中医药干预TGF-β1/Smads信号通路治疗支气管哮喘的研究进展

李竹英，陈 璐，李 星

(1. 黑龙江中医药大学附属第一医院,黑龙江 哈尔滨 150040；2. 黑龙江中医药大学,黑龙江 哈尔滨 150040)

支气管哮喘(简称哮喘)是临床上常见的呼吸系统疾病，常表现为反复发作的喘息、咳嗽、胸闷、气短等症状，其发病机制复杂，主要的病理特征为气道慢性炎症反应、气道高反应性和气道重塑，具有较高的发病率及病死率，已严重威胁全球人民的健康和生活。流行病学显示全球患病率达1%～18%，其中发达国家的哮喘发病率在10%～30%之间，而我国则为0.5%～5%[1-2]。西医治疗哮喘主要以糖皮质激素为主，由于长期使用会产生不良反应，患者普遍依从性较差。中医治疗哮喘从整体理念出发，辨证论治，对患者实施个体化治疗，取得了较好的疗效，已经越来越受到临床患者的信赖。近年来，众多研究发现TGF-β1/Smads信号通路与哮喘的发病机制密切相关，包括参与哮喘气道炎症反应和气道重塑，并通过与多条信号通路的交叉对话及与多种调控因子、蛋白的相互作用，诱导哮喘的发生。本文将中医的整体宏观理念与西医的精准微观认知结合起来，归纳、总结中医药干预TGF-β1/Smads信号通路治疗哮喘的研究进展，以为基础研究和临床治疗提供参考。

1 TGF-β1/Smads信号通路概述

1.1TGF-β1/Smads的组成 TGF-β1是一种多功能性细胞因子，可以调节众多细胞的反应，如增殖、分化和迁移等。TGF-β1在哺乳动物中主要表现为3种异构体：TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，其中以TGF-β1在哮喘的发病中最为重要。虽然3种异构体的基因编码蛋白质有所不同，但都具有调节炎症，促进细胞增殖分化的作用。Smads蛋白是细胞内唯一的TGF-β1受体激酶底物，通过调控细胞的增殖、转化、合成和凋亡等过程，将TGF-β1受体复合物下游信号从细胞膜转运到细胞核，介导TGF-β1细胞内信号转导并促进靶基因的转录。由于蛋白结构和功能特点的不同，Smads蛋白可分为3个亚家族，受体调节型Smad(R-Smad)，通用调节型Smad(Co-Smad)和抑制型Smad(I-Smad)。受体调节型包括Smad2、Smad3，在TGF-β1/Smads信号通路中起正向调节作用，激活其信号传导。通用调节型为Smad4，是TGF-β1/Smads信号通路的关键枢纽，可以与磷酸化的R-Smad形成异聚体，转入细胞核内与DNA结合，完成相关目的基因的转录。抑制型包括Smad6、Smad7，在TGF-β1/Smads信号通路中起负向调节作用，抑制其信号传导。

1.2TGF-β1/Smads的活化 TGF-β1/Smads信号通路的传导始于TGF-β1与TβRⅡ受体结合，激活TβRⅠ受体活性，形成TβRⅡ- TGF-β1-TβRⅠ复合物，该复合物诱导下游靶标Smad2、Smad3磷酸化，与Smad4形成异聚体，并转入细胞核内与DNA结合，将细胞外TGF-β1的信号转导致细胞核内，启动相关目的基因的转录。

2 TGF-β1/Smads信号通路与哮喘的关系

2.1TGF-β1/Smads与哮喘炎症反应 哮喘是一种非特异性气道炎症性疾病这一点已经形成共识，其炎症反应主要表现为气道中嗜酸性粒细胞(EOS)浸润及其导致的气道高反应。EOS可以通过释放颗粒蛋白、生长因子和炎性介质等细胞因子导致支气管收缩、黏液分泌及血管通透性增加等一系列炎症反应，进而导致气道反应性增加和哮喘发作。研究证实外周血和痰中EOS数目增多是哮喘的主要特征，已成为哮喘炎症检测有效指标[3]。TGF-β1/Smads通路能够通过促进炎症因子、T淋巴细胞的浸润和自身免疫性复合物的沉积，在炎症性疾病、感染、自身免疫功能的紊乱等病理过程中发挥重要的调控作用。TGF-β1是重要的免疫调节因子，可由肺组织中多种免疫细胞(如EOS、平滑肌细胞、成纤维细胞、上皮细胞等)合成分泌，在上呼吸道的变应性疾病中，与EOS的关系最为密切。研究显示，65%的EOS中存在TGF-β1mRNA, 75%的EOS是由TGF-β1mRNA激活的[4]。TGF-β1可以趋化EOS、淋巴细胞、中性粒细胞和肥大细胞等免疫细胞至气道，增强这些炎症细胞的生存力并促进它们增殖、分化、脱颗粒，从而增加哮喘的气道炎症反应。王秀丹[5]研究发现吡非尼酮可以通过抑制TGF-β1/Smads通路来减少哮喘小鼠肺泡灌洗液(BALF)中EOS、淋巴细胞数目和TNF-α、IL-4的表达，降低气道组织黏蛋白(Muc5ac)的表达和杯状细胞增生，抑制哮喘气道炎症。研究显示，TGF-β1可以直接剌激毛细微血管，增加局部血管内皮细胞和肺泡壁上皮细胞通透性，导致肺组织局部水肿，加重局部炎症反应[6]。在不同程度哮喘患者气道中TGF-β1水平显著高于正常个体，且TGF-β1表达水平越高，哮喘气道炎症损伤程度越重[7]。

2.2TGF-β1/Smads与哮喘气道重塑 气道重塑已被认为是哮喘重要的特征性改变，源于持续的气道损伤，气道发生了不可逆的结构和功能性改变，成为了哮喘难以根治的主要原因。气道重塑的主要病理表现为气道平滑肌增殖迁移、上皮下纤维化、胶原沉积、基底膜增厚、炎性细胞浸润、杯状细胞增生及血管生成重塑等。许多研究显示TGF -β1/Smads信号通路与哮喘气道重塑的发生、发展关系密切。TGF-β1是目前所知最强的促纤维化因子，可以通过自分泌和旁分泌途径激活Smad2/3通路，刺激成纤维细胞的分裂增殖，促使成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，肌成纤维细胞可以合成大量的Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白和纤连蛋白在细胞外基质(ECM)内聚集，沉积于基底膜，最终导致气道重塑[8]。研究显示，哮喘小鼠肺组织中TGF-β1的表达水平与气道重塑呈正相关性[9]。肌成纤维细胞的收缩结构主要由富含平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的微丝束连接组成，因此常将α-SMA作为肌成纤维细胞的识别标记蛋白。Smad2、Smad3可以上调α-SMA在纤维母细胞中的表达，促进肌成纤维细胞分泌胶原纤维和纤连蛋白，增加胶原沉积，导致气道变窄，引发气道重塑[10]。研究发现，Smad7参与TGF-β1/Smads信号通路的负反馈自分泌，通过上调哮喘大鼠上皮细胞中Smad7表达水平，可以抑制TGF-β1的活性，改善气道重塑[11]。TGF -β1可以促进平滑肌细胞的增生、肥大和ECM的合成，导致管腔狭窄，引发气道重塑。Mc-Millan等[12]研究发现TGF-β1拮抗剂可以通过抑制Smad2磷酸化来调控TGF-β1/Smads信号通路的传导，从而抑制气道平滑肌细胞增殖，减少基底膜的ECM沉积。吴立琴等[13]研究发现TGF-β1可以通过下调 caveolin-1蛋白的表达量，促进哮喘大鼠平滑肌细胞的增殖，引起气道重塑。TGF-β1还可以激活间质细胞，诱导间质细胞产生蛋白酶抑制剂，减少ECM降解，加重气道纤维化和胶原沉积，导致气道重塑[14]。

2.3TGF-β1/Smads与哮喘相关通路的交叉对话TGF-β1/Smads通路有时可以通过与其他通路交叉对话，共同对机体发挥调控作用。因此明确哮喘中TGF-β1/Smads通路与其他通路的分子网状联系，对研究中医药治疗哮喘的分子机制具有重要意义。MAPK信号通路可以通过磷酸化Smad2的MH1结构域及Smad2与Smad3的衔接区域，抑制TGF-β1激活的Smad2、Smad3的核运转，起到调控TGF-β1/Smads通路的作用。JAK-STAT[15]、PI3K[16]与TGF-β1/Smads通路亦有类似的“对话”。叶晶[17]研究发现通过抑制TWEAK/Fn14和 TGF-β1/Smads信号通路的交叉对话位点TAK-1可以降低哮喘小鼠BALF中EOS数目及细胞因子IL-4、IL-5 和 IL-13的表达水平，从而减轻哮喘的气道炎症反应。Paw等[18]发现Wnt/GSK-3β/β-catenin 信号通路抑制剂(LiCL，TWS119)可以通过抑制GSK-3β，减弱哮喘患者TGF-β1/Smads信号通路诱导的成纤维细胞-肌成纤维细胞表型转化。Gombedza等[19]研究发现Rho激酶依赖性信号通路的激活与TGF-β1/Smads信号通路诱导的成纤维细胞增殖分化密切相关。

2.4TGF-β1/Smads与哮喘相关因子、蛋白的作用TGF-β1/Smads通路也可以与某些调控因子、蛋白发生作用参与哮喘的炎症反应和气道重塑。BCL11B是一种非常重要的转录调控因子，具有调控T淋巴细胞增殖分化的功能。BCL11B能够负向调控TGF-β1/Smads信号通路而影响Th17细胞亚群的分化，减轻哮喘的炎症反应[20]。微小RNA-21(miR-21)的高表达可以通过下调其靶基因TGFβRⅡ、Smad7蛋白的水平，调控TGF-β1/Smads信号通路，加重哮喘的炎症反应[21]。基质金属蛋白酶-9(MMP-9)是ECM重塑的关键酶，可以降解ECM的多种蛋白成分，参与气道重塑的发生。TGF-β1可以诱导中性粒细胞释放大量的MMP-9，通过促进ECM的合成加剧气道重塑[22]。结缔组织生长因子(CTGF)是一种可以刺激成纤维细胞增殖分化的生长因子，具有促进气道纤维化和胶原沉积等作用，在哮喘患者血浆中呈高表达状态。TGF-β1可以诱导CTGF的释放，刺激成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，促使纤连蛋白、胶原蛋白Ⅰ在基底膜沉积，实现气道重塑[23]。

3 中医药干预TGF-β1/Smads信号通路治疗哮喘

3.1单味中药 李厚忠等[24]研究发现,川贝可以减轻哮喘小鼠BALF中EOS的计数和气管管壁厚度、平滑肌厚度，同时降低肺组织中TGF-β1、p-Smad2、Smad2、p-Smad3、Smad3和TGF-β1mRNA、Smad2 mRNA、Smad3 mRN的表达，提示川贝可以改善哮喘小鼠气道炎症反应和气道重塑，其机制可能与抑制TGF-β1/Smads信号通路有关。戴欢等[25]研究发现,黄芪可以降低哮喘大鼠肺组织中TGF-β1和P-Smad3蛋白及mRNA的表达，减少气道平滑肌增生肥大及炎性细胞浸润，提示黄芪可能通过抑制TGF-β1/Smad3信号通路改善哮喘气道重塑和气道炎症。

3.2中药提取物 隐丹参酮是过敏性疾病常用药丹参的主要脂溶性成分，具有抗炎、抗氧化等多种药理作用。王重阳等[26]研究发现隐丹参酮可以抑制哮喘小鼠炎症细胞渗出和杯状细胞增生，降低BALF中EOS、中性粒细胞和淋巴细胞数目，减轻气道炎症反应，其机制可能与抑制TGF-β1/Smads信号通路有关。钩藤碱是钩藤中含量最大的生物碱成分。王盟等[27]研究发现钩藤碱固体脂质纳米粒可以抑制哮喘小鼠气道壁EOS浸润，降低血清中IgE、BALF中IL-4、IL-5和IL-13以及肺组织中TGF-β1、Smad2和Smad3的表达水平，上调肺组织中的Smad7的表达，提示钩藤碱减轻哮喘气道炎症的机制可能与抑制TGF-β1/Smads信号通路、调节Th1/Th2平衡有关。川芎嗪是中药川芎的有效成分，具有抑制炎症、调节免疫和抗纤维化等药理作用。史雅旭[28]研究发现，川芎嗪可以通过调控TGF-β1/Smads信号通路抑制哮喘小鼠气道炎症和气道重塑。咸哲民等[29]研究发现，欧前胡素可以降低哮喘小鼠肺组织中TGF-β1和Smad3的表达水平，同时降低α-SMA与MMP-9的蛋白表达，减少胶原沉积和气道壁增厚，提示欧前胡素可能通过调控TGF-β1/Smad3信号通路来改善哮喘气道重塑。

3.3中药复方 刘璐[30]经过研究发现阳和平喘颗粒可以减轻哮喘小鼠支气管周围的炎性细胞浸润和气道黏液栓的形成，降低肺组织中TGF-β1、Smad2 和 Smad3 蛋白表达以及BALF 中 IL-4、IL-13 表达水平，并下调气道组织中黏蛋白5AC的表达，提示阳和平喘颗粒可能通过调控TGF-β1/Smads信号通路来减轻哮喘气道黏液高分泌及气道炎症。闫云霞[31]在研究中发现，柴胡渗湿汤组与哮喘模型组比较，哮喘大鼠气道周围的炎性细胞和管腔内炎性分泌物均减少，平滑肌和基底膜厚度减轻，肺组织中TGF-β1、IL-5和IL-13表达水平均降低，且柴胡渗湿汤高剂量组各项指标下调最明显，说明柴胡渗湿汤组可能通过抑制TGF-β1的表达来改善哮喘气道炎症和气道重塑。气阴双补方是全国名老中医宣桂琪根据自己多年的临诊经验，加减应用于儿童哮喘缓解期的经验方。研究发现，将气阴双补方应用于卵蛋白激发制备的哮喘大鼠模型中，可以减轻气道平滑肌和气管内壁的厚度，降低肺组织中TGF-β1mRNA、Smad2/3mRNA的表达水平，提示气阴双补方抑制哮喘气道重塑的机制可能与调控TGF-β1/Smads通路有关[32]。李瑞星[33]研究发现，加味茵陈蒿汤可以明显改善哮喘湿热证患儿的临床症状，治疗效果优于孟鲁司特钠。为明确加味茵陈蒿汤治疗哮喘的作用机制，进行了近一步的动物实验研究，结果显示加味茵陈蒿汤可以通过调控TGF-β1/Smads信号通路，降低气道高反应性，改善气道炎症和气道重塑。

3.4中医外治法 付明举等[34]、韩君萍等[35]分别发现通过穴位埋线、针灸治疗哮喘小鼠，其气道黏膜下层炎症明显减轻，同时肺组织中TGF-β1蛋白表达下降，提示穴位埋线法、针灸疗法可能通过抑制TGF-β1蛋白表达来减轻哮喘气道炎症。万力生等[36]临床试验发现用炙麻黄、白芥子、细辛、皂角刺制备药膏于三伏天贴敷于肺腧、膈腧、定喘、肾腧穴可以改善哮喘患儿的发作次数和远期预后，降低哮喘患儿血清中TGF-β1、Smads3的表达，提示天灸法治疗哮喘的作用机制可能是通过抑制TGF-β1/Smads信号通路传导减轻气道重塑。李铮等[37]研究结果显示电针背三针(大杼、风门、肺俞)可以下调哮喘大鼠气道平滑肌面积以及内管壁面积，降低肺组织中 TGF-β1、Smad3的蛋白与 mRNA 表达，提示其改善气道重塑的机制可能与抑制TGF-β1/Smad3信号通路有关。

4 小 结

本文通过搜索文献数据库，系统综述了中医药与TGF-β1/Smads信号通路、哮喘的相互关系，得出中医药如单味中药、中药提取物、中药复方及中医外治法等治疗哮喘疗效显著，揭示了中医药治疗哮喘的作用机制，也为中医药治疗哮喘提供了依据。TGF-β1/Smads信号通路不仅可以趋化多种炎性细胞和因子并延长其作用时间加重哮喘气道炎症反应，还可以通过促进气道纤维化形成和平滑肌细胞增殖分化导致哮喘气道重塑。TGF-β1/Smads信号通路还可以通过与其他通路，如MAPK信号通路、JAK-STAT信号通路、PI3K信号通路、TWEAK/Fn14信号通路、Wnt/GSK-3β/β-catenin 信号通路和Rho激酶依赖性信号通路串话的方式，共同完成对哮喘的调控作用。此外，研究发现TGF-β1/Smads信号通路可以与某些调控因子、蛋白，如BCL11B、miR-21、MMP-9和CTGF共同作用于哮喘的发生。中医药治疗哮喘前景广阔，以其低毒性、多靶点的优势在调控信号通路方面有着独特的功效，通过中医药干预TGF-β1/Smads信号通路及其相关基因靶点治疗哮喘是值得我们深入研究的方向。我们应在中医理论的指导下，结合现代医学手段，从分子生物学层面上进一步探讨中医药治疗哮喘的作用机制，从机制中寻找治法的证据，使哮喘得到更加有效的预防和治疗。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。