氣道黏蛋白Muc5B表達與慢性阻塞性肺疾病的研究進展

邵春 陳林 譚小武 周芳

作者單位：421000 湖南 衡陽，南華大學附屬第二醫院呼吸與危重癥醫學科

研究發現黏液高分泌與慢阻肺患者的肺功能加速下降和高住院治療率相關[1]，關于黏蛋白合成及分泌相關機制，大致包括表皮生長因子、缺氧誘導因子-1、香煙煙霧及炎癥介質等關鍵因子[2]，而COPD發生發展與炎癥介質的關系密不可分。通過鼻息肉及氣道相關研究發現，炎癥環境的存在嚴重影響黏液分泌，如白介素13(Interleukin 13，IL-13)可刺激MUC5B大量表達[3]。因此闡述目前炎癥介質與黏蛋白分泌及合成之間的關系及其作用機制是本綜述主要內容。

慢阻肺的黏液高分泌概述

在人體內，呼吸系統第一道天然防線是呼吸道黏液屏障，黏液在肺中有兩種重要的穩態功能:天然氣道防御和氣道表面水化。一是抵抗外來細菌、病原體入侵，二是維持上皮的張力和對機械應力的反應[4]。氣道主要黏蛋白成分是黏蛋白5AC(Mucin5AC,MUC5AC)和黏蛋白5B(Mucin5B,MUC5B)[5]，在正常肺組織中，MUC5B主要在主氣管支氣管黏膜下腺中表達，也表達于細支氣管氣道的杯狀細胞中，通過粘液纖毛清除(mucocclearance,MCC)維持呼吸道健康，在受金葡菌感染小鼠體內發現，MUC5B可誘導已活化巨噬細胞及中性粒細胞聚集，釋放大量炎癥介質誘導炎癥反應[6]，大量臨床數據顯示，在一些慢性氣道疾病中黏蛋白的過度表達往往會加重疾病狀態[4]，Muc5B是目前唯一確定的支氣管分泌蛋白，Muc5B、MCC及炎癥之間的新型關系可能影響到氣道疾病的治療。通過研究Muc5B缺陷型和Muc5B過表達小鼠發現，Muc5B變體可廣泛調節人的氣道穩態、疾病發病機制和黏膜免疫功能[6]，Muc5B是COPD患者氣道黏液的主要成分，MUC5B表達上調是COPD氣道黏液高分泌區別于哮喘的特征性表現[2]。

炎癥介質介導黏蛋白高分泌的機制

一、IL-33

白介素33(Interleukin 33，IL-33)作為白介素1家族受體ST2的配體[7]，主要表達于上皮細胞和內皮細胞[8]，是TH2炎癥細胞反應的啟動因子。目前研究已證實IL-33是一種促黏液分泌劑，誘導黏液分泌和杯狀細胞增生。采用定量RT-PCR檢測IL-33介導下Muc5B及FOXA3 mRNA的表達，結果表明IL-33可增加杯狀細胞表面標志物(MUC5B、FOXA3)的水平，有報道稱IL-33誘導杯狀細胞增生可能來源于免疫細胞的內源性IL-13作用，亦有實驗數據發現IL-33可直接刺激杯狀細胞增生及黏液分泌，目前關于IL-33介導黏液分泌是否需要免疫介導暫無確切說法[9]。經治療后COPD患者血清中IL-33水平顯著下降，可見IL-33不僅介導黏液及杯狀細胞增生，還可用于判斷COPD病情變化及評估COPD的進展[8]。

除此之外，IL-33還可能作為輔助因子刺激其他炎癥因子在COPD中表達。如IL-33可誘導杯狀細胞中白介素8(Interleukin 8，IL-8)產生，促進中性粒細胞浸潤氣道[7]。閔江等人研究發現IL-33可通過誘導2型先天淋巴樣細胞釋放大量Th2炎癥因子參與調節COPD免疫應答，引起氣道黏液分泌和氣道高反應性[10]。

二、IL-13

IL-13是由T細胞、肥大細胞和嗜酸性粒細胞產生的T2細胞因子，主要作用于炎癥細胞、支氣管上皮和氣道平滑肌[11]，現IL-13已被證實可刺激體內外的黏液產生及杯狀細胞化生。研究發現胚胎時期肺組織在rIL13刺激下，可顯著地觀察到Muc5B的產生[12]，有數據顯示IL-13不僅是促炎因子更是一種促黏液分泌劑，可通過特異性誘導ERK1/2和P-38、JNK蛋白活化，上調MUc5B mRNA表達及杯狀細胞增生[5]。用化學方法誘導杯狀細胞密度減低用于模擬干眼發現，局部應用IL-13可上調MUC5B表達，并恢復Muc5B陽性的杯狀細胞密度[13]。研究IL-13介導的氣道上皮細胞的體內重塑發現，IL-13刺激后，氣道上皮細胞出現黏液細胞化生現象，致使大部分纖毛細胞向黏液分泌細胞轉化，降低了纖毛清除能力，同時產生大量黏液素[14]。

三、IL-8

巨噬細胞來源的IL - 8，主要由肺成纖維細胞產生。是一種中性粒細胞趨化劑和黏蛋白誘導劑，其水平在COPD患者的支氣管上皮細胞中顯著表達[15]。目前IL-8已被證明是支氣管擴張、慢性阻塞性肺病和過敏性哮喘的促炎標志物[16]。研究發現，支氣管平滑肌中IL-8的釋放可受多種因素影響，如酸性PH刺激的支氣管平滑肌中，IL-8可通過卵巢癌G蛋白偶聯受體1介導的胞內信號通道MEK1/2-ERK1/轉導產生和釋放[17]。香煙煙霧可通過中性粒細胞彈力酶介導蛋白酶激活受體2誘導人支氣管上皮細胞產生IL-8[18]，銅綠假單胞菌衍生的鞭毛蛋白可通過支氣管上皮細胞的Toll受體5和Toll受體4相互作用誘導p38和ERK磷酸化參與IL-8的釋放[19]。IL-8在COPD發展中的作用，一方面是促進中性粒細胞聚集超炎性免疫反應，另一方面是介導黏液高分泌，因而調控巨噬細胞/中性粒細胞內流及控制IL - 8水平可能是COPD有價值的治療途徑[15]。而目前關于IL-8介導黏液高分泌機制仍有待探討。

白介素介導黏蛋白分泌的信號通道

大部分炎癥因子介導黏蛋白分泌的主要通道有JAK/STAT6通道、Notch3通道、ERK1/2通道以及NF/JB等通道，下文就JAK/STAT6通道及Notch3通道進行闡述。

一、JAK/STAT6通道

STAT即信號轉導子和轉錄激活子，目前STAT家族已有七個成員，即STAT1-STAT6，所有STAT蛋白分子由7個不同的功能結構域組成：N-端保守序列、螺旋結構、DNA結合區、連接區域、SH3結構域、SH2結構域、C-端的轉錄激活區。JAK相關受體主要包括干擾素受體家族，白介素受體家族，JAK即酪氨酸激酶，JAK蛋白家族包括4個成員：JAK1、JAK2、JAK3、JAK4，以及TyK2，他們在結構上有七個JAK同源結構域(JH)，其中大部分細胞因子及生長因子可通過JAK-STAT信號途徑參與細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調節等多種生物學過程。

據報道發現，STAT家族大部分成員可被JAK家族的可溶性酪氨酸激酶激活，如位于Tyr705殘基的STAT3的磷酸化，則是由相關受體介導的酪氨酸激酶介導的[20],JAK由細胞因子受體超家族活化，炎癥因子與相關受體結合，誘導受體聚集，形成同源或異源二聚體，激活JAK的自磷酸化，JAK/STAT信號轉導通道被激活[21]。其中與黏液分泌最密切相關的是JAK/STAT6/FOXA2途徑。STAT6的激活在卵蛋白小鼠模型中被證實是黏液化生所必需的[14]，STAT6信號被相關炎癥介質與其特異性受體結合激活，導致STAT6磷酸化，FoxA2表達下調，從而使杯狀上皮化生、黏液分泌[22]。而有數據表明，除炎癥介質外，大多數肺部病原體感染(如肺炎支原體、肺孢子蟲、肺囊蟲等)也可通過激活該通道從而引起黏蛋白分泌[23-25]。

二、Notch3通道

Notch信號通道是高度保守的家族，主要由Notch、Notch配體和CSL等組成。有四個Notch配體及(Notch1-4)及五個Notch配體(DLL1、3、4和jagged1、2)，經典的Notch信號通路又稱CBF-1/RBP-Jk依賴途徑。近年來Notch信號通道已成為調控傳導氣道中杯狀細胞分化及黏液分泌的關鍵信號通道，且已被證明可以調節上皮祖細胞的纖毛與分泌譜系的分化，并協調發育中的肺的形態發生。不同的炎癥介質調節不同的Notch信號轉導，如Dll4-notch1主要用于調節肺血管生成平衡，而jagged1介導的Notch信號通路調控人氣道上皮分泌細胞的分化[26]，通過研究有無感染鼻病毒的慢阻肺氣道上皮培養物發現，Notch3通道可誘導慢性阻塞性肺疾病細胞持續杯狀上皮化生，從而增加黏蛋白基因表達,同時發現Notch3或Notch1的活性區域過表達，可使上皮細胞向分泌細胞分化，纖毛細胞也隨之減少[27]。

展望

目前針對黏液高分泌主要治療方案仍以祛痰治療為主，主要著重于改變黏液的黏彈性，并促進黏液清除。就此來看慢性黏液高分泌癥的治療仍具有挑戰性，因此，未來在慢阻肺高黏液分泌治療可能分為兩個方面：一是更好地理解慢阻肺中高黏液分泌機制及其與炎癥介質之間的關系，二是著力于深入探索氣道黏液高分泌產生的相關信號通路及關鍵作用靶點。