魏 盼，李戀曲，吳 鵬，賈志榮，王曉鈺，洪 敏，江國榮

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，科技部國家規(guī)范化中藥藥理實驗室，江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室，江蘇 南京 210023; 2.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬蘇州市中醫(yī)醫(yī)院蘇州市吳門醫(yī)派研究院，江蘇 蘇州 215003)

據(jù)Global Burden of Disease Study資料顯示，全世界約有2.4億哮喘患者，且有增加趨勢，預(yù)計到2025年將達(dá)到3億。我國至少有2 000萬以上哮喘患者，兒童哮喘患者約1 000萬，患病率約為1.05%～4%，個別地區(qū)甚至高達(dá)5%以上，且近年來有上升趨勢[1]。支氣管哮喘是變應(yīng)原或其他因素引起肺功能異常的疾病，而氣道重塑是肺功能異常的病理基礎(chǔ),也是哮喘難以根治的根本原因。支氣管哮喘患者反復(fù)的氣道炎癥、組織損傷以及隨后不正常修復(fù)導(dǎo)致氣道壁結(jié)構(gòu)改變被稱為氣道重塑,其主要病理學(xué)改變涉及氣道的各層組織及細(xì)胞的異常變化，包括上皮細(xì)胞損傷脫落、黏膜下層杯狀細(xì)胞化生、平滑肌細(xì)胞增生和肥大、成纖維細(xì)胞增生、氣道壁增厚、管腔狹窄等。其中，氣道上皮是接觸過敏原和有害物質(zhì)的第一道天然屏障，其通過促炎因子釋放、杯狀細(xì)胞化生及黏液過度的分泌參與了氣流受限的形成，更重要的是通過上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)參與了氣道的重塑。

EMT是指胚胎發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移以及器官纖維化過程中，上皮細(xì)胞形態(tài)與表型發(fā)生改變，并具有間質(zhì)細(xì)胞特性的現(xiàn)象。研究表明[2]， EMT能導(dǎo)致哮喘氣道上皮的纖維化并促進(jìn)平滑肌增生，破壞上皮屏障，加重氣道炎癥，在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。本文對EMT的調(diào)節(jié)因素進(jìn)行簡述，就EMT與哮喘氣道重塑的研究重點綜述。

1 EMT的調(diào)節(jié)因素

至今已發(fā)現(xiàn)有許多細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子與EMT相關(guān)。細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)，轉(zhuǎn)錄因子如Snail、Zeb、Twist等，參與了EMT的調(diào)節(jié)，其中TGF-β被認(rèn)為是參與EMT的關(guān)鍵因子。TGF-β是一種多效性的細(xì)胞因子，不僅參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、分化、凋亡、遷移和免疫，并且可介導(dǎo)多種信號通路，如Smad、PI3K/Akt、NF-κB通路等，參與EMT過程[3]。TGF-β在調(diào)節(jié)EMT過程中，首先與TGF-β的II型受體結(jié)合進(jìn)行信號的啟動；接著激活I(lǐng)型受體激酶，導(dǎo)致Smad2和Smad3磷酸化；隨后，活化的Smad2和Smad3與Smad4形成異三聚體，此異三聚體發(fā)生核轉(zhuǎn)移并參與基因的調(diào)控[4]。在與DNA結(jié)合過程中，需要Snail、Zeb轉(zhuǎn)錄因子的參與，去輔助靶基因獲取更好的親和力及選擇性[5]。另外，EGF與FGF等細(xì)胞因子也能通過激活PI3K通路，活化蛋白激酶，進(jìn)而上調(diào)Snail和β-catenin，降低E-cadherin的表達(dá)，發(fā)生EMT[6]。

2 EMT與哮喘的氣道重塑

氣道重塑是呼吸道疾病共同的病理特征，氣道重塑的發(fā)生與氣道炎癥引起的氣道上皮組織的反復(fù)損傷和修復(fù)有關(guān)。研究表明，哮喘與EMT有著密切聯(lián)系，EMT引起細(xì)胞外基質(zhì)沉積，進(jìn)而造成的上皮下纖維化以及平滑肌的增生與遷移導(dǎo)致了氣道壁的增厚。

塵螨誘導(dǎo)的小鼠哮喘模型中，氣道上皮細(xì)胞連接蛋白(E-cadherin、Occludin)的表達(dá)逐漸缺失，而間質(zhì)蛋白(如Vimentin、α-SMA)的表達(dá)增加[2]，提示EMT伴隨在哮喘疾病發(fā)展過程中。Fischer等[7]在哮喘小鼠中，觀察到其氣道壁增厚明顯，且氣道上皮的E-cadherin大量減少，同時N-cadherin、Vimentin的表達(dá)明顯增加，這說明EMT可能導(dǎo)致氣道壁的增厚。Liu 等[8]同時在哮喘病人和卵清蛋白(ovalbumin, OVA)哮喘模型小鼠的氣道中觀察到了氣道壁的重構(gòu)，并伴隨著EMT的發(fā)生。然而，給小鼠氣管滴注嗜酸性粒細(xì)胞，小鼠氣道壁的E-cadherin表達(dá)減少，Vimentin、α-SMA的表達(dá)升高[9]，同時，體外共培養(yǎng)嗜酸性粒細(xì)胞與支氣管上皮細(xì)胞，支氣管上皮細(xì)胞也發(fā)生了間質(zhì)轉(zhuǎn)化[8]，表明哮喘典型的嗜酸性炎癥有助于EMT的發(fā)生。de Groot等[10]發(fā)現(xiàn)，患有重度哮喘的病人氣道細(xì)胞外基質(zhì)有明顯沉積，這導(dǎo)致上皮下纖維化過程以及氣流受限，從而加重哮喘癥狀。OVA誘導(dǎo)的大鼠哮喘模型氣道中同樣發(fā)現(xiàn)了氣道結(jié)構(gòu)的改變，如上皮下出現(xiàn)纖維化、杯狀細(xì)胞化生及平滑肌細(xì)胞的增生，并且伴隨著上皮細(xì)胞標(biāo)志物E-cadherin的表達(dá)下調(diào)，間質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物纖維粘連蛋白與α-SMA表達(dá)上調(diào)[11]。哮喘大鼠氣道結(jié)構(gòu)改變過程中，上皮下出現(xiàn)纖維化，同時上皮形態(tài)逐漸缺失，并出現(xiàn)EMT的改變(E-cadherin下調(diào)，α-SMA、N-cadherin上調(diào))，蛋白骨架的變化導(dǎo)致上皮損傷脫落，進(jìn)而引起促炎因子的釋放，杯狀細(xì)胞增生與黏液分泌，提示EMT可能通過誘導(dǎo)上皮持續(xù)性損傷，參與氣道重塑的發(fā)展[12](炎癥與氣道重塑的關(guān)系見Fig 1)。對氣道壁波形蛋白的定量研究進(jìn)一步表明了間質(zhì)細(xì)胞有30%來源于上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。對氣道上皮以及上皮下黏膜進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)了促I型膠原的產(chǎn)生，說明氣道上皮通過間質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生膠原沉積和上皮下纖維化過程，參與氣道重塑[2]。這些研究說明了哮喘支氣管氣道壁的增厚過程伴隨著EMT的發(fā)生，而且有近1/3的間質(zhì)細(xì)胞來源于上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，這一比例也提示了EMT在支氣管氣道重塑中的重要地位。

3 EMT在哮喘氣道重塑中的發(fā)生機(jī)制

3.1TGF-β介導(dǎo)的信號通路臨床病人及動物模型的氣管哮喘氣道中均有TGF-β的表達(dá)升高[13]。研究表明，嗜酸性粒細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞均能分泌TGF-β[14]。TGF-β作為EMT最重要的感應(yīng)器，提示很有可能通過TGF-β介導(dǎo)EMT來促進(jìn)氣道重塑。TGF-β1誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程[15]，是通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)和Smad信號的激活調(diào)節(jié)(Fig 1)。通過Smad機(jī)制誘發(fā)EMT涉及轉(zhuǎn)錄因子Zeb2和Snail的上調(diào)，其可抑制E-cadherin、ZO-1、Occludin等的表達(dá)[16]。此外，TGF-β還能夠通過活化β-catenin-Wnt信號通路，該通路能調(diào)節(jié)Snail2的表達(dá)，從而抑制E-cadherin mRNA的表達(dá)[17]。體外TGF-β刺激支氣管上皮細(xì)胞72 h后，檢測到細(xì)胞形態(tài)和表型的改變，細(xì)胞從鵝卵石狀的形態(tài)變成梭形，并且細(xì)胞與細(xì)胞間的連接丟失。Western blot與免疫熒光的結(jié)果表明，上皮細(xì)胞的標(biāo)志物E-cadherin減少且分布發(fā)生紊亂，間質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物Vimentin與N-cadherin、α-SMA出現(xiàn)，這是EMT發(fā)生的標(biāo)志，且Smad2/3和 p38 MAPK信號通路均被激活，E-cadherin下調(diào)可通過Smad2/3或者p38 MAPK信號通路完成[18]。同時研究發(fā)現(xiàn)，體外用TGF-β誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，蛋白酶激活受體-1(protease-activated receptor-1，PAR-1)被激活，說明PAR-1參與調(diào)節(jié)了EMT；PAR-1能抑制E-cadherin的表達(dá)，同時促進(jìn)α-SMA的生成[12]。PAR-1通路是與杯狀細(xì)胞化生和肺氣腫相關(guān)的通路，提示PAR-1可能通過誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞的化生，損傷上皮屏障來促進(jìn)EMT的過程。

3.2腫瘤壞死因子α(tumornecrosisfactorα，TNF-α)通路TNF-α也參與了EMT過程，并且TNF-α能促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生，以及進(jìn)一步加劇EMT的過程[19]。Cmara等[20]證實，TNF-α通過Smad非依賴途徑，協(xié)同TGF-β誘導(dǎo)EMT過程。提示TNF-α通路可能也是引起EMT過程的因素之一。

Fig 1 Relationship among inflammation, EMT and airway remodeling in asthma

3.3活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)/MAPK通路在體外誘導(dǎo)人支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，一段時間后，細(xì)胞內(nèi)的ROS增加，且還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化單元氮氧化合物的mRNA和蛋白表達(dá)增加，ROS的產(chǎn)生和氮氧化合物的表達(dá)均可被抗氧化物(cAMP類似物)所抑制，表明ROS在cAMP下調(diào)過程中起作用。提示ROS/MAPK的激活促進(jìn)EMT，參與了哮喘氣道重塑的發(fā)生[21]。

3.4骨成型蛋白通路McCormack等[22]發(fā)現(xiàn)，外源性的骨成型蛋白(BMP2、BMP4、BMP7)能夠誘導(dǎo)大鼠正常氣道上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化，并提高細(xì)胞的遷移率，應(yīng)用BMP的拮抗劑可抑制細(xì)胞的遷移。表明BMP信號通路介導(dǎo)了EMT過程，其可能參與氣道重塑的發(fā)展。

3.5晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptorofadvancedglycationendproducts,RAGE)通路Chen等[23]研究表明，高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1 protein，HMGB1)能夠誘導(dǎo)正常人氣道上皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化，沉默其受體RAGE能夠抑制EMT的發(fā)生，說明了RAGE信號通路介導(dǎo)了EMT的發(fā)生[24]。

4 小結(jié)

綜上所述，在哮喘氣道炎癥導(dǎo)致的損傷修復(fù)過程中，氣道上皮可能通過相關(guān)通路發(fā)生了間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，并引起上皮受損、細(xì)胞外基質(zhì)的沉積以及上皮下纖維化，在氣流受限的形成中發(fā)揮重要作用。目前，有關(guān)EMT的研究主要集中在腫瘤的轉(zhuǎn)移以及器官纖維化，近年來，越來越多的研究表明，哮喘、鼻炎等呼吸道疾病中出現(xiàn)EMT現(xiàn)象，引起了人們的高度重視。然而，EMT在哮喘氣道重塑中的發(fā)生機(jī)制尚不全面。哮喘所帶來的危害是有目共睹的，氣道重塑導(dǎo)致臨床哮喘患者氣道阻塞和呼吸困難，是哮喘難以根治的根本原因。目前，臨床用于抗哮喘的藥物沙丁胺醇與特布他林作為β受體激動劑代表藥物，能通過激動呼吸道的β2受體，激活腺苷酸環(huán)化酶，使細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷含量增加，進(jìn)而松弛支氣管平滑肌，其可能是通過保護(hù)平滑肌功能來治療哮喘的。因此，抑制或逆轉(zhuǎn)EMT可能是治療氣道重塑新的途徑。進(jìn)一步研究EMT在哮喘氣道重塑中的機(jī)制，為哮喘提供新的治療靶點是非常有意義的。

參考文獻(xiàn)：

[1] Fehrenbach H, Wagner C, Wegmann M.Airway remodeling in asthma: what really matters [J].CellTissueRes, 2017,367(3):551-69.

[2] Johnson J R, Roos A, Berg T, et al.Chronic respiratory aeroallergen exposure in mice induces epithelial-mesenchymal transition in the large airways [J].PLoSOne, 2011,6(1):e16175.

[3] Hata A, Chen Y G.TGF-beta signaling from receptors to Smads [J].ColdSpringHarbPerspectBiol, 2016,4(9):a022061.

[4] Xu F, Liu C, Zhou D, Zhang L.TGF-beta/Smad pathway and its regulation in hepatic fibrosis [J].JHistochemCytochem, 2016,64(3):157-67.

[5] Yeung K T, Yang J.Epithelial-mesenchymal transition in tumor metastasis [J].MolOncol, 2017,11(1):28-39.

[6] Zhang H Y，Wang Z Q，Li Y Y，et al．Transforming growth factor-β1-induced epithelial-mesenchymal transition in human esophageal squamous cell carcinoma via the PTEN/PI3K signaling pathway [J].OncolRep，2014，32(5): 2134-42．

[7] Fischer K D, Hall S C, Agrawal D K, et al.Vitamin D supplementation reduces induction of epithelial-mesenchymal transition in allergen sensitized and challenged mice [J].PLoSOne, 2016,11(2):e0149180.

[8] Liu T, Liu Y, Miller M，et al.Autophagy plays a role in FSTL1-induced epithelial mesenchymal transition and airway remodeling in asthma [J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol, 2017,313(1):L27-40.

[9] Yasukawa A, Hosoki K, Toda M, et al.Eosinophils promote epithelial to mesenchymal transition of bronchial epithelial cells [J].PLoSOne, 2013,8(5):e64281.

[10] de Groot J C, Storm H, Amelink M, et al.Clinical profile of patients with adult-onset eosinophilic asthma [J].ERJOpenRes, 2016,2(2).pii: 00100-2015.

[11] Tian X, Tian X, Huo R, et al.Bacillus Calmette-Guerin alleviates airway inflammation and remodeling by preventing TGF-beta1 induced epithelial-mesenchymal transition [J].HumVaccinImmunother, 2017,13(8):1758-64.

[12] Gong J H, Cho I H, Shin D, et al.Inhibition of airway epithelial-to-mesenchymal transition and fibrosis by kaempferol in endotoxin-induced epithelial cells and ovalbumin-sensitized mice [J].LabInvest, 2014,94(3):297-308.

[13] Song L, Sen S, Sun Y, et al.Ketamine inhalation ameliorates ovalbumin-induced murine asthma by suppressing the epithelial-mesenchymal transition [J].MedSciMonit, 2016,22:2471-83.

[14] Wynn T A.Cellular and molecular mechanisms of fibrosis [J].JPathol, 2008,214(2):199-210.

[15] Itoigawa Y, Harada N, Harada S, et al.TWEAK enhances TGF-β-induced epithelial-mesenchymal transition in human bronchial epithelial cells [J].RespirRes, 2015,16(1): 48.

[17] Heijink I H, Postma D S, Noordhoek J A, et al.House dust mite-promoted epithelial-to-mesenchymal transition in human bronchial epithelium [J].AmJRespirCellMolBiol, 2010,42(1):69-79.

[18] Hackett T L, Warner S M, Stefanowicz D, et al.Induction of epithelial-mesenchymal transition in primary airway epithelial cells from patients with asthma by transforming growth factor-beta1 [J].AmJRespirCritCareMed, 2009,180(2):122-33.

[19] Zhao Y, Tian B, Sadygov R G, et al .Integrative proteomic analysis reveals reprograming tumor necrosis factor signaling in epithelial mesenchymal transition [J].JProteomics, 2016,148:126-38.

[21] Ge A, Ma Y, Liu Y N, et al.Diosmetin prevents TGF-beta1-induced epithelial-mesenchymal transition via ROS/MAPK signaling pathways [J].LifeSci, 2016,153:1-8.

[22] McCormack N, Molloy E L, O’Dea S.Bone morphogenetic proteins enhance an epithelial-mesenchymal transition in normal airway epithelial cells during restitution of a disrupted epithelium [J].RespirRes, 2013,14:36.

[23] Chen Y C, Statt S, Wu R, et al.High mobility group box 1-induced epithelial mesenchymal transition in human airway epithelial cells [J].SciRep, 2016,6:18815.

[24] 李留成，高 建，李 俊, 等.HMGB1在呼吸系統(tǒng)疾病中的作用及其機(jī)制 [J].中國藥理學(xué)通報，2015,31(1): 15-8.

[24] Li L C，Gao J，Li J, et al.The role and mechanism of HMGB1 in respiratory diseases[J].ChinPharmacolBull, 2015,31(1): 15-8.