哮喘气道黏液高分泌分子机制研究进展＊

张 沄 综述，李国平 审校

（泸州医学院附属医院呼吸一科，四川泸州646000）

支气管哮喘（以下简称哮喘）是由多种细胞及细胞组分参与的慢性气道炎性疾病，以呼吸道炎性反应、气道高反应性、气道重塑为其主要特征，是当前世界面临的重要健康问题，其发病率和病死率在逐年上升。哮喘黏液高分泌与气道重塑有关，是哮喘气道上皮杯状细胞增生和黏膜下腺体肥大等病理生理变化的结果［1］。黏液高分泌导致气道阻塞、肺功能下降和感染增加是严重哮喘发作面临的首要问题。尽管目前药物治疗对稳定性哮喘的临床管理有一定效果，但对于重症哮喘及哮喘气道黏液高分泌并无特异的有效的药物治疗方法，因此需要研究发现治疗哮喘气道黏液高分泌新的药物治疗靶点。目前哮喘黏液基础研究主要集中在炎性介质与相关的信号途径如何导致黏液高分泌，并研究是否能通过抑制这些炎性介质及其相关信号通路以减轻黏液高分泌的临床表现，本文就这方面的研究进展作一综述。

1 哮喘气道黏液高分泌特点

气道黏液分泌是开放性管状器官管腔的重要保护机制。正常气道上皮分泌少量黏液，具有保护和润滑气道作用，是呼吸系统固有免疫的第一道防线。其主要组成部分是黏蛋白，黏蛋白是一种含糖基化的大分子蛋白质，由气道上皮杯状细胞和黏膜下层的黏液细胞分泌，目前已有21种MUC在人类基因中被识别，就其特性可分为膜相关性MUC和分泌性MUC，其中分泌性MUC主要来源于气道上皮杯状细胞和黏膜下腺体细胞，是构成细胞外黏液层的主要成分，气道黏蛋白主要包括MUC2、MUC4、MUC5 AC和MUC5B，其中MUC5 AC黏蛋白主要表达于气道上皮杯状细胞，MUC5B主要表达于黏膜下腺体，轻-中度哮喘患者主要产生富含MUC5 AC黏蛋白的黏液，致死性哮喘明显存在MUC5 AC和MUC5B高表达。支气管哮喘患者气道重塑时黏液腺体病理性增生伴随着黏蛋白表达和分泌的病理生理变化，最终导致气道黏液高分泌和黏膜清除功能下降导致黏液积聚，加重炎性过程，并且加重气道阻塞，导致气流受限［2-4］。

2 转化生长因子（TGF）-β／Smad信号通路与哮喘气道黏液高分泌

哮喘炎性主要与CD4＋T淋巴细胞活化有关，活化的CD4＋T细胞释放白细胞介素（IL）-4、IL-9、IL-13、粒细胞集落刺激因子（GM-CSF）和TNF-α，以及各种趋化因子如T细胞活化分泌的RANTESA和嗜酸性粒细胞趋化因子（MCP-1），调节气道黏液的高分泌［5］。Th2细胞是哮喘与气道黏液高分泌的关键因子。Whittaker等［6］用哮喘抗原驱动模型的方法证明IL-13抑制剂能在一定程度上降低黏液的产生。IL-13调节气道黏液的产生可能通过错综复杂的机制。首先IL-13刺激黏蛋白基因的表达依赖于IL-4Rα受体和STAT6。IL-13与IL-4 Rα结合导致STAT6磷酸化，从而下调Fox A2。Fox A2的表达可抑制MUC5 AC基因的转录，同时阻止黏液细胞的增生。相反，IL-13刺激后的p-STAT6下调Fox A2的表达，因此能消除Fox A2对MUC5 AC产生的抑制作用。并且可增加黏液腺细胞的数目［7］。

IL-13调节黏液产生机制可能与TGF-β2相关。Tadaki等［8］用IL-13刺激哮喘病人和正常受试者原代支气管上皮细胞证明，IL-13能刺激TGF-β2产生。TGF-β2的中和性抗体能部分抑制黏蛋白基因的表达。

TGF-β是一组由单核巨噬细胞、血管内皮细胞、肾小球系膜细胞等多细胞产生的25×103多肽生长因子，具有多种功能，通过自分泌和旁分泌细胞，调节细胞分化、生长与细胞外基质代谢。TGF-β亚家族至少由6个结构相关的分子组成。在人、鼠等哺乳动物的多种组织中均可检测到TGF-β及其mRNA，但其各亚单位在不同组织中的表达有很大差异。

启动TGF-β信号途径，需要TGF-β家族配体通过活化的横跨膜的丝-苏氨酸激酶受体TGF-βI型受体（TβRΙ）和TGF-βⅡ型受体（TβRII）来启动下游的信号通路。TGF-β信号要从细胞质转到细胞核内需要TGF-β信号传感器，被称为Smads。在哺乳动物细胞群有8种不同的Smads（Smad 1～8），被分为3种类型：（1）受体调节型Smads（R-Smads），包括Smad 1、2、3、5、8；（2）共同型Smad（Co-Smad），即Smad 4；（3）抑制型Smads（I-s mads），包括Smad 6、7。Smads的结构大致相同，不同类别的Smads结构有一些不同并且影响其各自的功能。R-Smads直接与活化的TβRI受体复合物形成交互作用，使其C-末端丝氨酸基序的磷酸化。Smad 2和Smad 3调节活化素和TGF-β信号转导，而Smad 1、5、8调节BMP信号转导。当TGF-β受体与配体相结合时，TβRII持续活化，与TβRΙ形成异质二聚体并且转磷酸化TβRΙ的谷氨酸合成酶区域，导致TβRΙ活化并磷酸化R-Smads C-末端的丝氨酸基序，磷酸化的Smad 2或Smad 3与Smad 4形成异质二聚体，定位到细胞核内调节靶基因的转录和翻译，而Smad 6和Smad 7对TGF-β信号通路有负性调节作用。通过阻止R-Smads与TβRI交互作用，抑制TβRI磷酸化或者抑制与Smad 4形成异质二聚体起作用［9］。

Le等［10］用OVA致敏Smad 3基因缺失小鼠，以研究Smad 3在过敏原导致的气道重塑的作用，研究表明Smad 3信号分子的缺失能下调哮喘气道重塑的特征性表现，包括减少细支气管周围的细胞外基质沉积，减少平滑肌层厚度，减少黏蛋白的产生和成纤维细胞的数量。这可能与直接阻止了TGF-β／Smad诱导的胶原蛋白合成有关。另有研究表明，革兰阴性杆菌通过活化TGF-β-Smad3／4信号通路，诱导刺激人上皮细胞MUC2基因的转录，用TβRI、TβRII、Smad 3和Smad 4的显性负性突变体实验能显著抑制不可分型流感嗜血杆菌（NTHi）诱导的MUC2基因的转录，并且TGF-β中和性抗体能降低MUC2基因启动子的活化和表达。

3 Lyn激酶与哮喘气道黏液高分泌

蛋白酪氨酸激酶是细胞信号转导的关键信号酶。在免疫应答，炎性反应等过程中起着重要的病理生理作用。Lyn激酶是非受体型酪氨酸激酶Src家族成员之一，Lyn激酶与多种信号途径有关，参与哮喘炎性反应和气道重塑的发生，但其在哮喘发病中的具体机制不明。部分研究发现Lyn激酶抑制多肽能减轻嗜酸性粒细胞气道炎性反应。但是近年来研究发现，Lyn激酶基因敲除鼠出现严重持续的变态反应炎性、血清高水平Ig E、Th2免疫应答，表明Lyn激酶是一个重要的阴性调节Th2免疫应答的激酶［11］。

Lyn激酶与下游的PI3 K和Akt，形成Lyn／PI3 K／Akt途径，参与哮喘的炎性反应应答。研究发现应用PI3 K抑制剂LY294002能减轻气道炎性反应与气道高反应，PI3 K基因敲除鼠表现为较低的气道嗜酸性细胞炎性和气道重塑，其减低炎性和气道重塑与其减少的转化生长因子TGF-β／Smad2／3有关［12］。Akt在哮喘发病中的作用，目前报道相对较少。也有研究血小板源性生长因子通过PI3K信号途径，激活Akt蛋白，从而激活下游的核因子（NF-κB）和细胞外信号调节激酶，促进气道平滑肌细胞增殖，参与哮喘气道重塑［13］。也有研究表明在反流性食道炎中，结合胆汁酸能通过PI3 K／Akt／AP-1途径调节食道MUC5 AC黏蛋白表达［14］。Lyn激酶具有广泛的调节作用，Lyn不仅调节PI3K／Akt，同时也调节STAT信号途径，Lyn能直接磷酸化STAT3［15］。因此，Lyn途径在气道黏液高分泌各信号途径中具有重要的调节作用。

4 表皮生长因子受体（EGFR）途径与哮喘气道黏液高分泌

表皮生长因子受体（EGFR）是人表皮生长因子受体家族成员，其相对分子质量为170×103，属于受体酪氨酸激酶家族，主要表达于细胞膜，可被EGF、TGF-α、HBEGF、氧化应激、双调蛋白等激活。激活后发生二聚体化并引发胞内段酪氨酸激酶活化，进一步激活下游信号转导，EGFR活化经过配体依赖性和配体非依赖性EGFR酪氨酸磷酸化。EGFR下游信号通路主要有：Ras／Raf／MEK／ERK通路，PI3 K／Akt通路。

研究表明EGFR／EGFR配体表达于气道上皮，调节其增值、分化、修复。EGFR和其配体在慢性气道炎性反应中表达呈增加趋势。EGF-R的表达与气道黏液杯状细胞病理性增生存在正相关性。许多刺激黏液产生的刺激物是通过增加细胞膜表面基质金属蛋白酶裂解EGFR前体。因此EGFR的活化在黏蛋白的合成调节中起重要作用。PI3K／Akt和ERK1／2通路也是调节黏蛋白的产生必须的。而PI3 K／Akt和ERK1／2的活化受EGFR活性的调节。EGFR特异性抑制剂AG1478能完全阻止人嗜中性粒细胞弹性蛋白刺激的p-ERK1／2、PI3 K、p-Akt蛋白的表达［16］。在EGFR调节气道MUC5 AC蛋白表达实验中用ERK药理性抑制剂能完全阻止MUC5 AC mRNA的表达和MUC5 AC启动子的活化，ERK通路调节MUC5 AC基因的转录活化，必须通过SP-1和他在MUC5 AC启动子的作用元件结合而起作用。总而言之，Ras／Raf／ERK／SP-1信号通路在EGFR途径调节MUC5 AC表达起重要作用，但不是惟一通路［17］。研究表明Notch信号通路刺激MUC5 AC表达与EGFR信号通路相关，Notch在各器官系统的细胞命运中起着决定性作用。至今，在哺乳类的动物中发现有4种Notch受体（Notch 1～4），5种配体（Jagged 1、2和Slike 1、3、4）。Notch信号通路刺激MUC5AC表达通过活化EGFR通路，EGFR信号通路的活化反过来活化ERK通路，最终导致MUC5 AC表达。有研究显示用Notch3小干扰RNA沉默Notch3基因表达或者用Notch抑制剂GSI都能抑制ERK磷酸化，从而抑制EGFR调节的MUC5AC表达［17］。此外，与IL-13调控MUC5AC表达相同，FOXA2在EGFR途径调节MUC5 AC表达中呈负性调节，目前的研究表明FOXA2基因敲除鼠能导致气道上皮杯状细胞的化生和MUC5 AC蛋白过度表达，而抑制EGFR通路，FOXA2转录表达显著提高［7］。由此可见EGFR在调节气道黏液高分泌各途径中起着交互作用。

5 NF-κB与哮喘气道黏液高分泌

NF-κB在调节细胞凋亡、病毒复制、瘤发生和许多自身免疫性疾病中起重要作用。NF-κB可调控许多基因表达，而这些基因编码的分子在炎性反应过程中起重要作用。近年来研究表明在慢性气道炎性反应中，氧化应激和NF-κB能增加MUC5 AC蛋白表达。NF-κB可与TGF-β-SMAD信号途径共同促进MUC2黏蛋白基因的转录。Song等［14］证实通过柚皮素能抑制NF-κB的活化，抑制氧化应激，和相关的PI3 K／Akt和ERK MAPKinase信号通路以减少黏蛋白表达，并认为PI3K信号通路和ERK信号通路参与慢性气道炎性反应黏液高分泌与NF-κB的活化密切相关，但其具体调节机制不明。目前一些研究表明，RV-14上调MUC5 AC是通过Src／MEK／NF-κB，暗含NF-κB活化能直接增加MUC5 AC释放，而Hewson等［18］证实，如前所述EGFR-MEK／ERK信号通路是通过SP-1结合到MUC5 AC启动子而启动转录翻译，RV刺激MUC5 AC蛋白表达是NF-κB依赖的，但其不是直接结合到MUC5 AC启动子而起作用，NF-κB是通过增加基质金属蛋白酶的转录而起作用，并且NF-κB活化促进MUC5 AC蛋白表达是基质金属蛋白酶（MMP）-依赖的EGFR配体TGF-α的释放，MMPS能裂开TGF-α前体，活化的TGF-α被释放于细胞膜表面与EGFR结合并活化EGFR。因此与上述表皮因子受体途径是交互起作用。

6 展 望

目前，哮喘的治疗目标是控制症状，糖皮质激素被视为治疗哮喘的一线药物，然而，近期研究显示尽管给予最佳的激素剂量，仍然有5%～10%的哮喘患者得不到很好的控制。而气道重塑气道黏液高分泌在哮喘发病中的作用日益受到重视，被认为是引起不可逆性呼吸道阻塞和难治性哮喘的病理基础和重要原因之一。因此，其发病机制及参与这个病理生理过程的相关炎性细胞及细胞因子，炎性介质逐渐成为研究热点，借以寻找到哮喘治疗的潜在药物靶点。综上所述，许多细胞因子及其相关的信号通路参与黏蛋白基因的转录及释放，本文从几条重要信号转导途径阐述了哮喘气道黏液高分泌分子机制研究进展，旨在探讨是否可以通过抑制这些炎性介质或者其信号通路的活化成为气道黏液高分泌临床症状治疗的合理选择，但目前更多是在体外及动物实验中找到或者发现某种炎性介质及其相关信号通路与气道重塑气道黏液高分泌有相关性，但其具体作用机制及各机制间的交互作用和评估如何将这些信号通路作为治疗慢性气道炎症气道黏液高分泌的药物靶点还有待进一步大量的实验研究。

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