YKL-40在支气管哮喘发病中作用的研究进展

王兰，欧维琳

桂林医学院附属医院，广西桂林541001

支气管哮喘(简称哮喘)是儿童时期常见的一种慢性气道炎症性疾病。流行病学调查显示，近几十年来我国儿童哮喘的患病率呈明显上升趋势，1990年全国城市14岁以下儿童哮喘的累计患病率为1.09%，2000年为1.97%，2010年为3.02%[1]，估计至2020年将会突破6%[2]。目前，对于儿童哮喘的诊断，特别是婴幼儿哮喘的诊断，主要依靠家族史、体征、支气管激发和舒张试验及肺功能检查等。但对于婴幼儿来说，一些需要主动配合的检查往往难以实现，通常需要其他辅助检查来协助哮喘诊断。有研究报道，气道炎症是哮喘的主要病理学基础，多种细胞因子和炎症介质在其发病过程中发挥了重要作用[3-4]。因此，寻找有效的炎症标志物来识别哮喘患病高风险儿童，可能有助于哮喘的预防和治疗[5]。YKL-40，又称几丁质酶3样蛋白1，属于几丁质酶样蛋白家族成员之一。有研究发现，YKL-40在包括哮喘在内的多种炎症性疾病中水平升高，能够参与炎症性疾病发生、发展的多个环节，可作为一种新型的炎症标志物。但YKL-40在哮喘发病过程中的作用机制尚未完全阐明，可能是通过介导Th2型炎症反应、控制炎症细胞凋亡、刺激黏蛋白5AC分泌、参与气道重塑等过程，从而参与哮喘的发病。本文结合文献就YKL-40在哮喘发病中作用的研究进展作一综述。

1 YKL-40概述

YKL-40是一个相对分子质量为40 kDa的糖蛋白，属于几丁质酶样蛋白家族成员之一，可与几丁质结合，但无几丁质酶活性，缺乏几丁质降解能力[6]。YKL-40最早在小鼠的乳腺癌细胞中被发现，被命名为BRP-39，后来在人体组织中被发现，但由于其具有催化活性的关键氨基酸发生了点突变，即由谷氨酸突变成为异亮氨酸，使得其3个氨基末端残基变为酪氨酸、赖氨酸、异亮氨酸，后被命名为YKL-40[7]。也正因如此，YKL-40不具有几丁质酶活性，无法降解几丁质。编码YKL-40的基因定位于染色体1q31-32上高度保守的区域，基因组DNA跨度约为8 kb，由10个外显子组成[8]。YKL-40的基因组DNA毗邻主要组织相容性复合体基因，故其在固有免疫和获得性免疫中可能具有一定作用。

有研究显示，在具有较高代谢活性和(或)增殖能力的细胞中，YKL-40表达较高[7]。YKL-40是炎症通路中的一种抗凋亡分子，在不同疾病患者体液中均可过表达[9]，其过表达能够抑制氧化性肺损伤、增强适应性免疫应答、调节细胞凋亡、刺激替代性巨噬细胞活化、参与纤维化和创伤愈合等病理生理过程[7]，其蛋白和(或)mRNA表达可在多种疾病中升高，如类风湿关节炎、原发性干燥综合征、糖尿病等[10-14]。

2 YKL-40与哮喘的关系

近年研究发现，YKL-40可作为一种新型炎症标志物，在哮喘患者血清、呼吸道上皮细胞及支气管肺泡灌洗液中水平升高，并与哮喘严重程度密切相关。

在血清学水平上，血清YKL-40水平与哮喘严重程度呈正相关关系，与第1秒用力呼气容积(FEV1)呈负相关关系。国外一项研究显示，急性加重期哮喘患者血清YKL-40水平高于哮喘控制良好者，哮喘控制良好者血清YKL-40水平高于健康志愿者，并且急性加重期哮喘患者血清YKL-40水平与FEV1呈负相关关系[15]。国内学者研究结论与其基本一致，除此之外，他们还发现血清YKL-40水平与血清总IgE水平、外周血嗜酸性粒细胞百分率呈正相关关系[6]。结果提示哮喘患者血清YKL-40水平升高，且其水平与哮喘严重程度呈正相关关系。此外，YKL-40可能还参与哮喘患者体内的炎症反应。

在细胞水平上，CHUPP等[16]运用免疫组化法证实了YKL-40的血清学水平与呼吸道上皮细胞中YKL-40表达呈正相关关系。CHUPP等[16]研究还发现，YKL-40阳性染色见于大多数哮喘患者呼吸道上皮细胞，且在重度哮喘患者中YKL-40阳性染色的呼吸道上皮细胞数量明显增加；在重度哮喘患者支气管肺泡灌洗液巨噬细胞和中性粒细胞的细胞质中亦发现YKL-40高表达。结果表明YKL-40在哮喘患者，尤其是重度哮喘患者支气管上皮细胞中表达增加。

在基因水平上，编码YKL-40的基因变异可参与哮喘的发生、发展过程，并与儿童哮喘控制不良和炎症介质的产生密切相关[17]。

3 YKL-40在哮喘发病中的作用

目前，哮喘确切的病因和发病机制尚不清楚，被认为是遗传因素和环境因素相互作用导致的一种异质性疾病。研究表明，YKL-40可通过介导Th2型炎症反应，调控炎症细胞凋亡；可通过诱导支气管上皮细胞产生IL-8，参与哮喘炎症反应，促进支气管平滑肌细胞增殖和迁移，从而参与气道重塑；可通过刺激黏蛋白5AC分泌，促进气道黏液栓形成，从而加重哮喘症状。除此之外，编码YKL-40的基因单核苷酸多态性与哮喘严重程度亦呈明显相关性。

3.1 介导Th2型炎症反应 在哮喘发病过程中，Th2型淋巴细胞激活及IL-13分泌是导致过敏性气道炎症反应的重要机制。IL-13分泌可诱导肺泡巨噬细胞交替活化，这些活化的巨噬细胞在炎症反应过程中发挥了重要作用[7]。

KUEPPER等[18]研究发现，在应对变应原刺激时，过敏原沉积部位YKL-40水平显著增加；在变应原激发后24 h，血清YKL-40水平显著升高，而支气管肺泡灌洗液YKL-40水平更高；此外，支气管肺泡灌洗液YKL-40水平还与过敏原激发后24 h嗜酸性粒细胞计数呈正相关关系。由此可知，YKL-40参与了过敏性哮喘的免疫反应过程。

BRP-39是YKL-40的小鼠同源物。为了确定BRP-39是否受Th2型细胞因子的调控，LEE等[19]比较了正常小鼠和经卵清蛋白(OVA)致敏小鼠肺组织BRP-39表达，结果发现OVA致敏小鼠肺组织BRP-39 mRNA和蛋白表达明显高于正常小鼠，并且暴露于气溶胶OVA 24 h后，OVA致敏小鼠肺组织BRP-39 mRNA和蛋白表达持续升高。结果提示，BRP-39在抗原诱导的Th2型炎症反应过程中具有明显促进作用。为了进一步研究BRP-39在OVA诱导的Th2型炎症反应中的作用，LEE等[19]进一步观察了空白对照小鼠和BRP-39基因缺失小鼠经致敏原刺激后所产生的Th2型细胞因子IL-13、IL-4水平，结果发现空白对照小鼠经致敏原刺激后Th2型细胞因子IL-13、IL-4 mRNA和蛋白表达显著升高，而BRP-39基因缺失小鼠未发现类似对Th2型细胞因子的诱导作用。这些研究结果表明，BRP-39/YKL-40在Th2型炎症反应中发挥了重要作用。

3.2 促进气道重塑 气道重塑是哮喘的重要病理生理特征，主要表现为上皮下基膜纤维化、气道平滑肌细胞增殖、气道壁增厚、黏膜水肿、胶原蛋白沉积和基底膜增厚等。早期规范治疗，阻止气道重塑发生，是哮喘治疗的重要目标。

研究发现，YKL-40在支气管平滑肌细胞(BSMCs)增殖和迁移过程中起重要作用；他们用YKL-40分别处理支气管上皮细胞BEAS-2B和HBECs，并将条件培养基添加到BSMCs中，然后观察了BSMCs增殖和迁移能力，结果发现支气管上皮细胞经YKL-40处理后，IL-8产生显著增加，而IL-8能够刺激BSMCs增殖和迁移能力，但当IL-8被中和后，其促进BSMCs增殖和迁移的能力被抑制[20]。这表明YKL-40可能通过诱导支气管上皮细胞产生IL-8参与哮喘的炎症反应，从而促进BSMCs增殖和迁移，进而参与哮喘的气道重塑。SUN等[21]研究亦证实，YKL-40可通过增加气道平滑肌质量、诱导上皮间质转化和上皮下基膜纤维化来促进哮喘的气道重塑，在这一过程中，FAK和MAPK信号通路被激活，而抑制FAK或MAPK信号通路则可改善YKL-40诱导的气道重塑。

由此可知，YKL-40可通过直接或间接方式促进BSMCs增殖和迁移，促进气道重塑，从而加快哮喘进展。

3.3 调控炎症细胞凋亡 哮喘是一种慢性气道炎症性疾病，多种炎症细胞和细胞因子参与其发病过程。其中，Th1/Th2型细胞因子失衡是目前公认的哮喘发病机制之一。

研究表明，经变应原致敏后，小鼠肺内巨噬细胞和上皮细胞是表达BRP-39/YKL-40的主要细胞。一方面，BRP-39/YKL-40可增加肺内树突状细胞数量，进一步激活并导致Th2型细胞因子极化增强；另一方面，BRP-39/YKL-40还可通过减少T细胞凋亡或增加T细胞存活来增加Th2型细胞数量，而活化T细胞分泌的TGF-β和其他类似Th2型细胞因子产生的生长因子可刺激气道重建，与此同时，这些细胞因子(如IL-13、IL-4)又可通过调节细胞凋亡反应或选择性巨噬细胞激活，进一步促进BRP-39/YKL-40产生[7]。

LEE等[19]将正常小鼠和BRP-39/YKL-40基因缺失小鼠给予同等过敏原刺激后发现，BRP-39/YKL-40基因缺失小鼠体内炎症细胞凋亡水平较正常小鼠明显增强，他们认为由BRP-39/YKL-40诱导的保护反应与抗凋亡作用增强有关。而且在相关体外研究中发现，BRP-39可直接抑制嗜酸性粒细胞、T细胞和巨噬细胞死亡受体介导的细胞凋亡或死亡。

以上研究表明，BRP-39/YKL-40在Th2型炎症反应和组织重塑的起始与效应阶段建立了新的调控机制，这些蛋白有可能是Th2型细胞和巨噬细胞介导疾病的作用靶点。

3.4 YKL-40基因单核苷酸多态性 YKL-40的编码基因定位于染色体1q31-32，包含10个外显子，大小约8 kb。YKL-40的编码基因具有多个多态性位点，目前已发现超过200个，部分变异位点被证实与哮喘的易感性有关[8]。

YKL-40编码基因的多态性与哮喘的关系已在许多国家或地区人群中得到广泛研究。在对白种人和亚洲人群全基因组关联研究发现，YKL-40是一个具有启动子多态性的基因，其基因多态性与循环中YKL-40水平、哮喘患病率、气道高反应性和肺功能异常密切相关[22]。TSAI等[23]研究发现，YKL-40基因rs1538372、rs10399931位点多态性可作为台湾地区人群哮喘风险预测的遗传标志；在西欧和美国人群中，一项关于哮喘的全基因组关联研究发现，YKL-40基因启动子区域的rs4950928位点多态性与血清YKL-40水平有关，其多态性会破坏转录因子的结合位点，导致血清YKL-40水平降低[24]；在中国西南地区汉族人群中，YKL-40基因rs10399931位点CT/TT基因型可增加其哮喘的发病风险[25]。有研究还发现，YKL-40基因内含子区域rs12141494位点多态性与哮喘严重程度、肺功能以及血液YKL-40水平有关，并参与哮喘的气道重塑[26]。由此得知，YKL-40的编码基因多态性可能参与哮喘发病，并与哮喘严重程度有一定相关性。但YKL-40基因单核苷酸多态性与哮喘的关系仍需进一步研究。

3.5 刺激黏蛋白5AC分泌 在一系列慢性炎症性呼吸系统疾病，如哮喘、慢性阻塞性肺疾病、慢性支气管炎等，黏液分泌过剩是一个重要的临床表现。黏蛋白是气道黏液的主要成分之一，而黏蛋白5AC是气道黏蛋白中最常见的类型[27]。黏蛋白5AC过度分泌会在气道中积聚，促进黏液栓形成，进而导致慢性咳嗽、咳痰症状。

研究发现，YKL-40水平升高可增加黏蛋白5AC表达，且呈剂量和时间依赖性，同时伴有ERK和NF-κB信号通路激活，这些反应可被特异性小干扰RNA或PAR2显著抑制。YKL-40诱导的黏蛋白5AC过量产生还能被FAK有效抑制。这表明YKL-40可能通过激活PAR2和FAK信号通路，从而刺激黏蛋白5AC过量产生[28]。因此，进一步研究YKL-40与气道慢性炎症性疾病中黏液分泌过剩的关系，有可能为哮喘的治疗提供新的方向。

综上所述，YKL-40作为一种新型的慢性气道炎症标志物，能够通过介导Th2型炎症反应、控制炎症细胞凋亡、刺激黏蛋白5AC分泌、参与气道重塑等参与哮喘的发病过程；YKL-40不仅有助于评估哮喘的严重程度，还有望成为一个潜在的治疗靶点。虽然YKL-40被认为是哮喘诊断或治疗的生物标志物，但其在哮喘发病中的具体作用机制尚未完全阐明，仍需进一步研究。