Wnt通路在哮喘氣道重塑中的作用及維生素D調控

黃 悅 張維溪

支氣管哮喘是一種慢性氣道炎性疾病，臨床表現為胸悶、喘息、呼吸困難及咳嗽。氣道重塑是哮喘的典型病理生理特征，在哮喘早期即可發生，如何預防或緩解氣道重塑將成為治療哮喘的重要靶點。而Wnt信號轉導通路在哮喘氣道重塑中起著一定的作用。維生素D作為一種可由自身合成的激素，在正常人體生長發育中起著重要的作用。近年來研究發現維生素D在哮喘預防及治療中的作用亦不容小覷。然而，維生素D對哮喘的調節機制尚不明確，本文就維生素D與Wnt信號轉導通路的潛在關系進行闡述，為維生素D預防及治療哮喘提供依據。

一、 Wnt信號通路的生物學特性

Wnt信號傳導通路是一條古老的，進化保守的信號傳導通路。早期研究表明，影響果蠅生長發育的突變體，無翼(wg)與誘導小鼠乳腺腫瘤基因int-1同源，統一命名為Wnt[1～3]。在哺乳動物中，Wnt配體家族由19種不同的配體組成，并根據是否依賴β-catenin的激活轉錄，分為經典Wnt/β-catenin通路及非經典Wnt通路[4]。

在經典Wnt/β-catenin通路中，β-catenin作為黏附連接蛋白，與細胞骨架粘連中至關重要，且其轉移至核內，即可發揮其對轉錄過程的調節作用[5]。 Wnt信號的激活通過結合卷曲蛋白受體(FZD1-10)，利用低密度脂蛋白相關蛋白LRP5/6信號轉導，致β-catenin破壞復合物失活，從而使β-catenin在胞質中積累并進入細胞核[6，7]。非經典Wnt信號轉導通路的激活依賴于特定Wnt配體與FZD受體的結合，不同于經典途徑的是，它獨立于LPR5/6共受體。非經典的Wnt信號轉導涉及平面細胞極性(PCP途徑)，鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/CAMKⅡ)信號轉導和(或)各種較不明確的下游效應分子的細胞內信號轉導分子的激活。近年來，越來越多實驗發現了Wnt信號通路在肺部疾病發生、發展的作用，如哮喘、COPD、肺動脈高壓及特發性肺纖維化等[8，9]。本文主要就哮喘進行闡述。

二、Wnt信號通路與氣道重塑

支氣管哮喘是一種慢性氣道炎性疾病，氣道重塑是其主要病理生理特征，且在疾病早期即可出現，表現為氣道平滑肌增厚、氣道基膜增厚、細胞外基質沉積、炎性細胞浸潤和腺體增生肥大[10]。Kwak等[11]研究表明，哮喘患者痰液中Wnt7α表達量較正常人明顯升高，而在哮喘小鼠中，Wnt/β-catenin表達量增加，若抑制Wnt/β-catenin通路，小鼠上皮下纖維化及膠原累積明顯減少，氣道重塑程度明顯降低。

在哮喘氣道重塑過程中，氣道平滑肌的增殖與重構起著至關重要的作用。有研究表明，Wnt通路中的一些信號轉導組分可激活GSK3β信號介導的哮喘氣道平滑肌(ASM)重構[12]。Kumawat等[13]研究顯示，從哮喘患者中分離的氣道平滑肌細胞Wnt-5α的表達量顯著高于正常組，且受氣道平滑肌表達膠原和纖連蛋白所需的TGF-β所誘導。有研究表明，使用ICG-001，干擾β-catenin/CPB結合，可強烈且劑量依賴性的抑制平滑肌的生長，抑制由TGF-β1誘導的細胞外基質的生成。在卵清蛋白(OVA)致敏的哮喘小鼠模型中，β-catenin靶基因的表達對OVA刺激敏感，ICG-001局部治療可以預防此變化。有趣的是，ICG-001劑量依賴性地減少了重復OVA激發后的氣道平滑厚度，但對氣道周圍膠原沉積，黏液分泌或嗜酸性粒細胞浸潤沒有影響[14]。此外，在他們氣道平滑肌細胞的研究中發現，在收縮的平滑肌細胞中，Wnt-11優先表達，并在TGF-β1誘導肌細胞成熟后，Wnt-11表達量明顯上調。抑制Wnt-11的表達后，TGF-β1誘導的平滑肌-α-肌動蛋白表達明顯被抑制[15]。

然而，Reuter等[16]研究指出，Wnt-11過表達可減輕哮喘小鼠氣道炎性和氣道高反應性，并在體外實驗中證明，抑制β-catenin降解，可導致DC依賴型T細胞活化受損。

三、維生素D與Wnt信號通路

維生素D是一種脂溶性維生素，其在生物體內的主要活性成分為1-25(OH)2D3。維生素D參與調節體內固有免疫及適應性免疫過程[17]。有研究顯示，維生素D受體缺失小鼠中，血清IgE水平明顯高于野生型小鼠，足量的維生素D血清濃度有利于維持血清低IgE環境[18]。故有實驗證明，維生素D缺乏不僅對生長發育過程產生影響，且在不同的過敏性疾病如哮喘、特應性皮炎和食物過敏等起重要作用[19]。在對哮喘疾病的研究中，Hollams等[20]對高危兒童維生素D與哮喘前10年的前瞻性研究，發現嬰兒期及學齡前期(0.5歲、2～3歲)的維生素D缺乏增加了之后哮喘、喘息及過敏癥狀的發生率。最新研究表明，維生素D也可通過影響腸道菌群的組成與分布及氣道抗病毒能力等，進而影響哮喘的發生、發展[21，22]。

維生素D缺乏可增加哮喘患病率，Kim等[23]通過對韓國80名6～14歲兒童的血清維生素D及肺功能的調查，發現兒童哮喘患者血清維生素D濃度明顯低于正常兒童血清維生素D濃度，且維生素D濃度每下降1ng/ml，哮喘患病率即增加0.79倍。此外有研究發現，維生素D濃度與呼出氣一氧化氮(FeNO)、第1秒用力呼出量(FEV1)、用力肺活量及哮喘嚴重度相關[24～26]。

然而，維生素D調控哮喘發生、發展的具體機制尚不明確。1-25(OH)2D3為維生素D的活化形式，在體內各個系統中都起到重要的作用。Youngtae等[27]在小鼠胸腺腫瘤原始細胞的研究中，通過向FVB/N小鼠左側乳房脂肪中原位種植胸腺腫瘤干細胞，分別予以普通飼料、維生素D缺乏飼料及維生素D補充飼料喂養，普通飼料組予以腹腔注射1-25(OH)2D3，與維生素D缺乏飼料喂養組比較，1-25(OH)2D3注射組與維生素D補充飲食組腫瘤生長速度明顯降低，β-catenin表達量降低，且在乳腺腫瘤干細胞培養中，1-25(OH)2D3通過抑制Wnt/β-catenin通路降低增殖率及腫瘤球形成。通過向腫瘤干細胞中轉染過表達β-catenin的質粒，發現可抵抗其抑制腫瘤球體形成的作用。Gr?schel等[28]通過對CB-17嚴重免疫缺陷小鼠分別予以低濃度維生素D飼料及高濃度維生素D飼料進行飼養，發現飼喂高維生素D的小鼠結腸中，促進β-catenin降解的ROR2的表達水平上調，而β-catenin和TCF4蛋白表達降低。而腺瘤細胞系(LT97)細胞培養中，1-25(OH)2D3可增加其細胞分化，并降低核β-catenin及Wnt靶基因BCL-2表達水平，有研究顯示,1-25(OH)2D3可促進DKK-1及DKK-4的基因表達，從而抑制Wnt通路[29]。

維生素D受體(VDR)為1-25(OH)2D3的核受體，為核受體超家族的成員，是一種配體調節的轉錄因子，可與靶基因的特定序列結合并調節其表達[29]。Al-Hendy等[30]通過利用不同濃度1-25(OH)2D3培養基分別培養人子宮肌瘤細胞系(HuLM)及人原代子宮肌瘤細胞(PUF cells)，發現β-catenin、Wnt-4及Wnt誘導的分泌性蛋白1(Wisp1)表達均下降。然而，沉默人子宮平滑肌細胞系(UtSMC)的VDR基因后，其Wnt-4、β-catenin表達量增加，且正常子宮肌細胞的增殖率增加，并促使細胞外基質的生成及纖維化進展。Lim等[31]通過人角質細胞及人卵泡真皮乳頭細胞(DP cells)，利用DKK-1處理后，VDR及β-catenin表達量呈劑量依賴性降低。此外，有研究表明，1-25(OH)2D3可通過促進VDR與β-catenin結合及誘導E-鈣黏蛋白的表達抑制Wnt/β-catenin通路[29]。然而，在哮喘氣道重塑中，維生素D是否通過Wnt信號轉導通路調控哮喘的發生、發展還有待研究。

四、展 望

Wnt信號通路通過促進平滑肌增殖與收縮、上皮纖維化、膠原沉積等促進哮喘氣道重塑的發生。維生素D作為可由自身合成的類激素維生素，可通過調節免疫功能、增強氣道抗病毒能力等改善或延緩哮喘的發生、發展。然而，大量臨床試驗證明，維生素D缺乏可促進哮喘的發生，且在哮喘兒童中亦存在大量維生素D缺乏者，并增加其哮喘急性發作可能及哮喘控制不佳等情況。但維生素D在哮喘中的作用機制尚不明確。旁觀其他各系統疾病，維生素D被證實與Wnt信號通路有關，可能作為未來改善支氣管哮喘氣道重塑的治療靶點，值得進一步研究。