ADAM33基因調(diào)控哮喘患兒氣道重塑的機制進展

李雯靜 黃花榮

支氣管哮喘（哮喘）是兒童呼吸系統(tǒng)最常見的疾病之一，其發(fā)生不僅與免疫因素相關(guān)，還與遺傳因素有著極其密切的關(guān)系。長期反復(fù)發(fā)作的哮喘可以引起進行性肺功能受損，引發(fā)部分可逆或不可逆的氣道阻塞，其主要病理生理改變是氣道重塑，其結(jié)構(gòu)的變化包括氣道上皮完整性受損和基質(zhì)沉積、膠原沉積、上皮下纖維化、平滑肌增生和肥大、肌成纖維細(xì)胞（MF）增殖以及黏液腺杯狀細(xì)胞化生增生、上皮下網(wǎng)狀層增厚、微血管增生，最終導(dǎo)致氣道狹窄、氣道高反應(yīng)性、氣道壁水腫及黏液分泌增多，但其發(fā)生機制仍未完全明了[1-2]。近年來，解整合素-金屬蛋白酶33（ADAM33）基因被證實是哮喘的易感基因，其與哮喘及氣道重塑密切相關(guān)[3-5]。ADAM33在哮喘發(fā)病中的作用機制目前尚未完全清楚。現(xiàn)就ADAM33基因調(diào)控哮喘患兒氣道重塑的機制研究進行闡述。

一、ADAM33基因的結(jié)構(gòu)與功能

ADAM33基因作為ADAM家族中的一員，其定位于20號染色體短臂13號位，包含22個外顯子及內(nèi)含子，編碼蛋白質(zhì)包括8個結(jié)構(gòu)域:信號肽、前體結(jié)構(gòu)域、金屬蛋白酶域、分解酶域、富含Cys結(jié)構(gòu)域、表皮生長因子結(jié)合域、跨膜域和胞質(zhì)域，見圖1。

ADAM33基因在正常機體中參與授精、肌細(xì)胞形成、神經(jīng)細(xì)胞形成、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，并通過其對蛋白的水解與裂解、影響細(xì)胞的黏附與信號傳導(dǎo)而發(fā)揮作用[6]。在哮喘患者中，ADAM33基因與氣道高反應(yīng)性、喘息的進展、氣道重塑、肺功能的降低及迅速惡化等相關(guān)[7]。

二、ADAM33基因與哮喘

ADAM33基因主要表達于哮喘患者的肺成纖維細(xì)胞（FB）和氣道平滑肌細(xì)胞（ASMC），在T細(xì)胞或其他免疫細(xì)胞中表達較少，不表達于呼吸道上皮細(xì)胞。Dijkstra等[8]研究發(fā)現(xiàn)，ADAM33主要在肺組織基底上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞表達。Haitchi等[9]發(fā)現(xiàn)在人類胚胎的肺組織中可以檢測出ADAM33 mRNA，提示該基因可能參與了肺組織的發(fā)育調(diào)控過程。Zou等（2003年）研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性ADAM33 mRNA可以在支氣管組織、支氣管平滑肌細(xì)胞和MRC-5 FB中檢測出來，且表達上調(diào)，而這些細(xì)胞與氣道炎癥、高反應(yīng)性和氣道重塑密切相關(guān)。ADAM33基因在以上細(xì)胞中的表達，提示其與哮喘的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

圖1 人ADAM33的主要結(jié)構(gòu)域（Yoshinaka T等，2002年）

三、ADAM33基因在氣道重塑機制中的作用

氣道重塑作為哮喘的重要病理生理特征之一，ADAM33基因可能在其中發(fā)揮調(diào)控作用。其可能的作用機制如下:① 調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）沉積，參與氣道重構(gòu);②ADAM33的可溶性形式（sADAM33）可加速血管內(nèi)皮分化，促進血管生成，是參與重塑的重要因素;③ 其金屬酶活性促使膜結(jié)合的生長因子如轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）等及其受體釋放，反過來促進sADAM33釋放，繼而更多的生長因子及其受體釋放，從而促使細(xì)胞增殖和加重炎癥反應(yīng);④ADAM33蛋白可以作為細(xì)胞因子和細(xì)胞因子受體的著床蛋白;⑤ 行使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，激活細(xì)胞增殖和分化的信號通道[10]。

1.ADAM33基因?qū)CM沉積的影響

ECM的沉積是哮喘患兒氣道的重要病理變化之一，其包括膠原組織和非膠原組織（蛋白聚糖和糖蛋白）在氣道基底膜、黏膜下層和平滑肌束間的沉積，在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。正常情況下ECM的降解與重組處于動態(tài)平衡中，基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）及其抑制劑（TIMP），可以調(diào)節(jié)ECM的蛋白沉積。除了基質(zhì)降解作用，MMP還可以通過釋放生長因子誘導(dǎo)ASMC增生，反過來ASMC又可以產(chǎn)生 MMP，進一步引起ASMC增生[11]。ADAM33基因作為MMP家族亞家族的成員，具有MMP結(jié)構(gòu)域，可以編碼金屬蛋白酶，提示其可能參與ECM的降解過程及ASMC的增生過程，從而參與氣道重塑。

2.ADAM33基因?qū)SMC的影響

哮喘已知的病理因素涉及氣道高反應(yīng)性及組織重構(gòu)，而ASMC作為氣道的重要組成成分，一方面由于它的收縮反應(yīng)可以導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性，另一方面其也參與免疫調(diào)節(jié)，與氣道炎癥及重塑密切相關(guān)。它在哮喘中的功能失調(diào)主要表現(xiàn)為增生、肥大和移行。ADAM33基因作為哮喘易感基因，已被證實高表達于哮喘模型的平滑肌細(xì)胞中。哮喘患者的ASMC中的ADAM33基因表達明顯高于正常人;體外試驗中，卵蛋白致敏的ASMC中的ADAM33蛋白表達水平明顯高于對照組，且有一定的時間依賴性[12]。以上說明，ADAM33可能通過作用于ASMC，從而引發(fā)和加重氣道重塑。

氣道平滑肌具有一系列獨特的生物力學(xué)現(xiàn)象，包括氣道平滑肌收縮和骨架纖維的結(jié)構(gòu)、氣道平滑肌功能長度范圍以及適應(yīng)性、力學(xué)刺激引起的ASMC結(jié)構(gòu)和功能的變化、氣道平滑肌緊張度對應(yīng)變誘導(dǎo)的響應(yīng)調(diào)控、細(xì)胞的物理老化等[13]。Duan 等[14]在體外環(huán)境下構(gòu)造 ADAM33的超表達和沉默模型，結(jié)果顯示，超表達組的ASMC的細(xì)胞基礎(chǔ)剛度、收縮力及牽張力等細(xì)胞力學(xué)顯著高于對照組，而沉默組的參數(shù)明顯低于對照組，說明ADAM33基因能調(diào)控ASMC的細(xì)胞力學(xué)特性，此外，其表達水平能調(diào)控細(xì)胞力學(xué)相關(guān)基因CALPONIN和Intergrin-β1的表達，還可能調(diào)控細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及黏著斑形成，影響ASMC的遷移能力。同時，ASMC可以在上皮細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子作用下，向上皮組織移行，作為ASMC增生機制的補充[15]。

ASMC的數(shù)量是由其細(xì)胞增殖與凋亡數(shù)目共同決定的，而在發(fā)生氣道重塑的哮喘患兒中，ASMC的增殖與凋亡關(guān)系出現(xiàn)了失衡，出現(xiàn)增殖增加而凋亡減少[16]。Ramos-Barbó等（2005年）發(fā)現(xiàn)介導(dǎo)慢性炎癥的CD4+T細(xì)胞在促進大鼠ASMC增殖的同時減少了ASMC的凋亡。丁敏嬌等[17]也在體外實驗中發(fā)現(xiàn)哮喘組小鼠ASMC凋亡指數(shù)明顯低于正常組，以上皆提示ASMC凋亡的減少加速了氣道重塑過程。研究發(fā)現(xiàn)ADAM33表達于ASMC中，可能通過抑制ASMC的凋亡，從而加重氣道重塑。此外，ECM的沉積也可以影響ASMC的增殖、遷移、凋亡及相關(guān)炎性介質(zhì)的分泌[18]。

3.ADAM33基因?qū)ι掀だw維化及成纖維細(xì)胞的影響

纖維化是哮喘發(fā)生過程中較后期的重要病理變化，涉及上皮細(xì)胞在各種刺激后發(fā)生修復(fù)與損傷，F(xiàn)B/MF的異常增多。近年來有關(guān)纖維化的機制提出了上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）學(xué)說，即指上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程。研究表明，肺泡上皮、支氣管上皮和胸膜間皮細(xì)胞都可以發(fā)生EMT，釋放TGF-β、表皮生長因子等，參與哮喘的氣道重塑[19]。研究表明，ADAM33基因選擇性表達于間質(zhì)細(xì)胞（人肺FB）中，其可能通過激活EMT單元來釋放生長因子，影響哮喘的氣道重塑[20]。

4.ADAM33基因?qū)ρ苌傻挠绊?/h3>

哮喘病理生理涉及血管的增生，在血管的增生過程中，血管發(fā)生擴張且血管數(shù)量增多，增強了炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，維持并增加細(xì)胞的滲透性，并通過血管滲漏導(dǎo)致水腫。新生血管還可以為炎癥組織供應(yīng)營養(yǎng)和氧氣，促進平滑肌細(xì)胞、FB、MF的增殖。以上表明血管增生在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。

血管增生與蛋白的水解密切相關(guān)，ADAM33基因含有金屬蛋白酶區(qū)域，該區(qū)域被證實具備促進血管生成的特質(zhì)[21]。有學(xué)者在肺泡灌洗液中發(fā)現(xiàn)了sADAM33，sADAM33是大小接近于55 kD的蛋白分子[22]。研究發(fā)現(xiàn)對比正常人，其過度表達于哮喘患者的ASMC及基底膜中，其表達與FEV1%呈反比，提示其可能是哮喘嚴(yán)重性和慢性的生物標(biāo)記物[23]。此外，在體外條件下對人胚肺組織進行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)sADAM33可以促進新血管的生成，可能與sADAM33可以在胞內(nèi)外參與血管生成素相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路而促進細(xì)胞增殖有關(guān)[24]。以上表明，ADAM33基因可以通過調(diào)節(jié)血管的生成參與氣道重塑。

5.ADAM33基因與IFN

Nathan等（2004年）研究表明，IFN-γ可以改善特發(fā)性肺間質(zhì)纖維化患者的肺功能，可能與其降低TGF-β1和結(jié)締組織生長因子的表達有關(guān);IFN-γ還可以抑制纖維細(xì)胞的增生、分化和膠原合成[25]。Ito等[12]研究發(fā)現(xiàn)在氣道平滑肌（ASM）中IFN-γ的表達與ADAM33基因的表達呈負(fù)相關(guān)，IFN-γ從轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)ADAM33在支氣管平滑肌中的表達，且有一定的時間依賴性，提示IFN-γ可能通過作用于ADAM33而參與氣道重塑，但兩者的相互關(guān)系及作用機制尚不明確。

6.ADAM33基因與NF-κB

核因子（NF）-κB作為核轉(zhuǎn)錄因子，密切參與炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答及細(xì)胞增生、轉(zhuǎn)化、凋亡等病理生理過程，其可以通過一些炎癥介質(zhì)來干預(yù)TGF-β等調(diào)節(jié)，從而參與氣道重塑[26]。NF-κB可能在氣道重塑的不同階段發(fā)揮作用，例如調(diào)節(jié)ASMC增殖和炎癥因子的表達[27]。王昌明等[28]研究發(fā)現(xiàn)體外誘導(dǎo)的小鼠模型COPD組及COPD合并肺動脈高壓組，其細(xì)支氣管壁中膜肌層較正常組增厚，其NF-κB（p65）蛋白的含量同樣較正常組明顯增加，提示NF-κB的活性與氣道重塑密切相關(guān)。ADAM33選擇性表達于ASM中，且ADAM33又與TGF-β交互作用，提示ADAM33與NF-κB之間可能存在某種影響機制，共同調(diào)節(jié)氣道重塑。

7.ADAM33基因與TGF-β

TGF-β屬于前纖維化細(xì)胞因子，可以促進FB增殖，同時向MF轉(zhuǎn)化，繼而導(dǎo)致上皮下纖維化;TGF-β可以通過JNK/MAPK途徑和上調(diào)整合素受體α5β1促進支氣管平滑肌細(xì)胞增殖，同時促進血管生長因子的產(chǎn)生及分泌，使氣道壁血管分布增加，參與氣道重塑[29]。TGF-β還可以誘導(dǎo)多種組織FB轉(zhuǎn)分化為MF，并誘導(dǎo)MF分泌ECM和促進結(jié)締組織蛋白合成[30]。TGF-β1通過Smad蛋白質(zhì)的磷酸化和PPAR-γ的激活參與EMT[31]。體外試驗也證實TGF-β1作用于人胚肺FB，可引起細(xì)胞內(nèi)α-SMA mRNA和蛋白表達的水平增強，并逐漸向MF分化。TGF-β1可以通過作用于ADAM33基因啟動子轉(zhuǎn)錄后的組蛋白修飾，增強ADAM33 mRNA表達SAPK/JNK信號通路促使纖維細(xì)胞表達大量的α-平滑肌肌動蛋白向肌纖維母細(xì)胞分化，從而促進氣道重塑[32]。研究表明，ADAM33基因V4和T2位點與TGF-β1基因的 T896C位點存在交互作用，ADAM33可能通過其基因位點的交互作用影響TGF-β1基因的表達，從而參與氣道重塑[33]。此外，有研究發(fā)現(xiàn) TGF-β2可以通過作用于 ADAM33基因啟動子轉(zhuǎn)錄后的組蛋白修飾，抑制ADAM33 mRNA的表達，從而影響FB的分化，繼而改善氣道重塑[34]。同時，Prakash 等[16]發(fā)現(xiàn)高表達ADAM33可能通過和TGF-β協(xié)同或單獨作用，引起細(xì)胞因子過量釋放，調(diào)控氣道平滑肌的增殖能力。

四、結(jié)語及展望

對于ADAM33基因參與哮喘氣道重塑的發(fā)生、發(fā)展過程，目前仍存在爭議。一些研究發(fā)現(xiàn)，對比正常組，ADAM33在中重度哮喘患者的氣道活組織中的表達并無增加[35]。也有相關(guān)學(xué)者認(rèn)為其產(chǎn)物金屬蛋白酶的抑制劑在氣道重塑中未發(fā)揮作用，但這并不能說明其他轉(zhuǎn)化形式及產(chǎn)物與哮喘無關(guān);另一方面，其在不同種群中的表達差異及其本身所具有的單核苷酸多肽性，在一定程度上決定了該基因研究的復(fù)雜性及多樣性。

ADAM33基因作為哮喘的易感基因，與哮喘的病理生理變化及免疫因子的關(guān)系，提示其可能在氣道重塑中發(fā)揮重要作用。其在哮喘患者的氣道重塑中的作用機制仍有待進一步的研究，特別是一些外源性免疫因子對其在氣道重塑中的影響機制。

探討哮喘的氣道重塑的基因?qū)W機制，有助于闡明哮喘的發(fā)病機制，為哮喘的基因治療提供理論基礎(chǔ)。

[1]Tripathi P，Awasthi S，Gao P.ADAM metallopeptidase domain 33（ADAM33）:a promising target for asthma.Mediators Inflamm，2014，2014:572025.

[2]Hirota N，Martin JG.Mechanisms of airway remodeling.Chest，2013，144:1026-1032.

[3]Lin F，Song A，Wu J，et al.ADAM33 protein expression and the mechanics of airway smooth muscle cells are highly correlated in ovalbumin-sensitized rats.Mol Med Rep，2013，8:1209-1215.

[4]Kopriva F，Godava M，Markova M，et al.Possible control of paternal imprinting of polymorphisms of the ADAM33 gene by epigenetic mechanisms and association with level of airway hyperrespon-siveness in asthmatic children.Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub，2013，157:367-373.

[5]黃花榮，孔倩，吳葆菁，等.哮喘患兒外周血單個核細(xì)胞全基因組表達譜的差異研究.中國病理生理雜志，2013，29:1294-1301.

[6]Foley SC，Mogas AK，Olivenstein R，et al.Increased expression of ADAM33 and ADAM8 with disease progression in asthma.J Allergy Clin Immunol，2007，119:863-871.

[7]Mahesh PA.Unravelling the role of ADAM 33 in asthma.Indian J Med Res，2013，137:447-450.

[8]Dijkstra A，Postma DS，Noordhoek JA，et al.Expression of ADAMs（“a disintegrin and metallo-protease”）in the human lung.Virchows Arch，2009，454:441-449.

[9]Haitchi HM，Bassett DJ，Bucchieri F，et al.Induction of a disintegrin and metalloprotease 33 during embryonic lung development and the influence of IL-13 or maternal allergy.J Allergy Clin Immunol，2009，124:590-597.

[10]Puxeddu I，Pang YY，Harvey A，et al.The soluble form of a disintegrin and metalloprotease 33 promotes angiogenesis:implications for airway remodeling in asthma.J Allergy Clin Immunol，2008，121:1400-1406.

[11]葉新民，鐘南山.基質(zhì)金屬蛋白酶與支氣管哮喘氣道重塑.國際呼吸雜志，2009，29:672-676.

[12]Ito I，Laporte JD，F(xiàn)iset PO，et al.Downregulation of a disintegrin and metalloproteinase 33 by IFN-gamma in human airway smooth muscle cells.J Allergy Clin Immunol，2007，119:89-97.

[13]鄧林紅.氣道平滑肌生物力學(xué)與哮喘病理機制的研究進展.醫(yī)用生物力學(xué)，2009，24:237-245.

[14]Duan Y，Long JY，LIN F，et al.Soluble ADAM33 determines mechanical behaviors of airway smooth muscle cells.醫(yī)用生物力學(xué)，2013，S1:107-108.

[15]Takeda N，Sumi Y，Prefontaine D，et al.Epitheliumderived chemokines induce airway smooth muscle cell migration.Clin Exp Allergy，2009，39:1018-1026.

[16]Prakash YS.Airway smooth muscle in airway reactivity and remodeling:what have we learned?Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2013，305:912-933.

[17]丁敏嬌，王良興，戴元榮，等.支氣管哮喘大鼠氣道重塑中氣道平滑肌細(xì)胞凋亡及地塞米松的干預(yù)作用.中華結(jié)核和呼吸雜志，2009，31:607-610.

[18]Araujo BB，Dolhnikoff M，Silva LF，et al.Extracellular matrix components and regulators in the airway smooth muscle in asthma.Eur Respir J，2008，32:61-69.

[19]廖程程，陳亞紅.上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化在慢性呼吸系統(tǒng)疾病中的作用.生理科學(xué)進展，2013，44:216-219.

[20]Jie Z.，Jin M，Cai Y，et al.The effects of Th2 cytokines on the expression of ADAM33 in allergen-induced chronic airway inflammation.Respir Physiol Neurobiol，2009，168:289-294.

[21]Lee JY，Park SW，Chang HK，et al.A disintegrin and metalloproteinase 33 protein in asthmatics:relevance to airflow limitation.Am J Respir Crit Care Med，2006，173:729-765.

[22]Holgate ST，Yang Y，Haitchi HM，et al.The genetics of asthma:ADAM33 as an example of a susceptibility gene.Proc Am Thora Soc，2006，3:440-443.

[23]Roy R，Zhang B，Moses MA.Making the cut:proteasemediated regulation of angiogenesis.Exp Cell Res，2006，312:608-622.

[24]Puxeddu I，Pang YY，Harvey A，et al.The soluble form of a disintegrin and metalloprotease 33 promotes angiogenesis:implications for airway remodeling in asthma.J Allergy Clinical Immuno，2008，121:1400-1406.

[25]Xu L，Xiong S，Gao R，et al.Transforming growth factor beta3 attenuates the development of radiation-induced pulmonary fibrosis in mice by decreasing fibrocyte recruitment and regulating IFN-gamma/IL-4 balance.Immunol Lett，2014，2478:123-130.

[26]Rakonczay Z，Hegyi P，Takacs T，et al.The role of NF-κB activation in the pathogenesis of acute pancreatitis.Gut，2008，57:259-267.

[27]Song Y，Hong J，Liu D，et al.1，25-dihydroxyvitamin D3 inhibits nuclear factor kappa B activation by stabilizing inhibitor IκBα via mRNA stability and reduced phosphorylation in passively sensiti-zed human airway smooth muscle cells.Scan J Immunol，2013，77:109-116.

[28]王昌明，蔣明，譚寧，等.NF-κB表達水平與大鼠慢性阻塞性肺疾病氣道、肺血管重構(gòu)性的關(guān)系.中國藥理學(xué)通報，2010，26:1495-1500.

[29]Chen G，Khalil N.TGF-β1 increases proliferation of airway smooth muscle cells by phosphory-lation of map kinases.Respir Res，2006，7:2.

[30]Halwani R，Al-Muhsen S，Al-Jahdali H，et al.Role of transforming growth factor-β in airway remodeling in asthma.Am J Respir Cell Mol Biol，2011，44:127-133.

[31]Wei J，Li Z，Yuan F.Evodiamine might inhibit TGF-beta1-induced epithelial-mesenchymal transition in NRK52E cells via Smad and PPAR-gamma pathway.Cell Biol Int，2014，38:875-880.

[32]Singh SR，Hall IP.Airway myofibroblasts and their relationship with airway myocytes and fibroblasts.Proc Am Thorac Soc，2008，5:127-132.

[33]李宏彬，徐光翠，桂立輝，等.TGF-1和ADAM33基因交互作用與兒童哮喘易感性及嚴(yán)重程度相關(guān)性.中國免疫學(xué)雜志，2012，28:640-644.

[34]Yang Y，Wicks J，Haitchi HM，et al.Regulation of a disintegrin and metalloprotease-33 expression by transforming growth factor-β.Am J Respir Cell Mol Biol，2012，46:633-640.

[35]Yang Y，Haitchi HM，Cakebread J，et al.Epigenetic mechanisms silence a disintegrin and metalloprotease 33 expression in bronchial epithelial cells.J Allergy Clin Immunol，2008，121:1393-1399.