TGF - 1 - Smad信号通路与哮喘气道重塑的关系及研究进展 - 刘力维-

1、17Sen S,H inderliter A,Sen P K,et alAssocication of leukocyte countwith progression of aortic atheroma in stroke/transient ischemic at-tack patientsStroke,2007,38(11:2900290518刘春香,丁海娟,吕婷,等颈动脉粥样硬化与血脂水平的相关性分析J中国临床保健杂志,2014,17(1:485019包兰兰,金桩,博格日勒图胡椒碱降血脂作用的实验研究J中国民族医药杂志,2004,1:2220麻春杰,哈斯阿古拉,张立全,等荜茇宁对高脂血

2、症大鼠血脂代谢及其相关基因表达的影响J中草药,2008,39(7:1039104321Bektas N,Ozturk NAntioxidant activity of Punica granatum(Pome-granateflowersJToxicology Letters,2007,5:18422杨彦霞,闫福林,王翔石榴花化学成分研究J中药材,2014,37(5:80480723谭克平,林咸明中药及针刺对血脑屏障影响的研究现状及发展趋势J中华中医药学刊,2007,25(11:228324Weissa N,Millera F,Cazaubon SThe bloodbrain barrier

3、in brainhomeostasis and neurological diseasesJBiochim Biophys Acta,收稿日期:20150221基金项目:国家自然科学基金项目(81173299作者简介:刘力维(1988,女,吉林人,硕士研究生,研究方向:中医儿科。通讯作者:赵霞(1972,女,四川人,教授,博士研究生导师,博士后,研究方向:中医儿科学,Email:zhaoxiahy126com。2009,1788(4:84285725叶勇,晏亦林,周莉玲,等微透析法进行芎冰喷雾剂鼻腔给药的脑内药动学研究J中华中医药杂志,2012,27(1:18718926李东晓,邓文龙冰片促透

4、作用研究进展J中药药理与临床,2007,23(1:878927张瑞涛,王晖,陈丽,等冰片滴鼻对豚鼠黏膜血管和脑血管通透性的研究J中国药房,2005,16(17:129228吕丽莉,张作平,黄伟,等麝香酮对局灶性脑缺血大鼠模型的保护作用及对BBB转运功能的影响J中药药理与临床,2009,25(2:3129单晓宇,刘敬霞,楚国庆,等回药扎里奴思方对脑梗死患者颈动脉硬化的影响J宁夏医科大学学报,2012,34(8:75375630李娟,刘敬霞,吴鹏,等扎里奴思方对急性脑梗死患者血清NSE水平的影响J时珍国医国药,2014,25(7:1750175131马晓东,陈顺如,刘耀龙,等回回药方“哈必法而非荣

5、丸”治疗缺血性中风恢复期患者30例J陕西中医学院学报,2011,34(6:303232王晓丽,马宣,贾孟辉回回药方滴鼻药治疗脑梗死后遗症32例J宁夏医学杂志,2012,34(10:1052105333刘敬霞,李建生,牛阳,等扎里奴思方和蜜煎菖蒲方对脑缺血大鼠血栓形成和血小板聚集的影响J宁夏医科大学学报,2011,33(12:1117111934刘洋,刘会贤,李娟,等扎里奴思方对脑缺血再灌注损伤后大鼠脑内NGF表达的影响J中国实验方剂学,2014,20(5:123126DOI1013192/jissn1000-1719201509084TGF1/Smad信号通路与哮喘气道重塑的关系及研究进展刘力

6、维,赵霞(南京中医药大学,江苏南京210029摘要:气道重塑是支气管哮喘的重要病理特征,至今具体发生机制尚不明确。文章概述了哮喘气道重塑发生与转化生长因子1(transforming growth factor1/Smad信号通路的关系,同时总结多种西药、中药及基因干预实验对气道重塑中TGF1/Smad表达的影响,以进一步了解TGF1/Smad影响气道重塑的作用机制所在。为将来的研究提供更合理的思路和方法,并对治疗哮喘气道重塑在微观层面提供更有效的手段。关键词:哮喘;气道重塑;转化生长因子1/Smad;研究进展中图分类号:25612文献标志码:A文章编号:1000-1719(201509-18

7、11-03elation between TGF/Smadand Airwayemodeling in Asthma and Itsesearch ProgressLIU Liwei,ZHAO Xia(Nanjing University of Chinese Medicine,Nanjing210029,Jiangsu,ChinaAbstract:Airway remodeling is an important pathological feature of bronchial asthma and its specific mechanism has not been clear so

8、farThis paper provides an overview of the relationship between airway remodeling and the expression of transfor-ming growth factor(TGF/Smad signal pathwayIt summarizes the antagonism effects of Chinese medicine,Western medicine and gene level intervention on expression of TGF/Smadin order to make be

9、tter understand of the mechanism of TGF/Smad on airway remodelingIt might provide a more rational thinking and methods for future researchKey words:asthma;airway remodeling;TGF1/Smad;research progress气道重塑是慢性哮喘的病理特性之一,表现为气道平滑肌的增厚,基底膜胶原过度分泌,有报道显示哮喘病人基底膜相对于对照组2 3倍增厚,并且存在细胞外基质的异常沉积,炎性细胞浸润和腺体增生肥大,由此导致气道高

10、反应性和不可逆气流阻塞12。1TGF1/Smad信号通路转化生长因子TGF1/Smad信号通路作为哮喘气道重塑中重要的因子之一在过去几年成为研究热点。哮喘患者气道上皮,黏膜下及募集的炎性细胞中存在明显增多的TGF1,且证实TGF1表达与成纤维细胞数目和哮喘发生的严重程度呈正相关2。13年有学者研究发现,哮喘患儿痰中的TGF1不仅具有促进嗜酸粒细胞和中性粒细胞对支气管上皮的黏附作用,还能增加巨噬细胞1抗原在粒细胞表面的表达,这些都有力地说明TGF1对粒细胞的调节和转运均起到关键作用34。Smad是参与TGF1在细胞内信号传导的一族蛋白质,且是目前已知的唯一TGF1受体的胞内激酶底物。Smad蛋白

11、信号转导途径实现了TGF1在气道重塑中发挥生物活性,而TGF1通过调节信号蛋白的活性进一步促进细胞外基质的合成,这一过程在气道重塑纤维化中发挥着作用5。由于蛋白结构和功能特点的不尽相同,Smad蛋白家族信号转导作用上也具有多样性。家族九种蛋白中有受体调节型蛋白Smad2,Smad3;通用调节型蛋白Smad4;抑制型蛋白Smad6和Smad7,均参与TGF1的信号转导6。2TGF1/Smad信号通路与气道重塑的关系TGF1通过与TbII受体结合后使得Smad2和Smad3磷酸化继而将细胞外TGF1的信号转导致细胞核内,启动相关目的基因的转录,诱导细胞外基质的合成7。Smad3是一种磷酸化酶,作为

12、最主要的受体调节蛋白,在气道重塑病理发展过程中被视为最主要的致纤维化细胞因子8。有些研究认为Smad蛋白可以成为治疗TGF1信号途径相关疾病重要靶标。从已有实验中可得出在哮喘气道重塑的情况下Smad7和Smad2在支气管中的表达是负调节关系。如Nakao等6最早发现,哮喘组和正常组中的Smad7蛋白均主要表达于支气管上皮细胞,哮喘组较正常组低表达,且与气道高反应性成正相关。而磷酸化的Smad2表达水平在哮喘组呈阳性表达,对照组则低表达,磷酸化Smad2表达水平与基底膜厚度正相关。同时在小鼠哮喘模型中还观察到Smad7的表达在慢性哮喘模型气道上皮细胞中显著低于急性哮喘模型中,而Smad2的表达则

13、与之反之。夏童生等910在实验证实大鼠中性粒细胞(PMN在哮喘状态下处于活化状态且其中基质金属酶9(MMP9的表达增加的基础上,证实PMN也能合成Smad2/3和Smad7蛋白,哮喘时其合成功能增加。从而推断PMN可能部分通过Smads体系参与哮喘的气道重塑过程。类似的实验还有,Kanzaki等11发现TGF1对于嗜酸粒细胞的存活是负反馈调节,但是在过敏炎症发生的区域嗜酸粒细胞的聚集并没有因为TGF1的高表达而有所减少,从而推断嗜酸粒细胞自身有一条独立有效的TGF1信号通路。为验证此推断,提取血清中的嗜酸粒细胞,并证实人嗜酸粒细胞中确实表达TGF1,同时还存在Smad2和Smad3的表达。在整

14、个气道重塑过程中,多细胞多通路相互协调细胞的生物学行为。除TGF1外还有白介素和肿瘤坏死因子等大量其他因子参与。卢红蓓等12便在哮喘大鼠模型中发现,气道平滑肌细胞EK信号通路在蛋白水平对Smad6具有调控作用,且在细胞核内与TGF1/Smad通路不发生交互调节作用。可见Smad7并非只参与TGF1/Smad信号通路,而TGF 1/Smad也并非是唯一一个对Smad7具有调节意义的信号通路。3药物干预作用3.1糖皮质激素干预作用糖皮质激素是目前最有效的抗气道炎症药物,其受体以蛋白质蛋白质相互作用的方式作用于Smad3的活化区域,抑制人纤溶酶原激活物1的转录激活,从而抑制TGF1生物活性的发挥。戴

15、建等13干预哮喘小鼠模型,测得与哮喘组比较布地奈德组肺组织TGF1,PSmad2和PSmad3蛋白表达均较少,而Smad6和Smad7的蛋白表达增加,推测糖皮质激素可以阻断TGF1/Smad信号通路减轻上皮下纤维化,成为糖皮质激素减轻气道炎症改善气道重塑的作用机制之一。而国内学者张维溪等14通过类似实验同时还对比了布地奈德和地塞米松干预组主要蛋白表达水平,结果差异均无显著性,提示吸入糖皮质激素与全身应用地塞米松在预防和改善TGF1/Smad信号通路引起的气道重塑方面一样有效。3.2中药干预作用孙祝美等15通过多组实验切实证明中药验方麻芩汤干预组肺组织病理变化较之模型组明显改善。TPC检测结果显

16、示中药组可明显增加Smad7mNA表达,同时下调Smad2基因和蛋白,与正常组比较无明显差异。说明中药攻补兼施,能缓解哮喘病理进程,且在胶原纤维含量测定方面也得到印证。除此,广州中医药大学用宣肺化痰活血法16,天津中医药大学通过宣肺健脾法17干预哮喘大鼠模型均取得相似结果,充分证实了方药的有效性。中药单体方面,白花前胡甲素干预组与对照组相比不仅BALF中IL4,IL13均有减少,同时肺组织中TGF1,PSmad2,PSmad3的表达被抑制, Smad7表达调高.笔者认为可以作为治疗哮喘的潜在药物18。近年业界研究热点雷公藤甲素19和黄芪提取物20也都被不同的生物检测方法证实对此信号通路在基因转

17、录和蛋白表达水平均有调节作用,可改善气道重塑。冬虫夏草和黄芪复合物也经实验证实可部分恢复治疗组Smad7的蛋白水平21。3.3白三烯(CysLTs受体拮抗剂干预作用已知在成纤维细胞中半胱氨酰白三烯D4可以与受体结合诱导TGF1转录,加拿大学者Eap等22一步实验得出CysLTs受体拮抗剂可以一定程度阻碍TGF通路,并减少胶原蛋白的表达,从而改善气纤维化。孟鲁司特也可部分抑制Smad3的磷酸化作用,调节嗜酸细胞诱发的上皮间质转化作用,被认为可能是孟鲁司特改善气道重塑的机制之一23。3.4其他干预手段除糖皮质激素和中药复方外,可改善哮喘动物气道炎症的免疫调节剂咪奎莫特也可通过减弱TGF1及Smad

18、2同时上调Smad7的表达,继而发挥对哮喘及气道重塑的抑制作用,且与地塞米松效果相似24。基因干预方面,另有研究表明腺病毒载体基因转导引起的TGF1活化可加速肺纤维化进程,而敲除小鼠Smad3基因能有效抑制其肺纤维化进程25。我国学者应用NA干扰技术,以特异性shNA载体质粒转染人肺成纤维细胞,结果显示有效阻断Smad3基因转录和蛋白的表达,同时显著减少肺成纤维细胞I 型胶原合成和分泌,虽未完全阻断但减轻了气道重塑26。Sudipta等27则第一次证实可同时多靶向调节多种致纤维基因的micoNA(mi326对TGF1的表达也至关重要,包括抑制Smad3表达,升高Smad7,并确实减轻纤维化。更

19、有学者发现在成熟的T 细胞内通过过度表达Smad7来抑制TGF1/Smad 信号通路反而增加气道炎症和气道反应性28。4展望中药复方固本防哮饮作为江育仁教授的经验方,前期临床研究中已显示出治疗小儿哮喘缓解期的优势,在实验研究中也证实对多种哮喘易感基因及炎症因子具有调控作用29。但此复方对于哮喘气道重塑中TGF1/Smad这条重要的信号通路的调节作用尚无研究。已有实验提示,单途径研究药物或基因对某一条信号通路的影响都不能完整的概括药物对气道重塑作用的分子机制。多途径多技术结合,才有可能把复方的理论和作用机制归纳得更清楚。我们以期合理整合固本防哮饮对其他气道重塑中相关因子的研究结果,切实证明固本防

20、哮饮对气道重塑的有效干预作用。本实验组认为以“整体性”为特征的“组学”技术,更适合成为主要手段应用在具有整体观念的中医药研究领域,如蛋白组学、基因组学等。随着未来中医药在组学和遗传学方面研究的不断突破,定会为阐明中医治疗哮喘提供更多依据。参考文献1Halwani,AlMuhsen S,Hamid QAirway remodeling in asthmaJCurropin pharma col,2010,10(3:2362452oyce SG,Cheng V,Samuel CS,et alThe regulation of fibrosis in air-way remodeling in as

21、thmaJMol Cell Endocrinol,2012,351(2:1671753Shen ZJ,Esnault S,osenthal LA,et alPin1regulates TGFbeta1production by activated human and murine eosinophils and contributesto allergic lung fibrosisJClin Invest,2008,118(2:4794904Gagliardo,Chanez PThe role of transforming growth factor1inairway inflammati

22、on of childhood asthmaJInt J ImmunopatholPharmacol,2013,26(3:7257385Halwani,AlMuhsen S,AlJahdali H,et alole of transforminggrowth factorbeta in airway remodeling in asthmaJAm JespirCell Mol Biol,2011,44(2:1271336Nakao A,Sagara H,Setoguchi Y,et alExpression of Smad7in bron-chial epithelial cells is i

23、nversely correlated to basement membranethickness and airway hyperresponsiveness in patients with asthmaJAllergy Clin Immunol,2002,110:8738787Kang JS,Liu C,DerynckNew regulatory mechanisms of TGFbetareceptor functionJTrends Cell Biol,2009,19(8:3853948Colwell AS,Faudoa,Krummel TM,et alTransforming gr

24、owth factorbeta,Smad,and collagen expression patterns in fetal and adult kera-tinocytesJPlasteconstr Surg,2007,119(3:8528579周华斐,王昕昕,童夏生,等哮喘大鼠中性粒细胞基质金属蛋白酶9和血清TIMP1的表达及地塞米松对其的影响J中国临床药理学与治疗学,2008,13(8:87087310童夏生,罗冬娇,方慧英,等Smad2/3和Smad7蛋白在血中性粒细胞中的表达与哮喘发病关系的实验性研究J中国临床药理学与治疗学,2009,14(4:40540911Kanzaki M,S

25、hibagaki N,Hatsushika KHuman eosinophils have anintact Smad signaling pathway leading to a major transforming growthfactorbeta target gene expressionJInt Arch Allergy Immunol,2007,142(4:30931712卢虹蓓,张维溪,李昌崇,等哮喘大鼠气道平滑肌细胞EK信号通路调控Smad6/7的研究J医学研究杂志,2012,41(10:424613戴建,殷凯生,史莹,等布地奈德吸入对慢性支气管哮喘小鼠转化生长因子/Smad信

26、号通路的影响J中华哮喘杂志,2009,3(2:10711214张维溪,戴欢,贺孝良,等糖皮质激素调控哮喘大鼠气道重塑中TGF1/Smad信号通路的研究J中国药理学通报,2009,25(9:114215孙祝美,李福凤,钱鹏,等复方麻芩汤对慢性气道重建过程中TGF1的影响J中华中医药杂志,2013,28(1:22122416林晓冰,刘小虹,许丽梅,等宣肺化痰活血法对哮喘大鼠气道重塑及TGF/Smad信号通路的影响J陕西中医,2013,33(12:1680168317马佐英,何山,王学龄,等宣肺健脾法对哮喘大鼠转化生长因子1及其抑制型Smad的影响J辽宁中医杂志,2013,40(3:56957118

27、Xiong YY,Wang JS,Wu FH,et alThe effects of(Praeruptor-in A on airway inflammation,remodeling and transforming growth fac-tor/Smadsignaling pathway in a murine model of allergic asthmaJInternational Immunopharmacology,2012,14(4:39240019Chen M,Lv Z,Jiang SThe effects of triptolide on airway remodellin

28、gand transforming growth factor/Smadsignalling pathway inovalbuminsensitized miceJImmunology,2011,132(3:37638420Qu ZH,Yang ZC,Chen LInhibition airway remodeling and transfor-ming growth factor/Smadsignaling pathway by astragalus extractin asthmatic miceJInt J Mol Med,2012,29(4:56456821Gao GX,Li QM,Shen HHEffect of AstragaliCordyceps Mixturaon TGF/Smad signal pathway in the lung of asthma airway re-modelingJEthno pharmacol,2009,125(1:687422Eap,Jacques E,Semlali A,et alCysteinyl leukotrienes regulateTGF(1and collagen production by bronchial fibroblasts ob-tained from asthmatic subjectsJProstagl