作用于ERK信號通路的哮喘相關(guān)因子研究

李鵬飛 楊季國

1杭州市蕭山區(qū)中醫(yī)院兒科 杭州 311201 2浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三醫(yī)院兒科

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）是廣泛存在于真核生物中的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是參與哮喘機制的一條重要信號通路[1]。在哺乳動物細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)4種不同的MAPK，它們是胞外信號調(diào)控激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、c-JunN 末端激酶（c-JunN-terminal kinase，JNK）、p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38mitogen-activated protein kinase，p38)和胞外信號調(diào)控激酶5（extracellular signal-regulated kinase 5，ERK5）。研究最多的哺乳動物細(xì)胞MAPK信號傳導(dǎo)通路是ERK通路，它是促進細(xì)胞增殖的一條重要的信號傳導(dǎo)途徑[2]。ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是MAPK家族信號系統(tǒng)的一個成員，通過三級酶促級聯(lián)反應(yīng)（MAPKKK-MAPKK-MAPK）而激活，ERK1/2磷酸化代表著ERK信號通路的激活，ERK的磷酸化可以激活包括轉(zhuǎn)錄因子在內(nèi)的多種效應(yīng)蛋白，產(chǎn)生廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，主要介導(dǎo)細(xì)胞的增殖與分化[3]。

細(xì)胞外的多種刺激均能激活ERK，ERK被激活成p-ERK后介導(dǎo)細(xì)胞生長、增殖、分化、凋亡等多種生理過程。研究發(fā)現(xiàn)氣道平滑肌細(xì)胞（airway smooth muscle cells，ASMCs）上存在 ERK1/2mRNA 和蛋白的表達，ERK信號通路參與大鼠ASMCs增殖的調(diào)控[4]，及免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)，能調(diào)節(jié)多種炎癥蛋白基因的表達，是哮喘發(fā)生、發(fā)展的重要調(diào)控因子[5]。

近年來對哮喘發(fā)作機制的研究表明，即使是輕度的哮喘也具有上皮細(xì)胞損傷的病理生理學(xué)特點[6]，損傷的氣道上皮細(xì)胞可表達多種趨化因子和細(xì)胞因子，如轉(zhuǎn)化生長因子-β1（transforming growth factorβ1，TGF-β1）、血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等都是對哮喘上皮細(xì)胞損傷有影響的細(xì)胞因子之一。它們的異常均可導(dǎo)致氣道平滑肌細(xì)胞的增生而誘導(dǎo)氣道重塑的發(fā)生[7]。ERK在氣道平滑肌上廣泛分布，其通路參與了各種細(xì)胞因子誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，從而誘發(fā)氣道重塑，導(dǎo)致哮喘的發(fā)生[8]。現(xiàn)將近年來的研究進展概況如下。

1 轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）作用的相關(guān)研究

在所有結(jié)構(gòu)相關(guān)生長因子中，TGF-β1是其中重要的一個因子,它是由細(xì)胞產(chǎn)生的一個功能全面的生長因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、分化、遷移、凋亡及生成細(xì)胞外基質(zhì)。同時，TGF-β1誘導(dǎo)了細(xì)胞外基質(zhì)（extracellularmatrix，ECM）蛋白的合成和聚集，研究證明它介導(dǎo)多種組織纖維的發(fā)生。

以往的研究多集中在TGF-β1誘導(dǎo)的信號應(yīng)答由Smads蛋白介導(dǎo)，近年來的研究逐漸轉(zhuǎn)向ERK信號通路中。在ERK信號通路中起關(guān)鍵作用的是TGF-β1的ERK通路的活化，Ras/Raf/MEK/ERK通路中的各種激酶介導(dǎo)了TGF-β1生物學(xué)應(yīng)答[9]。其主要機制是起始于Ras上游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，細(xì)胞表面存在許多相關(guān)受體，經(jīng)過與其結(jié)合后，Ras轉(zhuǎn)化成GTP結(jié)合狀態(tài)從而活化Ras；然后作為連接蛋白的活化Ras，繼續(xù)向下傳導(dǎo)活化Raf，引起它的下游反應(yīng)，從而實現(xiàn)基因表達的改變，進一步促進分化或有絲分裂。

相關(guān)研究證實，在ERK信號通路中，被TGF-β1活化的通路有明顯促進機體纖維化的作用。Axmann等[10]實驗表明胎鼠肺成纖維細(xì)胞中的Raf-1、MEK-1及MAPKP42和P44的活化與TGF-β1有著明顯關(guān)系，轉(zhuǎn)化生長因子誘導(dǎo)了其活化。TGF-β1通路的活化與PDGF或堿性成纖維生長因子（basic fhbroblast growth factor，BFGF）的自分泌無明顯相關(guān)性；同時Finlay等[11]用相關(guān)實驗證實，人肺成纖維細(xì)胞ERK的磷酸化及AP-1DNA結(jié)合是經(jīng)過TGF-β1的誘導(dǎo)而發(fā)揮作用，認(rèn)為轉(zhuǎn)化生長因子-β1參與并主導(dǎo)了BFGF的自分泌，最終實現(xiàn)了ERK信號通路的活化。

Ⅰ型膠原表達通過TGF-β1的刺激，MAPK激酶在其中起重要作用。Hayashida等[12]實驗證實，在通過TGF-β1處理30min和1h后，腎小球系膜細(xì)胞ERK和JNK的磷酸化作用相繼出現(xiàn)，TGF-β1誘導(dǎo)的α1（Ⅰ）膠原表達經(jīng)過ERK信號通路的抑制劑作用而顯著減少，而其基因啟動子活化也因ERK信號通路的相關(guān)酶活性失活而受到抑制。

2 腫瘤壞死因子-α（TNF-α）作用的相關(guān)研究

TNF-α是一種細(xì)胞毒細(xì)胞因子，是哮喘炎癥反應(yīng)中最重要的前炎癥細(xì)胞因子，其最主要的作用是增加中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞的功能，并且表達其它細(xì)胞因子和炎癥因子，通過一系列反應(yīng)刺激成纖維細(xì)胞的增殖。相關(guān)研究證明，TNF-α能誘導(dǎo)正常氣道平滑肌細(xì)胞（ASMCs）增殖[13]，在哮喘發(fā)病機制中具有十分重要的作用。.

ERK信號通路在哮喘的發(fā)作期其信號分子活躍明顯，通過一系列酶鏈級促反應(yīng)，激活一部分MAPK，再通過轉(zhuǎn)錄因子的參與而發(fā)揮作用[14]。相關(guān)實驗中，給予TNF-α的抑制劑或者特異性阻滯劑，能明顯抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α，進而影響ERK信號通路的級聯(lián)反應(yīng)，減輕哮喘癥狀發(fā)作。

3 血小板衍生生長因子（PDGF）作用的相關(guān)研究

血小板衍生生長因子（PDGF）能刺激氣道平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞增殖和趨化及細(xì)胞外基質(zhì)合成，對于氣道重塑作用機制的形成有重要作用。

PDGF主要來源于血小板、單核巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞，它是一種較強的促有絲分裂劑，可促進多種細(xì)胞的分裂增殖[15]。PDGF主要由A鏈和B鏈兩條組成，包括PDGF-AA、PDGF-AB和PDGF-BB等3個異構(gòu)體。PDGF-BB為PDGF家族中的主要成員之一，它是由PDGF-B鏈通過二硫鍵而形成的同源二聚物。PDGF-BB對氣道平滑肌的增殖、成纖維細(xì)胞的增生及膠原蛋白的合成有強烈的促進作用。PDGF作為一種獲能因子可以促進成纖維細(xì)胞增生，同時對于細(xì)胞外基質(zhì)的合成與降解有著明顯的調(diào)節(jié)作用，刺激成纖維細(xì)胞產(chǎn)生膠原蛋白酶,直接導(dǎo)致間質(zhì)膠原的斷裂，最終形成膠原排列紊亂的現(xiàn)象。

研究發(fā)現(xiàn)[16]，PDGF的有絲分裂活性，對于II型肺泡上皮細(xì)胞DNA的合成有明顯的促進作用，同時可以增加肺泡上皮細(xì)胞的數(shù)目。在實驗中，加入一些抗PDGF有絲分裂的阻斷劑，可以明顯減弱這種細(xì)胞增殖的影響。PDGF對于肺泡腔內(nèi)的成纖維細(xì)胞的影響主要決定于其表面的受體，它與絲氨酸激酶家族的生長因子受體配套結(jié)合成二倍體，指導(dǎo)細(xì)胞信號傳導(dǎo)。

在瘢痕疙瘩的形成機制中，磷酸的氨基酸（如酪氨酸）增強對瘢痕的形成有促進作用。在形成的組織中對比基因的表達，PDGF明顯增高，它可以明顯刺激成纖維細(xì)胞的有絲分裂，對于PDGF的3個異構(gòu)體的趨化反應(yīng)明顯高于正常成纖維細(xì)胞。PDGF對于瘢痕組織中ERK信號通路的調(diào)節(jié)，主要是通過其相關(guān)氨基酸的磷酸化得以實現(xiàn)的。

綜上所述，哮喘是一個復(fù)雜的病理生理過程，其涉及的炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子很多，每個炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)途徑也不同。不同的細(xì)胞因子和不同的信號途徑相互交錯，構(gòu)成了錯綜復(fù)雜的信號傳導(dǎo)體系。ERK信號傳導(dǎo)途徑參與哮喘的發(fā)病過程，是各種細(xì)胞因子作用平滑肌細(xì)胞引起氣道重塑重要的一條信號通路，為更加深入認(rèn)識哮喘氣道重塑的發(fā)病機制提供了重要的線索，并對抑制氣道重塑藥物的研制提供了重要的方向。從ERK信號通路方面進行深入的研究，研制有效控制哮喘發(fā)作、抑制氣道重塑的藥物。但是關(guān)于ERK信號通路與細(xì)胞因子的關(guān)系還需要更深入的研究。

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