哮喘相关信号通路的研究现状

石慧莉，杨一民，王珊珊，范海婷，李 溦，黄永莲

（1.福建中医药大学第二临床医学院，福建 福州 350122；2.福建中医药大学附属厦门市中医院儿科，福建 厦门 361009）

在全球范围内，哮喘（asthma）发病率呈逐年上升趋势，是各国面临的严重公共卫生问题。我国约有3000 万哮喘患者，是全球哮喘致死率最高的国家之一，因此探寻哮喘有效的防治方法意义重大。哮喘具有气道炎症、气道高反应性、气道重塑三大病理学特征。目前主流观点认为气道炎症是哮喘发病的核心环节，气道高反应性是因气道炎症而贯穿哮喘全过程的气道病理状态，气道重塑是气道炎症慢性化发展的必然结果。气道重塑是在多种炎症因子的刺激下，气道损伤、修复调控机制紊乱，导致上皮化生，粘液腺增生、上皮下纤维化、气道平滑肌在增厚、细胞外基质沉积及新生血管形成等一系列的病理改变。研究表明[1]，哮喘的发生与多条信号通路密切相关，信号通路可作为炎症发生的调节器，能够诱导炎症介质参与哮喘的发生，亦可通过抑制剂降低炎症介质的表达，抑制炎症反应，减轻气道高反应性，进而减缓气道重塑。近年来信号通路已成为防治哮喘的新热点，本研究通过对信号通路进行分析，发现STAT 通路、NF-κB 通路及MAPK 通路与哮喘密切相关，通过调控以上通路能够有效缓解哮喘症状以及指导临床用药，并为哮喘新的治疗方法和新药研发提供新的治疗思路和方向，现就以上3 条信号通路的研究现况综述如下。

1 STAT 通路

JAK 家族是一类存在于细胞内的、由JAK1、JAK2、JAK3 和TYK2 构成的非受体型酪氨酸蛋白激酶，STAT 作为参与细胞因子应答及细胞活化、分裂、增殖DNA 结合蛋白，其包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5、STAT6 等亚型[2]，能够传递和转录信号[3]。

JAK/STAT 信号通路既可被细胞因子激活，又能够调控细胞因子的表达。细胞因子在胞浆内和受体形成结合位点，JAK 活化，并进一步募集信号至STAT1，以使其激活，活化的STAT1 形成二聚体，激活基因表达，完成信号传导过程。哮喘的发生，主要机制为Th1/Th2 失衡，Th2 呈优势化。实验研究表明[4]，细胞因子IL-27 能够促进大鼠肺组织STAT1的磷酸化表达，并激活STAT1 细胞信号传导通路，由此增强Th1 免疫应答，抑制Th2 免疫应答；反之，STAT1 的磷酸化障碍，使抑制Th2 细胞功能受到损害，导致Th1/Th2 平衡失调，存在加重哮喘的可能性。细胞因子IL-4 促使气道炎症加重，STAT1 通过JAK/STAT 信号通路激活参与IL-4 传导，从而引起哮喘的气道炎症和气道高反应性[5]。梁然等[6]研究发现，哮喘患者血清中IL-35 和IL-4、STAT1 呈负相关，表明IL-35 可能通过抑制IL-4 和STAT1 蛋白的表达对哮喘的发生产生作用。

研究表明，STAT2 参与Th1 型细胞因子信号转导的抑制[7]，STAT2 与磷酸化的STAT1 形成二聚体，可影响Th2 细胞分化，破坏Th1/Th2 分化平衡，同时诱导嗜酸性粒细胞浸润，使哮喘病情更加严重，加重机体炎症反应与气道重塑[8]。

STAT3 在STAT3 信号通路中扮演着重要的角色，能够被某些细胞因子激活，细胞因子的信号通过通路传入胞内，使细胞基因表达发生改变，调节一系列炎症反应[9]。被激活的STAT3 又可调节Th17 细胞的分化，Th17 细胞能够分泌IL-17 等炎性细胞因子，IL-17 又再次激活STAT3 加速细胞生长，该过程已被研究证实，能够促进支气管平滑肌细胞的迁移与增殖，进而参与哮喘发病过程，加上炎性细胞的持续浸润，气道重塑是不可避免的结果[10]。实验研究表明[11]，哮喘小鼠肺组织中p-STAT3 和STAT3 显著升高，在使用STAT3 抑制剂后p-STAT3 和STAT3 蛋白水平明显下降，说明通过阻断STAT3 通路能够缓解哮喘气道炎症。苗青等[12]通过AG490 抑制剂拮抗哮喘小鼠STAT3 信号通路的活化，发现STAT3 信号通路被阻断后，哮喘小鼠气道平滑肌层增厚得到抑制，同时也抑制了气道高反应性。

Th17 细胞属于促炎细胞，可诱导哮喘、自身免疫病的发生，而Treg 细胞则能抑制炎症反应的发生，两者只有处于平衡状态，机体的免疫功能才能稳定发挥作用[13]。IL-12 是Th1 细胞免疫应答的重要因素，既能促进Th1 类细胞因子产生，又可以抑制Th2 类细胞因子产生，而哮喘的发生是Th1 与Th2 细胞的失衡，即IL-12 与哮喘发生水平呈负相关的。STAT4是Th1 细胞分化的必需转录因子，其与哮喘关系也呈负相关。研究显示[14]，IL-12 等细胞因子刺激STAT4，STAT4 的酪氨酸发生磷酸化并形成二聚体，进入细胞核诱导Treg 细胞相应转录因子的表达，拮抗Th17 细胞的分化，从而减轻机体的炎症反应。

马素丽等[13]实验表明，哮喘患儿相比正常人外周血单个核细胞的STAT4 mRNA 水平显著降低，且其表达水平与FEV1、FEV1/FVC 值、FEF25%～75%、FEF50%、FEF75%等肺功能指标呈正相关，与FeNO、EOS、IL-6 水平呈负相关。虞琳等[15]实验在哮喘大鼠气道平滑肌及血管肌层中均有检测到STAT4 及STAT4 mRNA 的表达，且明显低于正常组，说明哮喘抑制了STAT4 的表达，使用麻杏石甘汤后，哮喘组大鼠STAT4 及其mRNA 的表达明显升高，气道炎症反应明显改善。上述研究均表明STAT4 对哮喘的发生具有负向调控作用。

STAT5 对T 淋巴细胞有重要的调节功能，哮喘时STAT5 被持续激活，Th2 细胞呈优势化，Th2 细胞分泌IL-4、IL-5 等细胞因子，同时抑制Th1 增殖，Th1/Th2 比例失衡，哮喘随之发生。IL-4 水平升高有助于STAT5 的转录和表达，促进浆细胞合成和分泌IgE，使炎症发生；STAT5 活化促使嗜酸性粒细胞（EOS）分化、增殖，EOS 的凋亡受到抑制，导致哮喘发生时EOS 生成增多[16]，EOS 在气道的浸润程度与哮喘的严重程度呈正相关，哮喘时EOS 作为肺组织中主要细胞参与炎症反应[17]。JAK/STAT5 信号通路是IL-7 下游的主要信号通路之一[18]，已分化的Th17细胞在中性粒细胞性哮喘小鼠体内高IL-7 微环境基础上，依赖JAK/STAT5 通路维持Th17 细胞的存活与增殖，参与哮喘的炎症和气道高反应的发生[19]。研究表明[16]，哮喘大鼠STAT5 蛋白磷酸化表达上调，经过药物治疗后，STAT5 磷酸化蛋白表达的阳性面积显著下调，符合哮喘发展机制中Th2 细胞优势化分化，而Th1 细胞抑制为特征的Th1/Th2 细胞分化失衡。

IL-4 和IL-13 是哮喘发生的主要炎症因子。STAT6 由细胞因子激活，与受体复合物结合，激活JAK-STAT6 通路[20]，促进B 细胞分化和IgE 的类型转换，从而介导哮喘的气道炎症和气道高反应性[21]。被激活的STAT6 又调控Th2 细胞细胞的分化，诱导平滑肌细胞中嗜酸粒细胞趋化因子，成纤维细胞以及气道上皮细胞等生成，参与哮喘的气道炎症、高反应性和气道重塑[22]。有研究证实，敲除STAT6 基因的哮喘小鼠哮喘症状明显改善，气道重塑减轻，Th2 细胞因子IL-4、IL-5、IL-13 分泌亦减少。蒋沈华等[22]的研究表明，哮喘小鼠STAT6 含量升高，经过治疗后STAT6 蛋白水平明显降低，且通过抑制IL-4、IL-13等炎症因子分泌，对减少炎症细胞的浸润有积极作用。徐宁等[23]通过实验发现，哮喘大鼠血清中IL-13及肺组织中STAT6 的表达显著高于正常组，该研究认为，IL-13 及STAT6 与哮喘的气道炎症存在内在联系。王志旺等[24]研究认为，抑制JAK1/STAT6 信号通路能够改善哮喘气道黏液分泌失衡，从而缓解哮喘症状。廖冰洁等[25]通过临床观察发现，哮喘患者经过治疗后STAT6 的mRNA 表达较治疗前明显降低。目前，多位学者均认为通过下调STAT6 蛋白的表达及调控其相关通路能够有效的改善哮喘病情。

2 NF-κB 通路

NF-κB 信号通道属于丝裂素活化蛋白激酶系统，是哮喘发病过程中重要的信号转导系统，与哮喘相关的细胞因子均是在核因子（NF-κB）的转录和调控下合成的[26]。一般情况下，NF-κB 受IκB 的抑制在胞质中处于非活性形态[27]。当IκB 磷酸化解除NFκB 受体的抑制，NF-κB 二聚体暴露出核定位序列（NLS），NF-κB 会转移至细胞核内与目的基因发生特异性结合，促进IL-5、IL-13 等炎症因子的基因转录，随后提高炎症因子的表达水平[28]，诱导EOS 增殖、活化，使之聚集到气道黏膜，引起气道黏膜损伤，导致气道发生炎性反应，促进支气管哮喘的疾病进展。研究表明[29]，抑制NF-κB 向核内转移，能够减少炎症因子IL-5、IL-6 等的转录和合成，从而缓解哮喘的气道炎症，降低气道高反应性。周旋等[30]实验显示，哮喘大鼠的NF-κB p65、NF-κB p50 呈高表达、IκBα 低表达，在哮喘模型中采用柚皮素能下调NF-κBp65、NF-κB p50，上调IκBα，更进一步实验说明通过抑制NF-κB 相关蛋白的表达，提高IκBα 的表达，降低NF-κB 信号通路的活性对哮喘的防治具有重要作用。董淑敏等[31]研究亦证明，哮喘大鼠NF-κB 信号通路活性明显升高，且可能与哮喘病情严重程度呈正相关。NF-κB 信号通路也与其他通路产生交叉作用。Wnt/β-catenin 通路作用机制是通过Wnt 影响IL-4、IL-13 等炎症因子的表达，Wnt/β-catenin 在肺泡上皮细胞的高表达，可激活NF-κB 信号通路，促进NF-κB 蛋白的合成和TGF-β 调控纤维化的作用，引起气道内炎症细胞的聚集，影响肺上皮细胞的发育和损伤修复，同时促进平滑肌前体细胞增殖引起血管平滑肌的发育和促进气道内细胞外基质的沉积，从而参与哮喘的炎性反应和气道重塑[32，33]。

3 MAPK 通路

MAPK 信号转导通路主要包括分别由ERK1/2、JNK、p38MAPK 介导的通路，激活后促使炎性细胞因子的生成，对哮喘发病过程中气道炎症、气道重塑和气道高反应性均具有重要的调控作用[34]。

p38MAPK 磷酸化后的特异性底物可激活其下游NF-κB 通路，激活转录血管内皮生长因子的表达，使血管内皮迁移与增殖，调节新血管的形成，加剧气道重塑的进程[35]；同时，激活NF-κB 通路本身也参与哮喘的病程发展，通过调控p38MAPK 能够抑制NF-κB 等转录因子，降低炎症因子表达，从而使炎症得到控制。研究表明[36]，屋尘螨提取物激活EphA2 由p38 MAPK 信号通路诱导气道上皮细胞表达促炎细胞因IL-6 和IL-8，参与哮喘炎症反应。

吕天宜等[37]研究认为，糖皮质激素受体激动剂能够抑制p38MAPK 信号通路的活性，减少炎症反应，提高糖皮质激素的抗炎作用，同时患者对糖皮质激素的敏感性也受p38MAPK 信号通路影响。另有研究证实，哮喘小鼠肺组织中p-p38 的表达水平升高，银杏内酯A 干预后，哮喘小鼠气道周围炎症减轻，p-p38 明显下降，说明p38MAPK 通路与哮喘相关。臧明月等[34]研究发现，哮喘大鼠与正常组相比肺组织中ERK1/2、JNK 和p38 MAPK 蛋白表达明显增加，使用麦门冬汤干预后，这3 项指标明显降低，表明抑制MAPK 信号通路过度激活，能够抑制炎症级联反应，改善哮喘引起的肺组织病理状态。单丽沈[38]的研究发现，p-ERK1/2，p-p38 MAPK 及p-JNK蛋白表达在哮喘小鼠中均较正常组升高，认为苦杏仁苷能够通过抑制MAPK 信号通路实现对哮喘小鼠的治疗。

4 总结

细胞因子能够参与信号通路，使信号通路激活参与哮喘的发生，导致气道炎症，引起气道高反应性，进一步促使气道重塑；而激活的信号通路又能进一步促使炎症介质的释放从而加重哮喘。通过调控STAT，NF-κB，MAPK 信号通路能够降低炎症介质的释放，抑制气道炎症、降低气道高反应性、抑制气道重塑，对哮喘的治疗与预防具有临床意义，但通路中子通道更加详细的机制仍需要在今后的研究中不断探索。