自噬與哮喘中氣道平滑肌細胞表型轉化關系的研究進展

秦 鵬，馮 玲，馬 元

南京醫科大學第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科，江蘇 南京 210029

支氣管哮喘（簡稱哮喘）是世界范圍內常見的呼吸系統疾病，嚴重危害人類健康。我國是哮喘患病大國，流行病學研究顯示，我國20 歲以上哮喘患者約4 570萬人［1］。氣道高反應性（airway hyperreactivity，AHR）、氣道炎癥和氣道重塑是哮喘的重要病理生理表現。其中，氣道重塑在哮喘發病早期即可出現［2］，與肺功能漸進惡化密切相關，是哮喘治療亟待攻克的難關之一。氣道平滑肌細胞（airway smooth muscle cell，ASMC）在哮喘的發病中起著核心作用［3］，其表型轉化及伴隨的功能改變是導致氣道重塑和AHR的主要因素［4］。自噬是一種防御和應激調控機制，在細胞生長和發育、先天和適應性免疫、程序性細胞死亡以及維持內環境穩態中發揮著關鍵作用［5］。新近研究報道，自噬可能在ASMC 表型轉化中發揮重要的調控作用［6］，具體機制尚未完全闡明。本文就自噬在ASMC 表型轉化中的調節機制進行綜述，以期為哮喘的治療提供新思路。

1 ASMC表型轉化參與哮喘發病

ASMC 具有可塑性，在不同的微環境下可表現不同的形態及功能，主要分為收縮型和增殖/合成型。正常情況下ASMC 主要為收縮型，能夠正常收縮和有效舒張，以維持正常的氣道阻力，幾乎不分泌蛋白質［4］。電鏡下觀察，增殖/合成型ASMC 有大量合成型細胞器，包括豐富的線粒體、高度發達的高爾基體池和粗面內質網［7］。哮喘的特點是增殖/合成型ASMC 比例增高，在炎癥因子、過敏原、毒素和環境因素等多種刺激下，ASMC 會通過多種信號通路從正常的收縮型向增殖/合成型轉化，表現為具有較強的增殖分裂能力、病理性收縮，同時能夠合成分泌大量細胞因子、趨化因子、生長因子及一系列細胞外基質（extracellular matrix，ECM）蛋白，如纖連蛋白、串珠素、彈性蛋白、血栓形成素、硫酸軟骨素和膠原蛋白等［4］。這些物質參與氣道炎癥，介導細胞氧化應激、氣道微環境改變，最終導致不可逆性氣流受限。其中ECM 蛋白，尤其I 型膠原蛋白和纖連蛋白，可作為ASMC表型轉化的重要表征之一，它們通過促增殖或促進生長因子分泌的作用，為ASMC 向增殖/合成型轉化提供正反饋信號，進一步加重哮喘癥狀和氣道重塑，形成惡性循環［8］。

2 自噬是調控哮喘發病的雙刃劍

自噬是一種保守的細胞生物過程，廣泛存在于真核細胞中，參與調節正常呼吸道穩態［9］。自噬具有雙面性，生理狀態下，自噬可吞噬有害分子，如外源病毒、細菌等微生物，聯合溶酶體降解受損蛋白質、脂質或細胞器等，維持細胞穩態，促進細胞存活；病理條件下，高度活化的自噬，可觸發炎癥風暴，誘導細胞程序性死亡。環境污染物及過敏原可以通過激活不同的信號通路誘導自噬［10］，進一步促進氧化應激、線粒體功能障礙和多種炎癥趨化因子的分泌，觸發哮喘氣道病理性改變。自噬小體是細胞自噬激活的標志之一，研究證實在哮喘患者氣道組織（包括氣道平滑?。┲凶允尚◇w明顯增多［11］。重癥哮喘患者的痰中的粒細胞、外周血細胞和嗜酸性粒細胞中也顯示出較高水平的自噬［10，12］。有研究認為，抑制自噬有助于緩解氣道炎癥，逆轉氣道重塑［13］。也有研究指出，慢性哮喘小鼠模型中自噬水平降低，抑制了ECM 蛋白的降解，加重氣道重塑［14］。自噬是動態的過程，以上結果雖不一致，但均提示哮喘中存在自噬水平的失衡。

3 自噬在ASMC表型轉化中的作用

氣道重塑是哮喘重要的病理特征之一，表現為氣道組織、結構和功能的不可逆性改變，其特征包括：黏膜下成纖維細胞增殖，氣道平滑肌增厚，ECM沉積，支氣管、血管數目增加，杯狀細胞增生和黏液過度分泌。其中，氣道平滑肌形態及功能異常與哮喘患者AHR及肺功能進行性下降密切相關，也是目前哮喘藥物治療反應欠佳的重要原因［15］。氣道平滑肌功能異常主要由ASMC表型轉化引起，包括ASMC的過度增殖、肥大、遷移及異常分泌［16］。自噬在ASMC表型轉化中扮演重要角色，主要包括以下幾方面。

3.1 自噬調控ASMC細胞周期和凋亡過程

ASMC 凋亡/增殖失衡與氣道重塑密切相關。細胞凋亡是維持形態發生和組織穩態的基本細胞死亡機制［17］，作為一種保護機制來限制ASMC 的過度增殖。ASMC 的增殖是一個需要D1 型細胞周期蛋白（cyclin D1）參與的有絲分裂過程，cyclin D1 表達可作為細胞增殖的標志物［18］。自噬可以降解和清除cyclin D1，維持凋亡/增殖平衡［19］。但高水平自噬可抑制ASMC凋亡，導致ASMC過度增殖，從而加重哮喘氣道重塑［20］。在轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β1誘導的ASMC中，阻斷自噬通路能抑制增殖細胞核抗原的表達并降低ASMC中活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，有助于逆轉ASMC的增殖/合成表型［7］。

3.2 自噬調節ASMC線粒體功能及代謝

自噬調控氣道細胞能量平衡，維持氣道微環境穩態［21］。ASMC 的增殖及肥大是一個能量依賴過程，而線粒體是腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）生成的動力站，在哮喘患者增殖/合成型ASMC 中發現線粒體數量增加和耗氧增多［22］。一方面，自噬可清除損傷的線粒體，維持線粒體質量和活性，強化ASMC 的增殖和遷移能力［23］。有研究指出，哮喘氣道重塑中ASMC 分泌ECM 蛋白所需的大量能量，可通過細胞內增強的自噬通量來補償［24］。使用自噬抑制劑氯喹和奎寧處理ASMC，能激活ASMC 的Ⅱ型味覺受體（苦味受體），導致線粒體裂變及膜電位降低，減少ATP 產生，從而抑制ASMC 增殖［25］。另一方面，抑制自噬可使細胞從依賴氧化磷酸化的代謝轉向依賴糖酵解的代謝。研究表明，在哮喘中，ASMC的異常增殖與糖酵解途徑的激活有關，自噬水平的下降能有效促進糖酵解［14］。綜上，自噬失衡能促使ASMC能量代謝重編程，促進其表型轉化和功能異常，誘導氣道重塑。

3.3 自噬影響ASMC鈣通道功能

ASMC富含鈣庫調控性鈣通道和電壓依賴性鈣通道，ASMC 鈣通道的異常激活導致細胞內鈣增加并激活興奮-收縮耦聯，促進ASMC 收縮，加重氣道重塑和AHR［26］。鈣庫調控性鈣內流（store-operated Ca2+entry，SOCE）是由位于內質網的基質相互作用分子（stromal interaction molecules，STIM）、鈣釋放激活鈣通道蛋白（calcium release-activated calcium channel modulator，ORAI）介導［27］。哮喘患者中STIM1 高表達，增強了ASMC 的Ca2+內流，促進ASMC異常收縮［28］。STIM1還能通過自噬相關蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）信號通路，促進ASMC增殖［29］。最新報道，腦源性神經營養因子通過調控瞬時受體電位通道介導的自噬調節鈣信號蛋白，促進哮喘中ASMC的增殖［30］。通過靶向鈣通道蛋白可以抑制自噬，從而逆轉上述改變［30］。因此，哮喘中ASMC自噬可能通過調控鈣通道參與ASMC表型轉化。

3.4 自噬改變ASMC周圍微環境

ASMC周圍的局部微環境對其功能和表型具有深遠影響［31］。細胞間質改變或炎癥因子增加，均是誘導ASMC 向增殖/合成型轉變的重要因素。ECM作為細胞間質的重要組成部分，在維持氣道結構穩定中起關鍵作用。哮喘患者氣道ECM 的過度沉積可降低氣道順應性［32］，促進ASMC 的肥大和異常分泌。TGF-β1 誘導的自噬能促進ECM 蛋白釋放，誘導ASMC向增殖/合成型轉化。此外，炎癥介質增加也可通過影響鈣穩態，觸發ASMC 的表型轉化［4］。哮喘氣道上皮和炎癥細胞響應過敏原等外界刺激，激活細胞自噬，增加促炎因子及生長因子釋放，進一步誘導ASMC表型轉化［17，32］。

4 ASMC中自噬的干預方案

目前治療策略主要針對哮喘中自噬過度活化。常見的自噬抑制劑有氯喹、巴佛洛霉素A1 和3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine，3-MA），其中前兩者可阻礙自噬體與溶酶體的融合、3-MA主要抑制自噬體的形成［10］。除此之外，靶向微小RNA（microRNA，miRNA）、相關細胞因子和信號通路等，也能通過抑制自噬，逆轉增殖/合成型ASMC。

4.1 靶向miRNA

miRNA 是基因表達轉錄后調控的重要調節因子，在自噬介導哮喘發病中起關鍵作用，同時也可以作為氣道重塑改善的參照。miR-21 通過下調聚腺苷酸二磷酸核糖轉移酶-1 降低AMP 依賴的蛋白激酶的磷酸化水平和升高mTOR 磷酸化水平，激活自噬，抑制凋亡，促進ASMC的增殖［33］。miR-200a的過表達可下調人叉頭框蛋白C1，從而抑制自噬相關PI3K/AKT 信號通路，降低白細胞介素（interleukin，IL）-4、IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF），最終抑制哮喘小鼠ASMC 增殖和氣道重塑［34］。miR-192-5p通過抑制基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP-16）和自噬相關基因7（autophagy-related protein 7，ATG7）降低自噬水平，逆轉ASMC 增殖，減輕哮喘氣道重塑［31］。miR-335-5p 抑制自噬相關基因5（autophagy-related protein 5，ATG5）蛋白從而抑制各種膠原基因表達，抑制ASMC自噬、異常增殖、炎癥反應和纖維化［35］。

4.2 靶向自噬相關細胞因子

研究表明，哮喘氣道中存在著大量有絲分裂原，如血小板生長因子、結締組織生長因子、血管內皮生長因子等［36-37］。上述生長因子通過TGF-β-PI3K/AKT 信號通路激活自噬引起下游細胞因子釋放和各型膠原蛋白表達，促進ASMC 表型轉化［38］。此外，炎癥介質也能激活ASMC 自噬［39］。胸腺基質淋巴細胞生成素是一種IL-7樣炎癥因子，分為短亞型和長亞型，由ASMC和氣道上皮細胞分泌，二者在哮喘的氣道重塑中相互制衡，長亞型激活PI3K/AKT通路，促進ASMC 自噬并引起重塑相關蛋白ɑ-平滑肌肌動蛋白和Ⅰ型膠原的產生，而短亞型抑制自噬、減輕氣道炎癥和重塑［40］。巨噬細胞遷移抑制因子（macrophage inhibition factor，MIF）是一種促炎細胞因子，可以通過靶向CD74 和ERK1/2 通路促進ASMC 自噬，加重哮喘氣道重塑［41-42］。通過抑制氣道中異常分泌的生長因子和炎癥介質調控ASMC自噬。

4.3 靶向自噬相關信號通路分子

AKT 和細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路的激活是啟動自噬、促進炎癥因子合成和分泌、誘導ASMC表型向增殖/合成型轉變的關鍵通路。抑制AKT/ERK 通路可以逆轉氣道重塑。

鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）信號傳導參與許多重要的細胞過程，包括細胞增殖、遷移和血管生成，S1P 通路的激活促進ASMC 增殖。S1P 受體拮抗劑阻礙RAS 相關C3 肉毒桿菌毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，RAC1）/c-Jun N-末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號轉導從而降低自噬相關蛋白Beclin1、LC3和p62的表達，顯著降低氣道重塑相關蛋白，如I 型膠原蛋白、MMP-9 和ERK1/2 的表達水平，抑制ASMC增殖和逆轉氣道重塑［43］。

此外，臨床已應用于治療其他疾病的藥物在哮喘ASMC表型調節中的作用也逐漸被挖掘。辛伐他汀屬于降脂藥，其促進自噬相關蛋白ATG5、LC3B和Beclin1 的表達和自噬體的形成，并能誘導ASMC 分泌干擾素γ，同時抑制IL-4、IL-5和IL-13等細胞因子表達，逆轉ECM沉積，促進氣道平滑肌細胞凋亡，從而減輕氣道炎癥和重塑［44］。恩格列凈是一種降糖藥，用恩格列凈干預哮喘模型小鼠，能抑制平滑肌細胞肥大和肌成纖維細胞活化，這種效應能被自噬激活劑雷帕霉素逆轉［45］。

5 總結與展望

自噬在哮喘的發生發展中起著關鍵的作用。ASMC 是參與哮喘氣道重塑的核心細胞，在哮喘中呈現出顯著的增殖/合成傾向。自噬通過影響ASMC 的細胞周期、凋亡、線粒體功能及代謝、鈣通道及細胞周圍微環境誘導ASMC 表型轉化，其中涉及機制復雜，仍需進一步探索?；謴妥允煞€態可能成為逆轉哮喘病理狀態的一個有效策略，為哮喘的治療提供了新的視角和方法。未來的研究應著重于解析哮喘中自噬過程的機制細節，并探索有效的藥物干預策略。