氧化應激激活的信號傳導與支氣管哮喘的研究進展＊

楊 明 綜述，李國平審校

（瀘州醫學院附屬醫院呼吸內一科，四川瀘州646000）

支氣管哮喘是由多種細胞和細胞因子共同參與的氣道慢性炎性反應疾病，主要特征為血清免疫球蛋白E（Ig E）水平升高、氣道嗜酸性粒細胞浸潤、氣道黏液分泌增加、氣道重塑等。近年研究發現，哮喘發病與多種細胞信號轉導通路有關，如酪氨酸蛋白激酶／信號傳導和轉錄活化子（JAK／STAT）信號通路、核轉錄因子（NF-κB）信號通路、磷脂肌醇3激酶（PI3K）信號通路等，而氧化應激與氣道內各種炎性反應有關，哮喘作為一種氣道慢性炎性反應同樣存在應激現象。因此，氧化應激參與哮喘發病的研究開始引起人們的廣泛關注，本文就氧化應激激活的信號傳導與支氣管哮喘發病作如下綜述。

1 氧化應激

體內氧化與抗氧化平衡維持人體正常生理功能，當人體內活性氧超過抗氧化能力，人體便會通過氧化應激激活相關細胞因子，調節相關基因表達，從而產生相應病理、生理現象。機體內活性氧主要來源于生存環境與細胞新陳代謝，包括活性氧自由基（ROS），如超氧離子、羥自由基、·OH自由基、過氧化氫、單線態氧等；活性氮自由基（RNS），如一氧化氮、二氧化氮、過氧化硝酸鹽等，目前對于ROS的研究最為深入全面［1］。

各種肺部疾病在不同發展階段，ROS參與了其發病過程，與之相關的疾病如阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征、急性肺損傷、支氣管哮喘、慢性阻塞性肺疾病、特發性肺纖維化等，在這些疾病中氧化應激參與了肺動脈高壓形成、肺血管內皮細胞損傷、氣道炎性反應、氣道黏液高分泌和氣道重構等病理過程［2］。支氣管哮喘是一種反復發作的慢性氣道炎性反應，其炎性反應輕重直接影響哮喘患者病死率，然而大氣污染是哮喘急性加重和發展的重要因素，污染的大氣中存在大量ROS，人體對空氣中ROS的易感性與機體遺傳基因多態性有關，體內大量ROS的產生能介導相應細胞信號通路產生慢性炎性反應，使哮喘氣道反應性增高、黏液分泌增加甚至發生氣道重塑［3］。

2 JAK／STAT信號傳導通路

JAK／STAT信號轉導參與調節機體免疫細胞活化、細胞增殖和分化以及相關細胞因子分泌［4］。STAT家族存在于多種類型的細胞和組織中，STAT是JAK／STAT信號轉導的核心，STAT磷酸化后可以通過細胞核核膜進入核內，激活靶基因調節相關基因表達，產生相應生物學效應［5］。

2．1 STAT1與哮喘 STAT1能通過抑制Th1型細胞的細胞因子分泌，促使Th2型細胞優勢應答，促進IL-5、IL-6、IL-10和細胞間黏附分子-1（ICAM-1）、粒細胞集落刺激因子分泌而加重哮喘氣道炎性反應，使哮喘氣道黏液分泌增加。實驗發現，在豚鼠哮喘模型支氣管上皮細胞中存在STAT1過度表達和持續活化，而這種過度表達和持續活化與ICA M-1的異常表達和嗜酸性粒細胞的聚集增多有密切關系，降低或阻斷STAT1的活化，能夠明顯減輕氣道炎性反應，有效控制哮喘癥狀發作［6］。

2．2 STAT6與哮喘 T淋巴細胞能調節氣道各種炎性反應，STAT6是Th2分化的特異轉錄子，能調節Th2的優勢應答，通過JAK／STAT信號轉導通路介導細胞因子IL-4、IL-13分泌，使體內生成大量Ig E，氣道反應性增高［7］。To mita等［8］通過臨床實驗發現，無論是在正常組還是哮喘急性加重組或哮喘穩定期組，STAT6均能在T淋巴細胞、肺泡巨噬細胞、氣道上皮細胞中被檢測到，同時還發現STAT6不僅參與Th2細胞因子的調控，還參與肺泡內巨噬細胞和氣道上皮細胞STAT誘導的相關基因表達。Wiehagen等［9］發現，通過激活STAT6，能夠誘導Th2功能分化，STAT缺陷的小鼠，T細胞發育受限，可見哮喘發病與STAT6有密切關系。

2．3 氧化應激與JAK／STAT信號傳導 ROS主要由線粒體生成，廣泛存在于機體內，而過氧化氫作為ROS中的一類物質，廣泛參與了機體氧化應激反應。用過氧化氫處理的成纖維細胞能夠引起STAT1和STAT3激活，并可以被抗氧化劑抑制，同時過氧化氫還能夠激活JAK2，調節基因轉錄，使成纖維細胞增生。

相關資料表明，肺表面活性物質相關蛋白（SP）-A、SP-B能夠維持肺泡和小氣道穩定性，調節特異性免疫反應，減輕氣道炎性反應損傷，SP基因改變可以使氣道阻力增加，與哮喘的發病有密切聯系。Par k等［10］研究認為使用過氧化氫能夠通過STAT信號傳導途徑降低甲狀腺轉錄因子-1 DNA的結合活性，抑制SP-A、SP-B的表達，使氣道炎性反應明顯增加，引起的相關免疫功能紊亂可能與哮喘發病有關。

3 NF-κB信號通路

3．1 NF-κB NF-κB最初是在B細胞激活后被發現，靜息狀態下NF-κB與其抑制蛋白I-κB結合，形成無活性復合物存在于細胞質中。當NF-κB被激活后，發生核轉位與特定基因啟動子κB位點序列結合，調節細胞增殖、分化。同時還參與調控相關細胞因子、趨化因子、黏附因子和炎性反應介質表達，參與機體各種炎性反應和免疫反應。

3．2 NF-κB信號途徑與哮喘氣道重塑 NF-κB維持哮喘氣道慢性炎性反應，通過調節多種氣道重構因子如生長因子、趨化因子、炎性反應介質等的激活，使成纖維細胞增生引起氣道重構。NF-κB參與溶血磷脂酸、胎牛血清等誘導的非哮喘患者氣道平滑肌細胞（ASMCs）增殖，同時還能參與哮喘血清被動致敏的非哮喘患者ASMCs增殖。Cang等［11］證實了成纖維細胞生長因子（b FGF）與NF-κB在哮喘模型大鼠氣道中的表達呈正相關，b FGF能激活NF-κB促使氣管ASMCs、成纖維細胞、內皮細胞增生，說明NF-κB參與了哮喘氣道重塑過程。

3．3 NF-κB與哮喘氣道高分泌 哮喘氣道中黏液呈高分泌狀態，人黏蛋白／黏液素（MUC）5 A和MUC5B在氣道杯狀細胞和黏膜下黏液腺細胞中呈高表達，調節黏液分泌主要來自非神經因素細胞外各種細胞因子和炎性反應介質。對缺乏NF-κB的P50亞單位的小鼠，在肺泡灌洗液和血液中發現，IL-5和嗜酸性粒細胞趨化因子生成減少，與對照組比較，肺組織MUC5 A表達降低，氣道內黏液分泌明顯減輕［12］。Hewson等［13］通過腺病毒處理哮喘小鼠，發現腺病毒能夠通過氣道黏液過度分泌引起哮喘急性加重，其機制主要是通過表皮生長因子介導的NF-κB途徑使氣道MUC5 AS基因表達上調。哮喘氣道MUC5AS基因的過度表達，主要與IL-1β和IL-17A介導的NF-κB途徑相關，而抑制其途徑可以減輕哮喘氣道黏液高分泌［14］。通過轉錄因子c-Ets1抑制NF-κB和c A MP反應元件結合蛋白的相互作用，能夠明顯降低哮喘氣道MUC5 AC的分泌，減輕哮喘癥狀［15］。

3．4 氧化應激與NF-κB信號傳導 NF-κB是氧化應激敏感的轉錄因子，ROS可以直接激活NF-κB，參與機體ASMCs增生過程。Meng等［16］利用脂多糖誘導制作小鼠全身急性炎性反應模型，發現通過氧化應激反應其血管平滑肌發生增生，并證實了姜黃素能通過抑制ROS介導的NF-κB信號傳導途徑，抑制增生。NF-κB的活化過程中存在IκB激酶（IKK）的活化從而使IκBα磷酸化，IKK復合物主要有催化亞基（IKK1／IKKα和IKK1／IKKβ）、調節亞基（NEMO）、IKKγ及IKK-相關蛋白［17］。ROS能夠使IKKβ首先活化，然后誘導IκBα磷酸化從而激活NF-κB誘導氣道炎性反應、氣道內MUC5 A高表達和氣道平滑肌的增生。ROS通過對細胞核和細胞質內IκBs的降解程度正向或者負向調節NF-κB信號轉導［18］。通過抗氧化劑L-2-氧代硫氮雜戊環烷-4-羧（OTC）和α-硫辛酸（LA）作用于長期暴露過敏原小鼠，發現OTC與LA能通過降低PI3 K活性，抑制NF-κB信號通路，減少低氧誘導因子（HIF）-1α和HIF-2α的釋放，從而減少氣道慢性炎性反應［19］。因此，對氧化應激參與的NF-κB通路激活與哮喘的病理、生理過程的研究，將為哮喘發病機制研究開辟一條新思路。

4 PI3 K信號途徑

4．1 PI3 K信號途徑與哮喘 PI3 K通過調節氣道Th2型細胞高表達，產生大量細胞因子如IL-4、IL-5、IL-13等，這些因子能促進B細胞成熟，使氣道內嗜酸性粒細胞增多、Ig E合成增加，導致氣道高反應與氣道重塑。使用PI3 K選擇性抑制劑IC87114作用于哮喘小鼠，結果與對照組相比，肺泡灌洗液中白細胞總數、嗜酸性粒細胞、中性粒細胞和淋巴細胞明顯減少，IL-4、IL-5、IL-13和嗜酸性粒細胞趨化因子也相應減少，同時也顯著降低了血清Ig E水平。研究發現，p85a基因敲除后的小鼠脾臟，其衍生的樹突狀細胞較野生型樹突狀細胞產生更多的IL-12［20］，說明PI3 K是通過IL-12的生成調節Th1／Th2平衡。T細胞協同刺激因子CD28在T細胞受體信號傳導中能誘導共刺激分子產生，通過PI3K途徑激活AKt，活化的AKt調節Th細胞分化，使IL-4、NF-κB、NF-ATc2水平升高［21］。哮喘氣道重塑的一個重要特征是氣道黏膜血管生成，血管內皮生長因子（VEGF）可以誘導內皮細胞黏附因子高表達，引起原有血管重塑。其中轉化生長因子（TGF-β1）能通過PI3K途徑調節氣道ASMCs增殖和氣道修復，兩者共同參與哮喘氣道的病變過程。抑制VEGF活性后，可以抑制TGF-β1的激活，阻礙PI3 K／Akt信號通路，從而降低氣道ASMCs肌細胞增殖［22］。Jang等［23］發現VEGF能夠通過PI3 K／Akt途徑使IL-5、IL-9和IL-17產生增加，參與哮喘氣道黏液高分泌和氣道重塑過程。

4．2 氧化應激與PI3 K途徑 氧化應激參與細胞生長、分化和細胞內信號傳導，目前許多研究已經證實在腫瘤發生發展中，氧化應激能夠誘導VEGF高表達，而PI3 K／Akt通路在多種病理、生理情況下能誘導VEGF的表達。氣道上皮細胞受到各種炎性反應因子刺激生成大量ROS，ROS激活PI3 K途徑調節Th2細胞優勢應答，使相關炎性反應介質和炎性反應細胞聚集活化，氣道反應性增高、黏液過度分泌、氣道平滑肌增生等［24］。

5 展 望

體內各種炎性反應中存在著氧化應激現象，哮喘作為一種慢性氣道炎性反應性疾病同樣存在著氧化應激。大量ROS和RNS生成能直接或間接通過多種細胞信號傳導途徑參與哮喘的病理、生理過程，當機體在缺乏相應的內源性抗氧化能力下，原有的細胞信號傳導系統發生紊亂，氧化還原失衡將介導應激敏感信號傳導通路如JAK／STAT、NF-κB、PI3K等激活，從而引發哮喘的發生、發展。通過內源性或外源性提高機體抗氧化損傷分子機制的研究，將為哮喘的治療開辟一條新思路。

［1］Araneda OF，Tuesta M．Lung oxidative damage by hypoxia［J］．Oxid Med Cell Longev，2012，2012：856918．

［2］Fischer BM，Pavlisko E，Voynow JA．Pathogenic triad inCOPD：oxidative stress，protease-antiprotease imbalance，and inflammation［J］．Int J Chron Obstruct Pulmon Dis，2011，6：413-421．

［3］Auerbach A，Hernandez ML．The effect of environmentaloxidative stress on airway inflammation［J］．Curr OpinAllergy Clin Immunol，2012，12（2）：133-139．

［4］Kiu H，Nicholson SE．Biology and significance of theJAK／STAT signaling pathways［J］．Growth Factors，2012，30（2）：88-106．

［5］O′Shea JJ，Plenge R．JAK and STAT signaling moleculesin immunoregulation and immune-mediated disease［J］．Immunity，2012，36（4）：542-550．

［6］李國平，熊瑛，劉志剛，等．支氣管哮喘豚鼠氣道上皮細胞信號轉導子與轉錄活化因子1表達及其對氣道炎癥的調控［J］．中華結核和呼吸雜志，2004，27（5）：306-310．

［7］Goenka S，Kaplan MH．Transcriptional regulation by STAT 6［J］．Immunol Res，2011，50（1）：87-96．

［8］Tomita K，Caramori G，Ito K，et al．STAT6 expression inTcells，alveolar macrophages and bronchial biopsies of normal and asthmatic subjects［J］．J Inflamm（Lond），2012，9：5．

［9］Wiehagen KR，Pulko V，Van Keulen V，et al．Retraction：induction of a Th1 response from Th2-polarized Tcells byactivated dendritic cells：dependence on TCR：peptideMHC interaction，ICAM-1，IL-12，and IFN-gamma［J］．JImmunol，2010，184（11）：6555．

［10］Park SK，Dahmer MK，Quasney MW．MAPK and JAKSTAT signaling pathways are involved in the oxidativestress-induced decrease in expression of surfactant protein genes［J］．Cell Physiol Biochem，2012，30（2）：334-346．

［11］Cang CX，Luan B．Expression of basic fibroblast growthfactor and nuclear factor-kappaB and the effect of budesonide on their expression in rats with asthma［J］．Zhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi，2009，11（5）：393-396．

［12］Cui J，Chen PB，Yang XF，et al．Effect of the simple acupoint catgut embedding on the expression of ICAM-1，NF-kappaB and airway inflammation in rats with asthma［J］．Zhongguo Zhen Jiu，2010，30（2）：141-145．

［13］Hewson CA，Haas JJ，Bartlett NW，et al．Rhinovirus induces MUC5AC in a human infection model and in vitrovia NF-κB and EGFR pathways［J］．Eur Respir J，2010，36（6）：1425-1435．

［14］Fujisawa T，Velichko S，Thai P，et al．Regulation of airway MUC5AC expression by IL-1beta and IL-17A；theNF-kappaB paradigm［J］．J Immunol，2009，183（10）：6236-6243．

［15］Song KS，Yoon JH，Kim KS，et al．c-Ets1 inhibits the interaction of NF-κB and CREB，and downregulates IL-1βinduced MUC5AC overproduction during airway inflammation［J］．Mucosal Immunol，2012，5（2）：207-215．

［16］Meng Z，Yan C，Deng Q，et al．Curcumin inhibits LPS-in-duced inflammation in rat vascular smooth muscle cells invitro via ROS-relative TLR4-MAPK／NF-κB pathways［J］．Acta Pharmacol Sin，2013，34（7）：901-911．

［17］Janssen-Heininger YM，Poynter ME，Aesif SW，PantanoC，et al．Nuclear factor kappaB，airway epithelium，andasthma：avenues for redox control［J］．Proc Am ThoracSoc，2009，6（3）：249-255．

［18］Siomek A．ANF-κB signalingpathway and free radical impact［J］．Acta Biochim Pol，2012，59（3）：323-331．

［19］Park SJ，Lee KS，Lee SJ，et al．L-2-Oxothiazolidine-4-Carboxylic acid orα-Lipoic acid attenuates airway remodeling：involvement of nuclear Factor-κB（NF-κB），nuclearfactor erythroid 2p45-Related factor-2（Nrf2），and Hypoxia-Inducible factor（HIF）［J］．Int J Mol Sci，2012，13（7）：7915-7937．

［20］Doi T，Obayashi K，Kadowaki T，et al．PI3K is a negativeregulator of Ig E production［J］．Int Immunol，2008，20（4）：499-508．

［21］So L，Fruman DA．PI3K signalling in B-and T-lymphocytes：new developments and therapeutic advances［J］．Biochem J，2012，442（3）：465-481．

［22］Lee KS，Park SJ，Kim SR，et al．Inhibition of VEGFblocks TGF-beta1 production through a PI3K／Akt signalling pathway［J］．Eur Respir J，2008，31（3）：523-531．

［23］Jang S，Park JW，Cha HR，et al．Silver nanoparticles modify VEGF signaling pathway and mucus hypersecretion inallergic airway inflammation［J］．Int J Nanomedicine，2012，7：1329-1343．

［24］Riedl MA，Nel AE．Importance of oxidative stress in thepathogenesis and treatment of asthma［J］．Curr Opin Allergy Clin Immunol，2008，8（1）：49-56．