哮喘相關(guān)信號(hào)通路的研究現(xiàn)狀

石慧莉，楊一民，王珊珊，范海婷，李 溦，黃永蓮

（1.福建中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，福建 福州 350122；2.福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬廈門市中醫(yī)院兒科，福建 廈門 361009）

在全球范圍內(nèi)，哮喘（asthma）發(fā)病率呈逐年上升趨勢，是各國面臨的嚴(yán)重公共衛(wèi)生問題。我國約有3000 萬哮喘患者，是全球哮喘致死率最高的國家之一，因此探尋哮喘有效的防治方法意義重大。哮喘具有氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性、氣道重塑三大病理學(xué)特征。目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為氣道炎癥是哮喘發(fā)病的核心環(huán)節(jié)，氣道高反應(yīng)性是因氣道炎癥而貫穿哮喘全過程的氣道病理狀態(tài)，氣道重塑是氣道炎癥慢性化發(fā)展的必然結(jié)果。氣道重塑是在多種炎癥因子的刺激下，氣道損傷、修復(fù)調(diào)控機(jī)制紊亂，導(dǎo)致上皮化生，粘液腺增生、上皮下纖維化、氣道平滑肌在增厚、細(xì)胞外基質(zhì)沉積及新生血管形成等一系列的病理改變。研究表明[1]，哮喘的發(fā)生與多條信號(hào)通路密切相關(guān)，信號(hào)通路可作為炎癥發(fā)生的調(diào)節(jié)器，能夠誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)參與哮喘的發(fā)生，亦可通過抑制劑降低炎癥介質(zhì)的表達(dá)，抑制炎癥反應(yīng)，減輕氣道高反應(yīng)性，進(jìn)而減緩氣道重塑。近年來信號(hào)通路已成為防治哮喘的新熱點(diǎn)，本研究通過對(duì)信號(hào)通路進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)STAT 通路、NF-κB 通路及MAPK 通路與哮喘密切相關(guān)，通過調(diào)控以上通路能夠有效緩解哮喘癥狀以及指導(dǎo)臨床用藥，并為哮喘新的治療方法和新藥研發(fā)提供新的治療思路和方向，現(xiàn)就以上3 條信號(hào)通路的研究現(xiàn)況綜述如下。

1 STAT 通路

JAK 家族是一類存在于細(xì)胞內(nèi)的、由JAK1、JAK2、JAK3 和TYK2 構(gòu)成的非受體型酪氨酸蛋白激酶，STAT 作為參與細(xì)胞因子應(yīng)答及細(xì)胞活化、分裂、增殖DNA 結(jié)合蛋白，其包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5、STAT6 等亞型[2]，能夠傳遞和轉(zhuǎn)錄信號(hào)[3]。

JAK/STAT 信號(hào)通路既可被細(xì)胞因子激活，又能夠調(diào)控細(xì)胞因子的表達(dá)。細(xì)胞因子在胞漿內(nèi)和受體形成結(jié)合位點(diǎn)，JAK 活化，并進(jìn)一步募集信號(hào)至STAT1，以使其激活，活化的STAT1 形成二聚體，激活基因表達(dá)，完成信號(hào)傳導(dǎo)過程。哮喘的發(fā)生，主要機(jī)制為Th1/Th2 失衡，Th2 呈優(yōu)勢化。實(shí)驗(yàn)研究表明[4]，細(xì)胞因子IL-27 能夠促進(jìn)大鼠肺組織STAT1的磷酸化表達(dá)，并激活STAT1 細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路，由此增強(qiáng)Th1 免疫應(yīng)答，抑制Th2 免疫應(yīng)答；反之，STAT1 的磷酸化障礙，使抑制Th2 細(xì)胞功能受到損害，導(dǎo)致Th1/Th2 平衡失調(diào)，存在加重哮喘的可能性。細(xì)胞因子IL-4 促使氣道炎癥加重，STAT1 通過JAK/STAT 信號(hào)通路激活參與IL-4 傳導(dǎo)，從而引起哮喘的氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性[5]。梁然等[6]研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者血清中IL-35 和IL-4、STAT1 呈負(fù)相關(guān)，表明IL-35 可能通過抑制IL-4 和STAT1 蛋白的表達(dá)對(duì)哮喘的發(fā)生產(chǎn)生作用。

研究表明，STAT2 參與Th1 型細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制[7]，STAT2 與磷酸化的STAT1 形成二聚體，可影響Th2 細(xì)胞分化，破壞Th1/Th2 分化平衡，同時(shí)誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞浸潤，使哮喘病情更加嚴(yán)重，加重機(jī)體炎癥反應(yīng)與氣道重塑[8]。

STAT3 在STAT3 信號(hào)通路中扮演著重要的角色，能夠被某些細(xì)胞因子激活，細(xì)胞因子的信號(hào)通過通路傳入胞內(nèi)，使細(xì)胞基因表達(dá)發(fā)生改變，調(diào)節(jié)一系列炎癥反應(yīng)[9]。被激活的STAT3 又可調(diào)節(jié)Th17 細(xì)胞的分化，Th17 細(xì)胞能夠分泌IL-17 等炎性細(xì)胞因子，IL-17 又再次激活STAT3 加速細(xì)胞生長，該過程已被研究證實(shí)，能夠促進(jìn)支氣管平滑肌細(xì)胞的遷移與增殖，進(jìn)而參與哮喘發(fā)病過程，加上炎性細(xì)胞的持續(xù)浸潤，氣道重塑是不可避免的結(jié)果[10]。實(shí)驗(yàn)研究表明[11]，哮喘小鼠肺組織中p-STAT3 和STAT3 顯著升高，在使用STAT3 抑制劑后p-STAT3 和STAT3 蛋白水平明顯下降，說明通過阻斷STAT3 通路能夠緩解哮喘氣道炎癥。苗青等[12]通過AG490 抑制劑拮抗哮喘小鼠STAT3 信號(hào)通路的活化，發(fā)現(xiàn)STAT3 信號(hào)通路被阻斷后，哮喘小鼠氣道平滑肌層增厚得到抑制，同時(shí)也抑制了氣道高反應(yīng)性。

Th17 細(xì)胞屬于促炎細(xì)胞，可誘導(dǎo)哮喘、自身免疫病的發(fā)生，而Treg 細(xì)胞則能抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生，兩者只有處于平衡狀態(tài)，機(jī)體的免疫功能才能穩(wěn)定發(fā)揮作用[13]。IL-12 是Th1 細(xì)胞免疫應(yīng)答的重要因素，既能促進(jìn)Th1 類細(xì)胞因子產(chǎn)生，又可以抑制Th2 類細(xì)胞因子產(chǎn)生，而哮喘的發(fā)生是Th1 與Th2 細(xì)胞的失衡，即IL-12 與哮喘發(fā)生水平呈負(fù)相關(guān)的。STAT4是Th1 細(xì)胞分化的必需轉(zhuǎn)錄因子，其與哮喘關(guān)系也呈負(fù)相關(guān)。研究顯示[14]，IL-12 等細(xì)胞因子刺激STAT4，STAT4 的酪氨酸發(fā)生磷酸化并形成二聚體，進(jìn)入細(xì)胞核誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞相應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，拮抗Th17 細(xì)胞的分化，從而減輕機(jī)體的炎癥反應(yīng)。

馬素麗等[13]實(shí)驗(yàn)表明，哮喘患兒相比正常人外周血單個(gè)核細(xì)胞的STAT4 mRNA 水平顯著降低，且其表達(dá)水平與FEV1、FEV1/FVC 值、FEF25%～75%、FEF50%、FEF75%等肺功能指標(biāo)呈正相關(guān)，與FeNO、EOS、IL-6 水平呈負(fù)相關(guān)。虞琳等[15]實(shí)驗(yàn)在哮喘大鼠氣道平滑肌及血管肌層中均有檢測到STAT4 及STAT4 mRNA 的表達(dá)，且明顯低于正常組，說明哮喘抑制了STAT4 的表達(dá)，使用麻杏石甘湯后，哮喘組大鼠STAT4 及其mRNA 的表達(dá)明顯升高，氣道炎癥反應(yīng)明顯改善。上述研究均表明STAT4 對(duì)哮喘的發(fā)生具有負(fù)向調(diào)控作用。

STAT5 對(duì)T 淋巴細(xì)胞有重要的調(diào)節(jié)功能，哮喘時(shí)STAT5 被持續(xù)激活，Th2 細(xì)胞呈優(yōu)勢化，Th2 細(xì)胞分泌IL-4、IL-5 等細(xì)胞因子，同時(shí)抑制Th1 增殖，Th1/Th2 比例失衡，哮喘隨之發(fā)生。IL-4 水平升高有助于STAT5 的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，促進(jìn)漿細(xì)胞合成和分泌IgE，使炎癥發(fā)生；STAT5 活化促使嗜酸性粒細(xì)胞（EOS）分化、增殖，EOS 的凋亡受到抑制，導(dǎo)致哮喘發(fā)生時(shí)EOS 生成增多[16]，EOS 在氣道的浸潤程度與哮喘的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，哮喘時(shí)EOS 作為肺組織中主要細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)[17]。JAK/STAT5 信號(hào)通路是IL-7 下游的主要信號(hào)通路之一[18]，已分化的Th17細(xì)胞在中性粒細(xì)胞性哮喘小鼠體內(nèi)高IL-7 微環(huán)境基礎(chǔ)上，依賴JAK/STAT5 通路維持Th17 細(xì)胞的存活與增殖，參與哮喘的炎癥和氣道高反應(yīng)的發(fā)生[19]。研究表明[16]，哮喘大鼠STAT5 蛋白磷酸化表達(dá)上調(diào)，經(jīng)過藥物治療后，STAT5 磷酸化蛋白表達(dá)的陽性面積顯著下調(diào)，符合哮喘發(fā)展機(jī)制中Th2 細(xì)胞優(yōu)勢化分化，而Th1 細(xì)胞抑制為特征的Th1/Th2 細(xì)胞分化失衡。

IL-4 和IL-13 是哮喘發(fā)生的主要炎癥因子。STAT6 由細(xì)胞因子激活，與受體復(fù)合物結(jié)合，激活JAK-STAT6 通路[20]，促進(jìn)B 細(xì)胞分化和IgE 的類型轉(zhuǎn)換，從而介導(dǎo)哮喘的氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性[21]。被激活的STAT6 又調(diào)控Th2 細(xì)胞細(xì)胞的分化，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞中嗜酸粒細(xì)胞趨化因子，成纖維細(xì)胞以及氣道上皮細(xì)胞等生成，參與哮喘的氣道炎癥、高反應(yīng)性和氣道重塑[22]。有研究證實(shí)，敲除STAT6 基因的哮喘小鼠哮喘癥狀明顯改善，氣道重塑減輕，Th2 細(xì)胞因子IL-4、IL-5、IL-13 分泌亦減少。蔣沈華等[22]的研究表明，哮喘小鼠STAT6 含量升高，經(jīng)過治療后STAT6 蛋白水平明顯降低，且通過抑制IL-4、IL-13等炎癥因子分泌，對(duì)減少炎癥細(xì)胞的浸潤有積極作用。徐寧等[23]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，哮喘大鼠血清中IL-13及肺組織中STAT6 的表達(dá)顯著高于正常組，該研究認(rèn)為，IL-13 及STAT6 與哮喘的氣道炎癥存在內(nèi)在聯(lián)系。王志旺等[24]研究認(rèn)為，抑制JAK1/STAT6 信號(hào)通路能夠改善哮喘氣道黏液分泌失衡，從而緩解哮喘癥狀。廖冰潔等[25]通過臨床觀察發(fā)現(xiàn)，哮喘患者經(jīng)過治療后STAT6 的mRNA 表達(dá)較治療前明顯降低。目前，多位學(xué)者均認(rèn)為通過下調(diào)STAT6 蛋白的表達(dá)及調(diào)控其相關(guān)通路能夠有效的改善哮喘病情。

2 NF-κB 通路

NF-κB 信號(hào)通道屬于絲裂素活化蛋白激酶系統(tǒng)，是哮喘發(fā)病過程中重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，與哮喘相關(guān)的細(xì)胞因子均是在核因子（NF-κB）的轉(zhuǎn)錄和調(diào)控下合成的[26]。一般情況下，NF-κB 受IκB 的抑制在胞質(zhì)中處于非活性形態(tài)[27]。當(dāng)IκB 磷酸化解除NFκB 受體的抑制，NF-κB 二聚體暴露出核定位序列（NLS），NF-κB 會(huì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)與目的基因發(fā)生特異性結(jié)合，促進(jìn)IL-5、IL-13 等炎癥因子的基因轉(zhuǎn)錄，隨后提高炎癥因子的表達(dá)水平[28]，誘導(dǎo)EOS 增殖、活化，使之聚集到氣道黏膜，引起氣道黏膜損傷，導(dǎo)致氣道發(fā)生炎性反應(yīng)，促進(jìn)支氣管哮喘的疾病進(jìn)展。研究表明[29]，抑制NF-κB 向核內(nèi)轉(zhuǎn)移，能夠減少炎癥因子IL-5、IL-6 等的轉(zhuǎn)錄和合成，從而緩解哮喘的氣道炎癥，降低氣道高反應(yīng)性。周旋等[30]實(shí)驗(yàn)顯示，哮喘大鼠的NF-κB p65、NF-κB p50 呈高表達(dá)、IκBα 低表達(dá)，在哮喘模型中采用柚皮素能下調(diào)NF-κBp65、NF-κB p50，上調(diào)IκBα，更進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)說明通過抑制NF-κB 相關(guān)蛋白的表達(dá)，提高IκBα 的表達(dá)，降低NF-κB 信號(hào)通路的活性對(duì)哮喘的防治具有重要作用。董淑敏等[31]研究亦證明，哮喘大鼠NF-κB 信號(hào)通路活性明顯升高，且可能與哮喘病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。NF-κB 信號(hào)通路也與其他通路產(chǎn)生交叉作用。Wnt/β-catenin 通路作用機(jī)制是通過Wnt 影響IL-4、IL-13 等炎癥因子的表達(dá)，Wnt/β-catenin 在肺泡上皮細(xì)胞的高表達(dá)，可激活NF-κB 信號(hào)通路，促進(jìn)NF-κB 蛋白的合成和TGF-β 調(diào)控纖維化的作用，引起氣道內(nèi)炎癥細(xì)胞的聚集，影響肺上皮細(xì)胞的發(fā)育和損傷修復(fù)，同時(shí)促進(jìn)平滑肌前體細(xì)胞增殖引起血管平滑肌的發(fā)育和促進(jìn)氣道內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積，從而參與哮喘的炎性反應(yīng)和氣道重塑[32，33]。

3 MAPK 通路

MAPK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要包括分別由ERK1/2、JNK、p38MAPK 介導(dǎo)的通路，激活后促使炎性細(xì)胞因子的生成，對(duì)哮喘發(fā)病過程中氣道炎癥、氣道重塑和氣道高反應(yīng)性均具有重要的調(diào)控作用[34]。

p38MAPK 磷酸化后的特異性底物可激活其下游NF-κB 通路，激活轉(zhuǎn)錄血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)，使血管內(nèi)皮遷移與增殖，調(diào)節(jié)新血管的形成，加劇氣道重塑的進(jìn)程[35]；同時(shí)，激活NF-κB 通路本身也參與哮喘的病程發(fā)展，通過調(diào)控p38MAPK 能夠抑制NF-κB 等轉(zhuǎn)錄因子，降低炎癥因子表達(dá)，從而使炎癥得到控制。研究表明[36]，屋塵螨提取物激活EphA2 由p38 MAPK 信號(hào)通路誘導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞表達(dá)促炎細(xì)胞因IL-6 和IL-8，參與哮喘炎癥反應(yīng)。

呂天宜等[37]研究認(rèn)為，糖皮質(zhì)激素受體激動(dòng)劑能夠抑制p38MAPK 信號(hào)通路的活性，減少炎癥反應(yīng)，提高糖皮質(zhì)激素的抗炎作用，同時(shí)患者對(duì)糖皮質(zhì)激素的敏感性也受p38MAPK 信號(hào)通路影響。另有研究證實(shí)，哮喘小鼠肺組織中p-p38 的表達(dá)水平升高，銀杏內(nèi)酯A 干預(yù)后，哮喘小鼠氣道周圍炎癥減輕，p-p38 明顯下降，說明p38MAPK 通路與哮喘相關(guān)。臧明月等[34]研究發(fā)現(xiàn)，哮喘大鼠與正常組相比肺組織中ERK1/2、JNK 和p38 MAPK 蛋白表達(dá)明顯增加，使用麥門冬湯干預(yù)后，這3 項(xiàng)指標(biāo)明顯降低，表明抑制MAPK 信號(hào)通路過度激活，能夠抑制炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，改善哮喘引起的肺組織病理狀態(tài)。單麗沈[38]的研究發(fā)現(xiàn)，p-ERK1/2，p-p38 MAPK 及p-JNK蛋白表達(dá)在哮喘小鼠中均較正常組升高，認(rèn)為苦杏仁苷能夠通過抑制MAPK 信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)對(duì)哮喘小鼠的治療。

4 總結(jié)

細(xì)胞因子能夠參與信號(hào)通路，使信號(hào)通路激活參與哮喘的發(fā)生，導(dǎo)致氣道炎癥，引起氣道高反應(yīng)性，進(jìn)一步促使氣道重塑；而激活的信號(hào)通路又能進(jìn)一步促使炎癥介質(zhì)的釋放從而加重哮喘。通過調(diào)控STAT，NF-κB，MAPK 信號(hào)通路能夠降低炎癥介質(zhì)的釋放，抑制氣道炎癥、降低氣道高反應(yīng)性、抑制氣道重塑，對(duì)哮喘的治療與預(yù)防具有臨床意義，但通路中子通道更加詳細(xì)的機(jī)制仍需要在今后的研究中不斷探索。