楊 慧(綜述)，林春龍(審校)

(南華大學(xué)岳陽市二人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖南 岳陽 414000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種常見的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，也是導(dǎo)致患者死亡的主要原因之一。世界衛(wèi)生組織預(yù)計(jì)到2020年，COPD將由第12位常見病上升為第5位，由第6位死亡原因上升為第3位死亡原因，它將帶來極大的疾病負(fù)擔(dān)[1]。COPD患者存在不同程度的呼吸道重構(gòu)。而慢性呼吸道炎癥性疾病呼吸道重構(gòu)的顯著特征是呼吸道平滑肌細(xì)胞增生和肥大,其直接后果是造成呼吸道壁的增厚,進(jìn)行性加重的不可逆氣流阻塞以及呼吸道高反應(yīng)性,從而加重呼吸道的狹窄[2]。有研究表明，黏著斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)對(duì)細(xì)胞的黏附、伸展、遷移、增殖和凋亡具有調(diào)節(jié)作用[3]。因此，F(xiàn)AK對(duì)于阻止COPD呼吸道平滑肌細(xì)胞增殖也可能發(fā)揮重要作用。

1 呼吸道平滑肌細(xì)胞在COPD呼吸道重構(gòu)、呼吸道高反應(yīng)中的作用過程

1.1呼吸道平滑肌細(xì)胞與呼吸道重構(gòu) 呼吸道平滑肌細(xì)胞有收縮功能，當(dāng)呼吸道平滑肌收縮35%時(shí)阻塞性呼吸道腔內(nèi)將比正常呼吸道面積減少36%,呼吸道阻力增加1.87倍[4]。此外，它還能產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子、蛋白酶和生長因子，從而導(dǎo)致重構(gòu)過程[5]。近年來研究表明,呼吸道平滑肌細(xì)胞不僅是神經(jīng)遞質(zhì)和炎性因子的靶組織，而且也能分泌細(xì)胞因子及表達(dá)黏附分子,在呼吸道黏膜下層炎癥的調(diào)節(jié)中起重要作用[6]。各種細(xì)胞因子及環(huán)境刺激因素可作用于呼吸道上皮細(xì)胞,后者分泌內(nèi)皮素1及基質(zhì)金屬蛋白酶,并活化各種生因子,特別是轉(zhuǎn)化生長因子β,以上因子共同作用于上皮下成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞,使之增殖而引起呼吸道重構(gòu)[7]。

1.2COPD呼吸道重構(gòu)的特點(diǎn) 呼吸道重構(gòu)不僅與哮喘患者相關(guān)，也可以影響COPD患者[8]。COPD中呼吸道重構(gòu)包括以下幾個(gè)方面的變化：支氣管上皮改變、支氣管腺體增生以及平滑肌增生和肥大[9]。其中支氣管平滑肌增生和肥大起著重要作用，這些改變均與慢性呼吸道炎癥和吸煙所致的炎癥刺激有關(guān)[10-11]。有學(xué)者通過反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)及免疫組織化學(xué)技術(shù)對(duì)吸煙者肺組織進(jìn)行研究，證實(shí)了小氣道中存在炎癥因子轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)的表達(dá)，且TGF-β1水平與一秒用力呼氣容積呈負(fù)相關(guān)[12]，而之前研究所知TGF-β1可促進(jìn)呼吸道平滑肌增殖，進(jìn)而加重COPD氣流受限[7]。另有研究顯示，腫瘤壞死因子α對(duì)煙霧引起的炎性反應(yīng)和結(jié)締組織的破壞發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，除了致炎癥外,腫瘤壞死因子α還可促進(jìn)支氣管平滑肌的再生，并改變平滑肌的功能[13]。

1.3COPD中呼吸道平滑肌與呼吸道高反應(yīng)的關(guān)系 呼吸道高反應(yīng)性是指在吸入少量刺激物或變應(yīng)原后,正常人的呼吸道并不發(fā)生收縮反應(yīng)或僅發(fā)生微弱的反應(yīng),而某些患者的呼吸道則可發(fā)生異常的過度收縮反應(yīng),引起呼吸道的管腔狹窄和呼吸道阻力的明顯增加。越來越多的呼吸流行病學(xué)證據(jù)表明，呼吸道高反應(yīng)是COPD的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子，且它可以作為COPD病死率的一個(gè)預(yù)測(cè)因素[14]。20%～60%的COPD患者存在呼吸道高反應(yīng)，其原因主要由于管腔狹窄及呼吸道平滑肌增生、肥厚且常合并感染引起呼吸道黏膜上皮破壞,對(duì)非特異性刺激反應(yīng)增強(qiáng)[14]。

綜上可見，呼吸道重構(gòu)、呼吸道高反應(yīng)是COPD發(fā)病及病情嚴(yán)重程度的重要因素，而呼吸道平滑肌在呼吸道重構(gòu)和呼吸道高反應(yīng)中起到了重要作用。FAK及其相關(guān)信號(hào)通路參與了細(xì)胞發(fā)育、生長、存活、凋亡、黏附、骨架重組、轉(zhuǎn)化、擴(kuò)散和遷延等多種過程，研究FAK及其相關(guān)通路對(duì)呼吸道平滑肌的增殖作用，可對(duì)COPD的治療和防治提供新方向。

2 FAK及其相關(guān)信號(hào)通路概述

FAK由Schaller等[15]在轉(zhuǎn)染的V-Src雞胚成纖維細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn),它是一種進(jìn)化上高度保守的蛋白質(zhì),在體內(nèi)分布廣泛。FAK是細(xì)胞內(nèi)多條信號(hào)通路的交匯點(diǎn)，與細(xì)胞內(nèi)其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在crosstalk(細(xì)胞串話)。整合素或生長因子受體接受細(xì)胞外配體發(fā)出的信號(hào)后，激活FAK，引發(fā)其他細(xì)胞骨架蛋白的信號(hào)蛋白的酪氨酸磷酸化[16]。了解人FAK結(jié)構(gòu)圖及其相關(guān)信號(hào)通路圖將對(duì)防治COPD呼吸道平滑肌細(xì)胞增殖帶來新途徑(圖1、圖2)[17]。

Integin：整合素；GFR：生長因子受體；FAT：黏著斑定位區(qū)；PTK：激酶結(jié)構(gòu)域；kinase：激酶；NH2：氨基端；COOH：羧基端；src：Src基因雞肉瘤病毒；SRV：基因組中的基因N-末端的FREM結(jié)構(gòu)域是與整合素、生長因子受體等相互作用的位點(diǎn)；中段為PTK結(jié)構(gòu)域，是具有催化活性的激酶結(jié)構(gòu)域；其FERM可以與激酶結(jié)構(gòu)域環(huán)化結(jié)合，使FAK發(fā)生自抑制而失活；C-末端是蛋白相互作用段，包括與Cas、GRAF和ASAP相互作用的位點(diǎn)等；Y397是主要的自磷酸化氨基酸及與Src相互作用的位點(diǎn)，其他5個(gè)酪氨酸位置也已示出；FAT是黏著斑靶向結(jié)構(gòu)域，它與樁蛋白相互作用

圖1人FAK結(jié)構(gòu)域示意圖

Paxillin：樁蛋白；talin：裸蛋白；cell growth：細(xì)胞生長；gene expression：基因表達(dá)；actin organization：肌動(dòng)蛋白組織下圖從左至右側(cè)分別代表FAK與p53、RIP等的相互作用通道，它能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Mdm2/p21的轉(zhuǎn)錄； FAK-Rac-JNK通路，它能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)各基因的表達(dá)；中間為FAK-Src-PI3K/Akt通路和 FAK-MAPK通路，它們兩者可以促進(jìn)細(xì)胞的生長；FAK-GTPase通路及最右側(cè)為FAK-actin通路。圖中標(biāo)出的各種細(xì)胞活動(dòng)并不是孤立的。當(dāng)信號(hào)傳遞到細(xì)胞核并引起基因表達(dá)時(shí)，某些基因的產(chǎn)物的作用是負(fù)反饋抑制，具體作用機(jī)制還需今后在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)一步驗(yàn)證

圖2FAK相關(guān)信號(hào)通路示意圖

3 FAK及其相關(guān)通路誘導(dǎo)COPD呼吸道平滑肌增殖的相關(guān)機(jī)制

3.1整合素和細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)FAK在呼吸道平滑肌細(xì)胞增殖中的作用機(jī)制 整合素是一類重要的細(xì)胞表面受體家族,主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的黏附,使細(xì)胞得以附著而形成整體,故稱整合素。整合素介導(dǎo)的黏附作用調(diào)節(jié)著多種細(xì)胞功能,包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖、細(xì)胞黏附與遷移、淋巴細(xì)胞歸巢等。整合素可將胞外的ECM分子與細(xì)胞內(nèi)的骨架蛋白連接起來形成焦點(diǎn)黏附物。在COPD和哮喘中，ECM和呼吸道平滑肌的改變對(duì)呼吸道重構(gòu)起著重要的作用，而ECM在一定程度上能影響呼吸道平滑肌的增殖及其功能的表達(dá)[18]，細(xì)胞需要黏附于ECM才能存活,一旦與ECM脫離將發(fā)生凋亡,細(xì)胞黏附于ECM時(shí)伴有FAK磷酸化的增加,是抑制細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素[19]。整合素與ECM 結(jié)合后在生長因子的共同作用下激活FAK,通過Ras-有絲分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)或磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)促進(jìn)細(xì)胞增殖[20]。

3.2FAK-MAKP、FAK-PI3K-Akt與TGF-β1信號(hào)通路在呼吸道平滑肌中的作用機(jī)制 FAK-MAPK、PI3K是細(xì)胞增殖過程中重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控分子。COPD中被激活的巨噬細(xì)胞釋放TGF-β1可促使小氣道平滑肌的增殖以及細(xì)胞外基質(zhì)合成,導(dǎo)致呼吸道重構(gòu)[21]。TGF-β1主要通過MAPK途徑促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增生[22]。Horowitz等[23]發(fā)現(xiàn)由TGF-β1介導(dǎo)的PI3K-Akt途徑依賴于p38 MAPK的早期快速激活，尤其是PI3K使Bad(Bcl-2家族成員，是Akt作用的直接底物)磷酸化,阻止了Bad的促凋亡作用,同時(shí)抑制了細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制劑p27KIP1的轉(zhuǎn)錄。因此,PI3K的激活對(duì)于平滑肌細(xì)胞周期進(jìn)展也極其重要。

3.3FAK-Ras-MEK-ERK信號(hào)通路在呼吸道平滑肌細(xì)胞增殖中的作用機(jī)制 細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(excellar signal-regulated protein kinase，ERK)是傳遞絲裂原信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白。Ras-Raf-MEK-ERK信號(hào)通路的傳遞途徑中Ras作為上游激活蛋白,Raf作為MAPK激酶的激酶(MAPKKK),MAPK/ERK激酶(MEK)作為MAPK激酶(MAPKK),ERK即MAPK(ERK1/ERK2，也稱為p44/42 MAPK)。該途徑參與多種細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期的調(diào)節(jié),其也可能參與了呼吸道平滑肌增殖的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。有研究表明,煙熏可以刺激大鼠呼吸道平滑肌慢性炎癥和平滑肌增殖,ERK1/2是COPD呼吸道平滑肌增殖信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑[24]。TGF-β1參與了ERK1/2信號(hào)系統(tǒng)對(duì)呼吸道重構(gòu)平滑肌增殖的調(diào)控,TGF-β1、內(nèi)皮素1蛋白表達(dá)增高和ERK1/2蛋白磷酸化可能是大鼠呼吸道平滑肌增殖的上游機(jī)制[25]。阻止FAK的活化，能夠降低ERK1/2的表達(dá)，表明FAK是ERK1/2信號(hào)分子的上游途徑，因此通過抑制FAK間接減少ERK1/2相關(guān)通路活化可以減少呼吸道平滑肌細(xì)胞的遷移與增殖[26]。由上述研究可以看出，F(xiàn)AK作用于呼吸道平滑肌細(xì)胞增殖方式是通過多條信號(hào)通路介導(dǎo)的，各信號(hào)通路之間串話的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)與展望

目前FAK與呼吸道平滑肌細(xì)胞增殖作用機(jī)制的研究大部分集中在動(dòng)物水平，且目前暫未見直接研究FAK與人呼吸道平滑肌相關(guān)性的報(bào)道。當(dāng)前研究較成熟的是在人血管平滑肌上，有研究證明FAK是Rac基因和血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖磷酸化調(diào)控的抑制劑[27]，血管內(nèi)皮細(xì)胞能促進(jìn)血管平滑肌的增殖和活化。也有研究顯示，F(xiàn)AK可以促進(jìn)人肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖，反義寡核苷酸促進(jìn)其凋亡，兩者在肺動(dòng)脈高壓形成中具有重要的病理生理學(xué)意義[28-29]，有助于研究者了解肺動(dòng)脈高壓的機(jī)制,為肺心病的治療提供新方向。研究FAK在COPD呼吸道平滑肌細(xì)胞的作用，開發(fā)新的FAK及其抑制人呼吸道平滑肌細(xì)胞增殖的拮抗劑，將為防治和治療COPD提供一個(gè)新途徑。

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