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1、气道上皮屏障功能异常在支气管哮喘发病中的作用（全文）气道上皮细胞是呼吸道的第一道防线，在接触过敏原刺激之后，参 与过敏原的致敏及炎症激发过程，也是启动支气管哮喘（哮喘）发病的首要环节，在肺的天然免疫功能中发挥重要作用1。呼吸道上皮受损 引起气道上皮细胞被激活，释放大量的气道上皮细胞因子，促进 Th2 免疫反应增强，参与过敏性炎症反应的发生发展。气道上皮细胞具有 黏液纤毛细胞的特征，在炎症条件下，通过纤毛在上皮细胞上的移动， 将病原体捕获在气道产生的黏液中，并通过纤毛的清除功能排除黏液。 趋化因子和细胞因子的产生促进炎症细胞的激活，有助于清除病原微 生物2。然而，过度诱导这种用于预防气道感染的保
2、护机制可能引发 哮喘相关的慢性气道炎症。气道上皮细胞，包括在相邻的上皮细胞之间的连接处形成的顶端连 接复合体（apical junctional complex，AJC），是抵御外界环境的物 理屏障。AJC包含紧密连接和黏附连接，它们在同类细胞和不同细胞 之间形成细胞连接3,4。紧密连接是细胞顶端之间的细胞间连接，而黏 附连接起到调节水溶性物质通过的屏障的作用，通过在相邻细胞的细 胞膜之间产生紧密结合来实现。它们除了通过细胞间结合机制发挥作 用之外，上皮紧密连接和黏附连接在建立细胞极性方面也起着重要作 用5。有研究发现，哮喘患者气道上皮细胞的AJC功能障碍，提示AJC 在哮喘的病理生理过程中具
3、有重要作用。这种类型的上皮屏障损伤使 吸入性过敏原渗入气道黏膜下层，激活黏膜下层的免疫细胞，阻止上皮细胞的完全修复，并过度激活上皮细胞信号转导级联6。因此，破坏气道上皮屏障的调节功能已成为哮喘免疫刺激作用的重要靶点。本 文将与过敏性气道炎症和哮喘发病及严重程度有关的气道上皮屏障功 能的异常和潜在的病理机制综述如下。1气道炎症引起气道上皮的屏障破坏气道上皮的紧密连接屏障受外界环境因素等影响，Wan等7报道，Der p1是一种与过敏性炎症发病密切相关的螨过敏原，它通过蛋白酶 活化直接破坏紧密连接，并间接通过蛋白酶活化受体 2(protease-activated receptor-2 ，PAR2)
4、破坏紧密连接屏障。这些 影响会加速上皮细胞的通透性，使过敏原容易渗入气道黏膜下层。随 后有研究发现，除了 Der p1之外，由其他螨或花粉过敏原引起的蛋 白酶活化也会破坏气道上皮屏障8。肥大细胞在过敏原刺激下释放的 类胰蛋白酶通过激活PAR2来破坏上皮的紧密连接，从而加速上皮的 通透性9。香烟烟雾通过诱导活性氧来加速上皮细胞的通透性10。细胞因子也会影响气道上皮的紧密连接功能。肿瘤坏死因子a、干 扰素Yii,i2和Th2细胞因子都会破坏气道上皮的屏障13。一项关于67 例哮喘患者气道上皮细胞紧密连接蛋白的研究表明，哮喘患者气道上 皮细胞中Claudin-18的表达降低14。Claudin蛋白决
5、定气道上皮紧 密连接的通透性，Claudin家族有几十种蛋白质，它们的表达模式因 上皮细胞的类型而异。Claudin-18在气道上皮中高度表达，但是 IL-13的刺激降低了气道上皮细胞中Claudin-18的表达。Claudin-18 缺乏的哮喘小鼠对气道超敏反应的易感性增加，提示其与哮喘发病的 病理生理机制有关14。此外，弓I起哮喘急性发作和加重的因素(感染、环境污染、冷空气、 脂多糖等)都会破坏气道上皮的屏障功能。呼吸道合胞病毒或鼻病毒的 存在，以及呼吸道上皮细胞被这些病毒感染，是已知的破坏紧密连接和促进气道上皮通透性增加的因素15,16。2哮喝患者潜在的气道上皮屏障的破坏炎性物质和变应原
6、对上皮屏障的直接作用导致气道上皮屏障功能 异常，这与哮喘的发病相关。但最近有研究报道，哮喘患者气道上皮细胞可能存在潜在的屏障功能异常。Xiao等17采用气液界面法培养哮 喘患者和正常人的气道上皮细胞，观察分化的气道上皮细胞上皮屏障 功能的变化，结果发现，随着哮喘严重程度的增加，气道上皮屏障功 能的破坏反而减少。在相同培养条件下，采用气液界面法培养气道上 皮细胞，28 d后可诱导气道上皮前体细胞分化为带纤毛的气道上皮细 胞。因此，他们认为哮喘患者气道上皮屏障的脆弱性不仅仅是由于炎 症所致，还可能与哮喘患者气道上皮细胞已经存在的病理特征有关 17。通过向培养基中加入上皮生长因子(epithelia
7、l growth factor , EGF)，可以将这种减弱的屏障功能提高到与健康人群相同的水平，提 示上皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor , EGFR)信 号通路可能潜在参与哮喘的发病过程。基底细胞是气道上皮的前体细胞。基底层位于纤毛柱状上皮的下方，细胞角蛋白5、细胞角蛋白14和p63呈阳性表达。基底细胞表达高水平的EGFR，当基底细胞分化为纤毛上皮和杯状细胞时，EGFR 的表达水平降低。一项关于儿童哮喘患者气道黏膜活检的研究证实， 细胞角蛋白5、细胞角蛋白14和p63阳性的基底细胞样上皮细胞在 气道上皮中明显增殖18。以往的研究表明，EGF
8、R在哮喘患者气道上 皮细胞中的表达增加，提示上皮细胞分化异常19,20。EGF作用于气道 上皮细胞，促进上皮屏障功能活化，抑制香烟烟雾暴露对上皮屏障的 破坏21。EGFR抑制剂可以抑制变应原、转化生长因子-B和香烟烟雾 暴露引起的上皮屏障功能的破坏，这表明EGFR的过度激活是导致上皮屏障功能降低的一个重要因素22。Erb蛋白家族成员Erb3是一种 死亡激酶变异体，通过与其他的Erb受体形成异型受体，被认为与上 皮屏障的形成有关23。基因敲除气道上皮细胞中的Erb3受体，可以 抑制神经调节蛋白增强上皮屏障功能的作用24。这些Erb受体信号转 导的差异可能与EGFR对上皮屏障的形成和破坏作用有关。
9、3气道上皮的激活与屏障功能的破坏Th2细胞过度释放Th2细胞因子和变应原激活树突状细胞所致的 嗜酸性炎症，是哮喘慢性气道炎症的主要病理生理机制。近年来，2型固有淋巴细胞(type 2 innate lymphoid cells , ILC2s)在哮喘中的 作用受到广泛关注 25,26,27。 过敏原作用于气道上皮细胞，导致IL-25、 IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin , TSLP)的表达增加，从而诱导ILC2s产生大量的IL-5和IL-13，引起 气道嗜酸粒细胞浸润和气道上皮杯状细胞形成等病理生理变化28。ILC2s还通过激活局部树
10、突状细胞引起Th2免疫反应，诱导IgE的产 生增加29ILC2s与气道上皮功能密切相关，它们在气道上皮细胞接 触外界过敏原时立即启动过敏反应中发挥重要作用。目前，关于气道上皮细胞产生IL-25、IL-33和TSLP的机制尚不 清楚。这些细胞因子存在于正常细胞核中，当细胞发生坏死时释放到 细胞外30Caspase-3和Caspase-7诱导细胞凋亡，使其不能与ST2 受体结合，导致细胞失去致炎作用。一项关于哮喘患者气道上皮细胞 IL-33表达的组织学研究表明，表达IL-33的原代细胞类型为气道上皮 细胞31。但是这些气道上皮细胞在发生坏死时所处的状态仍不清楚。研究报道，呼吸道病毒感染会激活启动上
11、皮细胞，导致IL-25和TSLP 的产生增加32。病毒衍生的dsRNA通过Toll样受体3诱导气道上皮 细胞产生TSLP，通过Toll样受体3激活的TRIF通路在病毒感染破坏 气道上皮细胞的紧密连接，在弓I起上皮屏障功能障碍的过程中起着重 要的作用33，而MyD88通路可能对dsRNA引起的屏障破坏具有保 护作用34。ILC2s的激活破坏了气道上皮屏障。在ILC2s基因敲除小鼠的气道 内注射IL-33，构建嗜酸性气道炎症模型，研究发现，ILC2s基因敲除 小鼠痰液中a 2-巨球蛋白和转铁蛋白漏出，没有引起紧密连接蛋白的表 达减少。将正常人的气道上皮细胞和ILC2s共同培养时，气道上皮屏 障被破
12、坏，而抗IL-13抗体可以抑制ILC2s所引起的气道上皮屏障的 破坏35。变应原(house dust mites , HDM)可能引起类似的气道上皮屏障 破坏和上皮细胞的激活。HDM通过半胱氨酸蛋白酶的作用破坏紧密连接蛋白，从而破坏气道上皮屏障。此外，HDM刺激气道上皮细胞， 诱导TSLP的表达增加，通过信号转导与转录激活因子 5信号通路的 激活进一步破坏上皮细胞屏障功能36。4哮喝相关基因与上皮屏障功能的关系一项全基因组的关联研究发现多种与抑制炎症相关的基因，包括 IL-33、TSLP、ST2、ADAM33和ORMDL3等，它们都是疾病的易 感基因37。在与哮喘相关易感基因中，存在一些与上
13、皮屏障功能有关 的基因。多项研究表明，驱动蛋白 3A(kinesin family member 3A ， KIF3A)的基因位点与哮喘和特应性皮炎有关38。驱动蛋白超家族蛋白 KIF起着分子运动的作用，沿着微管传递分子。KIF3A除了分子运动的作用外，还具有重要的内皮细胞纤毛功能39。KIF3A缺乏对小鼠气 道上皮的特异性作用，可增加接触过敏原(如曲霉菌和HDM)弓|起的气 道Th2炎症，并促进气道超敏反应。这是导致上皮屏障功能障碍的因 素，也是由KIF3A缺乏引起的上皮纤毛运动紊乱的原因。钙黏蛋白 3(cadherin-related family member 3 , CDHR3)基因
14、被证实与儿童哮喘的严重恶化有关40,41。CDHR3是与哮喘严重程度 加重有关的RV-C受体，在稳定同种异体细胞连接中起着重要作用42。 Koppelman 等43报道，钙黏附因子 1(protocadherin1 , PCDH1)是 与气道超敏反应和哮喘相关的受体基因。PCDH1在气道上皮中高表 达，有2种异构体，分别在细胞外和膜蛋白结构域作用于不同的蛋白 质。PCDH1的水平与气道上皮细胞的终末分化同时增加，提示其与 上皮细胞功能密切相关。抑制气道上皮细胞中PCDH1的表达，可以 增加上皮细胞的通透性，这表明PCDH1对气道上皮的物理屏障起重 要作用。5糖皮质激素调节气道上皮屏障功能吸入型
15、糖皮质激素是目前治疗哮喘最有效的药物。糖皮质激素通过调节免疫细胞分泌细胞因子和促进气道上皮屏障的形成，对过敏性炎 症发挥治疗作用44。糖皮质激素稳定上皮屏障的作用与EFGR在上皮 细胞的稳定表达有关45。氟替卡松和布地奈德是临床上广泛应用的合 成糖皮质激素，它们对促进气道上皮屏障功能表现出浓度依赖性作用。 Heijink等46研究发现，尽管香烟烟雾暴露通过EGFR磷酸化抑制上皮屏障的形成，但是布地奈德可以抑制香烟烟雾引起的上皮屏障破坏， 但氟替卡松并没有这种抑制作用。布地奈德和氟替卡松表现出的这种 作用差异是由于它们各自对位于下游的EGFR活化和糖原合成激酶3p 的影响存在差异所导致的。Ste
16、elant等47报道，氟替卡松可以抑制 HDM诱导的气道上皮细胞屏障功能障碍，并有效抑制动物模型中小 鼠黏膜通透性的增加。这些糖皮质激素对气道上皮细胞表达上调的基 因，与糖皮质激素稳定上皮屏障功能的作用有关。PCDH1是一种上皮细胞屏障调节因子，糖皮质激素作用于气道上 皮细胞，引起PCDH1的表达增加44。核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2 , Nrf2)转录因子能诱导各种抗 氧化分子，保护上皮细胞免受环境作用的影响48,并且在糖皮质激素 作用于气道上皮细胞时表达上调49。Nrf2对暴露于香烟烟雾和其他 刺激物所引起的氧化应激具有保护作用，也可能与糖皮质激素稳定气 道
