呼吸系統疾病中p38 MAPK信號通路對糖皮質激素受體的調控

呂天宜，李得民，程思益，楊道文

(中日友好醫院呼吸中心中醫肺病科 國家呼吸醫學中心 中國醫學科學院呼吸病學研究院 國家呼吸疾病臨床醫學研究中心世界衛生組織戒煙與呼吸疾病預防合作中心，北京 100029)

糖皮質激素受體(glucocorticoid receptor，GR)是一種配體依賴的轉錄活化因子，其與糖皮質激素(glucocorticoid，GC)結合發揮作用是GC治療呼吸系統疾病的最主要機制[1]。作為最主要的抗炎劑，GC在慢性氣道炎癥性疾病中的療效已得到廣泛認可。p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路可引起GR功能變化，在GR信號轉導通路中具有關鍵作用，可通過抑制 p38 MAPK信號通路的活化，調節GR的功能，提高GR對GC的應答效率，達到治療呼吸系統炎癥的目的[2]。近年來，GC抵抗現象逐漸成為GC抗炎療法的最大威脅之一[3]。一部分哮喘和未經治療的急性肺損傷(acute lung injury，ALI)患者以及幾乎所有的慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者均表現出對GC治療的不敏感[4-5]。隨著研究的不斷深入，p38 MAPK信號通路被證實可以通過提高功能性GRα的數量，改善激素不敏感現象[6]。另外，p38 MAPK抑制劑也可改善GC抵抗現象，但僅停留在實驗室，尚未被應用于臨床[7]。因此，進一步探索p38 MAPK信號通路對GR的調控作用，對于提高GC抗炎療效、改善激素不敏感現象均具有重要作用。現就呼吸系統疾病中p38 MAPK信號通路對GR的調控作用予以綜述。

1 GR與p38 MAPK信號通路

GR主要分為3個亞型，即GRα、GRβ和GRγ，GC主要與功能性GR亞型——GRα結合，發揮治療作用。GR對GC的應答效率主要取決于GRα的數量和親和力[6]。如果GRα數量較少，親和力降低，則GC的反應性降低，最終導致抗炎療效減弱以及GC抵抗現象[8]。在應用GC治療的患者中，約30%的患者會出現對GC的不敏感，其中4%～10%的哮喘患者、部分ALI患者以及幾乎所有的COPD患者會發生GC不敏感現象[5,9-10]。

MAPK級聯反應信號通路是最關鍵的細胞內信號通路之一，其通常經過三激酶級聯激活，即MAPK、MAPK激酶和MAPK激酶激酶[11-12]。MAPK主要分為胞外信號調節激酶、c-Jun氨基端激酶和p38 MAPK三個途徑，其中p38 MAPK途徑主要與炎癥、細胞生長和應激反應密切相關。p38 MAPK信號通路既存在于細胞質內，也存在于細胞核中，p38 MAPK可以被一系列中間反應激活，激活后的p38 MAPK最終被轉移到細胞核中參與生物過程[13]。p38 MAPK相關上游因子可以活化磷酸化p38 MAPK信號通路，誘導細胞因子的產生，引起肺部炎癥；同時，磷酸化p38 MAPK又能影響GR功能，參與呼吸系統疾病的病理過程[14]。GC是人體內最重要的激素之一，GC與GR結合影響機體生理活動是其發揮治療作用的主要機制。GC與GR結合后可影響MAPK信號通路，從而調節機體活動，由GR介導的GC對MAPK通路的影響取決于細胞來源的組織和該組織中MAPK的生理作用，在呼吸系統組織中表現為抑制MAPK信號通路的活化[15-16]。一方面，GC與GR結合可導致GR結構的變化，抑制p38 MAPK信號通路的激活，避免因p38 MAPK信號通路活化磷酸化引起的肺組織炎癥[17-18]；另一方面，抑制p38 MAPK信號通路活化，可以避免活化后的p38 MAPK使GR磷酸化，導致GRα數量減少，產生GC抵抗現象[19]。

2 p38 MAPK信號通路對GR的調控作用與呼吸系統疾病

2.1p38 MAPK信號通路對GR的調控與哮喘

2.1.1p38 MAPK信號通路與GR相關抗炎作用 哮喘是呼吸系統最常見的疾病之一，由多細胞及細胞組分參與的氣道慢性炎癥是其重要病理特征，這種氣道炎癥與氣道高反應性相關，通常出現廣泛的氣流受限，引起相關癥狀。GC是被廣泛認可的治療哮喘的手段，也是最有效的抗炎劑，GC與GR結合可抑制炎癥因子的表達，起到抗炎作用[20]。核因子κB(nuclear factor-kappaB，NF-κB)是一種蛋白質復合物，可控制DNA的轉錄、細胞因子的產生和細胞存活，并參與機體的炎癥反應，其過度激活與許多炎癥疾病密切相關[21]。激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)是機體內一類重要的核轉錄因子，其是由c-Fos和和c-Jun組成的異二聚體[22]。NF-κB、AP-1是肺部炎癥反應中的重要轉錄因子，可以參與肺組織中炎癥因子的表達，同時均受MAPK信號通路的調節[23]。文獻報道，GC可以通過與GR結合，調節MAPK信號通路，抑制NF-κB、AP-1等轉錄因子，從而下調炎癥因子的表達，抑制哮喘相關炎癥反應[24]。

雙特異性磷酸酶1是一種重要的MAPK信號通路抑制因子，可以特異性催化已經活化的MAPK激酶中氨基酸基團的水解，使已經活化的p38 MAPK與c-Jun氨基端激酶去磷酸化修飾，抑制白細胞介素(interleukin，IL)-6、腫瘤壞死因子等炎癥因子的過度分泌，在細胞炎癥反應中起關鍵的負調控作用[25-26]。同時，雙特異性磷酸酶1可以作為一種GR激動劑，通過抑制MAPK信號通路的活化提高GC的抗炎作用[26]。研究證實，在GR敲低的哮喘模型中雙特異性磷酸酶1可以作用于GR，從而調節由MAPK通路介導的炎癥反應[25]。這為雙特異性磷酸酶1通過調節GC與GR結合介導MAPK通路、改善哮喘患者炎癥反應提供了有力證據。

2.1.2p38 MAPK信號通路與GR敏感性 在治療哮喘的過程中，GC可以抑制患者體內的炎癥反應，減輕相關癥狀，然而并不是所有的哮喘患者均能受益于GC，5%～10%的哮喘患者表現出激素不敏感現象[27-28]。而p38 MAPK信號通路與哮喘患者體內GC抵抗現象密切相關，p38 MAPK抑制劑的應用可以改善GC的敏感性[29]。進一步研究表明，糖皮質激素誘導轉錄1(glucocorticoid-induced transcript 1，GLCCI1)基因及其功能位點以及1,25-二羥維生素D等均參與了p38 MAPK介導的GC抵抗[30-31]。

GLCCI1基因是一種由GC誘導的轉錄基因，可以參與p38 MAPK信號通路中相關GR的表達，同時GLCCI1基因還可以促進p38 MAPK信號通路磷酸化，抑制GR和MAPK磷酸酶-1(mitogen-activated protein kinase phosphatase-1，MKP-1)的活化，導致GC敏感性降低[32]。rs37973是GLCCI1基因上的功能位點，哮喘患者長期吸入GC治療，其rs37973位點表達發生變化，導致患者肺功能降低，對后續繼續使用GC治療的反應較差[33]。Xu等[30]研究發現，rs37973基因的表達可使GR對GC不敏感，導致長期吸入GC的哮喘患者療效較差。

維生素D缺乏是哮喘的危險因素之一[34]。維生素D可以通過誘導MKP-1的表達，抑制p38 MAPK信號通路的激活，從而抑制炎癥因子的合成，且這種作用可以增強人體單核細胞對GC的應答[35]。同時，維生素D可以通過抑制p38 MAPK信號通路的活性，上調GR的表達，導致GR對GC的敏感性增強，從而使GC與GR的結合效應更強[21,31]。但Zhang等[31]發現，無論是對激素敏感的哮喘患者，還是對激素不敏感的哮喘患者，維生素D均可部分增強GR活性，且在對激素敏感的患者中這種現象尤為顯著。可見，雖然維生素D可以通過p38 MAPK信號通路改善GR的敏感性，但與對激素敏感的哮喘患者相比，對激素不敏感的哮喘患者GR的敏感性并不能得到顯著改善。

2.2p38 MAPK信號通路對GR的調控與COPD COPD是一種以慢性呼吸道癥狀和持續氣流受限為特征的疾病，氣道炎癥是COPD的主要致病因素，炎癥反應是COPD病情演變的核心，且炎癥因子的釋放是COPD患者肺組織破壞的核心[36]。GC是COPD最主要的治療方法之一，同時GC與β受體激動劑結合可以顯著改善COPD的急性加重[37]。

p38 MAPK在COPD患者中性粒細胞中高表達，且影響COPD氣道炎癥的發生、發展；p38 MAPK信號通路還可以減少GR的表達，阻礙GR與GC結合，影響GC對COPD的療效[38]。研究表明，p38 MAPK信號通路可以通過GR上的Ser211基因位點調節GR的轉錄[39]；而p38 MAPK抑制劑可以通過調節GR上Ser211的表達，改善COPD患者GR的不敏感性[40]。這一發現為治療COPD提供了新思路，p38 MAPK抑制劑不僅作為抗炎劑治療COPD，還可誘導GR不敏感性的逆轉，治療對GR不敏感的COPD。

此外，p38 MAPK信號通路還可以使GR敏感性降低。MKP-1是一種內源性p38 MAPK抑制劑，可以抑制p38 MAPK的活化，在COPD的治療中GC可以通過提高MKP-1的表達水平，抑制p38 MAPK信號通路[41]。然而有研究表明，在GC抵抗型COPD患者體內，p38 MAPK的高度活化導致GC對MKP-1的調控作用減弱[42]。提示COPD患者的GC抵抗現象可能與GC不能誘導MKP-1表達，進而無法抑制p38 MAPK的活化有關。

2.3p38 MAPK信號通路對GR的調控與ALI ALI是由感染性肺損傷引起的肺炎癥性疾病，目前臨床尚無針對ALI的有效治療方法。迄今為止，GC僅被認為在早期階段對ALI有治療意義[43-44]。因此，明確GC治療ALI的機制極為關鍵。GR是GC調節ALI炎癥反應的重要中介因子，GC與GR的結合對于改善ALI病理過程中的炎癥反應尤為重要，其抗炎作用可以通過抑制p38 MAPK信號通路實現[45]。在ALI患者體內，GC通過與GR結合抑制p38 MAPK通路活化，改善肺部炎癥及全身炎癥，達到保護患者肺組織細胞、緩解癥狀的目的。研究表明，GC-GR二聚體協同p38 MAPK信號通路可誘導鞘氨醇激酶1基因表達，減輕ALI患者肺組織中的炎癥反應[46]。另有研究發現，GC活化GR可誘導肺組織中MKP-1的表達，進而抑制p38 MAPK活化，緩解脂多糖誘導的肺損傷[47]。這些研究闡述了GC治療ALI可能的機制，明確了p38 MAPK信號通路及GR的重要作用，發現了MKP-1、鞘氨醇激酶1等下游因子，為GC治療ALI提供了新靶點。

2.4p38 MAPK信號通路對GR的調控與鼻竇炎-鼻息肉

2.4.1鼻竇炎-鼻息肉與GC抵抗現象 鼻竇炎-鼻息肉是一種發生在鼻腔和鼻竇黏膜的慢性炎癥，可根據伴或不伴有鼻息肉將鼻竇炎-鼻息肉分為兩類。由于GC在改善炎癥、控制鼻息肉增長方面的療效，無論伴或不伴有鼻息肉，GC均為鼻竇炎-鼻息肉的一線治療藥物[48]。雖然GC在大多數鼻竇炎-鼻息肉患者的治療中有效，但仍有部分患者對GC治療不敏感。

在作用機制方面，GC與GR結合才能發揮抗炎作用，而GR主要分為GRα與GRβ兩種變體[43]。機體對于激素是否敏感可能與功能性GRα的狀態有關，GRα與GRβ結合形成二聚體，可使功能性GRα的轉錄活性顯著降低，而p38 MAPK是調控GRα/GRβ表達的主要上游通路[49-50]。研究表明，在GC抵抗型鼻竇炎-鼻息肉患者中GRβ的高表達導致更多的GRα與GRβ結合形成二聚體，GRα/GRβ比值降低，功能性GRα活性降低[50]。細胞因子IL-1β在鼻腔、鼻竇炎癥黏膜及鼻腔分泌物中的水平均異常升高，可導致鼻腔黏膜中GRα表達降低、GRβ表達上升，GR敏感性降低[51]。另有研究表明，在IL-1β依賴型鼻腔黏膜中磷酸化p38 MAPK的表達水平更高，影響GR敏感性[52]。但有試驗表明，支氣管上皮細胞中GR的表達及GC的敏感性與p38 MAPK信號通路無關，與IL-17介導的磷脂酰肌醇-3-激酶信號通路密切相關[53]。提示由不同細胞因子誘導的不同組織，可能通過不同的信號通路，調節GR亞型的表達。

2.4.2鼻竇炎-鼻息肉合并哮喘 鼻竇炎-鼻息肉并不是一種獨立的慢性炎癥性疾病，其鼻黏膜的異常炎癥反應常與哮喘相關[54]。鼻竇炎-鼻息肉與哮喘有強烈的相關性，其嚴重程度與重癥哮喘患者的高氣道反應有直接關系。據報道，晚期鼻竇疾病已成為嚴重哮喘的一種重要的獨立危險因素[55]。GC是治療鼻竇炎-鼻息肉的一線藥物，但在一些鼻竇炎-鼻息肉合并哮喘的患者中激素不敏感現象尤為突出，這與鼻腔微生物感染有關。有證據表明，在鼻竇炎-鼻息肉合并哮喘的患者中，微生物感染可加重鼻黏膜的炎癥反應，且病毒、細菌、長期暴露于內毒素下等因素均會導致對GC不敏感[56]。

脂多糖是一種細菌分解產物，可降低GR的表達水平和親和力，同時脂多糖可以在鼻竇炎-鼻息肉合并哮喘患者的鼻黏膜成纖維細胞中高表達[57]。研究表明，在鼻竇炎-鼻息肉合并哮喘患者的鼻黏膜成纖維細胞中，脂多糖可以增加IL-6和CXC趨化因子配體8的分泌，從而激活p38 MAPK信號通路，下調GR的表達，導致GR對GC不敏感[58]。這為改善鼻竇炎-鼻息肉合并哮喘患者體內GC不敏感現象提供了思路。

3 小 結

p38 MAPK信號通路作為一種重要的細胞內信號轉導通路是近年來的研究熱點。p38 MAPK信號通路對GR的調節已被大量國內外研究所證實，且與多種呼吸系統疾病(哮喘、COPD、ALI和鼻竇炎-鼻息肉等)相關。一方面，在哮喘、COPD、ALI中p38 MAPK信號通路可與GR相互作用，調節呼吸系統自身炎癥；另一方面，在長期應用GC治療的疾病(如哮喘、COPD、鼻竇炎-鼻息肉)中常出現GC抵抗現象，而p38 MAPK信號通路可以調節GR的敏感性，改善GC抵抗現象。因此，深入研究p38 MAPK信號通路對GR的調控機制對于闡述呼吸系統相關疾病的病理生理過程及開發新型治療藥物均具有重要意義。