骨膜蛋白在支气管哮喘中的研究进展

石惠玲(综述)，芦爱萍(审校)

(1.广东医学院研究生学院，广东 湛江 524000； 2.深圳市第五人民医院儿科,广东 深圳 518000)

骨膜蛋白在支气管哮喘中的研究进展

石惠玲1△(综述)，芦爱萍2※(审校)

(1.广东医学院研究生学院，广东 湛江 524000； 2.深圳市第五人民医院儿科,广东 深圳 518000)

摘要：骨膜蛋白，一种细胞外基质蛋白，属于成束蛋白家族，已经被报道在组织器官发育或修复的重构过程中起重要作用，慢性呼吸道炎症和气道重构是支气管哮喘的显著特征。研究发现，骨膜蛋白是白细胞介素(IL)4和IL-13的下游蛋白，IL-4和IL-13是Th2型免疫反应的特征细胞因子，骨膜蛋白是支气管哮喘的上皮下纤维化的组成部分，在过敏性哮喘的激活和维持阶段起重要作用。

关键词：支气管哮喘；骨膜蛋白；Th2型免疫反应；白细胞介素13；白细胞介素4

一个典型的呼吸道炎症由4个阶段组成：微生物的入侵或组织的损伤；通过免疫应答识别感染或组织损伤；通过免疫系统产生细胞因子、生物活性胺、类花生酸等介质；介质对靶向组织的效应。一旦入侵的微生物被清除或受损的组织修复，炎症反应就被终止。但是，如果炎症反应持续存在，一个慢性炎症反应就会产生。由过敏原触发引起的过敏性疾病，如支气管哮喘和特异性皮炎通常一开始就是慢性的，所以这些疾病受影响的病变组织是慢性炎症。哮喘组织显示，黏膜化生、平滑肌的肥厚和上皮下基质蛋白的沉积也是专业上的术语“气道重构”。这些组织的改变导致气流受限和呼吸道高反应性。骨膜蛋白，一种细胞外基质蛋白，在过敏性疾病的慢性阶段中作为一种新型的介质出现，而且在过敏性炎症的组织重构中起重要作用。现就骨膜蛋白在支气管哮喘过敏性炎症中的作用和临床应用予以综述。

1骨膜蛋白的特征

骨膜蛋白，曾被命名为成骨细胞特异性因子2，它是Takeshita等[1]从成骨细胞系MC3TC-E1Cdna文库中克隆的一种骨黏附分子，后由Horiuchi等[2]重新命名为骨膜蛋白。骨膜蛋白是一种分子质量为93 300大小的细胞外基质蛋白[3]，骨膜蛋白基因位于鼠的第3号染色体以及人的第13号染色体上。它属于成束蛋白家族，与成束蛋白1是同形异构体。骨膜蛋白由三部分组成：N端是界面蛋白质结构域、中间是4个串联的成束蛋白1结构域、C端是拼接的结构域。EMI结构域能够结合胶原蛋白1和纤连蛋白,同时成束蛋白1结构域能够结合韧黏素C和骨形态发生蛋白1，C端可进行选择性剪切，所形成的分子是骨膜蛋白的异构体，均具有细胞黏附的功能。骨膜蛋白能够与其他细胞外基质蛋白或蛋白酶在细胞外相互作用，在维持组织结构或纤维化形成过程中起重要作用。

自从第1次从小鼠的成骨细胞系中分离出来，人们就开始研究骨膜蛋白在骨学中的作用，发现骨膜蛋白能促进骨骼发育/重构和增加骨强度。骨膜蛋白被证明有助于骨骼发育/重构和增加骨强度，在骨折的修复或应付骨骼发育/重构被修复时的机械应力时骨膜蛋白的表达是上调的[4]。随后骨膜蛋白的生物学作用延伸到了心脏学方面，骨膜蛋白在胎儿母体中心脏瓣膜发育和心脏纤维骨架形成期间，对心血管的分化中起关键作用，甚至在出生后的阶段，骨膜蛋白的表达比胚胎期阶段低，在心肌受到侵犯/损伤或心脏重构时骨膜蛋白的表达快速上调[5]。还有研究发现，骨膜蛋白可诱导心肌增生，从而加速心肌梗死的修复过程[6]。最近发现一旦皮肤损伤，骨膜蛋白在肉芽组织中短暂表达并且能够加快伤口修复[7]。上述研究结果都暗示，骨膜蛋白是一种重构分子，骨膜蛋白在多种生理或病理状态下的间叶组织重构中起重要作用。

通常细胞外基质蛋白先结合到细胞表面上的受体，然后在细胞的激活中而不是维持组织结构中起作用，随着骨膜蛋白越来越多的被理解，它还作为细胞基质蛋白中的一种细胞外基质蛋白，在维持组织结构或纤维化形成过程中起重要作用[8]。骨膜蛋白能够与Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ型胶原蛋白、纤连蛋白、腱糖蛋白C等其他细胞外基质成分直接相互作用，并促进细胞外基质的浸润和收缩。一些整合素,如ανβ1、ανβ3、ανβ5和α6β4等已被报道是骨膜蛋白的受体，骨膜蛋白与这些整合素相互作用，为组织生长和重构提供条件[9]，骨膜蛋白和这些整合素分子结合激活信号通路，包括局部黏着斑激酶、磷脂酰肌醇3-激酶、蛋白激酶B、细胞外信号调节激酶、核因子κB和信号转导子和转录激活子3，激活这些信号通路有助于骨膜蛋白作为一种重构分子发挥其生物学作用[10]。

2骨膜蛋白——一种新型的支气管哮喘介质

白细胞介素13(interleukin 13,IL-13)是一种Th2型免疫应答的炎性介质，在哮喘发病机制中扮演重要角色。“Th2 增高型哮喘”不仅表现为IL-13升高，而且还伴有其他生物指标的上升，如骨膜蛋白。变应原暴露引起的Th2型炎症反应通过IL-4和IL-13诱导成纤维细胞骨膜蛋白的产生，IL-13在支气管哮喘发病机制中的重要性在2000年左右基于小鼠动物模型和哮喘易患基因的分析中已经确立,支气管上皮细胞是IL-13引起呼吸道高反应的一个重要作用部位。为了阐述IL-13 在人类支气管上皮细胞中的作用，用DNA微阵列的方法全面鉴定IL-13可诱导的基因，发现骨膜蛋白是一种高度表达的基因,它的表达比健康对照组增加44.4倍[11]，IL-4同IL-13一样也能诱导骨膜蛋白的产生。为了研究骨膜蛋白在支气管哮喘发病机制中的作用，研究抗骨膜蛋白抗体和应用免疫组织化学分析,发现骨膜蛋白沉积在哮喘患者增厚的基膜中[12]，而且支气管上皮细胞的骨膜蛋白表达与呼吸道基膜的厚度相关(r=0.56,P=0.000)[13]。骨膜蛋白的定位和其他细胞外基质蛋白一样，骨膜蛋白是支气管哮喘上皮下纤维化的一个新的组成成分。用IL-4或IL-13依赖的方法发现骨膜蛋白沉积在动物模型的上皮下区域[14]，第1次是在呼吸道支气管上皮细胞中发现骨膜蛋白是IL-13的诱导基因，但是经过IL-4或IL-13刺激，呼吸道上皮细胞是在mRNA水平而不是蛋白质水平表达骨膜蛋白，同时成纤维细胞也能分泌骨膜蛋白。这是第一个正式证据证明骨膜蛋白参与支气管哮喘和过敏性炎症。

随后Woodruff等[11]证实，哮喘患者的骨膜蛋白表达上调。根据IL-13和IL-5表达的高低，哮喘患者可分为“高Th2型”和“低Th2型”哮喘。骨膜蛋白连同氯通道调节器1和丝氨酸蛋白酶抑制剂均是高Th2型哮喘的特征分子[15]。该研究结果奠定了应用骨膜蛋白作为高Th2型哮喘的生物标志物的基础。

3骨膜蛋白在过敏性炎症中的作用

在肺成纤维细胞和支气管哮喘纤维化过程中，骨膜蛋白是IL-13或IL-14的高诱导产物，是参与Th2型免疫应答的细胞因子，由此认为骨膜蛋白参与了过敏性炎症的过程。虽然骨膜蛋白在支气管哮喘发病机制中的作用仍不清楚，但是Izuhara等[16]在用骨膜蛋白基因缺乏的小鼠和用角质细胞、纤维母细胞三维器官共培养系统来研究骨膜蛋白在皮肤组织激发和维持过敏性炎症的发病机制。过敏原入侵触发Th2型免疫反应，IL-4和IL-13刺激成纤维细胞的骨膜蛋白表达。骨膜蛋白与角质细胞上的整合素结合，刺激包括胸腺基质淋巴生成素在内的前炎性细胞因子的产生。这些来自角质细胞的前炎性细胞因子放大Th2型免疫反应，因此IL-4、IL-13、骨膜蛋白和前炎性细胞因子(包括胸腺基质淋巴生成素)在过敏性皮肤炎症中组成一个恶性循环。通过成纤维细胞和角质细胞的相互作用，骨膜蛋白在放大和维持过敏性炎症中起关键作用。而且，有证据证明骨膜蛋白作为一种细胞外基质蛋白通过促进成纤维细胞趋化因子的产生、嗜酸粒细胞招募或激活呼吸道上皮细胞转化生长因子α增强肺部炎症[17]。

最近Bentley等[18]报道,骨膜蛋白对室尘螨致敏和激发阶段的最大呼吸道炎症和呼吸道高反应性是必不可少的，用骨膜蛋白基因缺失的小鼠和抗骨膜蛋白中性化抗体方法进行研究，发现两者均会减轻室尘螨诱导炎症和黏膜化生。但仍然需要更多研究来阐明骨膜蛋白在支气管哮喘中的作用。

4骨膜蛋白——过敏性哮喘的生物标志物

Matsumoto[19]多中心对照、双盲试验研究发现，哮喘患者血清骨膜蛋白水平为92.8 μg/L，显著高于健康对照组的39.1 μg/L(P<0.05),认为骨膜蛋白是肺功能下降和难治性Th2型炎症的生物标志物。基于骨膜蛋白是高Th2型哮喘(与低Th2型哮喘相比以呼吸道高反应性、血清高IgE、嗜酸性炎症、上皮纤维化和上皮黏蛋白为特征)的显著分子研究结果[20]，基因技术把骨膜蛋白发展成为高Th2型哮喘的替代标志物。由于IL-4和IL-13是支气管哮喘动物模型发作的关键分子，一些IL-4和(或)IL-3的拮抗剂已经发展成治疗哮喘的药物。

对于糖皮质激素抵抗型哮喘患者基因技术正在进行抗IL-13抗体第Ⅱa阶段的研究[21],在该试验中罗氏单抗可以很好地提高患者的肺功能，依据血清骨膜蛋白水平将患者分为高骨膜蛋白组和低骨膜蛋白组时，罗氏单抗对于高骨膜蛋白组显现出显著疗效，对低骨膜蛋白组没有疗效。而且把哮喘患者分成高骨膜蛋白组和低骨膜蛋白组对于预测抗IgE抗体药物效果也是有用的[22]。

抗哮喘的一线药物是吸入糖皮质激素，虽然吸入型糖皮质激素对于大部分患者是有效的，但是仍然有一些患者对它是抵抗的。检测哮喘患者血清骨膜蛋白，糖皮质激素抵抗的患者能被分成高Th2型和低Th2型两种，然后把Th2的拮抗剂(如罗氏单抗或奥马珠单抗)推荐给Th2高的患者。这暗示血清骨膜蛋白可能是预测哮喘生物制剂疗效的一种很好的指标。

人们为了评估检测血清骨膜蛋白对于吸入糖皮质激素哮喘患者的疗效，发现高水平血清骨膜蛋白组的哮喘通常是伴随迟发型的、嗜酸性炎症为主型的哮喘和阿司匹林不耐受性哮喘，高血清骨膜蛋白的患者倾向于对吸入糖皮质激素不敏感或激素逐渐减量后有哮喘再次发作的危险[23-24]。上述研究说明，骨膜蛋白对于研究开发支气管哮喘的分层药物是一个有用的生物标志物。

5骨膜蛋白——治疗过敏性疾病有前景的分子靶点药物

根据前文提到的骨膜蛋白在过敏性疾病发病机制中的重要作用，它可能是研究这些疾病治疗药物的一个有前景的分子靶点。Izuhara等[16]在预防和治疗两个模型中应用抗αν整合素中和抗体，发现在预防模型中同时给予抗αν整合素抗体和过敏原时，抗原诱导的类特应性皮炎的表型已经完全减少；在治疗模型中，抗原诱导的类特应性皮炎的表型建立之后再给予抗αv整合素抗体，类特应性皮炎的表型也会减少，说明阻断骨膜蛋白和αν整合素组成的恶性循环可能会改善过敏性皮肤炎症。

有两种策略可以用来研发骨膜蛋白的拮抗剂：①研究一个可以阻断骨膜蛋白和其受体αν整合素之间相互作用的分子；②研究一个可以下调骨膜蛋白表达的分子。迄今，旨在阻断骨膜蛋白和αν整合素之间相互作用的抗骨膜蛋白中和抗体已经开发出来。Orecchia等[25]发现，骨膜蛋白第2个死亡受体因子1结构域的YH序列是整合素的结合位点。这或许可以解释尽管骨膜蛋白缺乏精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，即RGD)序列但仍然能与整合素分子相结合。Bentley等[18]研究发现,在肺纤维化和支气管哮喘的小鼠模型中应用抗αν整合素中和抗体显示出治疗效果。令人惊讶的是,尽管骨膜蛋白在整个过程中大量表达，但这些抗体的系统应用改善了致病性表型。Masuoka等[26]研究发现,骨膜蛋白在小鼠动物模型的过敏性皮肤炎症的发作和维持中起关键作用，在小鼠动物模型中编码骨膜蛋白基因的缺失或阻断其与αν整合素结合能够阻止室内尘螨诱导的过敏性炎症的进展。RNA干扰方法已经被用来下调骨膜蛋白的表达，但迄今为止这方面研究还较少，需要更多实验来证实其有效性。

6结语

越来越多的证据显示,骨膜蛋白作为一种新型介质在过敏性炎症中的重要性，而且应用骨膜蛋白来研究过敏性疾病的新型诊断和治疗药物方面已经取得了一些进展。因为骨膜蛋白在许多生理和病理的状态下充当着重构分子，所以骨膜蛋白参与过敏性炎症的分子机制和在过敏性炎症中针对骨膜蛋白的靶向治疗的这些临床应用均可以延伸到其他炎症疾病、恶性肿瘤和发展生物学等领域。

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New Research Development of Periostion in Bronchial AsthmaSHIHui-ling1,LUAi-ping2.(1.GraduateSchool,MedicalCollegeofGuangdong,Zhanjiang524000,China; 2.DepartmentofPediatrics,ShenzhenFifthPeople′sHospital,Shenzhen518000,China)

Abstract:Periostin,an extracellular matrix protein belonging to the fasciclin family,has been reported to play a critical role in the process of remodeling during tissue and organ development or repair.Chronic airway inflammation and airway remodeling is the typical feature of bronchial asthma.Studies found that periostin is a downstream molecule of interleukin IL-4 and IL-13,signature cytokines of Th2 immune responses,a component of subepithelial fibrosis in bronchial asthma,playing a critical role in the activation and maintenance of allergic asthma.

Key words:Brochial asthma; Periostin; Th2 immune responses; Interleukin-13; Interleukin-4

收稿日期：2014-11-10修回日期：2015-02-27编辑:伊姗

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.013

中图分类号：R725.6

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)17-3105-03