氣道黏蛋白Muc5B表達(dá)與慢性阻塞性肺疾病的研究進(jìn)展

邵春 陳林 譚小武 周芳

作者單位：421000 湖南 衡陽，南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科

研究發(fā)現(xiàn)黏液高分泌與慢阻肺患者的肺功能加速下降和高住院治療率相關(guān)[1]，關(guān)于黏蛋白合成及分泌相關(guān)機(jī)制，大致包括表皮生長因子、缺氧誘導(dǎo)因子-1、香煙煙霧及炎癥介質(zhì)等關(guān)鍵因子[2]，而COPD發(fā)生發(fā)展與炎癥介質(zhì)的關(guān)系密不可分。通過鼻息肉及氣道相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，炎癥環(huán)境的存在嚴(yán)重影響?zhàn)ひ悍置?，如白介?3(Interleukin 13，IL-13)可刺激MUC5B大量表達(dá)[3]。因此闡述目前炎癥介質(zhì)與黏蛋白分泌及合成之間的關(guān)系及其作用機(jī)制是本綜述主要內(nèi)容。

慢阻肺的黏液高分泌概述

在人體內(nèi)，呼吸系統(tǒng)第一道天然防線是呼吸道黏液屏障，黏液在肺中有兩種重要的穩(wěn)態(tài)功能:天然氣道防御和氣道表面水化。一是抵抗外來細(xì)菌、病原體入侵，二是維持上皮的張力和對機(jī)械應(yīng)力的反應(yīng)[4]。氣道主要黏蛋白成分是黏蛋白5AC(Mucin5AC,MUC5AC)和黏蛋白5B(Mucin5B,MUC5B)[5]，在正常肺組織中，MUC5B主要在主氣管支氣管黏膜下腺中表達(dá)，也表達(dá)于細(xì)支氣管氣道的杯狀細(xì)胞中，通過粘液纖毛清除(mucocclearance,MCC)維持呼吸道健康，在受金葡菌感染小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，MUC5B可誘導(dǎo)已活化巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞聚集，釋放大量炎癥介質(zhì)誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)[6]，大量臨床數(shù)據(jù)顯示，在一些慢性氣道疾病中黏蛋白的過度表達(dá)往往會加重疾病狀態(tài)[4]，Muc5B是目前唯一確定的支氣管分泌蛋白，Muc5B、MCC及炎癥之間的新型關(guān)系可能影響到氣道疾病的治療。通過研究Muc5B缺陷型和Muc5B過表達(dá)小鼠發(fā)現(xiàn)，Muc5B變體可廣泛調(diào)節(jié)人的氣道穩(wěn)態(tài)、疾病發(fā)病機(jī)制和黏膜免疫功能[6]，Muc5B是COPD患者氣道黏液的主要成分，MUC5B表達(dá)上調(diào)是COPD氣道黏液高分泌區(qū)別于哮喘的特征性表現(xiàn)[2]。

炎癥介質(zhì)介導(dǎo)黏蛋白高分泌的機(jī)制

一、IL-33

白介素33(Interleukin 33，IL-33)作為白介素1家族受體ST2的配體[7]，主要表達(dá)于上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞[8]，是TH2炎癥細(xì)胞反應(yīng)的啟動因子。目前研究已證實IL-33是一種促黏液分泌劑，誘導(dǎo)黏液分泌和杯狀細(xì)胞增生。采用定量RT-PCR檢測IL-33介導(dǎo)下Muc5B及FOXA3 mRNA的表達(dá)，結(jié)果表明IL-33可增加杯狀細(xì)胞表面標(biāo)志物(MUC5B、FOXA3)的水平，有報道稱IL-33誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞增生可能來源于免疫細(xì)胞的內(nèi)源性IL-13作用，亦有實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)IL-33可直接刺激杯狀細(xì)胞增生及黏液分泌，目前關(guān)于IL-33介導(dǎo)黏液分泌是否需要免疫介導(dǎo)暫無確切說法[9]。經(jīng)治療后COPD患者血清中IL-33水平顯著下降，可見IL-33不僅介導(dǎo)黏液及杯狀細(xì)胞增生，還可用于判斷COPD病情變化及評估COPD的進(jìn)展[8]。

除此之外，IL-33還可能作為輔助因子刺激其他炎癥因子在COPD中表達(dá)。如IL-33可誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞中白介素8(Interleukin 8，IL-8)產(chǎn)生，促進(jìn)中性粒細(xì)胞浸潤氣道[7]。閔江等人研究發(fā)現(xiàn)IL-33可通過誘導(dǎo)2型先天淋巴樣細(xì)胞釋放大量Th2炎癥因子參與調(diào)節(jié)COPD免疫應(yīng)答，引起氣道黏液分泌和氣道高反應(yīng)性[10]。

二、IL-13

IL-13是由T細(xì)胞、肥大細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞產(chǎn)生的T2細(xì)胞因子，主要作用于炎癥細(xì)胞、支氣管上皮和氣道平滑肌[11]，現(xiàn)IL-13已被證實可刺激體內(nèi)外的黏液產(chǎn)生及杯狀細(xì)胞化生。研究發(fā)現(xiàn)胚胎時期肺組織在rIL13刺激下，可顯著地觀察到Muc5B的產(chǎn)生[12]，有數(shù)據(jù)顯示IL-13不僅是促炎因子更是一種促黏液分泌劑，可通過特異性誘導(dǎo)ERK1/2和P-38、JNK蛋白活化，上調(diào)MUc5B mRNA表達(dá)及杯狀細(xì)胞增生[5]。用化學(xué)方法誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞密度減低用于模擬干眼發(fā)現(xiàn)，局部應(yīng)用IL-13可上調(diào)MUC5B表達(dá)，并恢復(fù)Muc5B陽性的杯狀細(xì)胞密度[13]。研究IL-13介導(dǎo)的氣道上皮細(xì)胞的體內(nèi)重塑發(fā)現(xiàn)，IL-13刺激后，氣道上皮細(xì)胞出現(xiàn)黏液細(xì)胞化生現(xiàn)象，致使大部分纖毛細(xì)胞向黏液分泌細(xì)胞轉(zhuǎn)化，降低了纖毛清除能力，同時產(chǎn)生大量黏液素[14]。

三、IL-8

巨噬細(xì)胞來源的IL - 8，主要由肺成纖維細(xì)胞產(chǎn)生。是一種中性粒細(xì)胞趨化劑和黏蛋白誘導(dǎo)劑，其水平在COPD患者的支氣管上皮細(xì)胞中顯著表達(dá)[15]。目前IL-8已被證明是支氣管擴(kuò)張、慢性阻塞性肺病和過敏性哮喘的促炎標(biāo)志物[16]。研究發(fā)現(xiàn)，支氣管平滑肌中IL-8的釋放可受多種因素影響，如酸性PH刺激的支氣管平滑肌中，IL-8可通過卵巢癌G蛋白偶聯(lián)受體1介導(dǎo)的胞內(nèi)信號通道MEK1/2-ERK1/轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生和釋放[17]。香煙煙霧可通過中性粒細(xì)胞彈力酶介導(dǎo)蛋白酶激活受體2誘導(dǎo)人支氣管上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-8[18]，銅綠假單胞菌衍生的鞭毛蛋白可通過支氣管上皮細(xì)胞的Toll受體5和Toll受體4相互作用誘導(dǎo)p38和ERK磷酸化參與IL-8的釋放[19]。IL-8在COPD發(fā)展中的作用，一方面是促進(jìn)中性粒細(xì)胞聚集超炎性免疫反應(yīng)，另一方面是介導(dǎo)黏液高分泌，因而調(diào)控巨噬細(xì)胞/中性粒細(xì)胞內(nèi)流及控制IL - 8水平可能是COPD有價值的治療途徑[15]。而目前關(guān)于IL-8介導(dǎo)黏液高分泌機(jī)制仍有待探討。

白介素介導(dǎo)黏蛋白分泌的信號通道

大部分炎癥因子介導(dǎo)黏蛋白分泌的主要通道有JAK/STAT6通道、Notch3通道、ERK1/2通道以及NF/JB等通道，下文就JAK/STAT6通道及Notch3通道進(jìn)行闡述。

一、JAK/STAT6通道

STAT即信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子，目前STAT家族已有七個成員，即STAT1-STAT6，所有STAT蛋白分子由7個不同的功能結(jié)構(gòu)域組成：N-端保守序列、螺旋結(jié)構(gòu)、DNA結(jié)合區(qū)、連接區(qū)域、SH3結(jié)構(gòu)域、SH2結(jié)構(gòu)域、C-端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。JAK相關(guān)受體主要包括干擾素受體家族，白介素受體家族，JAK即酪氨酸激酶，JAK蛋白家族包括4個成員：JAK1、JAK2、JAK3、JAK4，以及TyK2，他們在結(jié)構(gòu)上有七個JAK同源結(jié)構(gòu)域(JH)，其中大部分細(xì)胞因子及生長因子可通過JAK-STAT信號途徑參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)過程。

據(jù)報道發(fā)現(xiàn)，STAT家族大部分成員可被JAK家族的可溶性酪氨酸激酶激活，如位于Tyr705殘基的STAT3的磷酸化，則是由相關(guān)受體介導(dǎo)的酪氨酸激酶介導(dǎo)的[20],JAK由細(xì)胞因子受體超家族活化，炎癥因子與相關(guān)受體結(jié)合，誘導(dǎo)受體聚集，形成同源或異源二聚體，激活JAK的自磷酸化，JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通道被激活[21]。其中與黏液分泌最密切相關(guān)的是JAK/STAT6/FOXA2途徑。STAT6的激活在卵蛋白小鼠模型中被證實是黏液化生所必需的[14]，STAT6信號被相關(guān)炎癥介質(zhì)與其特異性受體結(jié)合激活，導(dǎo)致STAT6磷酸化，F(xiàn)oxA2表達(dá)下調(diào)，從而使杯狀上皮化生、黏液分泌[22]。而有數(shù)據(jù)表明，除炎癥介質(zhì)外，大多數(shù)肺部病原體感染(如肺炎支原體、肺孢子蟲、肺囊蟲等)也可通過激活該通道從而引起黏蛋白分泌[23-25]。

二、Notch3通道

Notch信號通道是高度保守的家族，主要由Notch、Notch配體和CSL等組成。有四個Notch配體及(Notch1-4)及五個Notch配體(DLL1、3、4和jagged1、2)，經(jīng)典的Notch信號通路又稱CBF-1/RBP-Jk依賴途徑。近年來Notch信號通道已成為調(diào)控傳導(dǎo)氣道中杯狀細(xì)胞分化及黏液分泌的關(guān)鍵信號通道，且已被證明可以調(diào)節(jié)上皮祖細(xì)胞的纖毛與分泌譜系的分化，并協(xié)調(diào)發(fā)育中的肺的形態(tài)發(fā)生。不同的炎癥介質(zhì)調(diào)節(jié)不同的Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，如Dll4-notch1主要用于調(diào)節(jié)肺血管生成平衡，而jagged1介導(dǎo)的Notch信號通路調(diào)控人氣道上皮分泌細(xì)胞的分化[26]，通過研究有無感染鼻病毒的慢阻肺氣道上皮培養(yǎng)物發(fā)現(xiàn)，Notch3通道可誘導(dǎo)慢性阻塞性肺疾病細(xì)胞持續(xù)杯狀上皮化生，從而增加黏蛋白基因表達(dá),同時發(fā)現(xiàn)Notch3或Notch1的活性區(qū)域過表達(dá)，可使上皮細(xì)胞向分泌細(xì)胞分化，纖毛細(xì)胞也隨之減少[27]。

展望

目前針對黏液高分泌主要治療方案仍以祛痰治療為主，主要著重于改變黏液的黏彈性，并促進(jìn)黏液清除。就此來看慢性黏液高分泌癥的治療仍具有挑戰(zhàn)性，因此，未來在慢阻肺高黏液分泌治療可能分為兩個方面：一是更好地理解慢阻肺中高黏液分泌機(jī)制及其與炎癥介質(zhì)之間的關(guān)系，二是著力于深入探索氣道黏液高分泌產(chǎn)生的相關(guān)信號通路及關(guān)鍵作用靶點。