哮喘相關信號通路的研究現狀

石慧莉，楊一民，王珊珊，范海婷，李 溦，黃永蓮

（1.福建中醫藥大學第二臨床醫學院，福建 福州 350122；2.福建中醫藥大學附屬廈門市中醫院兒科，福建 廈門 361009）

在全球范圍內，哮喘（asthma）發病率呈逐年上升趨勢，是各國面臨的嚴重公共衛生問題。我國約有3000 萬哮喘患者，是全球哮喘致死率最高的國家之一，因此探尋哮喘有效的防治方法意義重大。哮喘具有氣道炎癥、氣道高反應性、氣道重塑三大病理學特征。目前主流觀點認為氣道炎癥是哮喘發病的核心環節，氣道高反應性是因氣道炎癥而貫穿哮喘全過程的氣道病理狀態，氣道重塑是氣道炎癥慢性化發展的必然結果。氣道重塑是在多種炎癥因子的刺激下，氣道損傷、修復調控機制紊亂，導致上皮化生，粘液腺增生、上皮下纖維化、氣道平滑肌在增厚、細胞外基質沉積及新生血管形成等一系列的病理改變。研究表明[1]，哮喘的發生與多條信號通路密切相關，信號通路可作為炎癥發生的調節器，能夠誘導炎癥介質參與哮喘的發生，亦可通過抑制劑降低炎癥介質的表達，抑制炎癥反應，減輕氣道高反應性，進而減緩氣道重塑。近年來信號通路已成為防治哮喘的新熱點，本研究通過對信號通路進行分析，發現STAT 通路、NF-κB 通路及MAPK 通路與哮喘密切相關，通過調控以上通路能夠有效緩解哮喘癥狀以及指導臨床用藥，并為哮喘新的治療方法和新藥研發提供新的治療思路和方向，現就以上3 條信號通路的研究現況綜述如下。

1 STAT 通路

JAK 家族是一類存在于細胞內的、由JAK1、JAK2、JAK3 和TYK2 構成的非受體型酪氨酸蛋白激酶，STAT 作為參與細胞因子應答及細胞活化、分裂、增殖DNA 結合蛋白，其包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5、STAT6 等亞型[2]，能夠傳遞和轉錄信號[3]。

JAK/STAT 信號通路既可被細胞因子激活，又能夠調控細胞因子的表達。細胞因子在胞漿內和受體形成結合位點，JAK 活化，并進一步募集信號至STAT1，以使其激活，活化的STAT1 形成二聚體，激活基因表達，完成信號傳導過程。哮喘的發生，主要機制為Th1/Th2 失衡，Th2 呈優勢化。實驗研究表明[4]，細胞因子IL-27 能夠促進大鼠肺組織STAT1的磷酸化表達，并激活STAT1 細胞信號傳導通路，由此增強Th1 免疫應答，抑制Th2 免疫應答；反之，STAT1 的磷酸化障礙，使抑制Th2 細胞功能受到損害，導致Th1/Th2 平衡失調，存在加重哮喘的可能性。細胞因子IL-4 促使氣道炎癥加重，STAT1 通過JAK/STAT 信號通路激活參與IL-4 傳導，從而引起哮喘的氣道炎癥和氣道高反應性[5]。梁然等[6]研究發現，哮喘患者血清中IL-35 和IL-4、STAT1 呈負相關，表明IL-35 可能通過抑制IL-4 和STAT1 蛋白的表達對哮喘的發生產生作用。

研究表明，STAT2 參與Th1 型細胞因子信號轉導的抑制[7]，STAT2 與磷酸化的STAT1 形成二聚體，可影響Th2 細胞分化，破壞Th1/Th2 分化平衡，同時誘導嗜酸性粒細胞浸潤，使哮喘病情更加嚴重，加重機體炎癥反應與氣道重塑[8]。

STAT3 在STAT3 信號通路中扮演著重要的角色，能夠被某些細胞因子激活，細胞因子的信號通過通路傳入胞內，使細胞基因表達發生改變，調節一系列炎癥反應[9]。被激活的STAT3 又可調節Th17 細胞的分化，Th17 細胞能夠分泌IL-17 等炎性細胞因子，IL-17 又再次激活STAT3 加速細胞生長，該過程已被研究證實，能夠促進支氣管平滑肌細胞的遷移與增殖，進而參與哮喘發病過程，加上炎性細胞的持續浸潤，氣道重塑是不可避免的結果[10]。實驗研究表明[11]，哮喘小鼠肺組織中p-STAT3 和STAT3 顯著升高，在使用STAT3 抑制劑后p-STAT3 和STAT3 蛋白水平明顯下降，說明通過阻斷STAT3 通路能夠緩解哮喘氣道炎癥。苗青等[12]通過AG490 抑制劑拮抗哮喘小鼠STAT3 信號通路的活化，發現STAT3 信號通路被阻斷后，哮喘小鼠氣道平滑肌層增厚得到抑制，同時也抑制了氣道高反應性。

Th17 細胞屬于促炎細胞，可誘導哮喘、自身免疫病的發生，而Treg 細胞則能抑制炎癥反應的發生，兩者只有處于平衡狀態，機體的免疫功能才能穩定發揮作用[13]。IL-12 是Th1 細胞免疫應答的重要因素，既能促進Th1 類細胞因子產生，又可以抑制Th2 類細胞因子產生，而哮喘的發生是Th1 與Th2 細胞的失衡，即IL-12 與哮喘發生水平呈負相關的。STAT4是Th1 細胞分化的必需轉錄因子，其與哮喘關系也呈負相關。研究顯示[14]，IL-12 等細胞因子刺激STAT4，STAT4 的酪氨酸發生磷酸化并形成二聚體，進入細胞核誘導Treg 細胞相應轉錄因子的表達，拮抗Th17 細胞的分化，從而減輕機體的炎癥反應。

馬素麗等[13]實驗表明，哮喘患兒相比正常人外周血單個核細胞的STAT4 mRNA 水平顯著降低，且其表達水平與FEV1、FEV1/FVC 值、FEF25%～75%、FEF50%、FEF75%等肺功能指標呈正相關，與FeNO、EOS、IL-6 水平呈負相關。虞琳等[15]實驗在哮喘大鼠氣道平滑肌及血管肌層中均有檢測到STAT4 及STAT4 mRNA 的表達，且明顯低于正常組，說明哮喘抑制了STAT4 的表達，使用麻杏石甘湯后，哮喘組大鼠STAT4 及其mRNA 的表達明顯升高，氣道炎癥反應明顯改善。上述研究均表明STAT4 對哮喘的發生具有負向調控作用。

STAT5 對T 淋巴細胞有重要的調節功能，哮喘時STAT5 被持續激活，Th2 細胞呈優勢化，Th2 細胞分泌IL-4、IL-5 等細胞因子，同時抑制Th1 增殖，Th1/Th2 比例失衡，哮喘隨之發生。IL-4 水平升高有助于STAT5 的轉錄和表達，促進漿細胞合成和分泌IgE，使炎癥發生；STAT5 活化促使嗜酸性粒細胞（EOS）分化、增殖，EOS 的凋亡受到抑制，導致哮喘發生時EOS 生成增多[16]，EOS 在氣道的浸潤程度與哮喘的嚴重程度呈正相關，哮喘時EOS 作為肺組織中主要細胞參與炎癥反應[17]。JAK/STAT5 信號通路是IL-7 下游的主要信號通路之一[18]，已分化的Th17細胞在中性粒細胞性哮喘小鼠體內高IL-7 微環境基礎上，依賴JAK/STAT5 通路維持Th17 細胞的存活與增殖，參與哮喘的炎癥和氣道高反應的發生[19]。研究表明[16]，哮喘大鼠STAT5 蛋白磷酸化表達上調，經過藥物治療后，STAT5 磷酸化蛋白表達的陽性面積顯著下調，符合哮喘發展機制中Th2 細胞優勢化分化，而Th1 細胞抑制為特征的Th1/Th2 細胞分化失衡。

IL-4 和IL-13 是哮喘發生的主要炎癥因子。STAT6 由細胞因子激活，與受體復合物結合，激活JAK-STAT6 通路[20]，促進B 細胞分化和IgE 的類型轉換，從而介導哮喘的氣道炎癥和氣道高反應性[21]。被激活的STAT6 又調控Th2 細胞細胞的分化，誘導平滑肌細胞中嗜酸粒細胞趨化因子，成纖維細胞以及氣道上皮細胞等生成，參與哮喘的氣道炎癥、高反應性和氣道重塑[22]。有研究證實，敲除STAT6 基因的哮喘小鼠哮喘癥狀明顯改善，氣道重塑減輕，Th2 細胞因子IL-4、IL-5、IL-13 分泌亦減少。蔣沈華等[22]的研究表明，哮喘小鼠STAT6 含量升高，經過治療后STAT6 蛋白水平明顯降低，且通過抑制IL-4、IL-13等炎癥因子分泌，對減少炎癥細胞的浸潤有積極作用。徐寧等[23]通過實驗發現，哮喘大鼠血清中IL-13及肺組織中STAT6 的表達顯著高于正常組，該研究認為，IL-13 及STAT6 與哮喘的氣道炎癥存在內在聯系。王志旺等[24]研究認為，抑制JAK1/STAT6 信號通路能夠改善哮喘氣道黏液分泌失衡，從而緩解哮喘癥狀。廖冰潔等[25]通過臨床觀察發現，哮喘患者經過治療后STAT6 的mRNA 表達較治療前明顯降低。目前，多位學者均認為通過下調STAT6 蛋白的表達及調控其相關通路能夠有效的改善哮喘病情。

2 NF-κB 通路

NF-κB 信號通道屬于絲裂素活化蛋白激酶系統，是哮喘發病過程中重要的信號轉導系統，與哮喘相關的細胞因子均是在核因子（NF-κB）的轉錄和調控下合成的[26]。一般情況下，NF-κB 受IκB 的抑制在胞質中處于非活性形態[27]。當IκB 磷酸化解除NFκB 受體的抑制，NF-κB 二聚體暴露出核定位序列（NLS），NF-κB 會轉移至細胞核內與目的基因發生特異性結合，促進IL-5、IL-13 等炎癥因子的基因轉錄，隨后提高炎癥因子的表達水平[28]，誘導EOS 增殖、活化，使之聚集到氣道黏膜，引起氣道黏膜損傷，導致氣道發生炎性反應，促進支氣管哮喘的疾病進展。研究表明[29]，抑制NF-κB 向核內轉移，能夠減少炎癥因子IL-5、IL-6 等的轉錄和合成，從而緩解哮喘的氣道炎癥，降低氣道高反應性。周旋等[30]實驗顯示，哮喘大鼠的NF-κB p65、NF-κB p50 呈高表達、IκBα 低表達，在哮喘模型中采用柚皮素能下調NF-κBp65、NF-κB p50，上調IκBα，更進一步實驗說明通過抑制NF-κB 相關蛋白的表達，提高IκBα 的表達，降低NF-κB 信號通路的活性對哮喘的防治具有重要作用。董淑敏等[31]研究亦證明，哮喘大鼠NF-κB 信號通路活性明顯升高，且可能與哮喘病情嚴重程度呈正相關。NF-κB 信號通路也與其他通路產生交叉作用。Wnt/β-catenin 通路作用機制是通過Wnt 影響IL-4、IL-13 等炎癥因子的表達，Wnt/β-catenin 在肺泡上皮細胞的高表達，可激活NF-κB 信號通路，促進NF-κB 蛋白的合成和TGF-β 調控纖維化的作用，引起氣道內炎癥細胞的聚集，影響肺上皮細胞的發育和損傷修復，同時促進平滑肌前體細胞增殖引起血管平滑肌的發育和促進氣道內細胞外基質的沉積，從而參與哮喘的炎性反應和氣道重塑[32，33]。

3 MAPK 通路

MAPK 信號轉導通路主要包括分別由ERK1/2、JNK、p38MAPK 介導的通路，激活后促使炎性細胞因子的生成，對哮喘發病過程中氣道炎癥、氣道重塑和氣道高反應性均具有重要的調控作用[34]。

p38MAPK 磷酸化后的特異性底物可激活其下游NF-κB 通路，激活轉錄血管內皮生長因子的表達，使血管內皮遷移與增殖，調節新血管的形成，加劇氣道重塑的進程[35]；同時，激活NF-κB 通路本身也參與哮喘的病程發展，通過調控p38MAPK 能夠抑制NF-κB 等轉錄因子，降低炎癥因子表達，從而使炎癥得到控制。研究表明[36]，屋塵螨提取物激活EphA2 由p38 MAPK 信號通路誘導氣道上皮細胞表達促炎細胞因IL-6 和IL-8，參與哮喘炎癥反應。

呂天宜等[37]研究認為，糖皮質激素受體激動劑能夠抑制p38MAPK 信號通路的活性，減少炎癥反應，提高糖皮質激素的抗炎作用，同時患者對糖皮質激素的敏感性也受p38MAPK 信號通路影響。另有研究證實，哮喘小鼠肺組織中p-p38 的表達水平升高，銀杏內酯A 干預后，哮喘小鼠氣道周圍炎癥減輕，p-p38 明顯下降，說明p38MAPK 通路與哮喘相關。臧明月等[34]研究發現，哮喘大鼠與正常組相比肺組織中ERK1/2、JNK 和p38 MAPK 蛋白表達明顯增加，使用麥門冬湯干預后，這3 項指標明顯降低，表明抑制MAPK 信號通路過度激活，能夠抑制炎癥級聯反應，改善哮喘引起的肺組織病理狀態。單麗沈[38]的研究發現，p-ERK1/2，p-p38 MAPK 及p-JNK蛋白表達在哮喘小鼠中均較正常組升高，認為苦杏仁苷能夠通過抑制MAPK 信號通路實現對哮喘小鼠的治療。

4 總結

細胞因子能夠參與信號通路，使信號通路激活參與哮喘的發生，導致氣道炎癥，引起氣道高反應性，進一步促使氣道重塑；而激活的信號通路又能進一步促使炎癥介質的釋放從而加重哮喘。通過調控STAT，NF-κB，MAPK 信號通路能夠降低炎癥介質的釋放，抑制氣道炎癥、降低氣道高反應性、抑制氣道重塑，對哮喘的治療與預防具有臨床意義，但通路中子通道更加詳細的機制仍需要在今后的研究中不斷探索。