WISP-1與支氣管哮喘氣道重塑的關系

摘要：Wnt誘導的分泌型蛋白-1(WISP-1) 是CCN家族成員之一。早期的研究已證實其在腫瘤形成和增殖中具有重要作用，其異常表達能促進細胞增殖、介導細胞黏附、刺激細胞轉移、促進有絲分裂及細胞外基質的形成等。然而，近年來國內外研究發現，WISP-1的異常表達與哮喘氣道重塑也密切相關。在哮喘中，WISP-1高表達可誘導氣道平滑肌增生肥大，促進肺成纖維細胞活化和氣道上皮下膠原沉積。本文就WISP-1與哮喘氣道重塑的研究進展作一綜述。

關鍵詞：支氣管哮喘；氣道重塑；WISP-1；CCN家族

The Role of WISP-1 in Airway Remodeling of Asthma

ZHAO Xin，JIANG You-fan

(Department of Respiratory，The Second Affiliated Hospital，Chongqing Medical University，Chongqing 400010，China)

Abstract：The WNT1 inducible signaling pathway protein 1(WISP-1) is a secreted， matricellular protein allocated to the CCN family. It has been shown that WISP-1 plays an important role in tumorigenesis and tumor growth. Its overexpression is associated with cell proliferation， cell adhesion， cell migration， as well as extracellular matrix production. Further， recent studies alluded to an possible role of WISP-1 in airway romodeling of asthma. It has been pointed out that the WISP-1 overexpression involves in proliferation of airway smooth muscle cells and lung fibroblasts， inducing extracellular matrix production and subepithelial fibrosis. In this review， we will present a synopsis of current WISP-1 research with particular attention paid to the role of WISP-1 in airway remodeling of asthma.

Key words：Asthma; Airway remoldeling; WISP-1; CCN family氣道重塑是支氣管哮喘的重要病理特征之一，是導致哮喘患者肺功能減損、慢性化發展及治療困難的重要原因。其主要病理特點包括上皮細胞脫落、氣道平滑肌增生肥大、成纖維細胞增殖、細胞外基質增生、基底膜增厚、膠原沉積等[1]。引起氣道重塑的的因素復雜，現已發現參與氣道重塑過程的細胞因子包括腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor， TNF）、內皮素（Endothelin， ET）、白介素-5（Interleukin-5， IL-5）、轉化生長因子-β（Transforming Growth Factor， TGF-β）、基質金屬蛋白酶-9（Matrix Metallo Proteinase-9， MMP-9）、Wnt誘導的分泌型蛋白-1（Wnt-inducible signaling pathway protein-1， WISP-1）等[2-6]。其中，WISP-1作為新的致纖維化因子之一，與氣道重塑的關系成為近年來哮喘機制研究中的一大熱點。

WISP-1由Hashimoto等人[7]于1998年在對大鼠高轉移性和低轉移性黑色素瘤細胞突變體進行RNA差異篩選時首次發現，并發現它在低轉移性的細胞中表達。WISP-1為CCN家族中的一員，CCN家族成員包括結締組織生長因子（CTGF，CCN1）、高半胱氨酸蛋白61（Cys61，CCN2）、腎母細胞瘤過度表達基因（NOV，CCN3）、WISP-1（CCN4）、WISP-2（CCN5）、WISP-3（CCN6）。已有研究證實，WISP-1為Wnt/β-catenin信號通路的下游靶基因，是一種富含半胱氨酸的基質分泌型蛋白，主要表達于器官形成過程以及纖維化、腫瘤等多種病理狀態，通過不同途徑調控細胞增殖、細胞存活、細胞分化以及細胞外基質的分泌。最近的研究發現，WISP-1亦與哮喘患者氣道重塑密切相關。因而，其異常表達可能闡明發生氣道重塑的哮喘患者肺功能損害、激素抵抗的分子機制。現就WISP-1的結構、表達、生物學功能及其與哮喘氣道重塑關系的進行詳細闡述。

1WISP-1的結構

編碼人類的WISP-1基因位于染色體8q24.1-8q24.3，長度為211bp，由5個外顯子和4個內含子組成，其編碼產物為367個氨基酸所組成的富含半胱氨酸的分泌性蛋白多肽，即WISP-1蛋白。WISP-1蛋白分子包含1個N末端定位序列和4個保守的結構模塊，每一個功能結構域和定位序列都起始于一個單獨的外顯子。模塊Ⅰ為胰島素樣生長因子（Insulin-like growth factor， IGF）結合域，包括12個半胱氨酸殘基，與胰島素樣生長因子結合蛋白有相同的序列（GCGCCXXC），是一個公認的胰島素結合模式；模塊Ⅱ由血管性血友病因子C型（Von Willebrand factor type C， VWC）重復分子組成，含10個半胱氨酸殘基，是一個寡聚化結構域，這個區域的功能與蛋白復合物的形成有關；模塊Ⅲ為血小板反應蛋白Ⅰ型重復區（Thrombospondin typeⅠrepeat， TSR），其可能參與了結合可溶性的基質大分子；模塊Ⅳ在結構上為C末端模式，包含10個半胱氨酸，是一個糖蛋白受體，也可參加齊聚反應[7]。

2WISP-1的生物學特性及其功能

Pennica等學者[8]發現，WISP1可在多種組織器官中表達，如心臟、腎臟、肺、胰腺、胎盤、卵巢、小腸和脾臟等。在不同組織器官及生物學過程中，其表達水平有很大差異性。在肺和骨骼的發育過程中，WISP1呈高表達狀態。在多種腫瘤細胞系中，如肺癌、結腸腺癌、乳腺癌及肝細胞癌等，亦可發現WISP1的上調。此外，在骨關節炎動物模型的滑膜及軟骨組織中以及心肌梗死動物模型的心肌成纖維細胞、肺纖維化化動物模型的肺泡上皮細胞、哮喘動物模型的氣道上皮細胞、氣道平滑肌細胞及肺成纖維細胞[9-13]中均可檢測到大量WISP-1表達。WISP1蛋白在人體內最早發現于Wnt1過度表達的細胞中。已證實，WISP1是經典Wnt/β-catenin通路的下游靶基因。到目前為止發現，WISP1介導的主要信號級聯通路為PI3K/Akt，WISP1可誘導Akt磷酸化，通過調控細胞增殖、存活、生長、分化，參與組織器官的發育、腫瘤的發生發展、損傷的愈合、及組織器官的纖維化、重構等過程。

3WISP-1在哮喘氣道重塑中的作用

氣道重塑是氣道組織受到慢性炎癥反復刺激的結果，細胞因子和炎性介質在其中發揮重要作用，它們通過不同信號級聯通路刺激肺成纖維細胞、氣道上皮細胞、氣道平滑肌細胞等異常活化，引起杯狀細胞增生和化生，導致細胞外基質大量釋放，促進氣道上皮下纖維化，從多個角度導致氣道重塑的形成。WIPS1是近年來發現的致纖維化因子之一，它可通過不同信號途徑與細胞外基質蛋白相互作用，參與氣道重塑的發生和發展。

3.1 TNF-α/WISP1信號通路與氣道重塑的關系現已知腫瘤壞死因子（TNF）、內皮素（ET）、白介素（IL）、轉移生長因子-β（TGF-β）、表皮生長因子（EGF）等數十種細胞因子都與氣道重塑有密切關系。田等[12]研究者發現，在大鼠哮喘模型的肺組織中，氣管內大量炎性細胞浸潤，粘膜下水中，部分上皮脫落，管壁不規則增厚，且伴有WISP1在mRNA及蛋白水平上的表達明顯上調，其表達水平呈時間依賴性。在體外用IL-1β、IL-4、IL-13和TNF-α刺激氣道上皮后，發現WISP1 mRNA和蛋白表達水平均明顯升高，其中TNF-α刺激氣道上皮細胞后WISP1表達水平升高最為顯著。以上結果表明，在動物哮喘模型中WISP1高表達，故WISP1參與了支氣管哮喘發生發展的病理過程，且可能與哮喘氣道重塑相關。在體外實驗中，不同炎性因子刺激氣道上皮細胞后，以TNF-α刺激下WISP1表達的上調最為顯著。故推斷在哮喘患者中，不同炎性因子，尤其是TNF-α可誘導氣道上皮細胞中WISP1高表達，并異常活化了EMT，同時與TNF-α等炎性因子相互作用，使上皮下成纖維細胞活化、肌成纖維細胞轉化、基質沉積加重等，促進了哮喘氣道重塑的發生。但TNF-α誘導WISP1表達上調的分子機制尚不明確，仍有待進一步研究探索。目前多個研究已證實WISP1為經典Wnt途徑的下游靶基因，且通過Akt信號參與器官纖維化過程，因此，下一步的研究可進一步明確Wnt通路及Akt通路是否也參與介導了以上過程，則可進一步闡述氣道重塑的機制，且通路中的重要分子則可能成為哮喘治療中的重要靶點。

3.2 WISP1通過MMP-9途徑參與氣道重塑MMP-9是MMPS蛋白家族的主要成員，正常情況下它能降解IV型膠原、纖維連接蛋白、層粘連蛋白等細胞外基質（ECM），而TIMP-1是MMP-9抑制物，通常與MMPS家族蛋白酶按1：1比例釋放，二者的平衡保持正常機制的穩定。在哮喘發生時，MMP-9含量異常升高，ECG的降解和沉積平衡遭到破壞，過度的降解膠原和彈性蛋白，有利于炎癥細胞透過基底膜侵潤支氣管壁，促進氣道炎癥和高反應性的而發生，并激活生長因子，促進氣道重塑的形成[14-17]。而最近Melanie konigshoff等[11]的研究顯示，WISP1的高表達能激活MMP-9等基因的表達，進一步證實了WISP1在氣道重塑中的作用。

3.3 WISP1通過Wnt/β-catenin途徑參與氣道重塑氣道上皮細胞炎性損傷是哮喘的一個顯著特征，在哮喘發病機制中，氣道上皮細胞的損傷和修復在組織重塑中扮演重要角色。陳等[18]研究者通過建立上皮與成纖維細胞共培養模型，發現損傷氣道上皮在觸發、增強與其位置密切的上皮下成纖維細胞活化、轉分化過程中具有重要作用。進一步研究表明，WISP1、Cyr61可通過β-catenin/p300信號途徑參與中性粒細胞遷移相關的炎性損傷后的肺上皮修復過程[19]。故我們推測，WISP1可能通過經典Wnt通路參與炎性損傷后的氣道上皮修復，進而誘導上皮下成纖維細胞的活化及肌成纖維細胞的轉化，促進上皮下纖維化，參與哮喘氣道重塑的發生發展。因此，促進損傷上皮的正常修復，打斷上皮與上皮下成纖維細胞間的異常信息交流，可能成為未來哮喘防治新的靶點。

有研究報道，TGF-β表達上調可通過誘導氣道平滑肌細胞中ECM大量釋放而引起氣道重塑的發生，且在研究中進一步證實了β-catenin信號參與了TGF-β誘導的氣道平滑肌中ECM過度表達[20]。而WISP1是經典Wnt通路的下游靶基因，故我們可進一步推測，WISP1可能通過參與經典Wnt通路而誘導氣道平滑肌細胞異常活化，釋放大量細胞外基質成分，促進氣道重塑的發生。

3.4 WISP1通過Akt途徑參與氣道重塑氣道上皮下纖維化和細胞外基質（ECM）大量沉積是哮喘氣道重塑主要特征之一，上皮下膠原沉積量與氣道重塑的嚴重程度密切相關。大量研究證明WISP1是上皮纖維化和細胞外基質沉積的重要上游因子，參與多種器官、組織重塑的發生。新近研究發現，在動物哮喘模型中，WISP-1表達水平顯著上調，抑制WISP-1后能顯著減少肺組織中的膠原沉積，減輕氣道病理重塑的程度；同時發現WISP-1在體外能通過Akt/GSK-3β信號誘導肺成纖維細胞增殖和膠原釋放[13]。以上結果再次驗證了WISP1參與了氣道重塑過程，且提示WISP1可能通過Akt/GSK3β信號誘導肺成纖維細胞的異常活化和膠原大量釋放，促進氣道重塑的形成。

3.5 WISP1基因多態性與氣道重塑的關系WISP-1是Wnt信號通路的下游靶基因，Sunita Sharma等[21]研究者用基因篩選的方法首次直接發現Wnt通路與哮喘有關。他們在不同的肺發育階段（7~16w和17~26w）表達的1776個基因中，選取了5個Wnt信號通路上的基因進行檢測， 3個基因中的13個基因多態性顯示與哮喘患者肺功能（FEV1，FVC，FEV1/FVC）相關，其中兩個基因相關性最顯著，WISP1與FEV(P=0.0005)、FVC(P=0.0004)相關。提示Wnt信號通路中WISP1及WIF1與哮喘患者肺功能呈顯著相關性。氣道重塑在哮喘早期便已發生，與氣道炎癥相互作用促進哮喘發展，而此研究中表現的WISP1與哮喘肺功能直接相關性可能與其參與氣道重塑有關。

4展望

目前關于WISP1因子與哮喘氣道重塑關系的研究有限，其復雜的作用機制仍有待更深入的探討。探索以WISP1為靶點抗哮喘氣道重塑的可能性，將為哮喘患者慢性化發展的阻斷、肺功能改善以及對激素抵抗性哮喘的治療提供潛在的作用靶點及干預途徑，具有潛在的臨床應用價值。

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編輯/哈濤