哮喘气道黏液高分泌的机制与防治
2008/11/28
宋立强
西安，第四军医大学西京医院呼吸内科 710032
气道黏液高分泌是除气道高反应性之外的主要哮喘症状。临床研究证实，黏液高分泌病史是肺功能第1秒用力呼气量下降加速的独立危险因素；痰拴形成还是重症哮喘患者死亡的主要原因之一。近年来，人们对包括COPD、肺囊性纤维化等在内的黏液高分泌症状发生机制做了大量研究，获得一些结果。但仍未能完全阐明机制问题，伴之临床也缺乏特异性的治疗药物。现就哮喘气道黏液高分泌的研究进展谈以下几个问题。
一、“气道上皮重塑”是哮喘发生的始动因素之一
气道炎症在哮喘的发病机理中占据重要地位。GINA 2006年版中强调，气道炎症并非只是炎症细胞（嗜酸性粒细胞、淋巴细胞等）参与的结果，一些非炎性细胞也扮演重要角色。上皮细胞位于外界刺激因素与内在遗传因素接触的第一环节，随着对哮喘患者、动物模型及培养气道上皮细胞的研究，逐渐认识到上皮细胞是启动气道慢性炎症和气道重建的关键因素之一。多种理化、生物学刺激因子均能直接引发气道上皮细胞损伤与异常修复过程，这种“上皮重塑”是哮喘发生的早期事件。功能异常的上皮细胞能分泌多种炎性介质和细胞因子（如 IL-6、IL-11、IL-16、GM-CSF、Eotaxin、MCP-4、ET-1和NO等），趋化和活化炎症细胞、影响平滑肌细胞及周围组织的结构与功能，从而启动、参与和调控哮喘的气道高反应性、黏液高分泌及气道重建。
二、上皮杯状细胞增生是气道黏液高分泌形成的病理学基础
杯状细胞增多是“上皮重塑”的病理特点之一。杯状细胞与柱状纤毛细胞均来源于基底细胞，还能转变成柱状纤毛细胞来修复上皮缺损。杯状细胞增生并合成黏蛋白（Mucin）、分泌增多是气道黏液高分泌形成的病理学基础。与死于非哮喘的呼吸系病人相比，哮喘持续状态而死亡病人的杯状细胞数量增高了30倍。轻中度哮喘患者气道活检标本中的杯状细胞数量是正常人的 2.5 倍，储存的黏蛋白量增加3倍。吸入鸡卵蛋白（OVA）或IL-13激发后，小鼠支气管在6小时便可见到新生的杯状细胞，3天时达到高峰。有学者认为，哮喘患者大气道中杯状细胞数量增加称为增生（hyperplasia），小于2mm的小气道出现大量杯状细胞称为化生（metaplasia）。过度生成的黏液成为患者肺功能加速下降的独立危险因素，是致死性哮喘的重要病因。
三、哮喘气道的黏蛋白主要是由增生的杯状细胞合成和分泌
气道黏液是由许多成分组成的，主要包括水、离子、大分子蛋白等。离子和水是上皮转运而来，大分子主要来源于血液的漏出或局部分泌细胞的产物。血清白蛋白主要来自血液，黏蛋白主要由杯状细胞及黏液下腺的粘液细胞、浆液细胞分泌，浆液细胞还能分泌抗微生物蛋白（如溶酶体和铁传递蛋白）和蛋白酶抑制剂。当呼吸道发生炎症病变时，痰液中还可出现异物、病原微生物、各种炎症细胞及坏死脱落的粘膜上皮细胞等成分。虽然黏蛋白在粘液湿重中仅占2％不到，但它与粘滞性、弹性密切相关而决定着粘液纤毛清洁作用的效率。这是由于糖蛋白分子依靠不同的键（如二硫键、氢键等）交叉联接在一起，形成一种凝胶网。此外，电解质（如Ca2＋）、炎症细胞的核破坏而产生的DNA也与痰液的粘稠度相关。
生理解剖结构及病理学研究均提示，哮喘气道的黏蛋白主要是由杯状细胞合成与分泌的。目前认为，黏蛋白是哮喘气道黏液高分泌的主要成分，是痰拴形成的重要基础。
黏蛋白是高度糖基化的大分子，包括一个肽链和许多寡糖侧链。各亚单位以一条肽链为核心，占聚合物的20％，寡糖构成侧链占其余80％。核心链中70％～80％的区域已高度糖基化，其余20％～30％属没有糖基化区的裸区。低聚糖侧链通过其上的氨基已酰半乳糖胺与肽键上的丝氨酸及苏氨酸组成的氧糖苷键与肽链相连。目前GenBank已登记21个黏蛋白基因，按照发现时间顺序命名为：MUC1~C4、MUC5AC、MUC5B、MUC6~C8、 MUC11~C13等。其中MUC2、MUC5AC、MUC5B、MUC6基因位于染色体11p15，编码粘液中主要的胶状物，属于分泌型。而MUC1、MUC3、 MUC4、MUC12、MUC13编码非分泌的跨膜MUC分子，属于非分泌型（膜联合型）。以MUC5AC为例，肽链骨架有四个串联重复结构（TR），被富含半胱氨酸的结构域分开；每个TR包含着脯氨酸、富含丝和（或）苏氨酸及O-糖基化位点。
正常气道粘膜活检能够检测到15种MUC mRNA，主要包括MUC1～14、MUC5AC、MUC5B、MUC6～18等。在哮喘患者中，MUC5AC表达量显著增加，MUC1、MUC2、MUC4、MUC5B、MUC7也有所升高，而MUC5B显著降低。临床意义尚不完全清楚。MUC5AC被认为是杯状细胞化生的标志。
四、黏蛋白合成与分泌的部分分子机制
（1）激发因素：主要包括Th2淋巴细胞因子（IL-4、5、9、13等）、中性粒细胞（弹性蛋白酶）、嗜酸性粒细胞（PAF、TGF-α等）、化学介质（烟、SO2、NH3等）、细菌及病毒毒素等。
（2）合成机制：
1）EGFR酪氨酸激酶活化途径：① EGFR与配体结合，酪氨酸磷酸化；② 引起下游分子磷酸化，ras-raf-MEK-erk/MAPK 途径，信号经 shc、grb2 传递，③ 最后经 c-jun、c-fos 传到核内，促进MUCSAC合成。④ 此作用能被酪氨酸激酶抑制剂所阻断。研究证实，中性粒细胞释放的TNF-α能通过促进EGFR表达，促进MUC5AC合成。IL-13能引起中性粒细胞聚集并释放氧自由基，间接通过EGFR，促进MUC5AC表达。
2）G-蛋白／PLC／PKC依赖性途径及G-蛋白／MAPK依赖性途径：近年来发现核苷酸UTP能通过该途径促进MUC5AC，MUC5B表达。这种表达能被百日咳毒素阻断。
3）Ras-MEK1／2-SRK1／2-NF-kB途径：培养铜绿假单胞菌的上层液能通过此途径，促进培养的兔上皮细胞细胞表达MUCSAC。
4）胞膜钙激活Cl-通道（CLCA）途径：给在体哮喘小鼠气道粘膜转染正义或反义CLCA cDNA，能促进或抑制杯状细胞数量、MUC5AC表达。离体NCI-H292细胞系，转染CLCA能促进MUC5AC表达。CLCA阻断剂、抗体能抑制在体或离体MUC5AC表达。
（3）分泌机制：
储存在颗粒中的大MUC分子在包装时需要集聚，这一过程对黏蛋白的聚阴离子特性来说较困难。在颗粒中高浓度的钙离子功能：使MUC分子间的排斥作用减弱。
分泌过程：①颗粒的外表面与与胞膜的内面融合；②通过胞内钙外流和胞外水内流形成一个通道；③钙离子的丢失又恢复静电排斥，加速扩展了MUC大分子，后者同时被流入的水所水合，容量进一步增大并释放。目前研究较多的调控机制：胞膜的豆蔻酰化富丙氨酸C激酶底物（MARCKS）磷酸化，并从胞膜移位到胞浆。被去磷酸化后，与肌动蛋白和肌球蛋白结合，并与MUC颗粒膜相作用，促进了黏蛋白颗粒向外周移动与分泌。
研究证实，在致敏的啮齿类动物，高剂量的过敏原激发能引起杯状细胞脱颗粒。Zileuton（5-脂氧合酶抑制剂）能阻断脱颗粒。提示白三烯具有激发脱颗粒功能。其它激发因素包括糜蛋白酶、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白、中性粒细胞弹性蛋白酶等。EOS与NCI-H292细胞共培养，前者能通过EGFR刺激MUC5AC合成、释放。但8个哮喘患者吸入气溶胶型过敏原，尽管1小时后EOS炎症发生，但在1或24小时取气道活检或肺泡灌洗液均未发现脱颗粒。说明脱颗粒在人是复杂的。
五、目前常见的对症治疗药物
临床一些常用的促黏液活动药物，对哮喘气道黏液高分泌症状是否具有特异的缓解作用，还缺乏有力的临床观察证据。黏液溶解剂可使分泌物中的聚合结构断裂，从而降低黏液弹性，如N-乙酰半胱氨酸等。黏液调节剂能抑制黏液的异常分泌或黏液生成，如厄多司坦等。祛痰剂可增加水化作用，促进咳嗽与排痰，有时会导致黏液分泌量增加，如氨溴索、溴已新等。DNA降解酶作为肽溶解剂，作用于中性粒细胞衍生的DNA和F-肌动蛋白的病理聚合物，降解DNA而发挥效能，如重组人脱氧核糖核酸酶。这种分类并不是绝对的，一些药物常具备多种功能。
值得一提的是糖皮质激素，这种控制气道炎症的首选药物。有研究表明，地塞米松等糖皮质激素与胞内受体结合后，形成复合物与核内受体结合，可直接作用于黏蛋白基因(MUC)，降低人气道上皮细胞NCI-H292细胞株中MUC2、MUC5AC的稳态mRNA水平；亦可下调炎症基因的表达，减少炎症介质如血小板活化因子、白三烯、前列腺素等和细胞因子的产生，从而抑制黏蛋白的分泌；糖皮质激素对蛋白质合成的调节还表现在转录后水平及蛋白质的后加工过程。但也有证据表明，糖皮质激素不能抑制原代培养气道上皮细胞合成和分泌MUC5AC，不能抑制IL-13诱导的小鼠黏液高分泌症状。
六、具有前景的治疗药物
（1）大环内酯类：抑制气道炎症，还能破坏中性粒细胞蛋白酶。
（2）中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂：
（3）细胞因子拮抗剂：针对IL-4、5、9、13等。
（4）白三烯受体拮抗剂：
（5）抗胆碱能：异丙托溴铵（非选择性）、噻托溴铵。
（6）EFGR酪氨酸激酶抑制剂：近年有采用易瑞沙进行动物试验的报道。
（7）速激肽受体拮抗剂：速激肽（如SP）能通过神经激肽受体（NK1）促进黏液分泌。
（8）钙依赖Cl-、K+通道阻断剂：
（9）磷酸二酯酶4（PDE4）抑制剂：西洛司特、罗氟司特（二代）。
（10）MARCKs反义寡核苷酸：
（11）选择性多巴胺受体2激动剂：
（12）嘌呤能受体（ P2Y2受体）激动剂：
七、存在的主要问题
（1）黏蛋白合成与分泌的调控因素很多，是否存在共同的通路？
（2）气道黏液高分泌在哮喘、COPD、CF中的发生机制是否一样？
（3）早日开发出新的、有效的临床治疗药物。
（4）尚无气道粘液高分泌诊断与治疗的权威性指南。
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