支气管哮喘气道黏液高分泌作用机制研究进展

【摘 要】哮喘是当前世界面临的重要健康问题，其发病率与死亡率在逐年上升，粘液高分泌是严重哮喘发作面临的首要问题，目前由于缺乏有效与特异性针对哮喘粘液高分泌的治疗手段，如何抑制粘液高分泌成为哮喘防治急需解决的关键问题。本文将对哮喘气道粘液高分泌的相关作用机制进行阐述。

【关键词】支气管哮喘；黏液高分泌；IL-13/IL-4R途径；表皮因子受体途径；Lyn途径

1 气道粘液高分泌概述

正常情况下，支气管黏膜只分泌少量黏液，以保证呼吸道黏膜的湿润，防止小气道的脱水和损伤。气道粘液是一种胶状的液体，分布于气道表面，是气道上皮细胞的物理屏障。气道黏液分泌的稳态性对气道的粘膜纤毛和固有免疫起着重要的作用。在病理状态下，过度的粘液分泌可降低粘膜纤毛清除率和限制气流。过量的黏液产生是哮喘患者，特别是重症患者发病与死亡率增加的主要原因。粘蛋白是粘液中的主要蛋白成分，是一种高度糖基化的蛋白质，其编码基因为粘蛋白基因（MUC）。在人类气道内主要的分泌型黏蛋白为MUC5AC和MUC5B，并且MUC5AC粘蛋白主要表达在气道杯状细胞，MUC5B主要表达于黏膜下腺体，其中MUC5AC水平高低代表了杯状细胞增生的程度。轻度和中度哮喘患者主要产生富含MUC5AC粘蛋白的粘液，致死性哮喘明显存在MUC5AC和MUC5B高表达。

2 气道粘液高分泌与IL-13/IL-4R途径

目前哮喘粘液基础研究主要集中在炎症介质与相关的信号途径如何导致慢性粘液高分泌。哮喘炎症主要与CD4+T淋巴细胞活化有关。活化的CD4+T细胞释放IL-4、IL-9、 IL-13、粒细胞集落刺激因子（GM-CSF）和肿瘤坏死因子（TNF）-a等各种趋化因子，调节气道粘液的高分泌。其中IL-4和IL-13都通过IL-4Ra传递信号。IL-4Ra是一种受体复合物分为两类：I型（IL-4Ra和γc）及II型（IL-4Ra和IL-13Ra1）。IL-4和IL-13共享II型受体。IL-4可通过I型和II型受体传递信号，而IL-13只能通过II型受体进行信号传递。当IL-4、IL-13与膜受体（IL-4Ra）发生作用时可引起酪氨酸系统（JAKs）的激活，通过JAK/STAT信号转导途径，激活胞浆内STAT6，引起该蛋白Y641位点上的酪氨酸残基磷酸化，磷酸化的STAT6二聚体向核迁移并与IL-4和IL-13启动子结合，由此影响Th2细胞分化、气道高反应和气道粘液高分泌[3]。研究表明，变应原介导的粘液高分泌依赖于Clara细胞的IL-4R信号途径。 Clara细胞是衬覆于远端细支气管的非纤毛上皮细胞，可分化为杯状细胞，参与粘液分泌的进程。缺失IL-4Ra的小鼠粘液基因的表达和上皮细胞中粘液的含量均大量减少。IL-4和IL-13不仅可直接影响上皮细胞粘液分泌，还可通过招募活化的炎症细胞，如中性粒细胞和嗜酸性粒细胞而间接影响气道粘液分泌。钙激活氯离子通道蛋白mCLCA-3和hCLCA-1在IL-4/IL-9/IL-13途径中对粘液高分泌起着重要作用。近年研究表明，Pendrin蛋白是PDS基因编码的产物，是气道上皮细胞中新发现的一种IL-13/IL-4介导的基因，其在IL-13/IL-4信号途径中可引起粘液高分泌。

3 气道粘液高分泌与表皮因子受体（EGFR）途径

EGFR是一种分子量为170KDa的膜糖蛋白，可被EGF、TGF-a、HB-EGF等多种配位基激活。EGFR在正常气道表达很少，但当受到各种炎症因子刺激时，气道上皮细胞的EGFR表达会增加。EGFR活化包括两个途径：配基依赖性和配基非依赖性的EGFR酪氨酸磷酸化。研究发现在COPD、急性严重哮喘等气道高分泌疾病中，气道中的中性粒细胞可通过释放氧自由基而促进配基非依赖性EGFR酪氨酸磷酸化途径和气道粘液合成。EGFP在诱导粘液腺化生和MUC5AC粘蛋白过度表达中起着重要作用，EGFR能激活细胞外信号相关激酶（ERK）1/2、下游的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和Akt激酶，可引起MUC5AC基因的高表达。 Perrais等人证实EGF和TGF-a可引起气道上皮细胞中MUC5AC和MUC2基因合成。TGF-a被其抗体封闭后，气道粘液合成会减少。Foxa2转录因子在EGFR途径中也起着重要调节作用，对MUC5AC表达有负性调控，Foxa2基因敲除小鼠会出现MUC5AC蛋白过度表达和粘液腺化生。由此可见，气道粘液高分泌与EGFR途径相关，TGF-a对EGFR活化起着重要作用。

4 气道粘液高分泌与Lyn途径

Lyn属于Src家族，是一种非受体酪氨酸激酶，在许多信号途径中起着关键作用。有研究发现， Lyn基因敲出小鼠出现严重而持续的变态反应炎症，血清高的IgE水平，Th2免疫应答，表明Lyn激酶是一个重要的阴性调节Th2免疫应答的激酶，但其具体调节作用不明。在化学趋化因子刺激人中性粒细胞后，Lyn对PI3K的活化有重要作用[4]。Lyn激酶与下游的PI3K和Akt，形成Lyn/PI3K/ Akt途径，参与哮喘的炎症应答。PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，可催化磷脂酰肌醇磷酸化，生成的脂质体参与多种胞内信号传导途径。

目前研究的最多的是I类PI3K，它是一种复合亚基蛋白，其活性为生长因子受体活性所调节。I类PI3K的活化需要移位到胞膜进行，并且和它的亚基或酪氨酸激酶受体的活化有关系。PI3K在胞膜的定位被IL-13受体，Ras或如Lyn等富含脯氨酸的区域所活化。PI3K的磷脂产物可以激活下游的靶蛋白包括PDK，Akt和PKC，这些信号蛋白参与了对细胞生长，增殖和分化，凋亡，细胞运动和细胞活性等调节。近年研究表明，PI3K途径在炎症因子的表达和活性，炎症细胞的招募，气道重塑等方面起着重要的作用。研究发现应用PI3K抑制剂能减轻气道炎症与气道高反应，在培养的人气道上皮细胞中，用PI3K抑制剂LY294002能抑制IL- 13介导的黏蛋白C2（MUC2）基因的表达及黏蛋白的分泌；在小鼠哮喘模型中，使用LY294002能明显减少BALF中细胞总数和Eos数，减轻细支气管周围及血管周围的Eos浸润，减少粘液的过度分泌，能显著抑制Th2细胞因子IL-5，IL-13的产生，支气管黏膜的增生和气道高反应性；同时PI3K基因敲除鼠表现为较低的气道嗜酸性细胞炎症和气道重塑，这与其减少的转化生长因子（TGF）-β和Smad2/3有关[5]。Akt在哮喘发病中的作用目前报道相对较少。

当PIP3和Akt的PH区域结合后，活化的PI3K转移到胞膜并激活Akt。有研究表明在反流性食道炎，结合胆汁酸能通过PI3K/ Akt/AP-1途径调节食道MUC5AC粘蛋白表达[6]。Lyn不仅调节PI3K/Akt，还可以直接磷酸化STAT3。在某些模型系统中，STAT3和STAT5的活化更依赖于Src激酶而非Janus激酶。研究表明，酪氨酸激酶抑制剂A77-1726能阻断IL-13激活JAK激酶，进一步导致JAK激酶不能磷酸化STAT6，凝胶电泳迁移实验证实A77-1726降低STAT6与IgGl启动子上STAT6结合位点的结合，从而阻止IgGl的产生。由此可见，Lyn在哮喘粘液高分泌中有着重要的作用。

综上所述，哮喘中气道粘液的高分泌存在多种作用机制，研究这些作用机制对于我们发现新的治疗靶点有重要意义。但各种作用机制中的具体调控情况和各途径之间存在何种相互关系，还有待进一步研究。

参考文献

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