細胞周期調節與支氣管哮喘的氣道重塑

楊 衛（綜述），楊紅申（審校）

（1.河北大學附屬醫院呼吸內科，河北保定071000，2.河北醫科大學第二醫院呼吸內科，河北石家莊050000）

·綜 述·

細胞周期調節與支氣管哮喘的氣道重塑

楊 衛（1綜述），楊紅申2*（審校）

（1.河北大學附屬醫院呼吸內科，河北保定071000，2.河北醫科大學第二醫院呼吸內科，河北石家莊050000）

哮喘；細胞周期；綜述文獻

支氣管哮喘是由多種炎性細胞參與的慢性非特異性炎癥，氣道重塑作為哮喘發病機制中的一個重要環節，越來越受到人們的重視［1］，目前已經成為支氣管哮喘研究的熱點和重點之一。氣道重塑是指由于炎癥對氣道的持續性損傷、機體對損傷的修復性反應而形成的新結構，主要病理學改變包括氣道上皮破壞、杯狀細胞增生、黏液腺分泌增多、氣道平滑肌增殖、基底膜增厚、膠原沉積等［2］。它已經成為哮喘肺功能進行性下降和激素治療不敏感的病理學基礎之一［3］。氣道重塑的機制尚不明確，目前認為可能與氣道慢性炎癥的反復刺激，一些細胞因子、炎癥介質介導的信號傳導通路異常［4-5］，蛋白激酶異常調節［6］、細胞周期的調節異常等因素有關。本文就細胞周期調節與支氣管哮喘的氣道重塑關系進行分析并綜述如下。

1 細胞周期調節

細胞周期是指連續分裂的細胞從一次有絲分裂結束到下一次有絲分裂完成所經歷的整個過程。可以分為S期（DNA合成期）、M期（有絲分裂期）、G1（DNA合成前期）、G2（有絲分裂前期）4個時期。正常情況下細胞沿著G1、S、G2、M的方向完成細胞增殖。目前認為，細胞周期之所以能夠嚴格按照G1、S、G2、M的順序循環進行，有賴于細胞內部以周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent protein kinase，CDK）和周期蛋白為中心的引擎分子周期變化誘發的一系列事件的有序發生，其中周期蛋白在該演化過程中起著不可低估的作用；同時有賴于細胞周期中檢查點的反饋調控機制，監視和調控細胞周期時相的正常運行。其中有幾個調控點，是對細胞增殖進行調控的關鍵。

2 細胞周期檢查點

檢查點調控機制由監視上游事件的傳感器、傳感器信號傳導、細胞周期啟動元件構成，分為4種檢查點。

2.1 限制點或R點：哺乳動物在G1期中有一個很重要的檢查點，它可以決定細胞繼續增殖進入G1期或離開細胞周期進入死亡。細胞在分裂前必須長到合適的尺寸，在未達到指標前，細胞周期進程會暫時停滯該期。這個點決定細胞是否要進行DNA復制，并完成一個細胞循環。

2.2 DNA損傷檢查點：位于G1/S交界處，當檢測到DNA損傷時可使細胞阻滯在G1期，待DNA修復后才能復制，從而避免突變或惡變的產生。

2.3 DNA復制檢查點：位于S/G2交界處，負責檢查DNA復制進度。

2.4 紡錘體復制檢查點：通過檢查有功能的紡錘體形成，管理染色體的正確分配。

3 周期蛋白系統

由Cyclin、CDK、周期蛋白依賴性激酶抑制因子（cyclin-dependent kinase inhibitor，CDI）構成。Cyclin必須與相應的CDK結合，通過對各種底物的磷酸化，才能夠推動細胞周期不同時相向前運轉［7］。而CDI與CDK，或與Cyclin-CDK復合物結合，可抑制CDK的活性，阻礙細胞周期的運行。在Cyclin、CDK、CDI三者為核心的控制網絡，CDK處于調控中心地位，Cyclin起正調節作用，CDI發揮負調節作用。三者的相對含量決定了細胞周期是進展還是阻滯，保證了細胞周期內各事件協調有序進行。

3.1 周期蛋白：Cyclin又稱周期素，是一類細胞周期調控中的重要因子，目前在哺乳動物細胞中分離出A、B、C、D、E、F、G、H、T等9類周期蛋白，連同亞類共16種，各個周期蛋白亦有被稱為蛋白周期框的氨基酸序列。Cyclin通過蛋白周期框的介導與CDK相結合，并激活CDK，推動細胞增殖。Cyclin含量隨細胞周期進行變化，不同Cyclin在其相應周期時相達到含量和活性的高峰，激活相應的CDK，隨后迅速降解失活，而且不同的周期蛋白通過不同的方式發揮作用。

Cyclin A能結合并激活CDK2，而CDK2蛋白的含量及活化程度在細胞增殖周期的卡點G1/S和G2/M轉換過程中起限速作用，尤其與S期進程密切相關。CDK2的活性依賴于Cyclin A與其形成復合物，Cyclin A的水平影響CDK2的活性。CDK2被激活后可啟動S期及M期相關基因的轉錄，促使細胞由G1期進入S期，同時促使細胞由G2期進入M期，推動細胞增殖。

Cyclin E可促進細胞由G1期進入S期，促進DNA復制的開始。若Cyclin E蛋白失去周期性表達，在整個細胞周期中表達水平高，則可持續地在整個細胞周期中激活CDK2，促使G1/S期轉換，使細胞發生異常增殖。

Cyclin D能與CDK2、CDK4、CDK5、CDK6結合，所形成的活性復合物是G0/G1期轉換與G1早期所需。Cyclin D1是哮喘氣道平滑肌增殖的重要調節因素［8-9］。Cyclin D1可與CDK4特異性結合，使CDK4活化和Rb蛋白磷酸化，促進轉錄因子E2F解離而活化，促進DNA合成，細胞由G0期進入G1期及S期，促進細胞增殖。

3.2 CDK：CDK是細胞核內一系列依賴于周期蛋白的蛋白激酶，均屬于絲氨酸和蘇氨酸激酶，在哺乳動物中至少含有9種CDK，即CDK1～CDK9。CDK含有1個由300個氨基酸組成的核，其中40％以上的結構域被稱為PSTAIRE區，該序列能與周期蛋白框特異性結合，形成異源二聚體。其中Cyclin為調節亞基，CDK為催化亞基。不同的Cyclin-CDK復合物可通過CDK活性，促進不同底物磷酸化而實現其對細胞周期不同時相的轉化。其有序的激活和失活，調控細胞周期有序進行，它們在細胞周期調節中起著關鍵作用。

CDK1、2主要作用在S期及G2期向M期轉換過程中；CDK4、6主要在G1期與Cyclin D相結合發揮作用，促使細胞向S期轉換；CDK4能有效作用于pRb，使其磷酸化狀態發生改變，調節其與轉錄因子的結合，參與調節細胞周期。氣道平滑肌的cyclin E和CDK2形成的復合體能夠促進G1/S期轉換，并上調pRb的表達，后者減少轉錄因子E2F，從而影響細胞周期進程。

3.3 CDI：CDI為低分子量蛋白質，目前共有7種，由不同結構基因所表達，根據結構功能差異分為兩類，一類為雙重特異家族，包括p21、p27、p57；另一類叫錨蛋白家族，包括p15、p16、p18、p19。CDI可與CDK或Cyclin-CDK復合物相結合，抑制CDK活性，并延緩或終止細胞周期進行。

p27蛋白是在研究細胞間接觸抑制和轉化生長因子β誘導細胞生長的G1期阻滯時發現的一個熱穩定蛋白［10］，由198個氨基酸組成。p27蛋白N端具有2個Ser磷酸化位點，是結合并抑制Cyclin-CDK復合物的必需結構。p27作為細胞周期的負調控因子，通過2個途徑抑制細胞周期進程，抑制CDK激活和抑制激活后的Cyclin-CDK復合物活性。p27對G1期Cyclin-CDK抑制作用最為重要，它能顯著抑制cyclin E-CDK2和cyclin E-CDK4復合物的活性，使細胞周期停滯于G1期而不能實現G1期和S期的轉換，因此它是G1期的限速因子［11］。p21是一種含495個氨基酸的核蛋白，對G1期細胞周期蛋白具有抑制作用，抑制細胞進入細胞分裂周期，表現為一種負調節作用。Zhou等［12］認為哮喘患者中出現氣道平滑肌增殖的同時p21較正常人表達異常增高。說明CDI在氣道炎癥反應和氣道重塑中起著復雜的調節作用。

p16基因位于人類染色體9 p21，全長8.5kb，有2個內含子和3個外顯子組成，其編碼的蛋白蛋白可與Cyclin D1競爭與CDK4結合，特異性地抑制CDK4的活性，并抑制細胞由G1期進入S期，負性調節細胞生長。當p16基因缺失或異常而不能正常表達時，Cyclin D1與CDK4優勢結合，細胞生長失去控制，甚至細胞表型產生變化。

4 細胞周期調節與支氣管哮喘的氣道重塑

4.1 細胞周期調節與氣道平滑肌增殖：哮喘患者氣道多有不同程度的氣道重塑，其中氣道平滑肌的增厚是氣道重塑的重要特征之一。氣道平滑肌的增厚是以細胞增生為主，與正常氣道相比哮喘患者氣道平滑肌數量增加了2～3倍。氣道平滑肌增生性改變是由于成纖維細胞、外膜細胞及肌成纖維細胞的分化和逆分化的結果。不僅氣道平滑肌總體數量增加，平滑肌的表型也發生變化（正常情況下可分為分泌型和收縮型），收縮型平滑肌比重增加。研究表明在哮喘大鼠模型中肺組織平滑肌肌動蛋白的比例表達明顯增高［13］。

周期蛋白調節系統在氣道平滑肌增殖中起著重要作用，細胞周期蛋白可促進平滑肌增殖、分裂［14］。研究［12］表明哮喘患者肺泡灌洗液和氣道平滑肌中細胞外信號調節激酶和Cyclin D1的表達明顯高于正常對照者。哮喘動物模型中細胞周期蛋白的表達明顯的高于正常［15］。同時體外試驗研究［15］表明，環磷腺苷誘發氣道平滑肌細胞增殖，Cyclin D1的表達增高，并且應用細胞外信號調節激酶抑制劑能夠抑制Cyclin D1的表達。研究［16］認為哮喘小鼠模型中氣道平滑肌增厚且與Cyclin D1的表達一致，說明了周期蛋白在哮喘氣道平滑肌增殖中起著重要作用。至于周期蛋白表達增加的原因，目前認為與細胞外信號調節激酶、絲裂素活化蛋白激酶信號通路和p13有關，但確切機制尚待進一步研究。王立等［17］認為，哮喘大鼠模型中氣道平滑肌增厚，p21表達增高。通過使用氟伐他汀能夠通過抑制甲羥戊酸代謝途徑，使p21的正常結構異常，影響功能活性（但不能特異阻斷p21的表達），并減輕氣道平滑肌增殖，抑制氣道重塑［18］。

4.2 細胞周期調節與氣道上皮細胞：氣道慢性炎癥不僅可直接造成哮喘患者氣道上皮的炎癥損傷，一些上皮毒性物質（如嗜酸性粒細胞釋放堿基蛋白）也可以造成上皮細胞的間接損傷。體外試驗表明，損傷后的上皮細胞可產生纖維連接蛋白和轉化生長因子β，其中纖維連接蛋白可使上皮細胞趨化，成纖維細胞聚集到組織損傷部位和產生膠原導致纖維化，而轉化生長因子β可刺激多種細胞產生纖維連接蛋白。上皮細胞產生的纖維細胞和結締組織的聚集過程中與瘢痕類似，損傷修復后導致氣道上皮下間質結構出現異常改變，如膠原沉積。異常氣道上皮細胞有以下特點。①杯狀纖毛上皮細胞增多；②基底膜增厚；③肥大細胞、嗜酸性粒細胞、淋巴細胞增多。研究［18］表明，細胞周期調節與氣道上皮的損傷修復過程有密切關系，如Cyclin D1和Cyclin E參與調節細胞外基質、膠原的沉積；同時，在哮喘患者支氣管上皮細胞中p21的表達較正常對照者明顯升高，通常認為p21的過度表達與上皮組織的異常修復反應有關，常常引發氣道炎征以及氣道重塑。Fedorov等［19］認為哮喘患者氣道上皮中表皮生長因子受體和p21的過度表達與氣道炎癥和損傷密切相關。

4.3 細胞周期調節與T淋巴細胞：哮喘患者T細胞與正常人T細胞相比較，其增殖能力的增加，既表現在細胞數量上，也表現在細胞周期各時相分布上的差異。哮喘患者G0/G1期T淋巴細胞比例明顯的低于對照組；S期T淋巴細胞比例明顯高于對照組；哮喘組處于DNA合成期和細胞分裂前期的T淋巴細胞比例明顯的增高。Qiu等［20］學者研究發現，支氣管哮喘患者的CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞的Cyclin E、Cyclin D1的表達明顯高于對照組，認為在哮喘發病中，由于T淋巴細胞的細胞周期異常調節，參與炎癥反應及氣道重塑的過程。

5 與細胞周期調節有關的藥物

目前已知對細胞周期有調節作用的藥物，并不是很多。但已經有一些學者在探索使用通過藥物干預從而影響細胞周期調節，延緩和減輕氣道重塑的發生，并得到一些有益的發現。

人類平滑肌細胞中Cyclin D1的表達，可能與絲裂素活化蛋白激酶1和絲裂素活化蛋白激酶2有關。Tsang等［21］研究表明，在體外試驗中通過使用酪氨酸激酶抑制劑能夠減少由豚鼠氣道平滑肌中Cyclin D1和肌動蛋白、肌球蛋白的表達。

Amrani等［22］認為，用γ干擾素可以影響CDK 2/Cyclin E的活力，抑制氣道平滑肌的增殖，減輕氣道重塑。研究［16，23］表明白三烯受體拮抗劑和糖皮質激素均可抑制氣道平滑肌增殖。王立等［17］研究表明氟伐他汀可延緩哮喘氣道重建的進程，這種作用與p21抑制相關，但其抑制增生的作用弱于地塞米松。國內也有學者研究認為，松弛素H2能夠下調細胞周期蛋白D1表達，減輕哮喘小鼠動物模型氣道重塑［24］。不過目前關于這方面的臨床用藥多處于試驗階段，距臨床實際應用還有一定的距離。

6 結語與展望

總之，在氣道重塑的過程中，細胞周期調節對細胞增殖起著重要的作用，其機制錯綜復雜。進一步探討細胞周期調節的機制，以及如何干預、調節細胞周期的幾個重要環節，抑制氣道重塑，延緩哮喘病情的發展，則需要進一步深入研究。

［1］ 張潔，韓曙光，呂蓓麗，等.Sunitinib對支氣管哮喘氣道重塑小鼠模型Erk通路和cyclinD1表達的影響［J］.中華哮喘雜志，2012，6（1）：1-6.

［2］ TAGAYA E，TAMAOKI J.Mechanisms of airway remodeling in asthma.［J］.Allergol Int，2007，56（4）：331-340.

［3］ YAMAGUCHIM，NIIMIA，MATSUMOTOH，etal.Sputum levels of transforming growth factor-betal in asthma：relation to clinical and computered tomography findings［J］.J Investig Allergol Clin Immunol，2008，18（3）：201-206.

［4］ 劉紅，黃茂，李濤，等.AG490對支氣管哮喘小鼠氣道重塑的干預作用及相關機制［J］.南京醫科大學學報：自然科學版，2011，31（3）：301-307.

［5］ 張愛芝，張煥萍，藺鵬翔.ERK活化對哮喘大鼠氣道重塑及CyclinD1表達的影響［J］.中國比較醫學雜志，2010，20（3）：26-29.

［6］ DU CL，XU YJ，LIU XS，et al.Up-regulation of cyclin D1 expression in asthma serum-sensitized human airway smooth muscle promotes proliferation via protein kinase C alpha［J］.Exp Lung Res，2010，36（4）：201-210.

［7］ 張曉宇，徐永健，劉先勝，等.香煙提取物對支氣管哮喘大鼠氣道平滑肌細胞增殖的影響［J］.中國病理生理雜志，2009，25（10）：1969-1974.

［8］ ALLEN JC，SEIDEL P，SCHLOSSER T，et al.Cyclin D1 in ASM Cells from Asthmatics is Insensitive to Corticosteroid Inhibition［J］.JAllergy（Cairo），2012，19（1）：1-6.

［9］ ZHANG XY，XU YJ，LIU XS，et al.Cigarette smoke extract promotes proliferation of airway smooth muscle cells in asthmatic rats via regulating cyclin D1 expression［J］.Chin Med J（Engl），2010，123（13）：1709-1714.

［10］ 毛榮軍，李啟明，房慧琳，等.p27蛋白在宮頸鱗狀細胞癌中的表達［J］.右江民族醫學院學報，2008，30（1）：27-29.

［11］ 付鳳仙，宋俊芬，康山，等.p27和CyclinE在卵巢癌中的研究進展［J］.河北醫科大學學報，2007，28（2）：146-148.

［12］ ZHOU L，LIJ，GOLDSMITH AM，et al.Human bronchial smooth muscle cell lines show a hypertrophic phenotype typical of severe asthma［J］.Am JRespir Crit Care Med，2004，169（6）：703-711.

［13］ 吳昭萍，羅鳳鳴，王曾禮，等.哮喘大鼠模型肺組織平滑肌肌功蛋白-αmRNA的表達［J］.四川大學學報：醫學版，2003，47（2）：330-333.

［14］ FIASCHI-TAESCH N，SICARI BM，UBRIANI K，et al.Cellular mechanism through which parathyroid hormone-related protein induces proliferation in arterial smooth muscle cells：definition of an arterial smoothmuscle PTHrP/p27kipl pathway［J］.Circ Res，2006，99（9）：933-942.

［15］ 杜春玲，徐永健，劉先勝，等.蛋白激酶Cα-胞外調節蛋白激酶1/2與人氣道平滑肌細胞中周期蛋白D1及P21cip1表達的關系［J］.中華結核和呼吸雜志，2008，31（12）：915-920.

［16］ 葛海燕，黃茂，姚欣，等.細胞周期蛋白D1在支氣管哮喘小鼠肺組織中的表達及其與氣道重塑的關系［J］.中華結核和呼吸雜志，2006，29（9）：607-611.

［17］ 王立，吳昌歸，倪殿濤，等.氟伐他汀對哮喘大鼠氣道重建的影響及其機制［J］.第四軍醫大學學報，2007，28（7）：637-640.

［18］ WU L，ZHANG W，LI H，et al.Inhibition of aortic intimal hyperplasia and cell cycle protein and extracellularmatrix protein expressions by BuYang HuanWu Decoction［J］.J Ethnopharmacol，2009，125（3）：423-435.

［19］ FEDOROV IA，WILSON SJ，DAVIESA DE，etal.Epithelial stress and structural remodelling in childhood asthma［J］.Thorax，2005，60（5）：389-394.

［20］ QIU C，FENG MJ，LIFR，et al.The effect of phosphoinositide-3-kinase and signal transducer and activator of transcription-6 on the proliferation of T lymphocytes in bronchial asthma［J］.Zhong Hua Jie He Hu Xi Za Zhi，2006，29（10）：688-693.

［21］ TSANG F，CHOO HH，DAWE GS，et al.Inhibitors of the tyrosine kinase signaling cascade attenuated thrombin-induced guinea pig airway smoothmuscle cell proliferation［J］.Biochem Biophys Res Commun，2002，293（1）：72-78.

［22］ AMRANIY，TLIBA O，CHOUBEY D，et al.IFN-gamma inhibits human airway smooth muscle cell proliferation by modulating the E2F-1/Rb pathway［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2003，284（6）：1063-1071.

［23］ 張維溪，梁亞峰，聶穎，等.布地奈德對哮喘氣道重塑大鼠尾加壓素-Ⅱ及mRNA表達的影響［J］.中國藥學雜志，2012，47（6）：427-430.

［24］ HAN SG，LU BL，DING XJ，et al.Effects of H2 relaxin on airway remodeling and expression of cyclin D1 in a murine model of chronic asthmay［J］.Zhonghua Jie He He Hu Xi Za Zhi，2012，35（5）：349-354.

（本文編輯：劉斯靜）

R562.25

A

1007-3205（2013）08-0986-05

2012-11-02；

2012-11-26

河北省衛生廳醫學科學研究重點課題計劃（20110154）

楊衛（1979-），男，河北徐水人，河北大學附屬醫院主治醫師，醫學碩士，從事支氣管哮喘疾病診治研究。

*通訊作者

10.3969/j.issn.1007-3205.2013.08.053