呼吸系统疾病中p38 MAPK信号通路对糖皮质激素受体的调控

吕天宜，李得民，程思益，杨道文

(中日友好医院呼吸中心中医肺病科 国家呼吸医学中心 中国医学科学院呼吸病学研究院 国家呼吸疾病临床医学研究中心世界卫生组织戒烟与呼吸疾病预防合作中心，北京 100029)

糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)是一种配体依赖的转录活化因子，其与糖皮质激素(glucocorticoid，GC)结合发挥作用是GC治疗呼吸系统疾病的最主要机制[1]。作为最主要的抗炎剂，GC在慢性气道炎症性疾病中的疗效已得到广泛认可。p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路可引起GR功能变化，在GR信号转导通路中具有关键作用，可通过抑制 p38 MAPK信号通路的活化，调节GR的功能，提高GR对GC的应答效率，达到治疗呼吸系统炎症的目的[2]。近年来，GC抵抗现象逐渐成为GC抗炎疗法的最大威胁之一[3]。一部分哮喘和未经治疗的急性肺损伤(acute lung injury，ALI)患者以及几乎所有的慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者均表现出对GC治疗的不敏感[4-5]。随着研究的不断深入，p38 MAPK信号通路被证实可以通过提高功能性GRα的数量，改善激素不敏感现象[6]。另外，p38 MAPK抑制剂也可改善GC抵抗现象，但仅停留在实验室，尚未被应用于临床[7]。因此，进一步探索p38 MAPK信号通路对GR的调控作用，对于提高GC抗炎疗效、改善激素不敏感现象均具有重要作用。现就呼吸系统疾病中p38 MAPK信号通路对GR的调控作用予以综述。

1 GR与p38 MAPK信号通路

GR主要分为3个亚型，即GRα、GRβ和GRγ，GC主要与功能性GR亚型——GRα结合，发挥治疗作用。GR对GC的应答效率主要取决于GRα的数量和亲和力[6]。如果GRα数量较少，亲和力降低，则GC的反应性降低，最终导致抗炎疗效减弱以及GC抵抗现象[8]。在应用GC治疗的患者中，约30%的患者会出现对GC的不敏感，其中4%～10%的哮喘患者、部分ALI患者以及几乎所有的COPD患者会发生GC不敏感现象[5,9-10]。

MAPK级联反应信号通路是最关键的细胞内信号通路之一，其通常经过三激酶级联激活，即MAPK、MAPK激酶和MAPK激酶激酶[11-12]。MAPK主要分为胞外信号调节激酶、c-Jun氨基端激酶和p38 MAPK三个途径，其中p38 MAPK途径主要与炎症、细胞生长和应激反应密切相关。p38 MAPK信号通路既存在于细胞质内，也存在于细胞核中，p38 MAPK可以被一系列中间反应激活，激活后的p38 MAPK最终被转移到细胞核中参与生物过程[13]。p38 MAPK相关上游因子可以活化磷酸化p38 MAPK信号通路，诱导细胞因子的产生，引起肺部炎症；同时，磷酸化p38 MAPK又能影响GR功能，参与呼吸系统疾病的病理过程[14]。GC是人体内最重要的激素之一，GC与GR结合影响机体生理活动是其发挥治疗作用的主要机制。GC与GR结合后可影响MAPK信号通路，从而调节机体活动，由GR介导的GC对MAPK通路的影响取决于细胞来源的组织和该组织中MAPK的生理作用，在呼吸系统组织中表现为抑制MAPK信号通路的活化[15-16]。一方面，GC与GR结合可导致GR结构的变化，抑制p38 MAPK信号通路的激活，避免因p38 MAPK信号通路活化磷酸化引起的肺组织炎症[17-18]；另一方面，抑制p38 MAPK信号通路活化，可以避免活化后的p38 MAPK使GR磷酸化，导致GRα数量减少，产生GC抵抗现象[19]。

2 p38 MAPK信号通路对GR的调控作用与呼吸系统疾病

2.1p38 MAPK信号通路对GR的调控与哮喘

2.1.1p38 MAPK信号通路与GR相关抗炎作用 哮喘是呼吸系统最常见的疾病之一，由多细胞及细胞组分参与的气道慢性炎症是其重要病理特征，这种气道炎症与气道高反应性相关，通常出现广泛的气流受限，引起相关症状。GC是被广泛认可的治疗哮喘的手段，也是最有效的抗炎剂，GC与GR结合可抑制炎症因子的表达，起到抗炎作用[20]。核因子κB(nuclear factor-kappaB，NF-κB)是一种蛋白质复合物，可控制DNA的转录、细胞因子的产生和细胞存活，并参与机体的炎症反应，其过度激活与许多炎症疾病密切相关[21]。激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)是机体内一类重要的核转录因子，其是由c-Fos和和c-Jun组成的异二聚体[22]。NF-κB、AP-1是肺部炎症反应中的重要转录因子，可以参与肺组织中炎症因子的表达，同时均受MAPK信号通路的调节[23]。文献报道，GC可以通过与GR结合，调节MAPK信号通路，抑制NF-κB、AP-1等转录因子，从而下调炎症因子的表达，抑制哮喘相关炎症反应[24]。

双特异性磷酸酶1是一种重要的MAPK信号通路抑制因子，可以特异性催化已经活化的MAPK激酶中氨基酸基团的水解，使已经活化的p38 MAPK与c-Jun氨基端激酶去磷酸化修饰，抑制白细胞介素(interleukin，IL)-6、肿瘤坏死因子等炎症因子的过度分泌，在细胞炎症反应中起关键的负调控作用[25-26]。同时，双特异性磷酸酶1可以作为一种GR激动剂，通过抑制MAPK信号通路的活化提高GC的抗炎作用[26]。研究证实，在GR敲低的哮喘模型中双特异性磷酸酶1可以作用于GR，从而调节由MAPK通路介导的炎症反应[25]。这为双特异性磷酸酶1通过调节GC与GR结合介导MAPK通路、改善哮喘患者炎症反应提供了有力证据。

2.1.2p38 MAPK信号通路与GR敏感性 在治疗哮喘的过程中，GC可以抑制患者体内的炎症反应，减轻相关症状，然而并不是所有的哮喘患者均能受益于GC，5%～10%的哮喘患者表现出激素不敏感现象[27-28]。而p38 MAPK信号通路与哮喘患者体内GC抵抗现象密切相关，p38 MAPK抑制剂的应用可以改善GC的敏感性[29]。进一步研究表明，糖皮质激素诱导转录1(glucocorticoid-induced transcript 1，GLCCI1)基因及其功能位点以及1,25-二羟维生素D等均参与了p38 MAPK介导的GC抵抗[30-31]。

GLCCI1基因是一种由GC诱导的转录基因，可以参与p38 MAPK信号通路中相关GR的表达，同时GLCCI1基因还可以促进p38 MAPK信号通路磷酸化，抑制GR和MAPK磷酸酶-1(mitogen-activated protein kinase phosphatase-1，MKP-1)的活化，导致GC敏感性降低[32]。rs37973是GLCCI1基因上的功能位点，哮喘患者长期吸入GC治疗，其rs37973位点表达发生变化，导致患者肺功能降低，对后续继续使用GC治疗的反应较差[33]。Xu等[30]研究发现，rs37973基因的表达可使GR对GC不敏感，导致长期吸入GC的哮喘患者疗效较差。

维生素D缺乏是哮喘的危险因素之一[34]。维生素D可以通过诱导MKP-1的表达，抑制p38 MAPK信号通路的激活，从而抑制炎症因子的合成，且这种作用可以增强人体单核细胞对GC的应答[35]。同时，维生素D可以通过抑制p38 MAPK信号通路的活性，上调GR的表达，导致GR对GC的敏感性增强，从而使GC与GR的结合效应更强[21,31]。但Zhang等[31]发现，无论是对激素敏感的哮喘患者，还是对激素不敏感的哮喘患者，维生素D均可部分增强GR活性，且在对激素敏感的患者中这种现象尤为显著。可见，虽然维生素D可以通过p38 MAPK信号通路改善GR的敏感性，但与对激素敏感的哮喘患者相比，对激素不敏感的哮喘患者GR的敏感性并不能得到显著改善。

2.2p38 MAPK信号通路对GR的调控与COPD COPD是一种以慢性呼吸道症状和持续气流受限为特征的疾病，气道炎症是COPD的主要致病因素，炎症反应是COPD病情演变的核心，且炎症因子的释放是COPD患者肺组织破坏的核心[36]。GC是COPD最主要的治疗方法之一，同时GC与β受体激动剂结合可以显著改善COPD的急性加重[37]。

p38 MAPK在COPD患者中性粒细胞中高表达，且影响COPD气道炎症的发生、发展；p38 MAPK信号通路还可以减少GR的表达，阻碍GR与GC结合，影响GC对COPD的疗效[38]。研究表明，p38 MAPK信号通路可以通过GR上的Ser211基因位点调节GR的转录[39]；而p38 MAPK抑制剂可以通过调节GR上Ser211的表达，改善COPD患者GR的不敏感性[40]。这一发现为治疗COPD提供了新思路，p38 MAPK抑制剂不仅作为抗炎剂治疗COPD，还可诱导GR不敏感性的逆转，治疗对GR不敏感的COPD。

此外，p38 MAPK信号通路还可以使GR敏感性降低。MKP-1是一种内源性p38 MAPK抑制剂，可以抑制p38 MAPK的活化，在COPD的治疗中GC可以通过提高MKP-1的表达水平，抑制p38 MAPK信号通路[41]。然而有研究表明，在GC抵抗型COPD患者体内，p38 MAPK的高度活化导致GC对MKP-1的调控作用减弱[42]。提示COPD患者的GC抵抗现象可能与GC不能诱导MKP-1表达，进而无法抑制p38 MAPK的活化有关。

2.3p38 MAPK信号通路对GR的调控与ALI ALI是由感染性肺损伤引起的肺炎症性疾病，目前临床尚无针对ALI的有效治疗方法。迄今为止，GC仅被认为在早期阶段对ALI有治疗意义[43-44]。因此，明确GC治疗ALI的机制极为关键。GR是GC调节ALI炎症反应的重要中介因子，GC与GR的结合对于改善ALI病理过程中的炎症反应尤为重要，其抗炎作用可以通过抑制p38 MAPK信号通路实现[45]。在ALI患者体内，GC通过与GR结合抑制p38 MAPK通路活化，改善肺部炎症及全身炎症，达到保护患者肺组织细胞、缓解症状的目的。研究表明，GC-GR二聚体协同p38 MAPK信号通路可诱导鞘氨醇激酶1基因表达，减轻ALI患者肺组织中的炎症反应[46]。另有研究发现，GC活化GR可诱导肺组织中MKP-1的表达，进而抑制p38 MAPK活化，缓解脂多糖诱导的肺损伤[47]。这些研究阐述了GC治疗ALI可能的机制，明确了p38 MAPK信号通路及GR的重要作用，发现了MKP-1、鞘氨醇激酶1等下游因子，为GC治疗ALI提供了新靶点。

2.4p38 MAPK信号通路对GR的调控与鼻窦炎-鼻息肉

2.4.1鼻窦炎-鼻息肉与GC抵抗现象 鼻窦炎-鼻息肉是一种发生在鼻腔和鼻窦黏膜的慢性炎症，可根据伴或不伴有鼻息肉将鼻窦炎-鼻息肉分为两类。由于GC在改善炎症、控制鼻息肉增长方面的疗效，无论伴或不伴有鼻息肉，GC均为鼻窦炎-鼻息肉的一线治疗药物[48]。虽然GC在大多数鼻窦炎-鼻息肉患者的治疗中有效，但仍有部分患者对GC治疗不敏感。

在作用机制方面，GC与GR结合才能发挥抗炎作用，而GR主要分为GRα与GRβ两种变体[43]。机体对于激素是否敏感可能与功能性GRα的状态有关，GRα与GRβ结合形成二聚体，可使功能性GRα的转录活性显著降低，而p38 MAPK是调控GRα/GRβ表达的主要上游通路[49-50]。研究表明，在GC抵抗型鼻窦炎-鼻息肉患者中GRβ的高表达导致更多的GRα与GRβ结合形成二聚体，GRα/GRβ比值降低，功能性GRα活性降低[50]。细胞因子IL-1β在鼻腔、鼻窦炎症黏膜及鼻腔分泌物中的水平均异常升高，可导致鼻腔黏膜中GRα表达降低、GRβ表达上升，GR敏感性降低[51]。另有研究表明，在IL-1β依赖型鼻腔黏膜中磷酸化p38 MAPK的表达水平更高，影响GR敏感性[52]。但有试验表明，支气管上皮细胞中GR的表达及GC的敏感性与p38 MAPK信号通路无关，与IL-17介导的磷脂酰肌醇-3-激酶信号通路密切相关[53]。提示由不同细胞因子诱导的不同组织，可能通过不同的信号通路，调节GR亚型的表达。

2.4.2鼻窦炎-鼻息肉合并哮喘 鼻窦炎-鼻息肉并不是一种独立的慢性炎症性疾病，其鼻黏膜的异常炎症反应常与哮喘相关[54]。鼻窦炎-鼻息肉与哮喘有强烈的相关性，其严重程度与重症哮喘患者的高气道反应有直接关系。据报道，晚期鼻窦疾病已成为严重哮喘的一种重要的独立危险因素[55]。GC是治疗鼻窦炎-鼻息肉的一线药物，但在一些鼻窦炎-鼻息肉合并哮喘的患者中激素不敏感现象尤为突出，这与鼻腔微生物感染有关。有证据表明，在鼻窦炎-鼻息肉合并哮喘的患者中，微生物感染可加重鼻黏膜的炎症反应，且病毒、细菌、长期暴露于内毒素下等因素均会导致对GC不敏感[56]。

脂多糖是一种细菌分解产物，可降低GR的表达水平和亲和力，同时脂多糖可以在鼻窦炎-鼻息肉合并哮喘患者的鼻黏膜成纤维细胞中高表达[57]。研究表明，在鼻窦炎-鼻息肉合并哮喘患者的鼻黏膜成纤维细胞中，脂多糖可以增加IL-6和CXC趋化因子配体8的分泌，从而激活p38 MAPK信号通路，下调GR的表达，导致GR对GC不敏感[58]。这为改善鼻窦炎-鼻息肉合并哮喘患者体内GC不敏感现象提供了思路。

3 小 结

p38 MAPK信号通路作为一种重要的细胞内信号转导通路是近年来的研究热点。p38 MAPK信号通路对GR的调节已被大量国内外研究所证实，且与多种呼吸系统疾病(哮喘、COPD、ALI和鼻窦炎-鼻息肉等)相关。一方面，在哮喘、COPD、ALI中p38 MAPK信号通路可与GR相互作用，调节呼吸系统自身炎症；另一方面，在长期应用GC治疗的疾病(如哮喘、COPD、鼻窦炎-鼻息肉)中常出现GC抵抗现象，而p38 MAPK信号通路可以调节GR的敏感性，改善GC抵抗现象。因此，深入研究p38 MAPK信号通路对GR的调控机制对于阐述呼吸系统相关疾病的病理生理过程及开发新型治疗药物均具有重要意义。