β-catenin在支氣管哮喘發病中作用機制研究進展

梁世鋒，龐宗東

β-catenin在支氣管哮喘發病中作用機制研究進展

梁世鋒，龐宗東

（廣西壯族自治區民族醫院，廣西南寧 530001）

β連環蛋白（β-catenin）是生物體內一種結構上高度保守的分子，在維持細胞間連接的完整性及細胞內信號轉導中發揮著雙重作用，β-catenin信號通路活化后促使β-catenin與TCF/LEF結合形成復合體，促進靶基因轉錄，參與肺的發育和維持內環境的平衡。

β-catenin；支氣管哮喘；氣道上皮細胞

支氣管哮喘（簡稱哮喘）是由多種細胞（如嗜酸性粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞、中性粒細胞、氣道上皮細胞等）和細胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病。氣道的基本病理改變為肥大細胞、肺巨噬細胞、嗜酸性粒細胞、淋巴細胞與中性粒細胞浸潤[1]。氣道上皮細胞是機體與外界環境接觸的第一道防線，其不僅構成簡單的物理屏障，且在哮喘炎癥啟動、維持過程中發揮著最為根本的作用[2]，近年來，支氣管上皮鏈接分子β-catenin在支氣管哮喘中的作用備受關注，本文將就β-catenin與支氣管哮喘的關系作一綜述。

1 氣管上皮細胞和哮喘

發育成熟的氣道結構復雜，由連續的上皮細胞層覆蓋，但上皮內的細胞類型不同，在近端下呼吸道的上皮表面，主要是纖毛上皮細胞，它與基底細胞及杯狀細胞一起構成假復層上皮，到達氣管腔表面的大部分細胞為纖毛上皮細胞，基底細胞與基底膜相連，通過半橋粒固定于上皮，在遠端下呼吸道中，Clara細胞和基底細胞占優勢，纖毛細胞已不存在，杯狀細胞數量減少，上皮形態更象柱狀[3]，整個上皮存在于一薄層基底膜上，通過間質結締組織組成的網狀層相互支撐，上皮下存在其他的結締組織和纖維細胞。

Th1、Th2的失衡是哮喘發病的重要機制[4]。正常情況下，Th1/Th2細胞處于恒定狀態，哮喘患者Th1細胞功能下降，Th2細胞功能異常增高，導致大量炎癥因子生成，包括細胞因子分泌紊亂，如IFNγ生成不足，IL4、IL5分泌增多，IgE、IgG4重鏈同種型轉換，促進MC、Eos生長和分化。最終形成以IgE依賴為特征的速發型變態反應及以嗜酸細胞浸潤為主的慢性氣道炎癥[5]。

長期以來研究者們似乎太過關注DC及T、B、肥大細胞等在變應性炎癥發病中所起的作用而似乎忽略了上皮細胞的存在。自從2000年Holgate ST教授首次提出氣道上皮細胞是哮喘的一個主要“造孽者”[6]，氣道上皮細胞才慢慢走進研究者的視線。2012年Nat med發表的重要綜述詳細論述了氣道上皮在哮喘發病中的作用。

2 β-catenin的結構與功能

2.1 結構

β-catenin蛋白的一級結構包含3個重要的結構域：N端結構域、C端結構域和中間區。其N端含有約130個氨基酸，其中含有多個保守的絲蘇氨酸殘基可被糖原合成酶激酶（GSK3β）和CK1a磷酸化，磷酸化的β-catenin可被β-TrCP（β-transducin repeatcontaining proteins）識別并泛素化，最終在蛋白酶體中迅速降解 因此，這些絲蘇氨酸殘基的磷酸化狀態對維持β-catenin蛋白的穩定性具有重要意義[7]。其C端含有約100個氨基酸，呈較強的酸性，含有Tcf家族轉錄因子結合位點，通過激活下游靶基因的轉錄而發揮生物學作用[8]。中間區是β-catenin最保守的區域，由分別包含了約42個氨基酸殘基的12～14個arm重復序列構成，每個arm序列又形成呈三角形排列的3個環狀結構，最后這些arm序列相互作用形成長長的帶正電荷的凹槽樣超螺旋結構，可使β-catenin與包括上皮細胞鈣黏蛋白（E-cadherin）、T細胞轉錄因子（TCF）、結腸腺息肉蛋白（APC）、F-actin、軸蛋白（Axin）等重要分子結合，共同參與WNT信號轉導通路[9]。

2.2 功能

β-catenin是一種結構上高度保守的分子，在維持氣道上皮屏障完整性和細胞信號轉導中發揮著雙重作用。一方面，作為氣道上皮粘附連接的重要成員，β-catenin絕大部分都錨定在細胞膜上，一端與鈣連蛋白（包括E-cadherin、N-cadherin、P-cadherin）的胞內段相連，另一端則借助α-catenin與細胞骨架連接。β-catenin介導的粘附連接與緊密連接、橋粒、半橋粒一起共同維持上皮連接的完整性[10]。另一方面，活化的β-catenin亦是經典WNT信號通路的主要效應分子，參與相應靶基因的轉錄調控。這部分β-catenin主要存在于胞漿和胞核。在WNT信號未被啟動的時候，β-catenin通常與一個由酪蛋白激酶I（CKI）、糖原合酶激酶3β（GSK3β）、結腸腺瘤病基因產物（APC）等分子組成的蛋白復合體結合，促進其在Ser33、Ser37、Thr41位點發生磷酸化及進一步的泛素化和降解，使胞漿內β-catenin維持在一個很低的水平，故這個蛋白復合體又被稱為β-catenin破壞復合體。WNT信號激活可促使β-catenin與這個復合體分離，從而穩定胞漿內的β-catenin并促進其核轉位。入核后，β-catenin作為輔助因子與核轉錄因子TCF/LEF、HIF-1α等結合，啟動下游基因的轉錄與表達[11]。β-catenin信號調控的基因包含了細胞周期調控蛋白類（如cyclin D1）、生長因子類（如VEGF）、基質蛋白類（如纖連蛋白）、蛋白酶類（如MMP-9）、及趨化因子類（如IL-8）等，參與機體多種病理生理過程。

3 β-catenin信號活化參與哮喘發病

3.1 哮喘β-catenin信號活化

β-catenin主要表達于氣道上皮細胞，幾乎很少表達于平滑肌細胞、成纖維細胞及肺泡上皮細胞等。哮喘狀態時，氣道平滑肌可表達β-catenin。早在2012年，研究人員即發現β-catenin基因啟動子的多態性與韓國人的哮喘發病風險呈正相關[12]。早期體外研究證明哮喘氣道平滑肌及氣道上皮內WNT依賴的β-catenin信號通路均有不同程度的激活[13]。進一步體內研究實驗也證實了哮喘時氣道上皮細胞β-catenin信號通路是處于激活狀態的[14]。

3.2 β-catenin信號參與哮喘發病

3.2.1 β-catenin信號參與哮喘氣道上皮損傷修復

氣道上皮損傷與脫落是哮喘的重要特征。與β-catenin信號參與細胞增殖、分化一致，β-catenin信號在哮喘氣道上皮細胞損傷時是活化的，活化的β-catenin信號促進靶基因細胞周期蛋白D1表達增加，而后促進氣道上皮細胞的分化和損傷細胞的愈合[15]。同細胞周期蛋白D1一樣，c-Myc也是β-catenin信號通路的靶基因，c-Myc在氣道上皮損傷時是促使氣道上皮細胞損傷修復的重要調控因子[16]，有意思的是，氣道上皮損傷時引起平滑肌β-catenin信號的活化，活化的β-catenin信號誘導平滑肌細胞釋放FGF-10，釋放的FGF-10引起氣道上皮細胞β-catenin信號的活化，促進損傷的氣道上皮細胞分化與修復[17]。3.2.2 β-catenin信號參與哮喘氣道上皮細胞間質轉化

上皮間質轉化是哮喘氣道重塑的一個顯著特征。間質細胞的起源上不是很清楚，有假說提出間質細胞起源于氣道上皮細胞及成纖維細胞[18]。氣道上皮細胞間可以失去粘附力，轉化成間質細胞的特征：形成波紋蛋白、平滑肌肌動蛋白；增強遷移能力；產生細胞外基質。這一過程也稱作上皮間質轉化（EMT）。目前哮喘EMT的發生機制仍未闡明。有研究發現通過藥物或者通過表達β-catenin，促進β-catenin信號活化，可以誘導EMT的發生[19]。

3.2.3 β-catenin信號參與哮喘氣道重塑

氣道平滑肌細胞肥大和增生是氣道重塑的重要特征。有研究表明β-catenin 參與了氣道平滑肌細胞的有絲分裂過程[20]。PDGF和 fetal bovine serum（FBS）誘導平滑肌細胞增殖的同時伴隨β-catenin信號的活化，干擾β-catenin信號可以阻斷這一過程[21]。提示β-catenin信號參與了平滑肌細胞的增值。接著有研究證明β-catenin信號參與促進煙曲霉誘導的氣道平滑肌細胞的增值與分化[22]。2016年有研究直接證實了β-catenin信號參與了哮喘氣道重塑。

3.2.4 β-catenin信號參與調節哮喘氣道炎癥及氣道高反應性

2016年姚利紅博士建立職業性哮喘模型（TDI哮喘模型），腹腔注射XAV-939和ICG-001阻斷β-catenin信號發現可以顯著減輕TDI誘導的氣道炎癥、氣道高反應性，減少Th1/Th2炎癥因子的釋放以及VEGF、HMGB1、IL-1β等炎癥介質的表達[14]。直接有力證明了β-catenin信號參與調節哮喘氣道炎癥及氣道高反應性。

4 展望

鑒于β-catenin信號在哮喘中的重要作用，有必要對β-catenin信號活化的調節機制及干預措施進行進一步的研究。激素是目前治療哮喘最有效的藥物，然而，長期使用激素副作用大，且吸入激素費用較高，增加了哮喘患者及社會的負擔，近來研究也證明了β-catenin信號抑制劑XAV-939和ICG-001能夠減輕職業性哮喘的氣道炎癥及氣道高反應性，這將為我們研究控制哮喘的藥物提供了新的治療思路。

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Research Progress of the Mechanism of Beta-catenin In the Pathogenesis of Bronchial Asthma

Liang Shifeng，Pang Zongdong
（Minzu Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Nanning Guangxi 530001，China）

β catenin is a highly conserved molecular organism，plays a dual role in maintaining the integrity of the connection between cells and intracellular signal transduction，β-catenin signaling pathway activation stimulated β-catenin combine with TCF/LEF to form complex，promote the transcription of target genes involved in lung. The development and maintenance of the environment in the balance.

β-catenin；bronchial asthma；airway epithelial cells

梁世鋒，本科，副主任醫師，研究方向：慢性阻塞性肺疾病的診治。