梁世鋒，龐宗東

β-catenin在支氣管哮喘發(fā)病中作用機(jī)制研究進(jìn)展

梁世鋒，龐宗東

（廣西壯族自治區(qū)民族醫(yī)院，廣西南寧 530001）

β連環(huán)蛋白（β-catenin）是生物體內(nèi)一種結(jié)構(gòu)上高度保守的分子，在維持細(xì)胞間連接的完整性及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮著雙重作用，β-catenin信號(hào)通路活化后促使β-catenin與TCF/LEF結(jié)合形成復(fù)合體，促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄，參與肺的發(fā)育和維持內(nèi)環(huán)境的平衡。

β-catenin；支氣管哮喘；氣道上皮細(xì)胞

支氣管哮喘（簡(jiǎn)稱(chēng)哮喘）是由多種細(xì)胞（如嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞等）和細(xì)胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病。氣道的基本病理改變?yōu)榉蚀蠹?xì)胞、肺巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞與中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)[1]。氣道上皮細(xì)胞是機(jī)體與外界環(huán)境接觸的第一道防線(xiàn)，其不僅構(gòu)成簡(jiǎn)單的物理屏障，且在哮喘炎癥啟動(dòng)、維持過(guò)程中發(fā)揮著最為根本的作用[2]，近年來(lái)，支氣管上皮鏈接分子β-catenin在支氣管哮喘中的作用備受關(guān)注，本文將就β-catenin與支氣管哮喘的關(guān)系作一綜述。

1 氣管上皮細(xì)胞和哮喘

發(fā)育成熟的氣道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由連續(xù)的上皮細(xì)胞層覆蓋，但上皮內(nèi)的細(xì)胞類(lèi)型不同，在近端下呼吸道的上皮表面，主要是纖毛上皮細(xì)胞，它與基底細(xì)胞及杯狀細(xì)胞一起構(gòu)成假?gòu)?fù)層上皮，到達(dá)氣管腔表面的大部分細(xì)胞為纖毛上皮細(xì)胞，基底細(xì)胞與基底膜相連，通過(guò)半橋粒固定于上皮，在遠(yuǎn)端下呼吸道中，Clara細(xì)胞和基底細(xì)胞占優(yōu)勢(shì)，纖毛細(xì)胞已不存在，杯狀細(xì)胞數(shù)量減少，上皮形態(tài)更象柱狀[3]，整個(gè)上皮存在于一薄層基底膜上，通過(guò)間質(zhì)結(jié)締組織組成的網(wǎng)狀層相互支撐，上皮下存在其他的結(jié)締組織和纖維細(xì)胞。

Th1、Th2的失衡是哮喘發(fā)病的重要機(jī)制[4]。正常情況下，Th1/Th2細(xì)胞處于恒定狀態(tài)，哮喘患者Th1細(xì)胞功能下降，Th2細(xì)胞功能異常增高，導(dǎo)致大量炎癥因子生成，包括細(xì)胞因子分泌紊亂，如IFNγ生成不足，IL4、IL5分泌增多，IgE、IgG4重鏈同種型轉(zhuǎn)換，促進(jìn)MC、Eos生長(zhǎng)和分化。最終形成以IgE依賴(lài)為特征的速發(fā)型變態(tài)反應(yīng)及以嗜酸細(xì)胞浸潤(rùn)為主的慢性氣道炎癥[5]。

長(zhǎng)期以來(lái)研究者們似乎太過(guò)關(guān)注DC及T、B、肥大細(xì)胞等在變應(yīng)性炎癥發(fā)病中所起的作用而似乎忽略了上皮細(xì)胞的存在。自從2000年Holgate ST教授首次提出氣道上皮細(xì)胞是哮喘的一個(gè)主要“造孽者”[6]，氣道上皮細(xì)胞才慢慢走進(jìn)研究者的視線(xiàn)。2012年Nat med發(fā)表的重要綜述詳細(xì)論述了氣道上皮在哮喘發(fā)病中的作用。

2 β-catenin的結(jié)構(gòu)與功能

2.1 結(jié)構(gòu)

β-catenin蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)包含3個(gè)重要的結(jié)構(gòu)域：N端結(jié)構(gòu)域、C端結(jié)構(gòu)域和中間區(qū)。其N(xiāo)端含有約130個(gè)氨基酸，其中含有多個(gè)保守的絲蘇氨酸殘基可被糖原合成酶激酶（GSK3β）和CK1a磷酸化，磷酸化的β-catenin可被β-TrCP（β-transducin repeatcontaining proteins）識(shí)別并泛素化，最終在蛋白酶體中迅速降解 因此，這些絲蘇氨酸殘基的磷酸化狀態(tài)對(duì)維持β-catenin蛋白的穩(wěn)定性具有重要意義[7]。其C端含有約100個(gè)氨基酸，呈較強(qiáng)的酸性，含有Tcf家族轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮生物學(xué)作用[8]。中間區(qū)是β-catenin最保守的區(qū)域，由分別包含了約42個(gè)氨基酸殘基的12～14個(gè)arm重復(fù)序列構(gòu)成，每個(gè)arm序列又形成呈三角形排列的3個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，最后這些arm序列相互作用形成長(zhǎng)長(zhǎng)的帶正電荷的凹槽樣超螺旋結(jié)構(gòu)，可使β-catenin與包括上皮細(xì)胞鈣黏蛋白（E-cadherin）、T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子（TCF）、結(jié)腸腺息肉蛋白（APC）、F-actin、軸蛋白（Axin）等重要分子結(jié)合，共同參與WNT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[9]。

2.2 功能

β-catenin是一種結(jié)構(gòu)上高度保守的分子，在維持氣道上皮屏障完整性和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮著雙重作用。一方面，作為氣道上皮粘附連接的重要成員，β-catenin絕大部分都錨定在細(xì)胞膜上，一端與鈣連蛋白（包括E-cadherin、N-cadherin、P-cadherin）的胞內(nèi)段相連，另一端則借助α-catenin與細(xì)胞骨架連接。β-catenin介導(dǎo)的粘附連接與緊密連接、橋粒、半橋粒一起共同維持上皮連接的完整性[10]。另一方面，活化的β-catenin亦是經(jīng)典WNT信號(hào)通路的主要效應(yīng)分子，參與相應(yīng)靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。這部分β-catenin主要存在于胞漿和胞核。在WNT信號(hào)未被啟動(dòng)的時(shí)候，β-catenin通常與一個(gè)由酪蛋白激酶I（CKI）、糖原合酶激酶3β（GSK3β）、結(jié)腸腺瘤病基因產(chǎn)物（APC）等分子組成的蛋白復(fù)合體結(jié)合，促進(jìn)其在Ser33、Ser37、Thr41位點(diǎn)發(fā)生磷酸化及進(jìn)一步的泛素化和降解，使胞漿內(nèi)β-catenin維持在一個(gè)很低的水平，故這個(gè)蛋白復(fù)合體又被稱(chēng)為β-catenin破壞復(fù)合體。WNT信號(hào)激活可促使β-catenin與這個(gè)復(fù)合體分離，從而穩(wěn)定胞漿內(nèi)的β-catenin并促進(jìn)其核轉(zhuǎn)位。入核后，β-catenin作為輔助因子與核轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF、HIF-1α等結(jié)合，啟動(dòng)下游基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)[11]。β-catenin信號(hào)調(diào)控的基因包含了細(xì)胞周期調(diào)控蛋白類(lèi)（如cyclin D1）、生長(zhǎng)因子類(lèi)（如VEGF）、基質(zhì)蛋白類(lèi)（如纖連蛋白）、蛋白酶類(lèi)（如MMP-9）、及趨化因子類(lèi)（如IL-8）等，參與機(jī)體多種病理生理過(guò)程。

3 β-catenin信號(hào)活化參與哮喘發(fā)病

3.1 哮喘β-catenin信號(hào)活化

β-catenin主要表達(dá)于氣道上皮細(xì)胞，幾乎很少表達(dá)于平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及肺泡上皮細(xì)胞等。哮喘狀態(tài)時(shí)，氣道平滑肌可表達(dá)β-catenin。早在2012年，研究人員即發(fā)現(xiàn)β-catenin基因啟動(dòng)子的多態(tài)性與韓國(guó)人的哮喘發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)[12]。早期體外研究證明哮喘氣道平滑肌及氣道上皮內(nèi)WNT依賴(lài)的β-catenin信號(hào)通路均有不同程度的激活[13]。進(jìn)一步體內(nèi)研究實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了哮喘時(shí)氣道上皮細(xì)胞β-catenin信號(hào)通路是處于激活狀態(tài)的[14]。

3.2 β-catenin信號(hào)參與哮喘發(fā)病

3.2.1 β-catenin信號(hào)參與哮喘氣道上皮損傷修復(fù)

氣道上皮損傷與脫落是哮喘的重要特征。與β-catenin信號(hào)參與細(xì)胞增殖、分化一致，β-catenin信號(hào)在哮喘氣道上皮細(xì)胞損傷時(shí)是活化的，活化的β-catenin信號(hào)促進(jìn)靶基因細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)增加，而后促進(jìn)氣道上皮細(xì)胞的分化和損傷細(xì)胞的愈合[15]。同細(xì)胞周期蛋白D1一樣，c-Myc也是β-catenin信號(hào)通路的靶基因，c-Myc在氣道上皮損傷時(shí)是促使氣道上皮細(xì)胞損傷修復(fù)的重要調(diào)控因子[16]，有意思的是，氣道上皮損傷時(shí)引起平滑肌β-catenin信號(hào)的活化，活化的β-catenin信號(hào)誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞釋放FGF-10，釋放的FGF-10引起氣道上皮細(xì)胞β-catenin信號(hào)的活化，促進(jìn)損傷的氣道上皮細(xì)胞分化與修復(fù)[17]。3.2.2 β-catenin信號(hào)參與哮喘氣道上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是哮喘氣道重塑的一個(gè)顯著特征。間質(zhì)細(xì)胞的起源上不是很清楚，有假說(shuō)提出間質(zhì)細(xì)胞起源于氣道上皮細(xì)胞及成纖維細(xì)胞[18]。氣道上皮細(xì)胞間可以失去粘附力，轉(zhuǎn)化成間質(zhì)細(xì)胞的特征：形成波紋蛋白、平滑肌肌動(dòng)蛋白；增強(qiáng)遷移能力；產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)。這一過(guò)程也稱(chēng)作上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）。目前哮喘EMT的發(fā)生機(jī)制仍未闡明。有研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)藥物或者通過(guò)表達(dá)β-catenin，促進(jìn)β-catenin信號(hào)活化，可以誘導(dǎo)EMT的發(fā)生[19]。

3.2.3 β-catenin信號(hào)參與哮喘氣道重塑

氣道平滑肌細(xì)胞肥大和增生是氣道重塑的重要特征。有研究表明β-catenin 參與了氣道平滑肌細(xì)胞的有絲分裂過(guò)程[20]。PDGF和 fetal bovine serum（FBS）誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞增殖的同時(shí)伴隨β-catenin信號(hào)的活化，干擾β-catenin信號(hào)可以阻斷這一過(guò)程[21]。提示β-catenin信號(hào)參與了平滑肌細(xì)胞的增值。接著有研究證明β-catenin信號(hào)參與促進(jìn)煙曲霉誘導(dǎo)的氣道平滑肌細(xì)胞的增值與分化[22]。2016年有研究直接證實(shí)了β-catenin信號(hào)參與了哮喘氣道重塑。

3.2.4 β-catenin信號(hào)參與調(diào)節(jié)哮喘氣道炎癥及氣道高反應(yīng)性

2016年姚利紅博士建立職業(yè)性哮喘模型（TDI哮喘模型），腹腔注射XAV-939和ICG-001阻斷β-catenin信號(hào)發(fā)現(xiàn)可以顯著減輕TDI誘導(dǎo)的氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性，減少Th1/Th2炎癥因子的釋放以及VEGF、HMGB1、IL-1β等炎癥介質(zhì)的表達(dá)[14]。直接有力證明了β-catenin信號(hào)參與調(diào)節(jié)哮喘氣道炎癥及氣道高反應(yīng)性。

4 展望

鑒于β-catenin信號(hào)在哮喘中的重要作用，有必要對(duì)β-catenin信號(hào)活化的調(diào)節(jié)機(jī)制及干預(yù)措施進(jìn)行進(jìn)一步的研究。激素是目前治療哮喘最有效的藥物，然而，長(zhǎng)期使用激素副作用大，且吸入激素費(fèi)用較高，增加了哮喘患者及社會(huì)的負(fù)擔(dān)，近來(lái)研究也證明了β-catenin信號(hào)抑制劑XAV-939和ICG-001能夠減輕職業(yè)性哮喘的氣道炎癥及氣道高反應(yīng)性，這將為我們研究控制哮喘的藥物提供了新的治療思路。

[1] 劉斌，劉鑫，羅曉青，等.氣道上皮細(xì)胞在哮喘中的作用[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2013，13（8）：1583-1585.

[2] Thompson AB，Robbins RA，Romberger DJ.Eur RespirJ，1995；8（1）：127-149.

[3] Lambrecht BN，Hammad H. The airway epithelium in asthma. Nat med，2012，18（5）：684-692.

[4] 劉亞君，陳良安，代華平，等.中華醫(yī)學(xué)會(huì)第六次全國(guó)呼吸系病學(xué)術(shù)會(huì)議紀(jì)要.中華結(jié)核和呼吸雜志.2001： 9-12.

[5] 楊錫強(qiáng).小兒哮喘的免疫學(xué)發(fā)病機(jī)制及其對(duì)策[J].中國(guó)當(dāng)代兒科雜志.2001： 487-90.

[6] Holgate ST，Lackie P，Wilson S，Roche W，Davies D.Bronchial epithelium as a key regulator of airway allergen sensitization and remodeling in asthma. Am J Respir Crit Care Med，2000；162（3 Pt 2）：S113-7.

[7] Megy S，Bertho G，Gharbi-Benarous J. Solution structure of a peptide derived from the oncogenic protein beta-Catenin in its phosphorylated and nonphosphorylated states. Peptides，2005 Feb；26（2）：227-41.

[8] Stadeli R，Hoffmans R，Basler K. Transcription under the control of nuclear Arm/beta-catenin. Curr Biol，2006 May 23；16（10）：R378-85.

[9] XuW，KimelmanD，Mechanistic insights from structural studies of beta-catenin and its binding partners. J Cell Sci，2007 Oct 1；120（Pt 19）：3337-44.

[10] Valenta T，Hausmann G，Basler K. The many faces and functions of beta-catenin. EMBO J，2012；31（12）：2714-2736.

[11] McCubrey JA，Steelman LS，Bertrand FE，Davis NM，Abrams SL，Montalto G，D’Assoro AB，Libra M，Nicoletti F，Maestro R，Basecke J，Cocco L，Cervello M，Martelli AM. Multifaceted roles of GSK-3 and Wnt/beta-catenin in hematopoiesis and leukemogenesis： opportunities for therapeutic intervention. Leukemia 2014；28 （1）：15-33.

[12] Bae S，Lee H，Choi BW，et al. β-catenin promoter polymorphism is associated with asthma risk in Korean subjects. Clin Biochem，2012；45（15）： 1187-1191.

[13] Kumawat K，Koopmans T，Gosens R. β-catenin as a regulator and therapeutic target for asthmatic airway remodeling. Expert Opin Ther Targets，2014；18（9）：1023-1034.

[14] Yao L，Zhao H，Tang H. Blockade of β-catenin signaling attenuates toluene diisocyanate-induced experimental asthma. Allergy，2016 Apr；72（4）：579-589. doi： 10.1111/all.13045.

[15] Zhu M，Tian D，Li J，et al. Glycogensynthase kinase 3beta and beta-catenin are involved in the injury and repair ofbronchial epithelial cells induced by scratching. Exp Mol Pathol，2007；83：30-8.

[16] c-myc regulates proliferation andFgf10 expression in airway smoothmuscle after airway epithelial injury inmouse. PLoS One，2013；8：e71426.

[17] Volckaert T，Dill E，Campbell A，et al.Parabronchial smooth muscle constitutesan airway epithelial stem cell niche in themouse lung after injury. J Clin Invest，2011；121：4409-19.

[18] Hackett TL. Epithelial-mesenchymaltransition in thepathophysiology of airway remodelling in asthma.Curr Opin Allergy Clin Immuno，l2012；12：53-9.

[19] Giangreco A，Lu L，Vickers C，et al.Beta-catenin determines upper airway progenitor cell fate and preinvasivesquamous lung cancer progression bymodulating epithelial-mesenchymaltransition. J Pathol，2012；226：575-87.

[20] Gosens R，Baarsma HA，Heijink IH，et al. De novo synthesis of beta-cateninvia H-ras and MEK regulates airwaysmooth muscle growth. FASEB J，2010；24：757-68.

[21] Nunes RO，Schmidt M，Dueck G，et al.GSK-3/beta-catenin signaling axis in airway smooth muscle： role in mitogenic signaling. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2008；294：L1110-18.

[22] Cohen ED，Ihida-Stansbury K，Lu MM，et al. Wnt signaling regulates smooth muscle precursor development in the mouse lung via a tenascin C/PDGFR pathway. J Clin Invest，2009；119：2538-49.

Research Progress of the Mechanism of Beta-catenin In the Pathogenesis of Bronchial Asthma

Liang Shifeng，Pang Zongdong
（Minzu Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Nanning Guangxi 530001，China）

β catenin is a highly conserved molecular organism，plays a dual role in maintaining the integrity of the connection between cells and intracellular signal transduction，β-catenin signaling pathway activation stimulated β-catenin combine with TCF/LEF to form complex，promote the transcription of target genes involved in lung. The development and maintenance of the environment in the balance.

β-catenin；bronchial asthma；airway epithelial cells

梁世鋒，本科，副主任醫(yī)師，研究方向：慢性阻塞性肺疾病的診治。