卓樂盈,周美茜,吳鎮(zhèn)杰,蔡暢
(1.溫州醫(yī)科大學(xué),浙江 溫州 325015;2.溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 婦產(chǎn)科,浙江 溫州 325015;3.溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 呼吸內(nèi)科,浙江 溫州 325015)
?綜 述?
支氣管哮喘與花生四烯酸脂氧酶代謝及其調(diào)控機(jī)制
卓樂盈1,周美茜2,吳鎮(zhèn)杰1,蔡暢3
(1.溫州醫(yī)科大學(xué),浙江 溫州 325015;2.溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 婦產(chǎn)科,浙江 溫州 325015;3.溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 呼吸內(nèi)科,浙江 溫州 325015)
半胱氨酸白三烯(CysLTs)和脂氧素(LXs)均是花生四烯酸脂氧酶(LO)途徑代謝的重要產(chǎn)物,而LXs具有拮抗CysLTs的作用,目前兩者在支氣管哮喘發(fā)病機(jī)制中的作用已經(jīng)得到基本肯定。5-LO和15-LO作為關(guān)鍵酶,其表達(dá)水平和活性與CysLTs和LXs的生成密切相關(guān)。影響LO的代謝因素包括細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平、MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路、糖皮質(zhì)激素等。筆者通過探討造成CysLTs和LXs不平衡狀態(tài)的各種影響因素,研究支氣管哮喘的發(fā)病與緩解的病理生理機(jī)制,為支氣管哮喘的臨床防治提供依據(jù)。
哮喘;上皮細(xì)胞;白三烯;脂氧酶;綜述
支氣管哮喘(簡(jiǎn)稱哮喘)是一種異質(zhì)性的呼吸系統(tǒng)疾病,以氣道慢性炎癥為特征,并伴有多變的呼氣性氣流受限?;ㄉ南┧幔╝rachidonic acid,AA)的代謝產(chǎn)物半胱氨酸白三烯(cysteinyl leuk otrienes,CysLTs)和脂氧素(lipoxins,LXs)在哮喘發(fā)病機(jī)制中的作用已經(jīng)得到基本肯定[1]。正常情況下,CysLTs與LXs處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),維持支氣管的正常舒張,但在哮喘的發(fā)病過程中,兩者之間的比例發(fā)生紊亂,而這主要與脂氧酶(lipoxygenase,LO)代謝途徑有關(guān)。
1.1 CysLTs與LXs的合成代謝 CysLTs包括LTC4、LTD4和LTE4,在體內(nèi)主要由嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核細(xì)胞和上皮細(xì)胞通過5-LO單細(xì)胞或者跨細(xì)胞途徑進(jìn)行合成。LXs是AA的另一個(gè)重要代謝產(chǎn)物,主要由一系列的LO參與合成,目前研究最為廣泛的是脂氧素A4(lipoxin A4,LXA4)。LXA4主要通過3種途徑合成:①通過細(xì)胞間的相互作用,主要是多形核細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞或氣道上皮細(xì)胞在15-LO和5-LO的參與下合成;②通過細(xì)胞與血小板間的相互作用,多形核細(xì)胞和血小板在12-LO和5-LO的參與下合成;③通過阿司匹林誘導(dǎo),使環(huán)氧酶-2乙酰化,在5-LO的催化下生成。5-LO、12-LO和15-LO與LXA4的生成密切相關(guān),但在呼吸道上皮細(xì)胞中主要通過15-LO途徑[2]。
1.2 CysLTs與LXs在哮喘中的作用 CysLTs通過與半胱氨酸白三烯受體1(cysteinyl leukotrienes 1 receptor,CysLT1)特異性結(jié)合發(fā)揮病理生理作用,包括引起支氣管平滑肌痙攣,增加血管通透性,促進(jìn)氣道黏液分泌,促進(jìn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn),引起氣道重塑等[3]。IFN-γ可誘導(dǎo)呼吸道上皮細(xì)胞表達(dá)CysLT1,增強(qiáng)CysLTs的效應(yīng),從而加重哮喘[4]。哮喘患者呼出氣體冷凝液中可以檢測(cè)到較高濃度的CysLTs,其含量明顯高于非哮喘患者[5]。哮喘患兒急性發(fā)作時(shí),其尿中LTE4水平明顯高于正常兒童[6]。無論在發(fā)作期還是緩解期,哮喘患者體內(nèi)CysLTs水平都較健康人群高,且與哮喘嚴(yán)重程度有一定的相關(guān)性。白三烯受體拮抗劑可通過抑制CysLTs炎癥通路,調(diào)節(jié)小氣道功能,從而改善哮喘患者的臨床癥狀[7]。另外,CysLTs可以選擇性促進(jìn)Th2型細(xì)胞因子的產(chǎn)生,使氣道炎癥進(jìn)一步加重[8]。
LXs能促進(jìn)炎癥反應(yīng)的及時(shí)消退,是重要的內(nèi)源性脂質(zhì)抗炎介質(zhì),被譽(yù)為炎癥反應(yīng)的“剎車信號(hào)(braking signals)”或“停止信號(hào)(stop signals)”[9]。LXs及其類似物在炎癥及其相關(guān)性疾病中的作用已經(jīng)得到廣泛驗(yàn)證[10]。脂氧素受體(lipoxin receptor,ALXR)主要表達(dá)在白細(xì)胞和氣道上皮細(xì)胞,LXA4與其結(jié)合而發(fā)揮抗炎作用。有研究[11]發(fā)現(xiàn)IL-13及IFN-γ能夠誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞表達(dá)ALXR。另外,與正常及輕度哮喘患兒相比,重癥哮喘患兒誘導(dǎo)痰中ALXR的表達(dá)量下降[12],這可能與機(jī)體發(fā)生失代償有關(guān)。另一方面ALXR能與CysLT1結(jié)合而發(fā)揮拮抗CysLTs的作用。在急性肝衰竭動(dòng)物模型中,LXA4可阻斷核因子-κb(nuclear factor-κb,NF-κb)通路,減少促炎癥因子的分泌,從而發(fā)揮保護(hù)性作用[13]。另外,LXA4能下調(diào)嗜酸性粒細(xì)胞趨化蛋白的表達(dá),促進(jìn)單核細(xì)胞趨化而不誘發(fā)活性氧的產(chǎn)生等[14]。給哮喘小鼠吸入LXA4可抑制肺部氣道變態(tài)反應(yīng)性炎癥,調(diào)節(jié)Th1/Th2的失衡[15]。
1.3 CysLTs與LXs的不平衡狀態(tài) 研究發(fā)現(xiàn),重度哮喘患者,其外周血、支氣管肺泡灌洗液、誘導(dǎo)痰中LXA4水平顯著降低,而CysLTs水平升高[16]。另外,哮喘患者體內(nèi)合成LXs的相關(guān)基因也被不同程度地抑制[17]。由于LXA4能夠有效調(diào)節(jié)氣道炎癥,當(dāng)患者體內(nèi)LXA4水平低下時(shí),體內(nèi)拮抗CysLTs的作用不足,CysLTs/LXA4之間出現(xiàn)一種不平衡狀態(tài),可導(dǎo)致哮喘發(fā)作或加重,其機(jī)制可能是哮喘患者體內(nèi)LO途徑存在缺陷。
5-LO和5-脂氧酶激活蛋白(lipoxygenaseactivating protein,F(xiàn)LAP)是CysLTs合成的關(guān)鍵酶及輔酶,兩者活性決定了氣道內(nèi)CysLTs濃度的高低。研究顯示,哮喘患者外周血白細(xì)胞5-LO mRNA表達(dá)量明顯高于正常對(duì)照者[18]。5-LO抑制劑齊留通能夠顯著減輕哮喘的癥狀,其機(jī)制主要是促進(jìn)5-LO從胞核轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)[19]。15-LO主要有15-LOX-1和15-LOX-2兩種同工酶[20],分別由ALOX15及ALOX15B編碼[21]。在信息轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子-6作用下,15-LO可在Th2類細(xì)胞因子的誘導(dǎo)下表達(dá)增加[20]。AA在15-LOX-1和15-LOX-2的作用下轉(zhuǎn)變成15-羥二十烷四烯酸(15-hydroxy eicosatetraenoic acid,15-HETE),以15-LOX-2的作用為主[22]。在人類呼吸道,15-LOX-1主要表達(dá)在支氣管上皮細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞,其中以支氣管上皮細(xì)胞為著,尤其是在重癥哮喘患者中[23]。無論是成人還是兒童哮喘患者,其呼出氣、肺泡灌洗液、誘導(dǎo)痰中15-LO及15-HETE含量均顯著超過正常人[24],這可能與CysLTs增加,LXs發(fā)生代償有關(guān)。上皮細(xì)胞合成LXs主要依靠15-LO活性,LXA4的缺失可能與15-LO的表達(dá)與活性下降有關(guān)。重度哮喘患者仍然含有高水平的CysLTs,而LXA4含量減少[16],提示5-LO可能不參與重度哮喘的LXA4缺失機(jī)制,其缺失可能主要由15-LO所致。因此探討何種原因?qū)е?5-LO的表達(dá)與活性下降對(duì)于哮喘的發(fā)病機(jī)制研究有著重要作用。
LO作為雙刃劍,參與了內(nèi)源性抗炎介質(zhì)和致炎介質(zhì)的產(chǎn)生,其異常表達(dá)及活性狀態(tài)可能會(huì)打破兩者間的平衡狀態(tài)而導(dǎo)致哮喘的發(fā)生。研究[25]表明,重度哮喘患者較輕度患者體內(nèi)5-LO增多而15-LO減少,從而導(dǎo)致LXs水平前者較后者低,體內(nèi)拮抗CysLTs作用不足。影響LO活性及表達(dá)的途徑主要包括以下幾個(gè)方面:
3.1 MAPK途徑的調(diào)控作用 LXs與受體結(jié)合后可通過調(diào)節(jié)促絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子途徑、蛋白激酶C及NF-κB、激活蛋白-1等的活性而發(fā)揮炎癥調(diào)節(jié)效應(yīng)。其中MAPK是一類廣泛分布于細(xì)胞內(nèi)的絲氨酸蘇氨酸蛋白調(diào)節(jié)激酶,活化前的MAPK位于胞漿,一旦磷酸化即進(jìn)入核內(nèi)激活靶基因。LXA4調(diào)控的MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路包括JNK通路、ERK通路、p38 MAPK通路等。對(duì)于不同類型的細(xì)胞、不同的刺激因素所激活的MAPK家族或成員不同,所引起的生物學(xué)效應(yīng)也不相同。活化的大鼠腦缺血再灌注模型研究提示,LXA4通過ERK1/2的激活使5-LO的核轉(zhuǎn)位受到抑制,使CysLTs的表達(dá)降低,從而實(shí)現(xiàn)了LXA4的神經(jīng)保護(hù)作用[26]。在坐骨神經(jīng)分支損傷導(dǎo)致的神經(jīng)痛模型中,小膠質(zhì)細(xì)胞5-LO表達(dá)明顯上調(diào),若給予p38 MAPK信號(hào)通路抑制劑則可顯著抑制5-LO的上調(diào)[27]。5-LO抑制劑MK886可使p38 MAPK磷酸化[28],激活的p38 MAPK可以通過IL-13途徑誘導(dǎo)15-LO的表達(dá)[29]。另外,絲裂原活化蛋白激酶激活的蛋白激酶2及ERK2雖不影響5-LO的活性及表達(dá)但可促進(jìn)5-LO的核膜轉(zhuǎn)位以及LT生成[30]。研究發(fā)現(xiàn),5-LO的磷酸化主要發(fā)生在Ser-271、Ser-523和Ser-663位點(diǎn),其中通過Ser-663位點(diǎn)的磷酸化,可產(chǎn)生活化的15-LO,盡管有些細(xì)胞并不表達(dá)15-LO[31]。另有研究表明,5-LO的磷酸化可以下調(diào)CysLTs的表達(dá),同時(shí)促進(jìn)LXA4的合成[31]。LXA4通過與ALXR結(jié)合的方式,抑制MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路,降低5-LO表達(dá)及活性或者影響5-LO的核膜轉(zhuǎn)位,導(dǎo)致CysLTs的表達(dá)量下降,從而控制炎癥的發(fā)生發(fā)展。
3.2 胞內(nèi)Ca2+濃度的調(diào)控作用 LO的表達(dá)與活性狀態(tài)接受細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度等調(diào)控[32]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度是CysLTs合成的重要調(diào)節(jié)因素,其在5-LO從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到核膜的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[33]。核膜上分布著大量的FLAP,對(duì)于CysLTs的合成必不可少[34]。5-LO的激活、5-LO與核膜的結(jié)合具有Ca2+依賴性[31]。15-LO合成后儲(chǔ)存于細(xì)胞質(zhì),在Ca2+的介導(dǎo)下可結(jié)合到細(xì)胞膜上,酶活性增強(qiáng);當(dāng)用EDTA螯合劑結(jié)合Ca2+后,15-LO可從細(xì)胞膜上解離下來,酶活性減弱。細(xì)胞膜與15-LO的可逆性結(jié)合,依賴于Ca2+的存在。研究發(fā)現(xiàn),在腦缺血期,特別是再灌注期,上調(diào)的細(xì)胞內(nèi)Ca2+和活性氧均能激活5-LO,而LXA4能下調(diào)細(xì)胞內(nèi)Ca2+和活性氧水平[35]。因此LXA4可以通過下調(diào)胞內(nèi)Ca2+濃度,影響5-LO的活化,發(fā)揮抗炎作用。
3.3 糖皮質(zhì)激素的調(diào)控作用 吸入性糖皮質(zhì)激素(inhaled corticosteroid,ICS)作為哮喘的基礎(chǔ)治療藥物,并不能有效抑制LTs的合成與釋放,反而上調(diào)5-LO表達(dá)[15],但是可以通過15-LO通路合成LXs,拮抗白三烯的生物作用。研究表明,哮喘大鼠肺組織15-LO表達(dá)低下,經(jīng)過地塞米松干預(yù)后,15-LO的表達(dá)顯著上調(diào),提示地塞米松的抗炎作用部分通過增加哮喘大鼠肺組織15-LO的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)[36]。另外,ICS可以上調(diào)ALXR的表達(dá),增強(qiáng)LXA4的效應(yīng)[37]。
目前哮喘的抗炎治療主要專注于阻斷促炎介質(zhì)通路,如糖皮質(zhì)激素和一些拮抗IgE、IL-5、IL-13的藥物。LXA4是具有拮抗白三烯作用的內(nèi)源性抗炎介質(zhì)。AA關(guān)鍵產(chǎn)物CysLTs和LXs的不平衡狀態(tài),與哮喘臨床癥狀和慢性氣道炎癥狀況有密切關(guān)系。在15-LO占優(yōu)勢(shì)時(shí),LXA4合成增多,抑制氣道炎癥和支氣管收縮;以5-LO途徑占優(yōu)勢(shì)時(shí)則白三烯合成增多,哮喘癥狀加重。例如,前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)可抑制5-LO而上調(diào)15-LO的表達(dá),相反的是,15-LO的產(chǎn)物15-HETE可抑制PGE2的合成[38]。目前發(fā)現(xiàn),影響LO的代謝因素包括細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平、MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路、糖皮質(zhì)激素等,但是其具體機(jī)制尚未闡明。研究探討何種因素影響LO的優(yōu)勢(shì)表達(dá),這可能是哮喘藥物治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn),能為哮喘的臨床防治提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
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(本文編輯:丁敏嬌)
R562.2
A
10.3969/j.issn.2095-9400.2017.05.016
2016-04-27
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81470225)。
卓樂盈(1992-),女,浙江溫州人,碩士生。
蔡暢,副主任醫(yī)師,Email:rudy199@sina.cn。