氧化应激激活的信号传导与支气管哮喘的研究进展＊

杨 明 综述，李国平审校

（泸州医学院附属医院呼吸内一科，四川泸州646000）

支气管哮喘是由多种细胞和细胞因子共同参与的气道慢性炎性反应疾病，主要特征为血清免疫球蛋白E（Ig E）水平升高、气道嗜酸性粒细胞浸润、气道黏液分泌增加、气道重塑等。近年研究发现，哮喘发病与多种细胞信号转导通路有关，如酪氨酸蛋白激酶／信号传导和转录活化子（JAK／STAT）信号通路、核转录因子（NF-κB）信号通路、磷脂肌醇3激酶（PI3K）信号通路等，而氧化应激与气道内各种炎性反应有关，哮喘作为一种气道慢性炎性反应同样存在应激现象。因此，氧化应激参与哮喘发病的研究开始引起人们的广泛关注，本文就氧化应激激活的信号传导与支气管哮喘发病作如下综述。

1 氧化应激

体内氧化与抗氧化平衡维持人体正常生理功能，当人体内活性氧超过抗氧化能力，人体便会通过氧化应激激活相关细胞因子，调节相关基因表达，从而产生相应病理、生理现象。机体内活性氧主要来源于生存环境与细胞新陈代谢，包括活性氧自由基（ROS），如超氧离子、羟自由基、·OH自由基、过氧化氢、单线态氧等；活性氮自由基（RNS），如一氧化氮、二氧化氮、过氧化硝酸盐等，目前对于ROS的研究最为深入全面［1］。

各种肺部疾病在不同发展阶段，ROS参与了其发病过程，与之相关的疾病如阻塞性睡眠呼吸暂停综合征、急性肺损伤、支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病、特发性肺纤维化等，在这些疾病中氧化应激参与了肺动脉高压形成、肺血管内皮细胞损伤、气道炎性反应、气道黏液高分泌和气道重构等病理过程［2］。支气管哮喘是一种反复发作的慢性气道炎性反应，其炎性反应轻重直接影响哮喘患者病死率，然而大气污染是哮喘急性加重和发展的重要因素，污染的大气中存在大量ROS，人体对空气中ROS的易感性与机体遗传基因多态性有关，体内大量ROS的产生能介导相应细胞信号通路产生慢性炎性反应，使哮喘气道反应性增高、黏液分泌增加甚至发生气道重塑［3］。

2 JAK／STAT信号传导通路

JAK／STAT信号转导参与调节机体免疫细胞活化、细胞增殖和分化以及相关细胞因子分泌［4］。STAT家族存在于多种类型的细胞和组织中，STAT是JAK／STAT信号转导的核心，STAT磷酸化后可以通过细胞核核膜进入核内，激活靶基因调节相关基因表达，产生相应生物学效应［5］。

2．1 STAT1与哮喘 STAT1能通过抑制Th1型细胞的细胞因子分泌，促使Th2型细胞优势应答，促进IL-5、IL-6、IL-10和细胞间黏附分子-1（ICAM-1）、粒细胞集落刺激因子分泌而加重哮喘气道炎性反应，使哮喘气道黏液分泌增加。实验发现，在豚鼠哮喘模型支气管上皮细胞中存在STAT1过度表达和持续活化，而这种过度表达和持续活化与ICA M-1的异常表达和嗜酸性粒细胞的聚集增多有密切关系，降低或阻断STAT1的活化，能够明显减轻气道炎性反应，有效控制哮喘症状发作［6］。

2．2 STAT6与哮喘 T淋巴细胞能调节气道各种炎性反应，STAT6是Th2分化的特异转录子，能调节Th2的优势应答，通过JAK／STAT信号转导通路介导细胞因子IL-4、IL-13分泌，使体内生成大量Ig E，气道反应性增高［7］。To mita等［8］通过临床实验发现，无论是在正常组还是哮喘急性加重组或哮喘稳定期组，STAT6均能在T淋巴细胞、肺泡巨噬细胞、气道上皮细胞中被检测到，同时还发现STAT6不仅参与Th2细胞因子的调控，还参与肺泡内巨噬细胞和气道上皮细胞STAT诱导的相关基因表达。Wiehagen等［9］发现，通过激活STAT6，能够诱导Th2功能分化，STAT缺陷的小鼠，T细胞发育受限，可见哮喘发病与STAT6有密切关系。

2．3 氧化应激与JAK／STAT信号传导 ROS主要由线粒体生成，广泛存在于机体内，而过氧化氢作为ROS中的一类物质，广泛参与了机体氧化应激反应。用过氧化氢处理的成纤维细胞能够引起STAT1和STAT3激活，并可以被抗氧化剂抑制，同时过氧化氢还能够激活JAK2，调节基因转录，使成纤维细胞增生。

相关资料表明，肺表面活性物质相关蛋白（SP）-A、SP-B能够维持肺泡和小气道稳定性，调节特异性免疫反应，减轻气道炎性反应损伤，SP基因改变可以使气道阻力增加，与哮喘的发病有密切联系。Par k等［10］研究认为使用过氧化氢能够通过STAT信号传导途径降低甲状腺转录因子-1 DNA的结合活性，抑制SP-A、SP-B的表达，使气道炎性反应明显增加，引起的相关免疫功能紊乱可能与哮喘发病有关。

3 NF-κB信号通路

3．1 NF-κB NF-κB最初是在B细胞激活后被发现，静息状态下NF-κB与其抑制蛋白I-κB结合，形成无活性复合物存在于细胞质中。当NF-κB被激活后，发生核转位与特定基因启动子κB位点序列结合，调节细胞增殖、分化。同时还参与调控相关细胞因子、趋化因子、黏附因子和炎性反应介质表达，参与机体各种炎性反应和免疫反应。

3．2 NF-κB信号途径与哮喘气道重塑 NF-κB维持哮喘气道慢性炎性反应，通过调节多种气道重构因子如生长因子、趋化因子、炎性反应介质等的激活，使成纤维细胞增生引起气道重构。NF-κB参与溶血磷脂酸、胎牛血清等诱导的非哮喘患者气道平滑肌细胞（ASMCs）增殖，同时还能参与哮喘血清被动致敏的非哮喘患者ASMCs增殖。Cang等［11］证实了成纤维细胞生长因子（b FGF）与NF-κB在哮喘模型大鼠气道中的表达呈正相关，b FGF能激活NF-κB促使气管ASMCs、成纤维细胞、内皮细胞增生，说明NF-κB参与了哮喘气道重塑过程。

3．3 NF-κB与哮喘气道高分泌 哮喘气道中黏液呈高分泌状态，人黏蛋白／黏液素（MUC）5 A和MUC5B在气道杯状细胞和黏膜下黏液腺细胞中呈高表达，调节黏液分泌主要来自非神经因素细胞外各种细胞因子和炎性反应介质。对缺乏NF-κB的P50亚单位的小鼠，在肺泡灌洗液和血液中发现，IL-5和嗜酸性粒细胞趋化因子生成减少，与对照组比较，肺组织MUC5 A表达降低，气道内黏液分泌明显减轻［12］。Hewson等［13］通过腺病毒处理哮喘小鼠，发现腺病毒能够通过气道黏液过度分泌引起哮喘急性加重，其机制主要是通过表皮生长因子介导的NF-κB途径使气道MUC5 AS基因表达上调。哮喘气道MUC5AS基因的过度表达，主要与IL-1β和IL-17A介导的NF-κB途径相关，而抑制其途径可以减轻哮喘气道黏液高分泌［14］。通过转录因子c-Ets1抑制NF-κB和c A MP反应元件结合蛋白的相互作用，能够明显降低哮喘气道MUC5 AC的分泌，减轻哮喘症状［15］。

3．4 氧化应激与NF-κB信号传导 NF-κB是氧化应激敏感的转录因子，ROS可以直接激活NF-κB，参与机体ASMCs增生过程。Meng等［16］利用脂多糖诱导制作小鼠全身急性炎性反应模型，发现通过氧化应激反应其血管平滑肌发生增生，并证实了姜黄素能通过抑制ROS介导的NF-κB信号传导途径，抑制增生。NF-κB的活化过程中存在IκB激酶（IKK）的活化从而使IκBα磷酸化，IKK复合物主要有催化亚基（IKK1／IKKα和IKK1／IKKβ）、调节亚基（NEMO）、IKKγ及IKK-相关蛋白［17］。ROS能够使IKKβ首先活化，然后诱导IκBα磷酸化从而激活NF-κB诱导气道炎性反应、气道内MUC5 A高表达和气道平滑肌的增生。ROS通过对细胞核和细胞质内IκBs的降解程度正向或者负向调节NF-κB信号转导［18］。通过抗氧化剂L-2-氧代硫氮杂戊环烷-4-羧（OTC）和α-硫辛酸（LA）作用于长期暴露过敏原小鼠，发现OTC与LA能通过降低PI3 K活性，抑制NF-κB信号通路，减少低氧诱导因子（HIF）-1α和HIF-2α的释放，从而减少气道慢性炎性反应［19］。因此，对氧化应激参与的NF-κB通路激活与哮喘的病理、生理过程的研究，将为哮喘发病机制研究开辟一条新思路。

4 PI3 K信号途径

4．1 PI3 K信号途径与哮喘 PI3 K通过调节气道Th2型细胞高表达，产生大量细胞因子如IL-4、IL-5、IL-13等，这些因子能促进B细胞成熟，使气道内嗜酸性粒细胞增多、Ig E合成增加，导致气道高反应与气道重塑。使用PI3 K选择性抑制剂IC87114作用于哮喘小鼠，结果与对照组相比，肺泡灌洗液中白细胞总数、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和淋巴细胞明显减少，IL-4、IL-5、IL-13和嗜酸性粒细胞趋化因子也相应减少，同时也显著降低了血清Ig E水平。研究发现，p85a基因敲除后的小鼠脾脏，其衍生的树突状细胞较野生型树突状细胞产生更多的IL-12［20］，说明PI3 K是通过IL-12的生成调节Th1／Th2平衡。T细胞协同刺激因子CD28在T细胞受体信号传导中能诱导共刺激分子产生，通过PI3K途径激活AKt，活化的AKt调节Th细胞分化，使IL-4、NF-κB、NF-ATc2水平升高［21］。哮喘气道重塑的一个重要特征是气道黏膜血管生成，血管内皮生长因子（VEGF）可以诱导内皮细胞黏附因子高表达，引起原有血管重塑。其中转化生长因子（TGF-β1）能通过PI3K途径调节气道ASMCs增殖和气道修复，两者共同参与哮喘气道的病变过程。抑制VEGF活性后，可以抑制TGF-β1的激活，阻碍PI3 K／Akt信号通路，从而降低气道ASMCs肌细胞增殖［22］。Jang等［23］发现VEGF能够通过PI3 K／Akt途径使IL-5、IL-9和IL-17产生增加，参与哮喘气道黏液高分泌和气道重塑过程。

4．2 氧化应激与PI3 K途径 氧化应激参与细胞生长、分化和细胞内信号传导，目前许多研究已经证实在肿瘤发生发展中，氧化应激能够诱导VEGF高表达，而PI3 K／Akt通路在多种病理、生理情况下能诱导VEGF的表达。气道上皮细胞受到各种炎性反应因子刺激生成大量ROS，ROS激活PI3 K途径调节Th2细胞优势应答，使相关炎性反应介质和炎性反应细胞聚集活化，气道反应性增高、黏液过度分泌、气道平滑肌增生等［24］。

5 展 望

体内各种炎性反应中存在着氧化应激现象，哮喘作为一种慢性气道炎性反应性疾病同样存在着氧化应激。大量ROS和RNS生成能直接或间接通过多种细胞信号传导途径参与哮喘的病理、生理过程，当机体在缺乏相应的内源性抗氧化能力下，原有的细胞信号传导系统发生紊乱，氧化还原失衡将介导应激敏感信号传导通路如JAK／STAT、NF-κB、PI3K等激活，从而引发哮喘的发生、发展。通过内源性或外源性提高机体抗氧化损伤分子机制的研究，将为哮喘的治疗开辟一条新思路。

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