细胞周期调节与支气管哮喘的气道重塑

杨 卫（综述），杨红申（审校）

（1.河北大学附属医院呼吸内科，河北保定071000，2.河北医科大学第二医院呼吸内科，河北石家庄050000）

·综 述·

细胞周期调节与支气管哮喘的气道重塑

杨 卫（1综述），杨红申2*（审校）

（1.河北大学附属医院呼吸内科，河北保定071000，2.河北医科大学第二医院呼吸内科，河北石家庄050000）

哮喘；细胞周期；综述文献

支气管哮喘是由多种炎性细胞参与的慢性非特异性炎症，气道重塑作为哮喘发病机制中的一个重要环节，越来越受到人们的重视［1］，目前已经成为支气管哮喘研究的热点和重点之一。气道重塑是指由于炎症对气道的持续性损伤、机体对损伤的修复性反应而形成的新结构，主要病理学改变包括气道上皮破坏、杯状细胞增生、黏液腺分泌增多、气道平滑肌增殖、基底膜增厚、胶原沉积等［2］。它已经成为哮喘肺功能进行性下降和激素治疗不敏感的病理学基础之一［3］。气道重塑的机制尚不明确，目前认为可能与气道慢性炎症的反复刺激，一些细胞因子、炎症介质介导的信号传导通路异常［4-5］，蛋白激酶异常调节［6］、细胞周期的调节异常等因素有关。本文就细胞周期调节与支气管哮喘的气道重塑关系进行分析并综述如下。

1 细胞周期调节

细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。可以分为S期（DNA合成期）、M期（有丝分裂期）、G1（DNA合成前期）、G2（有丝分裂前期）4个时期。正常情况下细胞沿着G1、S、G2、M的方向完成细胞增殖。目前认为，细胞周期之所以能够严格按照G1、S、G2、M的顺序循环进行，有赖于细胞内部以周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent protein kinase，CDK）和周期蛋白为中心的引擎分子周期变化诱发的一系列事件的有序发生，其中周期蛋白在该演化过程中起着不可低估的作用；同时有赖于细胞周期中检查点的反馈调控机制，监视和调控细胞周期时相的正常运行。其中有几个调控点，是对细胞增殖进行调控的关键。

2 细胞周期检查点

检查点调控机制由监视上游事件的传感器、传感器信号传导、细胞周期启动元件构成，分为4种检查点。

2.1 限制点或R点：哺乳动物在G1期中有一个很重要的检查点，它可以决定细胞继续增殖进入G1期或离开细胞周期进入死亡。细胞在分裂前必须长到合适的尺寸，在未达到指标前，细胞周期进程会暂时停滞该期。这个点决定细胞是否要进行DNA复制，并完成一个细胞循环。

2.2 DNA损伤检查点：位于G1/S交界处，当检测到DNA损伤时可使细胞阻滞在G1期，待DNA修复后才能复制，从而避免突变或恶变的产生。

2.3 DNA复制检查点：位于S/G2交界处，负责检查DNA复制进度。

2.4 纺锤体复制检查点：通过检查有功能的纺锤体形成，管理染色体的正确分配。

3 周期蛋白系统

由Cyclin、CDK、周期蛋白依赖性激酶抑制因子（cyclin-dependent kinase inhibitor，CDI）构成。Cyclin必须与相应的CDK结合，通过对各种底物的磷酸化，才能够推动细胞周期不同时相向前运转［7］。而CDI与CDK，或与Cyclin-CDK复合物结合，可抑制CDK的活性，阻碍细胞周期的运行。在Cyclin、CDK、CDI三者为核心的控制网络，CDK处于调控中心地位，Cyclin起正调节作用，CDI发挥负调节作用。三者的相对含量决定了细胞周期是进展还是阻滞，保证了细胞周期内各事件协调有序进行。

3.1 周期蛋白：Cyclin又称周期素，是一类细胞周期调控中的重要因子，目前在哺乳动物细胞中分离出A、B、C、D、E、F、G、H、T等9类周期蛋白，连同亚类共16种，各个周期蛋白亦有被称为蛋白周期框的氨基酸序列。Cyclin通过蛋白周期框的介导与CDK相结合，并激活CDK，推动细胞增殖。Cyclin含量随细胞周期进行变化，不同Cyclin在其相应周期时相达到含量和活性的高峰，激活相应的CDK，随后迅速降解失活，而且不同的周期蛋白通过不同的方式发挥作用。

Cyclin A能结合并激活CDK2，而CDK2蛋白的含量及活化程度在细胞增殖周期的卡点G1/S和G2/M转换过程中起限速作用，尤其与S期进程密切相关。CDK2的活性依赖于Cyclin A与其形成复合物，Cyclin A的水平影响CDK2的活性。CDK2被激活后可启动S期及M期相关基因的转录，促使细胞由G1期进入S期，同时促使细胞由G2期进入M期，推动细胞增殖。

Cyclin E可促进细胞由G1期进入S期，促进DNA复制的开始。若Cyclin E蛋白失去周期性表达，在整个细胞周期中表达水平高，则可持续地在整个细胞周期中激活CDK2，促使G1/S期转换，使细胞发生异常增殖。

Cyclin D能与CDK2、CDK4、CDK5、CDK6结合，所形成的活性复合物是G0/G1期转换与G1早期所需。Cyclin D1是哮喘气道平滑肌增殖的重要调节因素［8-9］。Cyclin D1可与CDK4特异性结合，使CDK4活化和Rb蛋白磷酸化，促进转录因子E2F解离而活化，促进DNA合成，细胞由G0期进入G1期及S期，促进细胞增殖。

3.2 CDK：CDK是细胞核内一系列依赖于周期蛋白的蛋白激酶，均属于丝氨酸和苏氨酸激酶，在哺乳动物中至少含有9种CDK，即CDK1～CDK9。CDK含有1个由300个氨基酸组成的核，其中40％以上的结构域被称为PSTAIRE区，该序列能与周期蛋白框特异性结合，形成异源二聚体。其中Cyclin为调节亚基，CDK为催化亚基。不同的Cyclin-CDK复合物可通过CDK活性，促进不同底物磷酸化而实现其对细胞周期不同时相的转化。其有序的激活和失活，调控细胞周期有序进行，它们在细胞周期调节中起着关键作用。

CDK1、2主要作用在S期及G2期向M期转换过程中；CDK4、6主要在G1期与Cyclin D相结合发挥作用，促使细胞向S期转换；CDK4能有效作用于pRb，使其磷酸化状态发生改变，调节其与转录因子的结合，参与调节细胞周期。气道平滑肌的cyclin E和CDK2形成的复合体能够促进G1/S期转换，并上调pRb的表达，后者减少转录因子E2F，从而影响细胞周期进程。

3.3 CDI：CDI为低分子量蛋白质，目前共有7种，由不同结构基因所表达，根据结构功能差异分为两类，一类为双重特异家族，包括p21、p27、p57；另一类叫锚蛋白家族，包括p15、p16、p18、p19。CDI可与CDK或Cyclin-CDK复合物相结合，抑制CDK活性，并延缓或终止细胞周期进行。

p27蛋白是在研究细胞间接触抑制和转化生长因子β诱导细胞生长的G1期阻滞时发现的一个热稳定蛋白［10］，由198个氨基酸组成。p27蛋白N端具有2个Ser磷酸化位点，是结合并抑制Cyclin-CDK复合物的必需结构。p27作为细胞周期的负调控因子，通过2个途径抑制细胞周期进程，抑制CDK激活和抑制激活后的Cyclin-CDK复合物活性。p27对G1期Cyclin-CDK抑制作用最为重要，它能显著抑制cyclin E-CDK2和cyclin E-CDK4复合物的活性，使细胞周期停滞于G1期而不能实现G1期和S期的转换，因此它是G1期的限速因子［11］。p21是一种含495个氨基酸的核蛋白，对G1期细胞周期蛋白具有抑制作用，抑制细胞进入细胞分裂周期，表现为一种负调节作用。Zhou等［12］认为哮喘患者中出现气道平滑肌增殖的同时p21较正常人表达异常增高。说明CDI在气道炎症反应和气道重塑中起着复杂的调节作用。

p16基因位于人类染色体9 p21，全长8.5kb，有2个内含子和3个外显子组成，其编码的蛋白蛋白可与Cyclin D1竞争与CDK4结合，特异性地抑制CDK4的活性，并抑制细胞由G1期进入S期，负性调节细胞生长。当p16基因缺失或异常而不能正常表达时，Cyclin D1与CDK4优势结合，细胞生长失去控制，甚至细胞表型产生变化。

4 细胞周期调节与支气管哮喘的气道重塑

4.1 细胞周期调节与气道平滑肌增殖：哮喘患者气道多有不同程度的气道重塑，其中气道平滑肌的增厚是气道重塑的重要特征之一。气道平滑肌的增厚是以细胞增生为主，与正常气道相比哮喘患者气道平滑肌数量增加了2～3倍。气道平滑肌增生性改变是由于成纤维细胞、外膜细胞及肌成纤维细胞的分化和逆分化的结果。不仅气道平滑肌总体数量增加，平滑肌的表型也发生变化（正常情况下可分为分泌型和收缩型），收缩型平滑肌比重增加。研究表明在哮喘大鼠模型中肺组织平滑肌肌动蛋白的比例表达明显增高［13］。

周期蛋白调节系统在气道平滑肌增殖中起着重要作用，细胞周期蛋白可促进平滑肌增殖、分裂［14］。研究［12］表明哮喘患者肺泡灌洗液和气道平滑肌中细胞外信号调节激酶和Cyclin D1的表达明显高于正常对照者。哮喘动物模型中细胞周期蛋白的表达明显的高于正常［15］。同时体外试验研究［15］表明，环磷腺苷诱发气道平滑肌细胞增殖，Cyclin D1的表达增高，并且应用细胞外信号调节激酶抑制剂能够抑制Cyclin D1的表达。研究［16］认为哮喘小鼠模型中气道平滑肌增厚且与Cyclin D1的表达一致，说明了周期蛋白在哮喘气道平滑肌增殖中起着重要作用。至于周期蛋白表达增加的原因，目前认为与细胞外信号调节激酶、丝裂素活化蛋白激酶信号通路和p13有关，但确切机制尚待进一步研究。王立等［17］认为，哮喘大鼠模型中气道平滑肌增厚，p21表达增高。通过使用氟伐他汀能够通过抑制甲羟戊酸代谢途径，使p21的正常结构异常，影响功能活性（但不能特异阻断p21的表达），并减轻气道平滑肌增殖，抑制气道重塑［18］。

4.2 细胞周期调节与气道上皮细胞：气道慢性炎症不仅可直接造成哮喘患者气道上皮的炎症损伤，一些上皮毒性物质（如嗜酸性粒细胞释放碱基蛋白）也可以造成上皮细胞的间接损伤。体外试验表明，损伤后的上皮细胞可产生纤维连接蛋白和转化生长因子β，其中纤维连接蛋白可使上皮细胞趋化，成纤维细胞聚集到组织损伤部位和产生胶原导致纤维化，而转化生长因子β可刺激多种细胞产生纤维连接蛋白。上皮细胞产生的纤维细胞和结缔组织的聚集过程中与瘢痕类似，损伤修复后导致气道上皮下间质结构出现异常改变，如胶原沉积。异常气道上皮细胞有以下特点。①杯状纤毛上皮细胞增多；②基底膜增厚；③肥大细胞、嗜酸性粒细胞、淋巴细胞增多。研究［18］表明，细胞周期调节与气道上皮的损伤修复过程有密切关系，如Cyclin D1和Cyclin E参与调节细胞外基质、胶原的沉积；同时，在哮喘患者支气管上皮细胞中p21的表达较正常对照者明显升高，通常认为p21的过度表达与上皮组织的异常修复反应有关，常常引发气道炎征以及气道重塑。Fedorov等［19］认为哮喘患者气道上皮中表皮生长因子受体和p21的过度表达与气道炎症和损伤密切相关。

4.3 细胞周期调节与T淋巴细胞：哮喘患者T细胞与正常人T细胞相比较，其增殖能力的增加，既表现在细胞数量上，也表现在细胞周期各时相分布上的差异。哮喘患者G0/G1期T淋巴细胞比例明显的低于对照组；S期T淋巴细胞比例明显高于对照组；哮喘组处于DNA合成期和细胞分裂前期的T淋巴细胞比例明显的增高。Qiu等［20］学者研究发现，支气管哮喘患者的CD4+T淋巴细胞和CD8+T淋巴细胞的Cyclin E、Cyclin D1的表达明显高于对照组，认为在哮喘发病中，由于T淋巴细胞的细胞周期异常调节，参与炎症反应及气道重塑的过程。

5 与细胞周期调节有关的药物

目前已知对细胞周期有调节作用的药物，并不是很多。但已经有一些学者在探索使用通过药物干预从而影响细胞周期调节，延缓和减轻气道重塑的发生，并得到一些有益的发现。

人类平滑肌细胞中Cyclin D1的表达，可能与丝裂素活化蛋白激酶1和丝裂素活化蛋白激酶2有关。Tsang等［21］研究表明，在体外试验中通过使用酪氨酸激酶抑制剂能够减少由豚鼠气道平滑肌中Cyclin D1和肌动蛋白、肌球蛋白的表达。

Amrani等［22］认为，用γ干扰素可以影响CDK 2/Cyclin E的活力，抑制气道平滑肌的增殖，减轻气道重塑。研究［16，23］表明白三烯受体拮抗剂和糖皮质激素均可抑制气道平滑肌增殖。王立等［17］研究表明氟伐他汀可延缓哮喘气道重建的进程，这种作用与p21抑制相关，但其抑制增生的作用弱于地塞米松。国内也有学者研究认为，松弛素H2能够下调细胞周期蛋白D1表达，减轻哮喘小鼠动物模型气道重塑［24］。不过目前关于这方面的临床用药多处于试验阶段，距临床实际应用还有一定的距离。

6 结语与展望

总之，在气道重塑的过程中，细胞周期调节对细胞增殖起着重要的作用，其机制错综复杂。进一步探讨细胞周期调节的机制，以及如何干预、调节细胞周期的几个重要环节，抑制气道重塑，延缓哮喘病情的发展，则需要进一步深入研究。

［1］ 张洁，韩曙光，吕蓓丽，等.Sunitinib对支气管哮喘气道重塑小鼠模型Erk通路和cyclinD1表达的影响［J］.中华哮喘杂志，2012，6（1）：1-6.

［2］ TAGAYA E，TAMAOKI J.Mechanisms of airway remodeling in asthma.［J］.Allergol Int，2007，56（4）：331-340.

［3］ YAMAGUCHIM，NIIMIA，MATSUMOTOH，etal.Sputum levels of transforming growth factor-betal in asthma：relation to clinical and computered tomography findings［J］.J Investig Allergol Clin Immunol，2008，18（3）：201-206.

［4］ 刘红，黄茂，李涛，等.AG490对支气管哮喘小鼠气道重塑的干预作用及相关机制［J］.南京医科大学学报：自然科学版，2011，31（3）：301-307.

［5］ 张爱芝，张焕萍，蔺鹏翔.ERK活化对哮喘大鼠气道重塑及CyclinD1表达的影响［J］.中国比较医学杂志，2010，20（3）：26-29.

［6］ DU CL，XU YJ，LIU XS，et al.Up-regulation of cyclin D1 expression in asthma serum-sensitized human airway smooth muscle promotes proliferation via protein kinase C alpha［J］.Exp Lung Res，2010，36（4）：201-210.

［7］ 张晓宇，徐永健，刘先胜，等.香烟提取物对支气管哮喘大鼠气道平滑肌细胞增殖的影响［J］.中国病理生理杂志，2009，25（10）：1969-1974.

［8］ ALLEN JC，SEIDEL P，SCHLOSSER T，et al.Cyclin D1 in ASM Cells from Asthmatics is Insensitive to Corticosteroid Inhibition［J］.JAllergy（Cairo），2012，19（1）：1-6.

［9］ ZHANG XY，XU YJ，LIU XS，et al.Cigarette smoke extract promotes proliferation of airway smooth muscle cells in asthmatic rats via regulating cyclin D1 expression［J］.Chin Med J（Engl），2010，123（13）：1709-1714.

［10］ 毛荣军，李启明，房慧琳，等.p27蛋白在宫颈鳞状细胞癌中的表达［J］.右江民族医学院学报，2008，30（1）：27-29.

［11］ 付凤仙，宋俊芬，康山，等.p27和CyclinE在卵巢癌中的研究进展［J］.河北医科大学学报，2007，28（2）：146-148.

［12］ ZHOU L，LIJ，GOLDSMITH AM，et al.Human bronchial smooth muscle cell lines show a hypertrophic phenotype typical of severe asthma［J］.Am JRespir Crit Care Med，2004，169（6）：703-711.

［13］ 吴昭萍，罗凤鸣，王曾礼，等.哮喘大鼠模型肺组织平滑肌肌功蛋白-αmRNA的表达［J］.四川大学学报：医学版，2003，47（2）：330-333.

［14］ FIASCHI-TAESCH N，SICARI BM，UBRIANI K，et al.Cellular mechanism through which parathyroid hormone-related protein induces proliferation in arterial smooth muscle cells：definition of an arterial smoothmuscle PTHrP/p27kipl pathway［J］.Circ Res，2006，99（9）：933-942.

［15］ 杜春玲，徐永健，刘先胜，等.蛋白激酶Cα-胞外调节蛋白激酶1/2与人气道平滑肌细胞中周期蛋白D1及P21cip1表达的关系［J］.中华结核和呼吸杂志，2008，31（12）：915-920.

［16］ 葛海燕，黄茂，姚欣，等.细胞周期蛋白D1在支气管哮喘小鼠肺组织中的表达及其与气道重塑的关系［J］.中华结核和呼吸杂志，2006，29（9）：607-611.

［17］ 王立，吴昌归，倪殿涛，等.氟伐他汀对哮喘大鼠气道重建的影响及其机制［J］.第四军医大学学报，2007，28（7）：637-640.

［18］ WU L，ZHANG W，LI H，et al.Inhibition of aortic intimal hyperplasia and cell cycle protein and extracellularmatrix protein expressions by BuYang HuanWu Decoction［J］.J Ethnopharmacol，2009，125（3）：423-435.

［19］ FEDOROV IA，WILSON SJ，DAVIESA DE，etal.Epithelial stress and structural remodelling in childhood asthma［J］.Thorax，2005，60（5）：389-394.

［20］ QIU C，FENG MJ，LIFR，et al.The effect of phosphoinositide-3-kinase and signal transducer and activator of transcription-6 on the proliferation of T lymphocytes in bronchial asthma［J］.Zhong Hua Jie He Hu Xi Za Zhi，2006，29（10）：688-693.

［21］ TSANG F，CHOO HH，DAWE GS，et al.Inhibitors of the tyrosine kinase signaling cascade attenuated thrombin-induced guinea pig airway smoothmuscle cell proliferation［J］.Biochem Biophys Res Commun，2002，293（1）：72-78.

［22］ AMRANIY，TLIBA O，CHOUBEY D，et al.IFN-gamma inhibits human airway smooth muscle cell proliferation by modulating the E2F-1/Rb pathway［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2003，284（6）：1063-1071.

［23］ 张维溪，梁亚峰，聂颖，等.布地奈德对哮喘气道重塑大鼠尾加压素-Ⅱ及mRNA表达的影响［J］.中国药学杂志，2012，47（6）：427-430.

［24］ HAN SG，LU BL，DING XJ，et al.Effects of H2 relaxin on airway remodeling and expression of cyclin D1 in a murine model of chronic asthmay［J］.Zhonghua Jie He He Hu Xi Za Zhi，2012，35（5）：349-354.

（本文编辑：刘斯静）

R562.25

A

1007-3205（2013）08-0986-05

2012-11-02；

2012-11-26

河北省卫生厅医学科学研究重点课题计划（20110154）

杨卫（1979-），男，河北徐水人，河北大学附属医院主治医师，医学硕士，从事支气管哮喘疾病诊治研究。

*通讯作者

10.3969/j.issn.1007-3205.2013.08.053