摘要
气道重塑是一个复杂的过程,涉及到气道从上皮到外膜的所有组成组织。每一种改变都有可能改变气道生理,从而促进气道狭窄、高反应性和炎症。结构变化,如上皮化生,气道纤维化和气道平滑肌增生,已成功模拟动物。这些模型正在被广泛地描述,并为可能与人类哮喘相当相关的机制提供了有价值的见解。重塑是由炎症细胞和结构细胞合成和分泌的因子诱导的,而结构细胞经常受到前者的影响。虽然关于炎症起源的信息非常丰富,但导致细胞增生、肥大和基质沉积改变的确切因素还远远没有得到解决。这些因素的阐明无疑将导致旨在预防或逆转这些变化的新疗法的出现。
《气道重塑:从基础科学到临床实践》系列
帮编辑。鲍莱特和p·j·斯特克
本系列的第一名
重塑通常是指与哮喘性气道炎症相关的气道结构变化。这些结构变化几乎涉及到每一个组织,伴随着分子水平上细胞表型的无数变化,尽管在显微镜下不明显,但潜在的同样重要。目前综述的重点是通常广泛的构成哮喘气道重塑的结构改变(如图1所示)⇓).这篇综述并不全面,但强调了来自动物模型的数据,这些数据得到了人类研究和细胞培养系统数据的支持。
在哮喘中,上皮细胞更脆弱,表现为脱落和细胞周转增加。上皮细胞频繁分化为分泌粘液的杯状细胞,粘液腺的数量和大小增加。肌成纤维细胞,具有混合收缩和胶原合成表型,可能参与胶原蛋白和其他基质蛋白的上皮下沉积,导致经典的网状层增厚1.同样,改变基质蛋白沉积有助于粘膜下层和外膜的重塑。支气管血管的数量和大小增加2,支气管平滑肌质量增加3.,4.此外,平滑肌束的内边界更接近上皮细胞,提示新肌肉优先添加到肌肉管腔侧5,6.在体外有证据表明,平滑肌细胞的表型可被细胞外基质(ECM)调节,可能调节这些细胞的增殖能力7.这也可能是哮喘患者气道平滑肌(ASM)重塑的一个因素。最后,支气管周围区域增厚,有证据表明肺泡附着物被破坏或破坏,严重哮喘引起的外周气道弹性蛋白含量异常8.
重塑的重要性似乎是毋庸置疑的,因为哮喘是一种疾病,在很大程度上是在很长一段时间内获得的。疾病的逐渐发展至少部分可以用气道重塑的发展来解释,无论是在组织水平还是在分子水平。在某些情况下,哮喘可能会在气道受到伤害后很快出现,最好的例子可能是刺激诱发的哮喘。某些特征性的变化,如ASM的增长,似乎可能导致气道高反应性(AHR),但其他变化的后果,如上皮下纤维化,则不那么直观明显。甚至ASM增长与AHR之间的联系也很大程度上是基于建模研究推导出来的。该领域面临的主要挑战之一是设计出直接连接结构和功能的策略。例如,在过敏性或非过敏性AHR动物模型中选择性地修改ASM质量以明确定义这种关系是困难的,如果不是不可能的话。然而,动物模型提供了一个开放的实验系统,用于研究气道功能下降和气道结构变化之间的联系。特别是小鼠模型,其基因表达可以在基因组水平上操纵,大大增加了研究范围。
重塑对气道口径和气道高反应性的生理后果
重塑气道的一些结构变化的结果与气道功能的下降相一致。杯状细胞化生和腺体肿大可以解释与哮喘相关的过量粘液。然而,黏液只是气道中“黏液塞”的组成部分之一,其他组成部分是渗出的蛋白质和炎症细胞9.这种富含蛋白质的液体对气道的阻塞由于表面活性剂功能的破坏而加重10,这也有助于气道关闭的发展。这些影响可能仅限于人类实验对象的非常小的气道,但可能在小动物中更广泛,如用于模拟哮喘的老鼠11.事实上,在小鼠中,过敏原诱导的AHR可以用气道关闭和上皮厚度的适度增加来解释12,无需调用更复杂的机制。有趣的是,在小鼠过敏原挑战后,已发表的AHR变化超过了在人类受试者或比小鼠大的动物中报告的变化的幅度,这表明气道不稳定可能在小鼠中特别重要。
单纯从几何角度来看,对于任何给定程度的平滑肌收缩,ASM管腔侧气道厚度的增加会使气道变窄13.增加的组织成为一个占位因子,减少腔面积。增厚的气道也导致了更大的外壁或外壁面积。由于牙槽附着体构成了ASM负载的一部分,耦合或连接所施加表面积的变化将影响激活ASM收缩的单位面积压力或负载。ASM质量的增加是AHR的一个直观明显的原因,模型研究表明,观察到的质量变化可以完全解释哮喘的AHR14.有趣的是,大气道中ASM质量的增加可以区分致命性和非致命性哮喘,而小气道中ASM质量与哮喘的关系是重叠的3..因此,大气道的重塑对疾病的严重程度可能比发生的外周气道改变更重要。大气道同步收缩的能力可能是严重哮喘发作的重要组成部分。相反,考虑到小气道的数量非常大,同步关闭足够多的数量导致危及生命的气道狭窄似乎不太可能。有趣的是,在过敏原诱导的大鼠AHR和重构的早期研究中,气道对乙酰胆碱反应性的变化与ASM质量的变化相关,特别是在大气道中15.后续的报道也证实了ASM重塑和气道反应性之间的相关性,尽管还没有确定的因果关系16,17.
基质蛋白沉积的增加,特别是胶原蛋白沉积,也可能对气道反应性有重要影响,不仅因为其占用空间的性质,还因为其对气道壁的机械性能的影响。现在有大量的证据表明,潮汐呼吸时,薄壁组织对气道壁施加的力是一种强大的支气管扩张影响18.然而,由于哮喘患者气道组织的周期性拉伸较少,气道壁因重塑而变硬预计会减少施加在平滑肌上的应力。虽然已经报道了人类哮喘气道的气道壁膨胀性降低,但尚不清楚在小动物模型中是否发生了类似的气道特性变化。关于上皮下胶原沉积可能的有益作用,有人提出了相反的观点19.有人认为,在支气管收缩过程中发生的上皮细胞屈曲可能在胶原蛋白沉积发生的气道中得到更大程度的抵抗。总的来说,在不同大小的气道和不同种类的气道中,可能有不同的因素在引起气道阻塞和AHR中起重要作用。
最近的两项动物模型研究探讨了治疗对逆转气道重塑的影响。数据从赵et al。20.尽管单纯避免过敏原可促进炎症的消退和粘液基因表达的减少,但皮质类固醇联合避免过敏原是减少气道纤维化和增加平滑肌质量的必要条件。在另一项研究中,给予半胱氨酸白三烯1 (CysLT1)受体拮抗剂孟鲁司特可减少过敏原诱导的ASM质量增加和上皮下胶原沉积。单独使用皮质类固醇没有效果,当与孟鲁司特联合使用时,不会进一步减少气道重塑21.这些关于皮质类固醇的不一致可能反映了动物治疗方案的差异。这个问题的解决需要进一步的调查。
最近的一种通过破坏气道平滑肌来治疗哮喘的新方法已被报道。这种被称为支气管热成形术的技术类似于目前流行于心脏病学的消融程序,用于破坏传导异常的心肌组织。支气管热成形术使用射频波加热气道组织通过支气管镜检查时放置在气道内的导管在狗身上的实验表明,ASM具有明显的选择性破坏作用22.迄今为止,在人类身上的试验结果很有希望23支持ASM是哮喘气道高反应性的重要原因。
最后,哮喘尚未解决的一个问题是肺功能永久性丧失和明显不可逆的气流限制的机制。虽然缺乏正式的证据,但它通常被归因于重塑。气道纤维化伴基质收缩可能导致气道口径的丧失。难治性气道狭窄可归因于不可逆的平滑肌收缩,并没有被排除,虽然它似乎不太合理。迄今为止,关于这一问题的信息还很匮乏。
炎症和感染对重塑的影响
哮喘的各种诱因和重塑之间的精确关系尚不清楚,尽管敏感受试者的过敏原暴露是与重塑最密切相关的刺激。来自几个物种的实验性哮喘的数据证实了过敏原挑战的倾向和随后的炎症反应,以触发气道重塑16,24,25.过敏性炎症是一个复杂的过程,涉及t细胞的激活,主要通过树突状细胞的抗原呈递。在哮喘中的t细胞被激活后,会产生一种t辅助细胞(Th) 2型细胞因子,这种细胞因子被认为能够组织其他炎症细胞的招募和激活,包括嗜酸性粒细胞和肥大细胞,它们也参与哮喘中的炎症和重塑。
炎症反应的扩增,包括反应的t细胞成分,也可以通过非抗原特异性途径发生。例如,神经激肽、类苯二甲酸酯或其他介质可诱导多种细胞类型的细胞因子和其他炎症介质的表达。此外,气道结构细胞现在被认为在哮喘患者气道炎症反应的诱导和维持中发挥积极作用。大量数据表明,培养的上皮细胞、成纤维细胞和ASM细胞产生细胞因子、趋化因子和其他促进炎症反应的介质26- - - - - -28.更少的在活的有机体内研究已经解决了结构细胞参与气道炎症和重塑的程度。来自人类活组织检查的数据表明,气道上皮细胞,内皮细胞和ASM细胞产生eotaxin和几种细胞因子涉及气道重塑6,29- - - - - -31.马修et al。32也证明了过敏原诱导的实验性哮喘气道炎症依赖于驻肺细胞的信号转换器和转录激活因子(STAT)-6信号和趋化因子的产生。本研究的作者(E.D. Fixman和J.G. Martin)已经证明了t细胞可以定位于棕色挪威(BN)大鼠实验性哮喘的ASM层25尽管除了人哮喘患者的固有层和上皮层外,在ASM束中仅发现肥大细胞33- - - - - -35.在这些组织间室中,调节t细胞和肥大细胞的招募和/或维持的因素尚不清楚。
还不排除其他气道炎症细胞,包括巨噬细胞和中性粒细胞,在气道重塑中的作用。巨噬细胞在哮喘动物模型中调节炎症和AHR36,37,并与真菌暴露引起的哮喘小鼠模型的气道重塑有关38.尽管重症哮喘患者的气道中存在大量的中性粒细胞39目前尚不清楚它们是否有助于气道重塑。马的呕吐数据为中性粒细胞对气道重塑的贡献提供了间接支持。一旦接触到发霉的干草,这些马就会患上th2偏性气道炎症40,伴气道重塑,尤其是ASM增加41.虽然存在少量嗜酸性粒细胞,但这些动物的气道中含有大量的中性粒细胞40.
最近的研究已经开始阐明炎症反应的不同细胞组分在气道重塑中的作用。在哮喘中,嗜酸性粒细胞衍生转化生长因子(TGF)-β可能调节成纤维细胞的激活和基质沉积42以及在上皮基底膜下沉积的前胶原和蛋白多糖、张力蛋白和膜聚糖43.同样,嗜酸性粒细胞,可能是嗜酸性粒细胞衍生的TGF-β,与实验性哮喘中胶原含量的增加和ASM重塑有关44,45.此外,除了嗜酸性粒细胞外,其他炎症细胞也可能改变ASM行为。例如,激活的t细胞可以在与ASM的明显接触中定位在活的有机体内在老鼠身上25直接接触活化的CD4+ t细胞可诱导ASM细胞增殖在体外25,46.而t - ASM细胞接触是诱导ASM细胞增殖所必需的在体外, ASM改造在活的有机体内也可以直接监管通过t细胞细胞因子和/或间接由t细胞诱导的因素,如内皮素和/或cyslt17,47,48.t细胞接触ASM的程度在活的有机体内在人类哮喘中仍不确定,因此,这种相互作用的生物学效应的大小需要进一步探索。除了t细胞,肥大细胞也定位于人体内的ASM纤维34虽然肥大细胞与ASM相互作用的结果还不清楚。肥大细胞在这个位置表达白介素-4和-1335这些细胞因子,以及脂质介质,如cyslt,可能调节ASM反应,有助于气道重塑和哮喘发病。以下是个别介质对气道重塑的调节。
其他引发气道重塑的因素,如细菌或病毒感染的作用还没有得到很好的研究。最近关于患有严重、迟发型、非特应性哮喘的人类哮喘受试者的数据表明衣原体肺炎可能导致固定气道阻塞49.IgG抗体升高的受试者c .肺炎根据支气管扩张剂后1秒用力呼气量/用力肺活量估计,肺功能下降更快,可能反映了肺功能的永久性丧失。此外,在小鼠模型中研究了支原体感染对胶原沉积的影响,单独和联合过敏原挑战。感染本身不改变气道壁胶原蛋白沉积,但与过敏原挑战,增加气道胶原蛋白6周后挑战。肺胶原蛋白含量的增加伴随着气道壁TGF-β1的增加50.需要进一步的研究来模拟哮喘的常见诱因与感染之间的相互作用。
其他诱因,如运动或冷空气过度换气挑战,与神经激肽和囊性白血病的释放有关51,52,两者都是潜在的丝裂原53,54.在过敏性哮喘的小鼠和大鼠模型中,cyslt都与气道重塑有关17,21,48.然而,反复运动挑战是否是引起气道重构的充分刺激,还是在过敏反应后需要额外的介质,而在运动挑战后不存在,尚不清楚。高强度有氧运动运动员中AHR的高患病率表明,运动性呼吸过度引起的反复气道挑战可能不是完全良性的55.这是否与气道重塑有关尚不清楚,但确实有证据表明,优秀越野滑雪者中存在哮喘型气道重塑56.暴露于高刺激性气体(如臭氧、二氧化硫和氯)引起的其他严重气道挑战可导致严重气道重塑,包括实验性哮喘中的上皮改变和ASM生长57,58.氧化损伤很可能参与了上述所有刺激,但确切的机制有待阐明。
上皮细胞是导致哮喘的许多过程的驱动组织,这一概念并不新鲜59.然而,对上皮细胞分泌的促炎介质和生长因子范围的不断了解给了这一概念新的动力。霍尔盖特et al。60提出了上皮损伤和上皮下重塑过程之间的密切关系。此外,他们还提出,上皮损伤反应的重塑可能先于显著的th2相关气道炎症。事实上,上皮细胞的激活可以通过多种非过敏性机制发生。上皮细胞的促炎反应的大小、促进重塑因子的产生和处理氧化等损伤的能力可能会影响结果61.
组织特异性机制由在体外和在活的有机体内模型
气道平滑肌
大量数据表明,在人类哮喘患者和实验性哮喘动物中,ASM质量均增加。除了ASM细胞的大小和/或数量的增加,肌纤维间间隙中ECM的增强沉积也可能有助于ASM质量的整体增加62.最近的研究利用支气管镜下气道活组织检查从哮喘受试者证明了增加的肌肉活组织检查5,6.此外,肌束的内边界比正常情况更接近上皮细胞,这表明新的纤维已添加到肌肉的管腔面。细胞核的数量似乎与肌肉的质量成比例增加,这表明增生是增加肌肉的原因63.也有许多关于动物ASM质量增生性增加的报道。使用溴脱氧尿苷掺入或增殖细胞核抗原的免疫反应性,已经证明了过敏原诱导的ASM细胞增殖25,64,65.在大鼠中,2周内只需三次过敏原挑战就足以使肌肉质量翻倍,这表明ASM有能力以惊人的速度对外部炎症刺激做出反应,改变其结构15,25.除了啮齿类动物,ASM质量的增加和增生的证据也在受隆起影响的马中被证明41这表明,在这种患有哮喘样疾病的大型动物中,ASM也是可塑的,在炎症存在的情况下经历了相当显著的结构变化。到目前为止,还没有研究成功捕捉到人哮喘组织中活跃的ASM增殖5,例如)。然而,增殖细胞的缺失并不证明这一过程不存在。需要考虑适当的组织取样和活检材料与急性哮喘发作期的关系。
最近,关于特异性细胞因子在实验性哮喘中ASM重塑中的作用的信息已经获得,主要是在缺乏特异性细胞因子的小鼠重复过敏原挑战之后66,67.有趣的是,在缺乏IL-4、-5或-13的小鼠中,过敏原诱导的ASM质量增加要么不存在,要么减弱66,67.大量数据支持TGF-β在哮喘ASM重塑中的作用43,64.在呼吸道中过度表达IL-11的转基因小鼠中进行的研究提供了IL-11可能也参与ASM重构的证据68.尽管很少有研究涉及到其他生化介质在ASM重塑中的作用,但一些研究表明,在大鼠和小鼠中,cystlt参与了过敏原驱动的ASM生长。形态学数据表明,在卵白蛋白致敏和挑战大鼠中,可以使用CysLT1受体拮抗剂和5-脂氧合酶抑制剂防止ASM的增生17,48.反复过敏原刺激后给药CysLT1受体拮抗剂孟鲁司特足以消除小鼠反复过敏原刺激引起的ASM质量增加21.内皮素也与大鼠过敏原诱导的ASM增生有关47.然而,内皮素和cyslt在细胞培养系统中只产生微弱的有丝分裂,这表明它们可能与其他生长因子或细胞因子合作诱导ASM生长反应69,70.IL-13上调培养的人ASM细胞上的CysLTR1,并增强cyslt诱导的有丝分裂在体外这表明至少有一种可能的机制通过哪些Th2细胞因子可能通过“启动”效应促进重构71.除了ASM细胞数量增加外,重塑气道中ASM质量的增加可能是由于ASM细胞的肥大63,72.许多介质,包括TGF-β和内皮素-1,诱导培养的ASM细胞肥大73- - - - - -77.然而,这些介质诱导的ASM细胞肥大在多大程度上参与了ASM重构在活的有机体内目前还不清楚。
哮喘患者的平滑肌增生也可能是上皮下成纤维细胞和循环成纤维细胞聚集的结果,这些细胞有分化成与ASM细胞无法区分的细胞的能力78.在这种情况下,需要间充质细胞从循环和上皮下间隙迁移到肌肉束,因此化学引诱剂,如血小板衍生的生长因子和cyslt,可能也很重要。了解间充质细胞向平滑肌细胞分化的机制也可以为重塑过程中的特异性干预提供新的靶点79- - - - - -81.
平滑肌生物学的一个有趣的方面是平滑肌细胞在培养中减少收缩蛋白的表达82,83.此外,平滑肌细胞表型也可能调节细胞在有丝分裂原刺激下的增殖能力84.同样的,在活的有机体内增殖可能与合成表型的“去分化”和收缩蛋白表达的丧失有关85.哮喘气道中ASM质量的增加是否与表型改变有关尚不清楚。这可能是一个暂时的现象,收缩表型可能在增殖后恢复。然而,与非哮喘对照相比,从哮喘活检中培养的ASM细胞保持了更快的增殖能力,这为哮喘ASM细胞表型的变化可能是稳定的提供了证据86.炎症诱导的ECM沉积改变也可能调节哮喘中的ASM细胞表型和重塑。ecm依赖的整合素和其他粘附分子的激活调节平滑肌细胞的表型在体外在发育过程中,似乎也会发生类似的调节在活的有机体内在哮喘患者84,87,88尽管ECM改变调节哮喘患者ASM (dys)功能的可能机制尚未被探索。
上皮细胞
哮喘病中的上皮细胞发生改变并不奇怪,因为它会受到哮喘病诱因的最初伤害,例如,对空气过敏原或呼吸道病毒感染的反应。相对快速的上皮翻转是另一个特征,可能易于表型变化的反应炎症。哮喘气道上皮细胞可能通过产生诱导其他气道组织重构的介质参与哮喘气道重塑。例如,上皮细胞特异性生产生长因子,如内皮素,可能诱导纤维化和ASM重塑。此外,杯状细胞分化是哮喘气道光镜下较为明显的特征之一,在更严重的哮喘病例中,粘液腺会出现肥大和增生。大部分的在活的有机体内黏液细胞化生机制的研究已在小鼠模型上进行。此外,在体外数据表明,在培养的上皮细胞中,多种哮喘相关细胞因子诱导黏液基因的表达,主要是黏液蛋白(mucc)2和MUC5AC。Th2细胞因子IL-4, -5, -9和-13都与MUC基因表达有关89.IL-4和-9诱导培养的人气道上皮细胞MUC2和/或MUC5AC基因的表达和粘液的产生90,91.同样,在肺中表达IL-4或-9的转基因小鼠显示MUC5AC(和MUC2表达IL-9)的表达增加,以及上皮中粘液糖缀合物水平的增加90- - - - - -92.此外,IL-4转基因小鼠在其传导气道中有肥大的非纤毛细胞,部分原因是黏液糖蛋白的积累;这些小鼠的灌洗液中也含有增加的粘液阳性染色物质。虽然IL-4和/或-9在某些情况下可能直接调节粘液的产生,但有证据表明在活的有机体内他们是间接的通过IL-1393.与IL-4和/或-13在粘液产生中的作用一致,这些细胞因子都诱导Src同源2域的激活,其中包含转录因子STAT-6,并且使用基因删除小鼠的实验表明,STAT-6也调节急性哮喘的许多特征,包括粘液产生过多。事实上,只在上皮细胞表达STAT-6的IL-13转基因小鼠表现出IL-13依赖的粘液产生94.最后,IL-1β和肿瘤坏死因子-α最近被证实可诱导MUC基因表达95但尚不清楚IL-13是否也调节这些反应。除了这些细胞因子,中性粒细胞弹性蛋白酶调节粘液的产生在活的有机体内96增强MUC5AC mRNA的稳定性在体外,可能以一种活性氧种类依赖的方式97.此外,哮喘患者表皮生长因子或血管内皮生长因子(VEGF)受体的激活也与MUC基因表达有关98,99.
细胞外基质
大量的数据表明ECM在过敏性哮喘的小鼠和大鼠模型中也发生改变One hundred..卵白蛋白致敏和挑战大鼠气道壁内外大气道内胶原蛋白含量均增加。反复暴露于卵白蛋白的大鼠和小鼠气道中纤维连接蛋白也增加One hundred.,101在接触卵白蛋白时服用的皮质类固醇有效地抑制了这些结构变化101,102.同样,长期暴露于卵清蛋白的小鼠气道壁中的蛋白多糖和/或胶原沉积增加16,21,103.虽然ECM沉积的增加在过敏性哮喘的啮齿类动物模型中一直可见,但与菌株相关的差异也可能存在。例如,A/J小鼠气道壁胶原沉积增加,而C57BL/6和C3H/HeJ小鼠在重复过敏原刺激后气道壁胶原沉积增加104.
有多种证据表明Th2细胞因子在气道重塑中介导ECM沉积。哮喘的小鼠模型由特定细胞因子的上调或暴露,如。IL-5或TGF-β已显示胶原沉积增加和气道纤维化的证据105.同样,在IL-5基因缺失小鼠和嗜酸性粒细胞缺乏小鼠的气道中,过敏原诱导的胶原沉积减少45,66在过敏原刺激时,使用抑制性IL-13抗体治疗的小鼠ECM沉积减少106或在卵白蛋白诱导的炎症诱导后使用抑制TGF-β抗体64.来自flow - page的数据也支持嗜酸性粒细胞来源的TGF-β在哮喘患者ECM沉积中的作用et al。43他们证明,用人源化抗il -5抗体治疗哮喘不仅减少了ECM沉积,还减少了表达TGF-β的嗜酸性粒细胞的数量和支气管肺泡灌洗液中TGF-β的浓度。纤维原细胞因子IL-11和-17在气道重塑中的作用也被提出107.最后,一系列基因(其产物可能调节哮喘患者的气道纤维化)在一系列过敏原挑战结束2周后,在小鼠体内被显示上调。其中包括TGF-β、纤溶酶原激活物抑制物-1、金属蛋白酶-1组织抑制物-1、结缔组织生长因子、α-平滑肌肌动蛋白、纤维连接蛋白和前胶原1α2108.
有趣的是,转录因子T-bet(调节Th1细胞因子干扰素(IFN)-γ的表达并促进Th1型反应)缺乏的小鼠自发发展出一种哮喘表型,包括AHR,以及基底膜下大量的ⅲ型胶原沉积和α-肌动蛋白阳性的ASM细胞和/或肌成纤维细胞的增加。这些小鼠的肺含有激活的记忆CD4+ t细胞,表达高水平的Th2细胞因子(IL-4, -5和-13),以及TGF-β109.T-bet缺乏会对气道功能产生深远影响,这并不奇怪,因为IFN-γ在过敏性炎症中是一种有效的反调节分子。
血管生成
许多论文都报道了哮喘患者支气管血管的增加。与构成重构的大多数变化一样,对于因果中介的问题没有明确的答案。VEGF的表达是一个明显的目标,在哮喘中表达增加,并与巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、CD34+细胞和肥大细胞的标记物共存110,111.在人类中,vegf免疫反应细胞的存在与血管的数量和基底膜的厚度有关112.培养的ASM细胞也会释放VEGF,以响应促炎细胞因子TNF-α和IL-1β的治疗113即Th2细胞因子IL-4和-13114.在实验性哮喘小鼠模型中,VEGF水平升高,VEGF受体抑制剂减少炎症和AHR99,115.在上皮细胞中诱导表达VEGF的转基因小鼠中,血管生成和水肿的肺特异性增加,以及th2特异性炎症和粘液产生的增加99.这些小鼠中VEGF表达延长导致TGF-β表达丰富,胶原沉积增加,以及肌细胞增生和平滑肌重塑。在这些小鼠中,粘液的产生依赖于IL-13的产生,而所有其他表型变化都与IL-13无关。有趣的是,这些小鼠也比野生型小鼠对过敏原致敏更敏感,并有夸张的过敏原诱导的AHR和炎症反应。
气道重塑中调节细胞增殖的信号通路
正如前面所讨论的,各种各样的刺激已经涉及到可能有助于哮喘患者气道重塑的增殖反应。这些包括激活受体酪氨酸激酶和g蛋白偶联受体的激动剂,以及细胞因子、活性氧、ECM成分和机械力,如拉伸和压缩。在其他类型的细胞中,包括丝裂原激活蛋白激酶(MAPK),细胞外信号调节激酶(ERK)1, ERK2和p38,这些激动剂诱导的增殖反应的信号通路MAPKRas、磷酸肌苷3-激酶和Src也有调节作用在体外促进哮喘患者气道重塑的细胞增殖116- - - - - -120.虽然可能存在调节增殖的气道细胞特异性信号通路,但很可能存在与其他系统的广泛重叠。几乎可以肯定,细胞增殖和气道重塑的倾向是由这些气道细胞的炎症依赖性表型改变调节的,至少在一定程度上是这样85,121.
最近的动物研究数据表明,气道重塑中存在其他信号分子64,122,123.核因子(NF)-κB转录因子在气道重塑中的作用通过生成基因修饰小鼠进行评估,在这些小鼠中,κB (IκB)激酶β抑制剂(IKKβ)的编码基因在气道上皮细胞中被选择性删除122.IKKβ调节NF-κB活性,如果没有IKKβ, NF-κB就不能被激活。反复卵白蛋白刺激诱导NF-κB RelA亚基的核易位在ikk β消融小鼠气道上皮细胞中选择性丢失。病理上,与野生型对照相比,这些小鼠表现出卵白蛋白诱导的气道壁增厚和总肺胶原蛋白含量降低。此外,卵白蛋白诱导的黏液和气道嗜酸性粒细胞增多,支气管周围CD4+细胞也减少。这些小鼠炎症和重塑的减少伴随着趋化因子eotaxin-1、胸腺和活化调节趋化因子以及TGF-β1水平的降低。总之,这些数据表明上皮细胞特异性NF-κB通过调节炎性反应间接参与气道重塑,炎性反应导致实验性哮喘患者黏液产生、纤维化和气道壁增厚。
c-Jun n -末端激酶(JNK)是丝氨酸/苏氨酸激酶MAPK超家族的一员,通过在3周内15个卵清蛋白挑战的2小时前和8小时后分别用JNK特异性抑制剂SP600125治疗小鼠,评估了JNK在气道重塑中的作用。与对照组小鼠相比,sp600125处理的小鼠粘液水平和ASM细胞数量下降124.整体炎症和嗜酸性粒细胞增多受到抑制,AHR也是如此,表明具有广泛的抗炎作用。在另一项研究中123在美国,过敏小鼠接受32-脱氧阿帕霉素(SAR943)治疗,这是抗炎大环内酯雷帕霉素的类似物。雷帕霉素是一种有效的细胞增殖抑制剂,靶向哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)并抑制p70的激活S6K.在用SAR943治疗的过敏小鼠中,炎症和嗜酸性粒细胞数量减少,粘液产生和AHR也减少123.在SAR943治疗的小鼠中,重塑标志物、支气管肺泡灌洗液纤维连接蛋白水平和气道上皮细胞增殖均被抑制。最后,Smad蛋白调节TGF-β诱导反应,在气道重塑中的作用最近被提出64.促进TGF-β诱导反应的phosphoSmad2水平在反复向卵白蛋白挑战的小鼠气道中升高。用TGF-β抑制抗体治疗小鼠可降低气道重塑和phosphoSmad2水平,并导致Smad7水平升高,Smad7是TGF-β诱导反应的抑制剂。这些数据表明,靶向信号分子可能有助于开发抑制哮喘气道重塑的新治疗策略。尽管如此,仍需要持续的努力来确定是否有主要的细胞因子、生长因子和/或信号分子充分控制重塑特征的关键方面,使它们成为可行的干预靶点。
结束语
重塑发生的机制正逐渐被阐明(图1)⇓),尽管目前对许多变化的细胞和分子基础的理解存在重大差距。很明显,重构是由炎症细胞和结构细胞合成和分泌的因子诱导的,而结构细胞经常受到前者的影响。然而,导致细胞增生、肥大和基质沉积改变的确切因素还远远没有得到解决。这些因素的阐明无疑将导致旨在预防或逆转这些变化的新疗法的出现,并具有治疗性药物干预的最大潜力。
脚注
编辑评论见第231页。
- 收到了2006年4月18日。
- 接受2006年11月13日。
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