［28］。二甲雙胍可下調(diào)ROS、MDA等氧化物的水平，糾正異常的糖脂水平，促進(jìn)機(jī)體SOD 等抗氧化酶的生成，進(jìn)而提升機(jī)體的抗氧化能力，減輕哮喘患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激損傷［29-30］。

2.3 調(diào)節(jié)蛋白激酶活性 AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）參與哮喘患者的發(fā)病過程。其中AMPK 在細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)及哮喘的發(fā)病中起關(guān)鍵作用［21］。二甲雙胍可通過激活A(yù)MPK 改善氣道上皮細(xì)胞培養(yǎng)物中鈉和水的運(yùn)輸，減緩呼吸道內(nèi)痰液的生成［31］。AMPK激活后可以降低哮喘小鼠肺組織缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-in?ducible factor，HIF）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular en?dothelial growth factor，VEGF）、ROS 和炎性因子水平，還能通過抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）的合成改善哮喘患者氣道重塑［32］。TGF-β1 在哮喘患者氣道、外周血和支氣管肺泡灌洗液的水平顯著升高，其在體內(nèi)的表達(dá)水平與氣道基底膜厚度、肌成纖維細(xì)胞數(shù)目、哮喘發(fā)作的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［33-34］。TGF-β1 還可促進(jìn)組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）的分泌［35］。HDAC4與TGF-β1 均具有促進(jìn)細(xì)胞自噬的作用，會(huì)加速氣道重塑的進(jìn)程［36］。此外HDAC4也會(huì)促進(jìn)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）和p38 MAPK 的表達(dá)［37］。ERK、JNK 和p38 MAPK 均屬M(fèi)APK家族，這些蛋白激酶的表達(dá)在哮喘模型均存在異常表達(dá)，并各自發(fā)揮不同的作用推動(dòng)哮喘的進(jìn)展。有研究認(rèn)為ERK、p38 MAPK 和JNK 蛋白的上調(diào)會(huì)打破Th1、Th2 細(xì)胞及其細(xì)胞因子之間的相互平衡進(jìn)而加劇哮喘患者的氣道炎癥及氧化應(yīng)激損傷［38-39］。ERK 與HDAC4 能上調(diào)細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1）的水平［40-41］；cyclin D1的高表達(dá)會(huì)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞從G1期過渡到S期，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖，加劇氣道重塑［42］。JNK蛋白的過量表達(dá)極易引起氣道上皮細(xì)胞的損傷［43］。二甲雙胍能通過調(diào)節(jié)AMPK、JNK、p38 MAPK、ERK等蛋白激酶及TGF-β1、HDAC4、cyclin D1等相關(guān)因子的表達(dá)進(jìn)而改善氣道重塑［44-45］。

2.4 糾正腸道菌群紊亂 龐大腸道菌群構(gòu)成了人體的微生態(tài)系統(tǒng)，雖其種類繁雜但以有益菌、無益菌條件致病菌為主。其中，有益菌為正常人體內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)的菌群，可改善多種疾病預(yù)后，如雙岐桿菌、乳酸桿菌等。恰恰相反，無益菌如金黃色葡萄菌卻可加速疾病的惡化，延緩機(jī)體痊愈。條件致病菌主要有腸桿菌、腸球菌等，其對(duì)人體的作用取決于有益菌與無益菌之間的動(dòng)態(tài)平衡。腸道菌群的失衡在肥胖型哮喘的人群中尤為常見，并且腸道菌群的結(jié)構(gòu)及代謝功能的失常會(huì)加重哮喘患者的臨床癥狀并影響其預(yù)后［46］。二甲雙胍能夠改善腸道菌群的結(jié)構(gòu)及代謝功能，提高雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌的豐富度，抑制腸球菌、大腸桿菌等致病菌的繁殖，并增加腸道黏膜屏障厚度，有效改善腸道黏膜屏障功能［47-48］。哮喘等過敏性疾病患者的糞便中的丁酸等短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）顯著低于正常嬰兒［49］。這些SC?FAs可通過增加調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量和增強(qiáng)其功能，顯著抑制過敏性氣道疾?。?0］。人體內(nèi)高水平的SC?FAs 對(duì)哮喘病人的預(yù)后有一定的改善作用。SCFAs能夠不僅能激活G蛋白偶聯(lián)受體發(fā)揮免疫抑制功能，還能通過抑制HDACs 并調(diào)控Treg 細(xì)胞，抑制哮喘氣道炎癥。而腸道菌群的紊亂會(huì)大幅降低SCFAs 生成速率。二甲雙胍可調(diào)節(jié)腸道菌群的結(jié)構(gòu)進(jìn)而加快腸道內(nèi)丁酸、丙酸及SCFA等代謝產(chǎn)物的合成［51-52］。

3 小結(jié)與展望

隨著保健意識(shí)的增強(qiáng)、醫(yī)療及營(yíng)養(yǎng)條件的改善人類的平均壽命已經(jīng)得到了大幅提高。盡管人類對(duì)哮喘的發(fā)病機(jī)制理解的越來越深刻，但仍缺乏有效簡(jiǎn)便治療手段。二甲雙胍作為傳統(tǒng)價(jià)廉的降糖藥物可通過改善免疫、增強(qiáng)抗氧化能力、調(diào)節(jié)蛋白激酶活性、糾正腸道菌群紊亂等方式緩解哮喘患者的臨床表現(xiàn)。值得注意的是，人體中免疫系統(tǒng)、氧化物、蛋白激酶、腸道菌群對(duì)哮喘的發(fā)展呈現(xiàn)出相互交疊的網(wǎng)狀聯(lián)系。四者中任何一個(gè)因素的改變均會(huì)導(dǎo)致其他三條途徑的變化，進(jìn)而加重哮喘患者的組織損傷或臨床表現(xiàn)。如Th17/Treg細(xì)胞可調(diào)節(jié)AMPK的表達(dá)及腸道菌群的結(jié)構(gòu)；AMPK又可調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞的分化趨勢(shì)、機(jī)體ROS水平及腸道菌群的紊亂；腸道菌群的改變又會(huì)影響人體正常的免疫功能及蛋白激酶的合成。二甲雙胍在維系四者之間的良性運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)上述機(jī)制之間的關(guān)系等方面有不容忽視的作用，這對(duì)改善哮喘患者的臨床癥狀及預(yù)后是積極且有益的。

雖然觀察性實(shí)驗(yàn)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)印證了二甲雙胍在哮喘的治療效果及作用，但仍缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐R床隨機(jī)試驗(yàn)來確保哮喘患者服用二甲雙胍后不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的胃腸道反應(yīng)、乳酸酸中毒等副作用。今后的研究工作應(yīng)結(jié)合分子生物學(xué)、代謝組學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南嚓P(guān)試驗(yàn)，明確二甲雙胍治療哮喘的作用機(jī)制及臨床使用劑量，為一線用藥提供新的思路與方法。