氧化應(yīng)激激活的信號(hào)傳導(dǎo)與支氣管哮喘的研究進(jìn)展＊

楊 明 綜述，李國(guó)平審校

（瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)一科，四川瀘州646000）

支氣管哮喘是由多種細(xì)胞和細(xì)胞因子共同參與的氣道慢性炎性反應(yīng)疾病，主要特征為血清免疫球蛋白E（Ig E）水平升高、氣道嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、氣道黏液分泌增加、氣道重塑等。近年研究發(fā)現(xiàn)，哮喘發(fā)病與多種細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有關(guān)，如酪氨酸蛋白激酶／信號(hào)傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化子（JAK／STAT）信號(hào)通路、核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）信號(hào)通路、磷脂肌醇3激酶（PI3K）信號(hào)通路等，而氧化應(yīng)激與氣道內(nèi)各種炎性反應(yīng)有關(guān)，哮喘作為一種氣道慢性炎性反應(yīng)同樣存在應(yīng)激現(xiàn)象。因此，氧化應(yīng)激參與哮喘發(fā)病的研究開(kāi)始引起人們的廣泛關(guān)注，本文就氧化應(yīng)激激活的信號(hào)傳導(dǎo)與支氣管哮喘發(fā)病作如下綜述。

1 氧化應(yīng)激

體內(nèi)氧化與抗氧化平衡維持人體正常生理功能，當(dāng)人體內(nèi)活性氧超過(guò)抗氧化能力，人體便會(huì)通過(guò)氧化應(yīng)激激活相關(guān)細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)，從而產(chǎn)生相應(yīng)病理、生理現(xiàn)象。機(jī)體內(nèi)活性氧主要來(lái)源于生存環(huán)境與細(xì)胞新陳代謝，包括活性氧自由基（ROS），如超氧離子、羥自由基、·OH自由基、過(guò)氧化氫、單線態(tài)氧等；活性氮自由基（RNS），如一氧化氮、二氧化氮、過(guò)氧化硝酸鹽等，目前對(duì)于ROS的研究最為深入全面［1］。

各種肺部疾病在不同發(fā)展階段，ROS參與了其發(fā)病過(guò)程，與之相關(guān)的疾病如阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征、急性肺損傷、支氣管哮喘、慢性阻塞性肺疾病、特發(fā)性肺纖維化等，在這些疾病中氧化應(yīng)激參與了肺動(dòng)脈高壓形成、肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、氣道炎性反應(yīng)、氣道黏液高分泌和氣道重構(gòu)等病理過(guò)程［2］。支氣管哮喘是一種反復(fù)發(fā)作的慢性氣道炎性反應(yīng)，其炎性反應(yīng)輕重直接影響哮喘患者病死率，然而大氣污染是哮喘急性加重和發(fā)展的重要因素，污染的大氣中存在大量ROS，人體對(duì)空氣中ROS的易感性與機(jī)體遺傳基因多態(tài)性有關(guān)，體內(nèi)大量ROS的產(chǎn)生能介導(dǎo)相應(yīng)細(xì)胞信號(hào)通路產(chǎn)生慢性炎性反應(yīng)，使哮喘氣道反應(yīng)性增高、黏液分泌增加甚至發(fā)生氣道重塑［3］。

2 JAK／STAT信號(hào)傳導(dǎo)通路

JAK／STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)參與調(diào)節(jié)機(jī)體免疫細(xì)胞活化、細(xì)胞增殖和分化以及相關(guān)細(xì)胞因子分泌［4］。STAT家族存在于多種類型的細(xì)胞和組織中，STAT是JAK／STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心，STAT磷酸化后可以通過(guò)細(xì)胞核核膜進(jìn)入核內(nèi)，激活靶基因調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)［5］。

2．1 STAT1與哮喘 STAT1能通過(guò)抑制Th1型細(xì)胞的細(xì)胞因子分泌，促使Th2型細(xì)胞優(yōu)勢(shì)應(yīng)答，促進(jìn)IL-5、IL-6、IL-10和細(xì)胞間黏附分子-1（ICAM-1）、粒細(xì)胞集落刺激因子分泌而加重哮喘氣道炎性反應(yīng)，使哮喘氣道黏液分泌增加。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在豚鼠哮喘模型支氣管上皮細(xì)胞中存在STAT1過(guò)度表達(dá)和持續(xù)活化，而這種過(guò)度表達(dá)和持續(xù)活化與ICA M-1的異常表達(dá)和嗜酸性粒細(xì)胞的聚集增多有密切關(guān)系，降低或阻斷STAT1的活化，能夠明顯減輕氣道炎性反應(yīng)，有效控制哮喘癥狀發(fā)作［6］。

2．2 STAT6與哮喘 T淋巴細(xì)胞能調(diào)節(jié)氣道各種炎性反應(yīng)，STAT6是Th2分化的特異轉(zhuǎn)錄子，能調(diào)節(jié)Th2的優(yōu)勢(shì)應(yīng)答，通過(guò)JAK／STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)細(xì)胞因子IL-4、IL-13分泌，使體內(nèi)生成大量Ig E，氣道反應(yīng)性增高［7］。To mita等［8］通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在正常組還是哮喘急性加重組或哮喘穩(wěn)定期組，STAT6均能在T淋巴細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞中被檢測(cè)到，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)STAT6不僅參與Th2細(xì)胞因子的調(diào)控，還參與肺泡內(nèi)巨噬細(xì)胞和氣道上皮細(xì)胞STAT誘導(dǎo)的相關(guān)基因表達(dá)。Wiehagen等［9］發(fā)現(xiàn)，通過(guò)激活STAT6，能夠誘導(dǎo)Th2功能分化，STAT缺陷的小鼠，T細(xì)胞發(fā)育受限，可見(jiàn)哮喘發(fā)病與STAT6有密切關(guān)系。

2．3 氧化應(yīng)激與JAK／STAT信號(hào)傳導(dǎo) ROS主要由線粒體生成，廣泛存在于機(jī)體內(nèi)，而過(guò)氧化氫作為ROS中的一類物質(zhì)，廣泛參與了機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)。用過(guò)氧化氫處理的成纖維細(xì)胞能夠引起STAT1和STAT3激活，并可以被抗氧化劑抑制，同時(shí)過(guò)氧化氫還能夠激活JAK2，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，使成纖維細(xì)胞增生。

相關(guān)資料表明，肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白（SP）-A、SP-B能夠維持肺泡和小氣道穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)特異性免疫反應(yīng)，減輕氣道炎性反應(yīng)損傷，SP基因改變可以使氣道阻力增加，與哮喘的發(fā)病有密切聯(lián)系。Par k等［10］研究認(rèn)為使用過(guò)氧化氫能夠通過(guò)STAT信號(hào)傳導(dǎo)途徑降低甲狀腺轉(zhuǎn)錄因子-1 DNA的結(jié)合活性，抑制SP-A、SP-B的表達(dá)，使氣道炎性反應(yīng)明顯增加，引起的相關(guān)免疫功能紊亂可能與哮喘發(fā)病有關(guān)。

3 NF-κB信號(hào)通路

3．1 NF-κB NF-κB最初是在B細(xì)胞激活后被發(fā)現(xiàn)，靜息狀態(tài)下NF-κB與其抑制蛋白I-κB結(jié)合，形成無(wú)活性復(fù)合物存在于細(xì)胞質(zhì)中。當(dāng)NF-κB被激活后，發(fā)生核轉(zhuǎn)位與特定基因啟動(dòng)子κB位點(diǎn)序列結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化。同時(shí)還參與調(diào)控相關(guān)細(xì)胞因子、趨化因子、黏附因子和炎性反應(yīng)介質(zhì)表達(dá)，參與機(jī)體各種炎性反應(yīng)和免疫反應(yīng)。

3．2 NF-κB信號(hào)途徑與哮喘氣道重塑 NF-κB維持哮喘氣道慢性炎性反應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)多種氣道重構(gòu)因子如生長(zhǎng)因子、趨化因子、炎性反應(yīng)介質(zhì)等的激活，使成纖維細(xì)胞增生引起氣道重構(gòu)。NF-κB參與溶血磷脂酸、胎牛血清等誘導(dǎo)的非哮喘患者氣道平滑肌細(xì)胞（ASMCs）增殖，同時(shí)還能參與哮喘血清被動(dòng)致敏的非哮喘患者ASMCs增殖。Cang等［11］證實(shí)了成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（b FGF）與NF-κB在哮喘模型大鼠氣道中的表達(dá)呈正相關(guān)，b FGF能激活NF-κB促使氣管ASMCs、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞增生，說(shuō)明NF-κB參與了哮喘氣道重塑過(guò)程。

3．3 NF-κB與哮喘氣道高分泌 哮喘氣道中黏液呈高分泌狀態(tài)，人黏蛋白／黏液素（MUC）5 A和MUC5B在氣道杯狀細(xì)胞和黏膜下黏液腺細(xì)胞中呈高表達(dá)，調(diào)節(jié)黏液分泌主要來(lái)自非神經(jīng)因素細(xì)胞外各種細(xì)胞因子和炎性反應(yīng)介質(zhì)。對(duì)缺乏NF-κB的P50亞單位的小鼠，在肺泡灌洗液和血液中發(fā)現(xiàn)，IL-5和嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子生成減少，與對(duì)照組比較，肺組織MUC5 A表達(dá)降低，氣道內(nèi)黏液分泌明顯減輕［12］。Hewson等［13］通過(guò)腺病毒處理哮喘小鼠，發(fā)現(xiàn)腺病毒能夠通過(guò)氣道黏液過(guò)度分泌引起哮喘急性加重，其機(jī)制主要是通過(guò)表皮生長(zhǎng)因子介導(dǎo)的NF-κB途徑使氣道MUC5 AS基因表達(dá)上調(diào)。哮喘氣道MUC5AS基因的過(guò)度表達(dá)，主要與IL-1β和IL-17A介導(dǎo)的NF-κB途徑相關(guān)，而抑制其途徑可以減輕哮喘氣道黏液高分泌［14］。通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子c-Ets1抑制NF-κB和c A MP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的相互作用，能夠明顯降低哮喘氣道MUC5 AC的分泌，減輕哮喘癥狀［15］。

3．4 氧化應(yīng)激與NF-κB信號(hào)傳導(dǎo) NF-κB是氧化應(yīng)激敏感的轉(zhuǎn)錄因子，ROS可以直接激活NF-κB，參與機(jī)體ASMCs增生過(guò)程。Meng等［16］利用脂多糖誘導(dǎo)制作小鼠全身急性炎性反應(yīng)模型，發(fā)現(xiàn)通過(guò)氧化應(yīng)激反應(yīng)其血管平滑肌發(fā)生增生，并證實(shí)了姜黃素能通過(guò)抑制ROS介導(dǎo)的NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)途徑，抑制增生。NF-κB的活化過(guò)程中存在IκB激酶（IKK）的活化從而使IκBα磷酸化，IKK復(fù)合物主要有催化亞基（IKK1／IKKα和IKK1／IKKβ）、調(diào)節(jié)亞基（NEMO）、IKKγ及IKK-相關(guān)蛋白［17］。ROS能夠使IKKβ首先活化，然后誘導(dǎo)IκBα磷酸化從而激活NF-κB誘導(dǎo)氣道炎性反應(yīng)、氣道內(nèi)MUC5 A高表達(dá)和氣道平滑肌的增生。ROS通過(guò)對(duì)細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)IκBs的降解程度正向或者負(fù)向調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［18］。通過(guò)抗氧化劑L-2-氧代硫氮雜戊環(huán)烷-4-羧（OTC）和α-硫辛酸（LA）作用于長(zhǎng)期暴露過(guò)敏原小鼠，發(fā)現(xiàn)OTC與LA能通過(guò)降低PI3 K活性，抑制NF-κB信號(hào)通路，減少低氧誘導(dǎo)因子（HIF）-1α和HIF-2α的釋放，從而減少氣道慢性炎性反應(yīng)［19］。因此，對(duì)氧化應(yīng)激參與的NF-κB通路激活與哮喘的病理、生理過(guò)程的研究，將為哮喘發(fā)病機(jī)制研究開(kāi)辟一條新思路。

4 PI3 K信號(hào)途徑

4．1 PI3 K信號(hào)途徑與哮喘 PI3 K通過(guò)調(diào)節(jié)氣道Th2型細(xì)胞高表達(dá)，產(chǎn)生大量細(xì)胞因子如IL-4、IL-5、IL-13等，這些因子能促進(jìn)B細(xì)胞成熟，使氣道內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞增多、Ig E合成增加，導(dǎo)致氣道高反應(yīng)與氣道重塑。使用PI3 K選擇性抑制劑IC87114作用于哮喘小鼠，結(jié)果與對(duì)照組相比，肺泡灌洗液中白細(xì)胞總數(shù)、嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞明顯減少，IL-4、IL-5、IL-13和嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子也相應(yīng)減少，同時(shí)也顯著降低了血清Ig E水平。研究發(fā)現(xiàn)，p85a基因敲除后的小鼠脾臟，其衍生的樹(shù)突狀細(xì)胞較野生型樹(shù)突狀細(xì)胞產(chǎn)生更多的IL-12［20］，說(shuō)明PI3 K是通過(guò)IL-12的生成調(diào)節(jié)Th1／Th2平衡。T細(xì)胞協(xié)同刺激因子CD28在T細(xì)胞受體信號(hào)傳導(dǎo)中能誘導(dǎo)共刺激分子產(chǎn)生，通過(guò)PI3K途徑激活A(yù)Kt，活化的AKt調(diào)節(jié)Th細(xì)胞分化，使IL-4、NF-κB、NF-ATc2水平升高［21］。哮喘氣道重塑的一個(gè)重要特征是氣道黏膜血管生成，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子高表達(dá)，引起原有血管重塑。其中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF-β1）能通過(guò)PI3K途徑調(diào)節(jié)氣道ASMCs增殖和氣道修復(fù)，兩者共同參與哮喘氣道的病變過(guò)程。抑制VEGF活性后，可以抑制TGF-β1的激活，阻礙PI3 K／Akt信號(hào)通路，從而降低氣道ASMCs肌細(xì)胞增殖［22］。Jang等［23］發(fā)現(xiàn)VEGF能夠通過(guò)PI3 K／Akt途徑使IL-5、IL-9和IL-17產(chǎn)生增加，參與哮喘氣道黏液高分泌和氣道重塑過(guò)程。

4．2 氧化應(yīng)激與PI3 K途徑 氧化應(yīng)激參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，目前許多研究已經(jīng)證實(shí)在腫瘤發(fā)生發(fā)展中，氧化應(yīng)激能夠誘導(dǎo)VEGF高表達(dá)，而PI3 K／Akt通路在多種病理、生理情況下能誘導(dǎo)VEGF的表達(dá)。氣道上皮細(xì)胞受到各種炎性反應(yīng)因子刺激生成大量ROS，ROS激活PI3 K途徑調(diào)節(jié)Th2細(xì)胞優(yōu)勢(shì)應(yīng)答，使相關(guān)炎性反應(yīng)介質(zhì)和炎性反應(yīng)細(xì)胞聚集活化，氣道反應(yīng)性增高、黏液過(guò)度分泌、氣道平滑肌增生等［24］。

5 展 望

體內(nèi)各種炎性反應(yīng)中存在著氧化應(yīng)激現(xiàn)象，哮喘作為一種慢性氣道炎性反應(yīng)性疾病同樣存在著氧化應(yīng)激。大量ROS和RNS生成能直接或間接通過(guò)多種細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑參與哮喘的病理、生理過(guò)程，當(dāng)機(jī)體在缺乏相應(yīng)的內(nèi)源性抗氧化能力下，原有的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，氧化還原失衡將介導(dǎo)應(yīng)激敏感信號(hào)傳導(dǎo)通路如JAK／STAT、NF-κB、PI3K等激活，從而引發(fā)哮喘的發(fā)生、發(fā)展。通過(guò)內(nèi)源性或外源性提高機(jī)體抗氧化損傷分子機(jī)制的研究，將為哮喘的治療開(kāi)辟一條新思路。

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