基于信号通路探讨中药对哮喘气道炎症影响的研究进展*

钟新春,朱振刚

(天津中医药大学第一附属医院,天津300381)

支气管哮喘(简称哮喘)是由多种细胞(包括嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、平滑肌细胞、气道上皮细胞等)及细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病,临床以反复发作性咳嗽、咳痰、喘息、气促等症状为主。据报道,我国20岁以上人群约有4 570万哮喘患者[1],其中大中城市成人及青少年哮喘患者达到全球支气管哮喘(哮喘)防治创议(GINA)标准的控制率仅为28.5%[2]。哮喘反复发作将对患者及其家庭的生活和工作产生巨大影响,并消耗大量的医药卫生公共资源,产生巨大的社会负担。气道慢性炎症与气道重塑是哮喘的主要病理改变。近年来,哮喘相关信号通路的研究成为当前研究的热点与重点。大量研究证实,中药可以通过多成分、多靶点、多途径的协同作用调节信号通路,参与哮喘发生的各个环节,减轻气道炎症,达到控制哮喘的目的[3]。段亚辉等[4]对中药干预哮喘的作用机制及相关信号通路进行综述,结果发现,对丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)信号通路、核转录因子κB(NF-κB)信号通路、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路、转化生长因子-β(TGF-β)信号通路、基质金属蛋白酶9(MMP-9)信号通路、核转录因子红系2相关因子2/血红素加氧酶1(Nrf2/HO-1)信号通路、信号转导及转录激活因子(STAT)信号通路及Wnt信号通路等进行干预,对哮喘的治疗均有一定的疗效。有其他研究者从NF-κB信号通路[5]、c-Jun氨基端蛋白激酶(JNK)信号通路[6]、p38丝裂原激活的蛋白激酶(p38MAPK)信号通路[7]等单一信号通路进行综述,结果证实,中药可以通过调节相关信号通路治疗哮喘。笔者基于信号通路探讨中药对哮喘气道炎症的影响,阐述中医药治疗支气管哮喘的作用机制,综述如下。

1 MAPK通路

丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是信号从细胞表面传导到细胞核内部的重要传递者,包括细胞外信号调控的蛋白激酶(ERK)1/2、p38MAPKα/β/γ/δ、JNK1/2/3、ERK5等4条通路。这4种MAPK亚家族参与的信号转导通路司职不同的功能,其中JNK和p38MAPK功能相似,与炎症、凋亡、生长都有关;ERK1/2和ERK5支线功能相似,主要涉及细胞生长、分化。MAPK通路激活后能参与炎症细胞的迁移,并在气道内聚集,释放炎性介质,生成炎性细胞因子,促进哮喘气道炎症的发生。苦杏仁苷[8]是传统中药苦杏仁的有效成分,可通过抑制JNK通路的活化减少免疫球蛋白E(IgE)的表达,抑制炎症细胞的增长,降低白细胞介素(IL)-4、IL-5、IL-13等炎症因子的浸润,减轻哮喘小鼠的气道炎症。连翘酯苷A[9]、黄芩苷[10]均被证实可以降低哮喘小鼠肺组织中p38MAPK磷酸化水平,减少炎症细胞浸润,有效改善气道炎症。薯蓣皂苷[11]可以通过抑制ERK等蛋白磷酸化减轻哮喘小鼠肺组织的炎性浸润与炎症反应,控制气道炎症。大量研究证实,中药复方制剂如清金化痰汤[12]、麻黄定喘汤[13]、麦门冬汤[14]可以通过下调ERK、p38 MAPK、JNK、ERK5等MAPK信号通路的活化与表达,改善气道炎症,减轻哮喘小鼠肺组织病理改变程度。

2 NF-κB通路

NF-κB是人体中常见的一种二聚体,与免疫球蛋白的合成密切相关。活化NF-κB信号通路的方式分为经典途径和非经典途径,其中与哮喘发病相关的主要为经典途径。在经典途径中,变应原刺激机体,激活NF-κB抑制蛋白(IκB)激酶,使IκB磷酸化并与NF-κB解离,NF-κB的活性恢复,进入细胞核促进细胞因子、炎性介质、嗜酸性粒细胞趋化因子等物质的高表达,过度介导免疫应答,加重气道炎症。PGAE K等[15]发现,敲除哮喘小鼠的NF-κB基因,嗜酸性粒细胞将不能在气道内大量聚集,气道高反应亦无法诱发。经典古方清金化痰汤是治疗热哮的常用方。宋洪娟等[16]对清金化痰汤治疗哮喘大鼠气道炎症的作用机制进行相关研究,结果表明,清金化痰汤可以通过调控NF-κB信号通路减少气道内炎症细胞浸润,抑制IL-1β、IL-8、肿瘤坏死因子(TNF)-α的炎症表达,减轻气道炎症反应,从而治疗哮喘。张文斌等[17]证实,健脾益肺汤可抑制NF-κB活性,减少气道平滑肌细胞过度增殖,降低IL-4、IL-6、IL-13水平,减轻气道炎性反应,改善哮喘症状。 前胡[18]、黄芪[19]、当归[20]、白术[21]、甘草[22]等活性成分或提取物均可参与调控NF-κB信号通路,减轻气道炎症与哮喘症状。

3 PI3K/Akt通路

磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)是由调节亚基p85和催化亚基p110构成的二聚体。当PI3K与生长因子受体如EGFR结合后,可改变丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的蛋白结构并使其活化,以磷酸化作用激活或抑制下游底物的活性,从而调节细胞的增殖、分化、凋亡及迁移等表型,影响哮喘患者气道平滑肌细胞增殖和嗜酸性粒细胞聚集、活化、凋亡,影响气道炎症反应。李竹英等[23]研究发现,平喘颗粒可通过PI3K/Akt通路调节辅助型T细胞(Th)2、嗜酸性粒细胞及T细胞的增殖、活化、凋亡,从而影响哮喘炎性反应的发生,在临床上治疗哮喘慢性持续期阳虚痰盛型患者疗效显著。李明明等[24-25]使用平喘宁方对哮喘大鼠进行干预,结果发现,平喘宁方能下调PI3K/Akt信号通路中的ASK1、PDK1、p110α、PIP3等蛋白表达,同时上调TSC1、GSK3、PTEN等蛋白表达,减少大鼠支气管及周围血管炎细胞浸润,减轻气道炎症,缓解支气管痉挛与管腔狭窄。此外,单体中药或中药活性成分如穿山龙总皂苷[26]、厚朴酚[27]、欧前胡素[28]等也可通过调控PI3K/AKT信号通路减轻气道炎症,治疗支气管哮喘。

4 TGF-β-Smad通路

TGF-β是属于转化生长因子超家族的多功能细胞因子,其关键功能是调节炎症过程。TGF-β在T细胞的调节和分化中也起着至关重要的作用。在肺部,TGF-β主要由气道内上皮细胞、嗜酸性粒细胞、巨噬细胞和成纤维细胞产生,受变应原刺激后,TGF-β被活化后通过与其耦联的Smads家族蛋白进入细胞核,发挥调节功能。蔡秋景等[29]研究发现,可以通过TGF-β1-Smad3信号通路调节气道平滑肌细胞分泌IL-33,参与哮喘气道炎症。徐晴雯等[30]发现,阳和平喘颗粒能通过抑制TGF-β-Smad信号通路表达,显著降低哮喘大鼠支气管和肺组织中的IL-4、IL-6水平,减轻气道炎症。王盟等[31]发现,钩藤总碱可以下调TGF-β-Smad信号通路的表达,减少哮喘小鼠气道内的炎症细胞浸润,降低IL-4、IL-5、IL-13的分泌,从而减轻气道炎性反应,缓解哮喘症状。 前胡[28,32]、黄芪[33-34]、丹参[35-36]等均能通过下调TGF-β1-Smad信号通路的蛋白表达来减轻气道炎症,改善哮喘。

5 JAK激酶(JAK)/STAT通路

JAK是一种非受体型酪氨酸蛋白激酶,迄今为止共发现4个家族成员,分别为JAK1、JAK2、JAK3和JAK4(TYK2)。STATs是JAKs的直接底物,能将信号直接传递到核内,调节特定基因即STAT1～6的表达。JAK/STAT信号通路是应激的炎症信号通路,与细胞生长、增殖、分化关系十分密切。炎症细胞在气道内聚集,释放干扰素、白细胞介素、生长因子、肿瘤坏死因子等细胞因子,活化JAK/STAT信号通路,影响Th1/Th2平衡,加重气道炎性反应。蒋沈华等[37]研究发现,温阳散瘀平喘方能通过调节JAK/STAT信号通路,减少IL-4、IL-13的分泌,增加γ干扰素(IFN-γ)水平,缓解哮喘模型小鼠的气道炎症。张慧[38]基于网络药理学研究发现,定喘汤可以通过调控JAK/STAT信号通路影响免疫系统和炎症因子,从而降低炎症反应,缓解哮喘;她以哮喘模型小鼠为研究对象,证实定喘汤的活性成分黄芩苷能够通过抑制JAK/STAT6的活性,降低小鼠肺泡灌洗液中Th2相关细胞因子如IL-4、IL-5和IL-13的表达,增加Th1相关细胞因子如IFN-γ的表达,从而降低小鼠气道炎症和气道高反应性,减轻气道损伤,治疗哮喘。

6 其他通路

还有很多信号转导通路如Wnt信号通路、Nrf2/HO-1信号通路、MMP-9信号通路及Notch信号通路等能对哮喘的气道炎症产生影响,但相应的中医药研究不多。任培中[39]研究发现,升陷乌梅汤能够调控Wnt7/β-catenin信号通路,抑制哮喘大鼠气道炎症,延缓大鼠肺通气功能下降。有研究[40-41]发现,阳和平喘颗粒能通过调节Notch信号通路促进骨髓间充质干细胞(BMSC)向哮喘受损肺组织迁移,改善Th2型炎症的免疫调节功能,减轻气道炎症,抑制哮喘发作。

7 小结与展望

随着哮喘患者数量的逐年增加及对哮喘控制要求的逐步提高,未来哮喘的防治问题将会得到全社会更广泛的关注。信号通路是哮喘发病的重要信号转导机制,是药物治疗的新方向之一。中医药在哮喘的治疗方面有很大优势,拥有大量对哮喘有较好临床疗效的方药。近年的研究多为中药单体或活性成分对哮喘气道炎症的影响,关于复方的研究相对较少;研究结果也多为抑制相关信号通路的活性或减少相关信号通路的上下游产物,至于能否彻底阻断相关信号通路目前尚无相关结论。因此,深入挖掘中医药治疗哮喘的靶点和作用机制,仍是今后研究工作的重要方向。