气道黏蛋白Muc5B表达与慢性阻塞性肺疾病的研究进展

邵春 陈林 谭小武 周芳

作者单位：421000 湖南 衡阳，南华大学附属第二医院呼吸与危重症医学科

研究发现黏液高分泌与慢阻肺患者的肺功能加速下降和高住院治疗率相关[1]，关于黏蛋白合成及分泌相关机制，大致包括表皮生长因子、缺氧诱导因子-1、香烟烟雾及炎症介质等关键因子[2]，而COPD发生发展与炎症介质的关系密不可分。通过鼻息肉及气道相关研究发现，炎症环境的存在严重影响黏液分泌，如白介素13(Interleukin 13，IL-13)可刺激MUC5B大量表达[3]。因此阐述目前炎症介质与黏蛋白分泌及合成之间的关系及其作用机制是本综述主要内容。

慢阻肺的黏液高分泌概述

在人体内，呼吸系统第一道天然防线是呼吸道黏液屏障，黏液在肺中有两种重要的稳态功能:天然气道防御和气道表面水化。一是抵抗外来细菌、病原体入侵，二是维持上皮的张力和对机械应力的反应[4]。气道主要黏蛋白成分是黏蛋白5AC(Mucin5AC,MUC5AC)和黏蛋白5B(Mucin5B,MUC5B)[5]，在正常肺组织中，MUC5B主要在主气管支气管黏膜下腺中表达，也表达于细支气管气道的杯状细胞中，通过粘液纤毛清除(mucocclearance,MCC)维持呼吸道健康，在受金葡菌感染小鼠体内发现，MUC5B可诱导已活化巨噬细胞及中性粒细胞聚集，释放大量炎症介质诱导炎症反应[6]，大量临床数据显示，在一些慢性气道疾病中黏蛋白的过度表达往往会加重疾病状态[4]，Muc5B是目前唯一确定的支气管分泌蛋白，Muc5B、MCC及炎症之间的新型关系可能影响到气道疾病的治疗。通过研究Muc5B缺陷型和Muc5B过表达小鼠发现，Muc5B变体可广泛调节人的气道稳态、疾病发病机制和黏膜免疫功能[6]，Muc5B是COPD患者气道黏液的主要成分，MUC5B表达上调是COPD气道黏液高分泌区别于哮喘的特征性表现[2]。

炎症介质介导黏蛋白高分泌的机制

一、IL-33

白介素33(Interleukin 33，IL-33)作为白介素1家族受体ST2的配体[7]，主要表达于上皮细胞和内皮细胞[8]，是TH2炎症细胞反应的启动因子。目前研究已证实IL-33是一种促黏液分泌剂，诱导黏液分泌和杯状细胞增生。采用定量RT-PCR检测IL-33介导下Muc5B及FOXA3 mRNA的表达，结果表明IL-33可增加杯状细胞表面标志物(MUC5B、FOXA3)的水平，有报道称IL-33诱导杯状细胞增生可能来源于免疫细胞的内源性IL-13作用，亦有实验数据发现IL-33可直接刺激杯状细胞增生及黏液分泌，目前关于IL-33介导黏液分泌是否需要免疫介导暂无确切说法[9]。经治疗后COPD患者血清中IL-33水平显著下降，可见IL-33不仅介导黏液及杯状细胞增生，还可用于判断COPD病情变化及评估COPD的进展[8]。

除此之外，IL-33还可能作为辅助因子刺激其他炎症因子在COPD中表达。如IL-33可诱导杯状细胞中白介素8(Interleukin 8，IL-8)产生，促进中性粒细胞浸润气道[7]。闵江等人研究发现IL-33可通过诱导2型先天淋巴样细胞释放大量Th2炎症因子参与调节COPD免疫应答，引起气道黏液分泌和气道高反应性[10]。

二、IL-13

IL-13是由T细胞、肥大细胞和嗜酸性粒细胞产生的T2细胞因子，主要作用于炎症细胞、支气管上皮和气道平滑肌[11]，现IL-13已被证实可刺激体内外的黏液产生及杯状细胞化生。研究发现胚胎时期肺组织在rIL13刺激下，可显著地观察到Muc5B的产生[12]，有数据显示IL-13不仅是促炎因子更是一种促黏液分泌剂，可通过特异性诱导ERK1/2和P-38、JNK蛋白活化，上调MUc5B mRNA表达及杯状细胞增生[5]。用化学方法诱导杯状细胞密度减低用于模拟干眼发现，局部应用IL-13可上调MUC5B表达，并恢复Muc5B阳性的杯状细胞密度[13]。研究IL-13介导的气道上皮细胞的体内重塑发现，IL-13刺激后，气道上皮细胞出现黏液细胞化生现象，致使大部分纤毛细胞向黏液分泌细胞转化，降低了纤毛清除能力，同时产生大量黏液素[14]。

三、IL-8

巨噬细胞来源的IL - 8，主要由肺成纤维细胞产生。是一种中性粒细胞趋化剂和黏蛋白诱导剂，其水平在COPD患者的支气管上皮细胞中显著表达[15]。目前IL-8已被证明是支气管扩张、慢性阻塞性肺病和过敏性哮喘的促炎标志物[16]。研究发现，支气管平滑肌中IL-8的释放可受多种因素影响，如酸性PH刺激的支气管平滑肌中，IL-8可通过卵巢癌G蛋白偶联受体1介导的胞内信号通道MEK1/2-ERK1/转导产生和释放[17]。香烟烟雾可通过中性粒细胞弹力酶介导蛋白酶激活受体2诱导人支气管上皮细胞产生IL-8[18]，铜绿假单胞菌衍生的鞭毛蛋白可通过支气管上皮细胞的Toll受体5和Toll受体4相互作用诱导p38和ERK磷酸化参与IL-8的释放[19]。IL-8在COPD发展中的作用，一方面是促进中性粒细胞聚集超炎性免疫反应，另一方面是介导黏液高分泌，因而调控巨噬细胞/中性粒细胞内流及控制IL - 8水平可能是COPD有价值的治疗途径[15]。而目前关于IL-8介导黏液高分泌机制仍有待探讨。

白介素介导黏蛋白分泌的信号通道

大部分炎症因子介导黏蛋白分泌的主要通道有JAK/STAT6通道、Notch3通道、ERK1/2通道以及NF/JB等通道，下文就JAK/STAT6通道及Notch3通道进行阐述。

一、JAK/STAT6通道

STAT即信号转导子和转录激活子，目前STAT家族已有七个成员，即STAT1-STAT6，所有STAT蛋白分子由7个不同的功能结构域组成：N-端保守序列、螺旋结构、DNA结合区、连接区域、SH3结构域、SH2结构域、C-端的转录激活区。JAK相关受体主要包括干扰素受体家族，白介素受体家族，JAK即酪氨酸激酶，JAK蛋白家族包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3、JAK4，以及TyK2，他们在结构上有七个JAK同源结构域(JH)，其中大部分细胞因子及生长因子可通过JAK-STAT信号途径参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等多种生物学过程。

据报道发现，STAT家族大部分成员可被JAK家族的可溶性酪氨酸激酶激活，如位于Tyr705残基的STAT3的磷酸化，则是由相关受体介导的酪氨酸激酶介导的[20],JAK由细胞因子受体超家族活化，炎症因子与相关受体结合，诱导受体聚集，形成同源或异源二聚体，激活JAK的自磷酸化，JAK/STAT信号转导通道被激活[21]。其中与黏液分泌最密切相关的是JAK/STAT6/FOXA2途径。STAT6的激活在卵蛋白小鼠模型中被证实是黏液化生所必需的[14]，STAT6信号被相关炎症介质与其特异性受体结合激活，导致STAT6磷酸化，FoxA2表达下调，从而使杯状上皮化生、黏液分泌[22]。而有数据表明，除炎症介质外，大多数肺部病原体感染(如肺炎支原体、肺孢子虫、肺囊虫等)也可通过激活该通道从而引起黏蛋白分泌[23-25]。

二、Notch3通道

Notch信号通道是高度保守的家族，主要由Notch、Notch配体和CSL等组成。有四个Notch配体及(Notch1-4)及五个Notch配体(DLL1、3、4和jagged1、2)，经典的Notch信号通路又称CBF-1/RBP-Jk依赖途径。近年来Notch信号通道已成为调控传导气道中杯状细胞分化及黏液分泌的关键信号通道，且已被证明可以调节上皮祖细胞的纤毛与分泌谱系的分化，并协调发育中的肺的形态发生。不同的炎症介质调节不同的Notch信号转导，如Dll4-notch1主要用于调节肺血管生成平衡，而jagged1介导的Notch信号通路调控人气道上皮分泌细胞的分化[26]，通过研究有无感染鼻病毒的慢阻肺气道上皮培养物发现，Notch3通道可诱导慢性阻塞性肺疾病细胞持续杯状上皮化生，从而增加黏蛋白基因表达,同时发现Notch3或Notch1的活性区域过表达，可使上皮细胞向分泌细胞分化，纤毛细胞也随之减少[27]。

展望

目前针对黏液高分泌主要治疗方案仍以祛痰治疗为主，主要着重于改变黏液的黏弹性，并促进黏液清除。就此来看慢性黏液高分泌症的治疗仍具有挑战性，因此，未来在慢阻肺高黏液分泌治疗可能分为两个方面：一是更好地理解慢阻肺中高黏液分泌机制及其与炎症介质之间的关系，二是着力于深入探索气道黏液高分泌产生的相关信号通路及关键作用靶点。