PARP-1在支气管哮喘中的作用研究进展

刘 乐 霍如婕 田新瑞

支气管哮喘是常见的慢性呼吸道疾病，以反复发作的喘息、气促、胸闷、咳嗽为临床表现，其特征是气道炎症、气道高反应性和气道重塑。哮喘影响着全球约3亿人，对社会造成巨大影响[1]。近年来，随着分子生物学技术的不断发展，人们发现聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1[poly(ADP-ribose)polymerase-1，PARP-1]在哮喘的发生、发展过程中起着重要的调控作用，通过药物抑制或基因敲除的方法抑制PARP-1活性，有助于缓解炎性反应和气道重塑过程，并且在激素治疗效果不佳的哮喘患者中，抑制PARP-1对哮喘起到良好的控制作用，这预示着PARP-1及其信号通路有望成为哮喘治疗的潜在新靶点[2]。本文就PARP-1在支气管哮喘中的作用研究进展进行综述，以期为哮喘的控制与治疗提供新思路。

一、PARP-1的结构和功能

PARP是存在于真核细胞细胞核的DNA损伤修复酶，迄今已发现PARP家族成员多达18个亚型，其中PARP-1在真核细胞内含量最高，对其结构和功能的研究也最为深入。PARP-1位于人类1q41～42染色体，是一种高度保守的多功能酶，由1014个氨基酸组成，相对分子质量为116kD。PARP-1由氨基末端DNA结合域(DNA binding domain，DBD)、中央自动修饰域(automodification domain，AMD)和羧基末端催化结构域(catalytic domain，CAT)3个结构域组成[3]。

PARP-1活性较低，可被DNA损伤激活。PARP-1被激活后可催化ADP-核糖单位从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)转移到靶基因调控蛋白，如组蛋白和转录因子，这种翻译后蛋白质修饰称为多聚ADP-核糖基化修饰[poly(ADP-ribosyl)ation，PARylation]。这种修饰在细胞生理学和应激反应中发挥重要作用[4]。然而，当DNA损伤严重时，PARP-1被过度激活，使NAD+过度消耗，进而导致ATP消耗，最终使细胞发生裂解而引起炎症等反应。此外，PARP-1还参与甲基化、磷酸化和乙酰化等其它蛋白质翻译后修饰及广泛的生物学进程，包括染色质重塑、免疫、调节肿瘤生成、细胞分化、增殖和死亡[5]。

二、PARP-1与哮喘的相关性

PARP-1被发现与人类哮喘之间存在相关性。Tezcan等[6]研究发现，有野生型PARP-1 762V等位基因的受试者患哮喘的风险比缺乏等位基因的受试者高5倍，而PARP-1 762AA等位基因使哮喘发病风险降低3.4倍，这一发现确定了PARP-1的多态性。Ghonim等[7]研究发现，PARP-1在哮喘患者的肺和外周血单个核细胞被激活。这些数据表明PARP-1与人类哮喘之间存在密切联系，也表明PARP-1基因多态性代表了哮喘保护或易感性因素之一，并且进一步推测利用PARP-1的多态性来降低易感基因的活性进而降低对哮喘的易感性是合理的。

三、PARP-1在哮喘炎症中的作用及机制

支气管哮喘是由多种炎性细胞和炎性介质参与的气道慢性炎症性疾病。PARP-1活化与哮喘相关的炎症过程密切相关。PARP-1激活后可通过调节CD4+T细胞、诱导嗜酸性粒细胞募集、促进单核细胞向树突状细胞(dendritic cells，DCs)分化而参与哮喘的炎症过程[8]。

1.调节CD4+T细胞：CD4+T细胞在哮喘的发病机制中起重要作用。哮喘是一种免疫失衡性炎症性疾病，与Th2表达的增加和Th1表达的降低有关[9]。研究发现，PARP-1维持Th2型炎症，可促进IL-4、IL-5和IL-13的产生，加重哮喘气道高反应性及气道痉挛，特别是在过敏性哮喘中。而在PARP-1基因缺失的哮喘小鼠模型中，Th1细胞因子(IL-2 和IL-12)的产生显著增加，表明PARP-1缺失使Th1/Th2平衡向Th1倾斜，有利于抗过敏反应[10]。

PARP-1还可通过调节CD4+T细胞中转化生长因子β受体(transforming growth factor-β receptor，TGF-βR)和叉头状转录因子P3(forkhead box protein-3，FOXP3)的表达进而抑制CD4+T细胞向Treg细胞分化，从而使促炎性细胞因子释放增加，加重气道炎症。而抑制PARP-1后则通过增强TGF-βR和FOXP3的表达增加Treg细胞的百分比，从而减轻炎性反应[11]。

2.诱导嗜酸性粒细胞募集：嗜酸性粒细胞在哮喘患者的气道和痰中增加，可促进机体细胞因子的表达，故可作为评估慢性气道炎症的指标。PARP-1可通过激活核转录因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)、转录激活蛋白6(signal transducer and activator of transcription 6，STAT-6)及GATA结合蛋白3(GATA-binding protein 3，GATA-3)促进嗜酸性粒细胞的募集，进而促进气道炎性反应。

PARP-1可通过不同途径激活NF-κB参与哮喘的炎性反应。NF-κB是PARP-1调控炎症的中心途径，是炎性介质如细胞因子、趋化因子、黏附分子和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的主要转录启动子[12]。活化的PARP-1触发I-κB激酶γ(I-kappaB kinase γ，IKKγ)SUMO化修饰和泛素化，继而激活IKK对I-κB的磷酸化，触发NF-κB核易位，使得NF-κB被激活。PARP-1还可以与NF-κB 家族的成员相互作用，促进转录复合物的形成。此外，PARP-1与组蛋白乙酰转移酶p300相互作用，p300对PARP-1的乙酰化可促进NF-κB转录[13]。研究表明，PARP-1 直接或间接促进NF-κB的激活。在过敏性气道炎症中，基于NF-κB信号转导受气道中氧化/抗氧化失衡的影响，并且NF-κB通过促进GATA-3和细胞间黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)的表达使炎性细胞大量渗出，以及诱导Th2分化从而使Th2型细胞因子释放进而促进嗜酸性粒细胞募集，最终加重气道炎症。Sethi等[11]推测，PARP-1可能通过激活NF-κB在哮喘气道炎症中发挥核心作用。后续研究发现，抑制PARP-1可降低NF-κB的核转位水平并阻断炎性介质的表达[14]。由此可知，通过抑制PARP-1来降低NF-κB的转录活性可成为对抗哮喘的炎性反应的有效新策略。

PARP-1是维持STAT-6完整性的必要条件。STAT-6作为细胞因子信号转导的关键介质，主要参与Th2细胞介导的免疫反应、免疫球蛋白类别转换、黏液产生、嗜酸性粒细胞趋化因子的产生，以及GATA-3表达的调节[7]。研究发现，PARP-1通过影响STAT-6-GATA-3-IL-5轴使暴露于过敏原的动物肺部嗜酸性粒细胞募集，促进气道炎症。Sethi等[15]进一步研究证实，抑制PARP可通过调节IL-4/STAT-6/GATA-3/IL-5轴减轻OVA引发的急性和慢性气道炎症[15]。因此，通过抑制PARP-1进而破坏其对STAT-6完整性的维持可减轻哮喘炎性反应。

3.促进单核细胞向树突状细胞(dendritic cells，DCs)分化：DCs是存在于呼吸道的初级抗原递呈细胞，在激活Th2细胞和过敏性哮喘的发生中起关键作用。PARP-1是人类单核细胞向DCs分化的必要条件。抑制PARP-1可降低单核细胞中DCs特异性标志物CD86和CD83的表达，降低DCs的数量及抗原递呈功能，从而抑制单核细胞向DCs分化，最终抑制Th2细胞的激活和过敏性哮喘的发生[16]。

四、PARP-1在哮喘气道重塑中的作用及机制

气道重塑是哮喘不可逆性气道阻塞的关键致病因素，典型特征包括上皮损伤、上皮下胶原沉积、杯状细胞增生和化生、气道平滑肌肥大增生和血管生成。这些改变被认为是导致哮喘患者气道高反应性、气道阻塞、气流受限和肺功能进行性下降的原因[17]。研究发现，PARP-1活性仅与气道炎症相关，而与气道重塑的典型特征杯状细胞化生无关。单次气管内灌注IL-13可导致肺杯状细胞化生表现，但不改变PARP-1活性[11]。研究表明，PARP-1并非参与气道重塑的必要条件。而与上述研究相反，有研究发现，抑制PARP-1可阻碍哮喘中过敏原诱导的黏液产生和气道高反应性，减低平滑肌层的厚度和杯状细胞的相对数量，减少上皮下胶原沉积从而阻碍气道重塑[18～20]。研究证实，抑制PARP-1可阻碍哮喘气道重塑，反过来也说明PARP-1参与了气道重塑过程。

嗜酸性粒细胞产生的转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)可通过诱导上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)促进哮喘气道重塑。研究发现，抑制PARP-1可通过减少嗜酸性粒细胞数量从而减少TGF-β释放，进而阻碍气道重塑。在EMT过程中，上皮细胞失去其特征(如极性和细胞黏附性)并获得间充质细胞的特征(如迁移和分泌)[21]。TGF-β通过下调上皮细胞标志物E-钙黏蛋白的表达，上调间充质细胞标志物N-钙黏蛋白、纤连蛋白(fibronectin1，FN-1)、波形蛋白和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)的表达促进EMT。进一步研究发现，PARP-1通过影响三元复合物(连同SNAIL1和p65 NF-κB)形成，并通过与FN-1启动子区域结合进而促进EMT。表明PARP-1可能通过调节EMT过程来调控哮喘的气道重塑[22]。

可见PARP-1的活化诱导哮喘的气道重塑，而抑制PARP-1在一定程度上阻碍了气道重塑过程。因此，抑制PARP-1对于防治哮喘气道重塑的进展具有重要意义。

五、PARP-1抑制剂在哮喘中的作用

基于PARP-1参与调控哮喘气道炎症和气道重塑过程，而抑制PARP-1改善了过敏原诱发的哮喘样反应。因此，PARP-1可作为哮喘治疗的新靶点。然而，目前国内利用PARP-1抑制剂作用于哮喘的报道较少。因此，笔者总结了PARP-1抑制剂，包括奥拉帕尼、3-ABA、TIQ-A和5-AIQ对于哮喘的作用，下面将具体阐述其作用机制。

1.奥拉帕尼：研究发现，奥拉帕尼可有效阻断HDM致敏小鼠气道嗜酸性粒细胞增多和气道高反应性。这些效应与奥拉帕尼调节NF-κB，gata-3/IL-4及STAT-6/IL-5表达从而减少Th2细胞因子的产生，以及调节CD4+T细胞功能和Treg细胞的增加有关[23]。此外，奥拉帕尼还可通过抑制波形蛋白调节炎性小体介导的NLRP3/IL-1β/MMP9/TGF-β通路，使黏液产生和肺内胶原沉积减少。已有研究表明，组蛋白去乙酰化酶(HDAC)是炎性小体的负调控因子。抑制HDAC2的表达可通过NLRP3/ IL-1β信号通路增强TGF-β的活化，进而促进气道重塑。在慢性OVA暴露后HDAC2的表达显著降低，在糖皮质激素治疗后HDAC2的表达未恢复，而在奥拉帕尼用药后恢复了HDAC2的表达，进而通过抑制NLRP3/ IL-1β信号通路阻碍气道重塑，表明奥拉帕尼比激素治疗更有效[15]。

2.其他：在OVA致敏哮喘小鼠前，使用3-ABA可使炎性细胞迁移减少，iNOS 表达受到抑制，从而减轻肺部炎症，在PARP-1缺陷小鼠模型中证实了这些结果[24]。TIQ-A可使IL-4、IL-5和IL-13的产生减少，进而降低气道高反应性、抑制酸性粒细胞浸润及黏液产生，证明TIQ-A对气道炎症和气道重塑有潜在的保护作用[25]。5-AIQ和3-ABA可降低咳嗽和呼吸困难的严重程度，延缓呼吸道症状的出现，还能够预防肺或肺泡灌洗液中生化指标的变化，如髓过氧化物酶和丙二醛活性、酪氨酸硝基化和血清亚硝酸盐水平以及TNF-α的产生。此外，5-AIQ和3-ABA可通过抑制STAT-6活性以及降低嗜酸性粒细胞的有效趋化剂CCL11 mRNA的水平来减少嗜酸性粒细胞的募集，还可减少杯状细胞增生和胶原沉积[20]。表明5-AIQ和3-ABA可通过减轻哮喘症状、改善生化指标、减轻气道炎症和气道重塑来控制哮喘的发生、发展。

六、展 望

PARP-1与哮喘的发病密切相关。PARP-1通过调控哮喘炎症和气道重塑过程参与哮喘的发生、发展。多项临床研究强调了PARP抑制剂对于哮喘防治的有效性，并且对激素治疗效果不佳的哮喘也有良好的控制作用。然而，现有的PARP-1抑制剂多在实验研究阶段，研发毒性不良反应可控的药品应用于临床，对于哮喘患者至关重要。因此，积极探究PARP-1参与哮喘的发病机制，寻找临床有效的PARP-1抑制相关药物，对于哮喘的控制与治疗具有重要意义。