支气管哮喘与花生四烯酸脂氧酶代谢及其调控机制

卓乐盈，周美茜，吴镇杰，蔡畅

（1.温州医科大学，浙江 温州 325015；2.温州医科大学附属第一医院 妇产科，浙江 温州 325015；3.温州医科大学附属第一医院 呼吸内科，浙江 温州 325015）

・综 述・

支气管哮喘与花生四烯酸脂氧酶代谢及其调控机制

卓乐盈1，周美茜2，吴镇杰1，蔡畅3

（1.温州医科大学，浙江 温州 325015；2.温州医科大学附属第一医院 妇产科，浙江 温州 325015；3.温州医科大学附属第一医院 呼吸内科，浙江 温州 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）途径代谢的重要产物，而LXs具有拮抗CysLTs的作用，目前两者在支气管哮喘发病机制中的作用已经得到基本肯定。5-LO和15-LO作为关键酶，其表达水平和活性与CysLTs和LXs的生成密切相关。影响LO的代谢因素包括细胞内Ca2+水平、MAPK信号传导通路、糖皮质激素等。笔者通过探讨造成CysLTs和LXs不平衡状态的各种影响因素，研究支气管哮喘的发病与缓解的病理生理机制，为支气管哮喘的临床防治提供依据。

哮喘；上皮细胞；白三烯；脂氧酶；综述

支气管哮喘（简称哮喘）是一种异质性的呼吸系统疾病，以气道慢性炎症为特征，并伴有多变的呼气性气流受限。花生四烯酸（arachidonic acid，AA）的代谢产物半胱氨酸白三烯（cysteinyl leuk otrienes，CysLTs）和脂氧素（lipoxins，LXs）在哮喘发病机制中的作用已经得到基本肯定[1]。正常情况下，CysLTs与LXs处于动态平衡状态，维持支气管的正常舒张，但在哮喘的发病过程中，两者之间的比例发生紊乱，而这主要与脂氧酶（lipoxygenase，LO）代谢途径有关。

1 CysLTs与LXs

1.1 CysLTs与LXs的合成代谢 CysLTs包括LTC4、LTD4和LTE4，在体内主要由嗜酸性粒细胞、肥大细胞、单核细胞和上皮细胞通过5-LO单细胞或者跨细胞途径进行合成。LXs是AA的另一个重要代谢产物，主要由一系列的LO参与合成，目前研究最为广泛的是脂氧素A4（lipoxin A4，LXA4）。LXA4主要通过3种途径合成：①通过细胞间的相互作用，主要是多形核细胞与血管内皮细胞或气道上皮细胞在15-LO和5-LO的参与下合成；②通过细胞与血小板间的相互作用，多形核细胞和血小板在12-LO和5-LO的参与下合成；③通过阿司匹林诱导，使环氧酶-2乙酰化，在5-LO的催化下生成。5-LO、12-LO和15-LO与LXA4的生成密切相关，但在呼吸道上皮细胞中主要通过15-LO途径[2]。

1.2 CysLTs与LXs在哮喘中的作用 CysLTs通过与半胱氨酸白三烯受体1（cysteinyl leukotrienes 1 receptor，CysLT1）特异性结合发挥病理生理作用，包括引起支气管平滑肌痉挛，增加血管通透性，促进气道黏液分泌，促进炎性细胞浸润，引起气道重塑等[3]。IFN-γ可诱导呼吸道上皮细胞表达CysLT1，增强CysLTs的效应，从而加重哮喘[4]。哮喘患者呼出气体冷凝液中可以检测到较高浓度的CysLTs，其含量明显高于非哮喘患者[5]。哮喘患儿急性发作时，其尿中LTE4水平明显高于正常儿童[6]。无论在发作期还是缓解期，哮喘患者体内CysLTs水平都较健康人群高，且与哮喘严重程度有一定的相关性。白三烯受体拮抗剂可通过抑制CysLTs炎症通路，调节小气道功能，从而改善哮喘患者的临床症状[7]。另外，CysLTs可以选择性促进Th2型细胞因子的产生，使气道炎症进一步加重[8]。

LXs能促进炎症反应的及时消退，是重要的内源性脂质抗炎介质，被誉为炎症反应的“刹车信号（braking signals）”或“停止信号（stop signals）”[9]。LXs及其类似物在炎症及其相关性疾病中的作用已经得到广泛验证[10]。脂氧素受体（lipoxin receptor，ALXR）主要表达在白细胞和气道上皮细胞，LXA4与其结合而发挥抗炎作用。有研究[11]发现IL-13及IFN-γ能够诱导支气管上皮细胞表达ALXR。另外，与正常及轻度哮喘患儿相比，重症哮喘患儿诱导痰中ALXR的表达量下降[12]，这可能与机体发生失代偿有关。另一方面ALXR能与CysLT1结合而发挥拮抗CysLTs的作用。在急性肝衰竭动物模型中，LXA4可阻断核因子-κb（nuclear factor-κb，NF-κb）通路，减少促炎症因子的分泌，从而发挥保护性作用[13]。另外，LXA4能下调嗜酸性粒细胞趋化蛋白的表达，促进单核细胞趋化而不诱发活性氧的产生等[14]。给哮喘小鼠吸入LXA4可抑制肺部气道变态反应性炎症，调节Th1/Th2的失衡[15]。

1.3 CysLTs与LXs的不平衡状态 研究发现，重度哮喘患者，其外周血、支气管肺泡灌洗液、诱导痰中LXA4水平显著降低，而CysLTs水平升高[16]。另外，哮喘患者体内合成LXs的相关基因也被不同程度地抑制[17]。由于LXA4能够有效调节气道炎症，当患者体内LXA4水平低下时，体内拮抗CysLTs的作用不足，CysLTs/LXA4之间出现一种不平衡状态，可导致哮喘发作或加重，其机制可能是哮喘患者体内LO途径存在缺陷。

2 5-LO与15-LO

5-LO和5-脂氧酶激活蛋白（lipoxygenaseactivating protein，FLAP）是CysLTs合成的关键酶及辅酶，两者活性决定了气道内CysLTs浓度的高低。研究显示，哮喘患者外周血白细胞5-LO mRNA表达量明显高于正常对照者[18]。5-LO抑制剂齐留通能够显著减轻哮喘的症状，其机制主要是促进5-LO从胞核转移到胞质[19]。15-LO主要有15-LOX-1和15-LOX-2两种同工酶[20]，分别由ALOX15及ALOX15B编码[21]。在信息转导和转录激活因子-6作用下，15-LO可在Th2类细胞因子的诱导下表达增加[20]。AA在15-LOX-1和15-LOX-2的作用下转变成15-羟二十烷四烯酸（15-hydroxy eicosatetraenoic acid，15-HETE），以15-LOX-2的作用为主[22]。在人类呼吸道，15-LOX-1主要表达在支气管上皮细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞，其中以支气管上皮细胞为著，尤其是在重症哮喘患者中[23]。无论是成人还是儿童哮喘患者，其呼出气、肺泡灌洗液、诱导痰中15-LO及15-HETE含量均显著超过正常人[24]，这可能与CysLTs增加，LXs发生代偿有关。上皮细胞合成LXs主要依靠15-LO活性，LXA4的缺失可能与15-LO的表达与活性下降有关。重度哮喘患者仍然含有高水平的CysLTs，而LXA4含量减少[16]，提示5-LO可能不参与重度哮喘的LXA4缺失机制，其缺失可能主要由15-LO所致。因此探讨何种原因导致15-LO的表达与活性下降对于哮喘的发病机制研究有着重要作用。

3 LO的分子调控机制

LO作为双刃剑，参与了内源性抗炎介质和致炎介质的产生，其异常表达及活性状态可能会打破两者间的平衡状态而导致哮喘的发生。研究[25]表明，重度哮喘患者较轻度患者体内5-LO增多而15-LO减少，从而导致LXs水平前者较后者低，体内拮抗CysLTs作用不足。影响LO活性及表达的途径主要包括以下几个方面：

3.1 MAPK途径的调控作用 LXs与受体结合后可通过调节促丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、信号转导和转录活化因子途径、蛋白激酶C及NF-κB、激活蛋白-1等的活性而发挥炎症调节效应。其中MAPK是一类广泛分布于细胞内的丝氨酸苏氨酸蛋白调节激酶，活化前的MAPK位于胞浆，一旦磷酸化即进入核内激活靶基因。LXA4调控的MAPK信号转导通路包括JNK通路、ERK通路、p38 MAPK通路等。对于不同类型的细胞、不同的刺激因素所激活的MAPK家族或成员不同，所引起的生物学效应也不相同。活化的大鼠脑缺血再灌注模型研究提示，LXA4通过ERK1/2的激活使5-LO的核转位受到抑制，使CysLTs的表达降低，从而实现了LXA4的神经保护作用[26]。在坐骨神经分支损伤导致的神经痛模型中，小胶质细胞5-LO表达明显上调，若给予p38 MAPK信号通路抑制剂则可显著抑制5-LO的上调[27]。5-LO抑制剂MK886可使p38 MAPK磷酸化[28]，激活的p38 MAPK可以通过IL-13途径诱导15-LO的表达[29]。另外，丝裂原活化蛋白激酶激活的蛋白激酶2及ERK2虽不影响5-LO的活性及表达但可促进5-LO的核膜转位以及LT生成[30]。研究发现，5-LO的磷酸化主要发生在Ser-271、Ser-523和Ser-663位点，其中通过Ser-663位点的磷酸化，可产生活化的15-LO，尽管有些细胞并不表达15-LO[31]。另有研究表明，5-LO的磷酸化可以下调CysLTs的表达，同时促进LXA4的合成[31]。LXA4通过与ALXR结合的方式，抑制MAPK信号传导通路，降低5-LO表达及活性或者影响5-LO的核膜转位，导致CysLTs的表达量下降，从而控制炎症的发生发展。

3.2 胞内Ca2+浓度的调控作用 LO的表达与活性状态接受细胞内Ca2+浓度等调控[32]。细胞内Ca2+浓度是CysLTs合成的重要调节因素，其在5-LO从胞质转移到核膜的过程中发挥关键作用[33]。核膜上分布着大量的FLAP，对于CysLTs的合成必不可少[34]。5-LO的激活、5-LO与核膜的结合具有Ca2+依赖性[31]。15-LO合成后储存于细胞质，在Ca2+的介导下可结合到细胞膜上，酶活性增强；当用EDTA螯合剂结合Ca2+后，15-LO可从细胞膜上解离下来，酶活性减弱。细胞膜与15-LO的可逆性结合，依赖于Ca2+的存在。研究发现，在脑缺血期，特别是再灌注期，上调的细胞内Ca2+和活性氧均能激活5-LO，而LXA4能下调细胞内Ca2+和活性氧水平[35]。因此LXA4可以通过下调胞内Ca2+浓度，影响5-LO的活化，发挥抗炎作用。

3.3 糖皮质激素的调控作用 吸入性糖皮质激素（inhaled corticosteroid，ICS）作为哮喘的基础治疗药物，并不能有效抑制LTs的合成与释放，反而上调5-LO表达[15]，但是可以通过15-LO通路合成LXs，拮抗白三烯的生物作用。研究表明，哮喘大鼠肺组织15-LO表达低下，经过地塞米松干预后，15-LO的表达显著上调，提示地塞米松的抗炎作用部分通过增加哮喘大鼠肺组织15-LO的表达而实现[36]。另外，ICS可以上调ALXR的表达，增强LXA4的效应[37]。

4 总结

目前哮喘的抗炎治疗主要专注于阻断促炎介质通路，如糖皮质激素和一些拮抗IgE、IL-5、IL-13的药物。LXA4是具有拮抗白三烯作用的内源性抗炎介质。AA关键产物CysLTs和LXs的不平衡状态，与哮喘临床症状和慢性气道炎症状况有密切关系。在15-LO占优势时，LXA4合成增多，抑制气道炎症和支气管收缩；以5-LO途径占优势时则白三烯合成增多，哮喘症状加重。例如，前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）可抑制5-LO而上调15-LO的表达，相反的是，15-LO的产物15-HETE可抑制PGE2的合成[38]。目前发现，影响LO的代谢因素包括细胞内Ca2+水平、MAPK信号传导通路、糖皮质激素等，但是其具体机制尚未阐明。研究探讨何种因素影响LO的优势表达，这可能是哮喘药物治疗的一个潜在靶点，能为哮喘的临床防治提供实验依据。

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（本文编辑：丁敏娇）

R562.2

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2017.05.016

2016-04-27

国家自然科学基金资助项目（81470225）。

卓乐盈（1992-），女，浙江温州人，硕士生。

蔡畅，副主任医师，Email：rudy199@sina.cn。