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0 引 言

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是氣道壁和肺實質(zhì)對有害顆粒和氣體產(chǎn)生的慢性炎癥性的疾病，反復(fù)的炎癥損傷和組織修復(fù)可導(dǎo)致氣道管腔的狹窄和肺氣腫的形成，從而最終引發(fā)持續(xù)的、漸進的氣流受限，這一過程稱為氣道重塑。其中，氣道上皮細胞是接觸香煙煙霧和有害顆粒的首要結(jié)構(gòu)屏障，通過促炎癥介質(zhì)的釋放、杯狀細胞的增生和黏液分泌的增多等參與了氣流受限的形成，更重要的是通過上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)來參與氣道的重塑。EMT 是指在胚胎發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移和組織纖維化過程中發(fā)生的上皮細胞脫黏附而轉(zhuǎn)變成具有遷移能力的間質(zhì)細胞的現(xiàn)象。有研究表明，吸煙可誘導(dǎo)EMT 的發(fā)生，且COPD 患者小氣道中存在EMT 的現(xiàn)象［1］。EMT 可導(dǎo)致COPD 氣道壁的纖維化和管壁的增厚，在COPD 的氣道重塑和持續(xù)、漸進的氣流受限中發(fā)揮重要作用。文中就EMT 在COPD 氣道重塑中的作用和可能機制作一綜述。

1 EMT 的概念

正常上皮細胞呈柱狀或鱗狀，具有極性，連接緊密，不能移動，位于基膜，覆蓋于皮膚或腔道表層。間質(zhì)細胞是胚胎發(fā)育過程中各種結(jié)締組織的共同祖先，沒有極性，連接疏松，具有遷移能力，可分化和發(fā)育成血管的內(nèi)皮及平滑肌等其他種類的組織。

EMT 即上皮細胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細胞的過程，最早在1982 年由Greenberg 等［2］提出，他們發(fā)現(xiàn)上皮細胞在膠原凝膠中會失去極性，形狀拉長，并形成偽足，表達出具有活動性的間質(zhì)細胞的特征。EMT 被證實參與胚胎發(fā)育、原腸胚、神經(jīng)嵴、心臟和其他器官的形成等生理過程［3］。

在EMT 這一過程中，上皮細胞失去細胞間黏著和細胞極性，同時上皮細胞標(biāo)記物的表達下調(diào)，如E-鈣黏著糖蛋白(E-cal)和連接素，而間質(zhì)細胞標(biāo)記物的表達上調(diào)，如波形蛋白、纖維連接蛋白、N-鈣黏著糖蛋白、α-平滑肌肌動蛋白等，以及基質(zhì)金屬蛋白酶類(matrix metalloproteinases，MMPs)如MMP-2、MMP-3 和MMP-9 等活性增強，細胞獲得移動和侵襲的特性，上皮細胞基膜的完整性破壞。上皮細胞向間質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)變是由一系列信號通路和轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同調(diào)節(jié)的，最后導(dǎo)致上皮標(biāo)志的丟失和間質(zhì)特征的獲得。

E-cad 可維持上皮細胞的緊密連接，其黏附作用離不開連接素的高表達。在EMT 過程中，以角蛋白為主的細胞骨架轉(zhuǎn)變?yōu)橐圆ㄐ蔚鞍诪橹鞯墓羌堋MT 的發(fā)生可導(dǎo)致細胞間黏附能力的丟失，從而獲得遷移力和侵襲力［4］。

2 EMT 的調(diào)節(jié)

2.1 調(diào)節(jié)EMT 的細胞因子和轉(zhuǎn)錄因子 上皮細胞在一系列調(diào)節(jié)因子的作用下，丟失細胞間黏附物質(zhì)，降解細胞膜，同時增加間質(zhì)細胞的表達物質(zhì)，獲得間質(zhì)細胞的特性。至今發(fā)現(xiàn)已有許多細胞因子和轉(zhuǎn)錄因子可誘導(dǎo)EMT 的發(fā)生。

細胞因子如轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factorβ，TGF-β)、表皮生長因子、纖維母細胞生長因子、肝細胞生長因子等參與了EMT 的調(diào)節(jié)，而TGF-β 則被認為是所有上皮組織發(fā)生EMT 所必不可少的誘導(dǎo)因子。TGF-β 是一種多功能細胞因子，參與調(diào)節(jié)細胞生長、分化、凋亡、遷移和免疫效應(yīng)，可介導(dǎo)多種信號通路如Smad 與非Smad 通路等來激發(fā)EMT［5］。

EMT 中直接抑制E-cad 的轉(zhuǎn)錄因子起源于3 個不同的家族:Snail 家族(包含Snail，Slug 和Smuc)、ZEB 家族(Zeb1/2)和b-HLH 家族(TWIST1/2)。其中ZEB 和b-HLH 均可結(jié)合E-box 序列而下調(diào)E-cad表達。這些轉(zhuǎn)錄因子也可抑制其他連接蛋白包括緊密連接蛋白和細胞橋粒的轉(zhuǎn)錄［6］。

2.2 調(diào)節(jié)EMT 的相關(guān)信號通路 TGF-β 在調(diào)節(jié)EMT 的過程中，首先與受體結(jié)合并磷酸化Smad蛋白家族中的Smad2/3，磷酸化后的Smad2/3 與胞漿中的Smad4 形成復(fù)合物并發(fā)生核轉(zhuǎn)移，與DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子相配合來調(diào)節(jié)TGF-β 靶基因的表達。但Smad 轉(zhuǎn)錄因子與DNA 的親和力低，需要與轉(zhuǎn)錄輔因子如Snail 和ZEB 因子相互作用來為靶基因獲取高的親和力和選擇性［7］。TGF-β 受體、Smad3 和Smad4 均為TGF-β 誘導(dǎo)EMT 所必需，因為抑制這些基因的表達可阻礙TGF-β 誘導(dǎo)EMT 的形成。

此外，TGF-β 也與其它信號通路如Wnt、Hedgehog、Notch、Ras-MAPK 和PI3K/AKT 通路等合作來誘導(dǎo)EMT 的發(fā)生。如在PI3K/AKT 通路中，TGF-β、表皮生長因子、纖維母細胞生長因子等細胞因子激活PI3K 而產(chǎn)生信使PIP3，從而使得蛋白激酶活化，繼而上調(diào)Snail 和β 連環(huán)蛋白，降低E-cad 的表達來完成EMT［8］。另有研究證實PI3K/AKT 信號激活后，可通過誘導(dǎo)MMPs 的表達來促進對E-cad 的降解，進而誘發(fā)EMT［9］。

McCormack 等［10］提取大鼠肺的正常氣道上皮細胞，測定EMT 標(biāo)志物的表達和骨成型蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)信號。結(jié)果發(fā)現(xiàn)外源性的BMP2、BMP4、BMP7 可誘導(dǎo)氣道上皮細胞發(fā)生間質(zhì)類形態(tài)改變，提高細胞遷移率，應(yīng)用BMP 拮抗劑可抑制細胞遷移，證實BMP 信號通路與EMT 有關(guān)。

3 EMT 與COPD 的氣道重塑

COPD 作為慢性氣道炎癥性疾病，氣道重塑是其主要的病理學(xué)特征之一。氣道重塑的發(fā)生與氣道炎癥引起的氣道上皮組織的反復(fù)損傷和修復(fù)有關(guān)。目前有較多的研究表明，EMT 發(fā)生在COPD 氣道重塑的過程中。

3.1 COPD 氣道上皮細胞中EMT 的形成 Milara等［11］研究表明，吸煙的COPD 患者小支氣管的初級人支氣管上皮細胞中，典型的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換的表達譜增多(間質(zhì)標(biāo)記物如α 平滑肌肌動蛋白、波形蛋白和I 型膠原蛋白表達上調(diào)，而上皮標(biāo)記物如E-cad、緊密連接蛋白和細胞角蛋白5/18 下調(diào))。體外研究也顯示香煙煙霧提取物刺激不同種類的人支氣管上皮細胞，可通過胞內(nèi)活性氧的激活、TGF-β1的釋放、細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK1/2)和Smad3 的磷酸化作用以及環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)的下調(diào)來促進上皮間質(zhì)的轉(zhuǎn)換。這些新發(fā)現(xiàn)表明EMT 可直接被香煙煙霧誘導(dǎo)，EMT 存在于吸煙和COPD 患者的小支氣管內(nèi)，這有可能導(dǎo)致小氣道壁的纖維化增厚。

Wang 等［12］在體外實驗中，通過將人小氣道上皮細胞暴露在香煙煙霧中，測定上皮標(biāo)志物E 鈣黏蛋白和α 連環(huán)蛋白，發(fā)現(xiàn)二者表達明顯減少，并且呈時間依賴改變;而間質(zhì)標(biāo)記物N 鈣黏蛋白和α 平滑肌肌動蛋白的表達則明顯增加。表明小氣道上皮細胞中發(fā)生了EMT。

3.2 EMT 與COPD 基膜的增厚 基膜位于上皮細胞和內(nèi)皮細胞的基底部，是細胞外基質(zhì)的特殊結(jié)構(gòu)形式，將細胞與結(jié)締組織隔離?；ぴ龊袷菤獾乐厮艿闹饕卣餍愿淖冎?。Sohal 等［13］觀察到，在COPD 氣道重塑過程中，基膜發(fā)生破裂增殖、形狀拉長和厚度不一，并出現(xiàn)EMT 的改變(間質(zhì)標(biāo)志物成纖維細胞蛋白、波形蛋白和MMP-9 表達增多)。Zeisberg 等［14］認為，判斷體內(nèi)EMT 發(fā)生的主要依據(jù)是網(wǎng)狀基膜分裂，轉(zhuǎn)化的上皮細胞遷移至固有層，并伴隨有間質(zhì)標(biāo)記物的表達，這一現(xiàn)象在Sohal 等［13］的研究中也得以證實。當(dāng)然，炎癥細胞也可表達間質(zhì)標(biāo)志物成纖維細胞蛋白、波形蛋白和MMP9［13］。為排除這一干擾，Sohal 等［15］進一步以吸煙的COPD患者為對象，取支氣管內(nèi)活組織制作切片，結(jié)果提示，相比浸潤性巨噬細胞、中性粒細胞、成纖維細胞或免疫細胞，在基底上皮和網(wǎng)狀基膜中，表達間質(zhì)標(biāo)志物成纖維細胞蛋白的細胞明顯更多。

Soltani 等［16］對伴有或不伴COPD 的吸煙者的支氣管組織研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)狀基膜中血管豐富、細胞增多，這一現(xiàn)象與血管相關(guān)的血管內(nèi)皮生長因子升高相關(guān)，而增殖的細胞被認為是經(jīng)EMT 轉(zhuǎn)化后的有遷移能力的上皮細胞［13］。Soltani［17］等進一步研究發(fā)現(xiàn)，COPD 患者網(wǎng)狀基膜中的TGF-β1 表達也明顯升高，且是通過p Smad2/3 的表達而被激活。

3.3 EMT 與COPD 細胞外基質(zhì)的沉積 細胞外基質(zhì)處于不斷代謝更新和降解重塑的動態(tài)平衡中，一旦這種平衡被打破，細胞外基質(zhì)發(fā)生沉積，便會引起組織纖維變性［18］。細胞外基質(zhì)的沉積主要是指膠原蛋白的沉積。細胞外基質(zhì)的降解和合成主要由MMPs 和金屬蛋白酶抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs)來調(diào)節(jié)。MMP-9、TIMP-1 可由巨噬細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞等合成。Brajer等［19］通過對COPD 患者血清MMP-9、TIMP-1 及MMP-9/TIMP-1 比值的測定，發(fā)現(xiàn)MMP-9 的濃度顯著升高，這些指標(biāo)的改變與氣道阻塞及疾病程度呈正相關(guān)，且MMP-9/TIMP-1 的失衡導(dǎo)致細胞外基質(zhì)代謝紊亂，氣道上皮下膠原沉積使氣道壁增厚、管腔狹窄，最終發(fā)生氣道重塑。Vermeer 等［20］對人氣道上皮的研究發(fā)現(xiàn)，MMPs 家族成員中的MMP-9 可降解層黏連蛋白、纖維結(jié)合素等細胞外基質(zhì)成分以及生長因子前體，從而激活TGF-β、腫瘤壞死因子α等因子，促使上皮下膠原蛋白沉積，從而可能誘發(fā)EMT。

4 EMT 在COPD 氣道重塑中的發(fā)生機制

4.1 TGF-β1 介導(dǎo)的信號通路 已有數(shù)據(jù)顯示COPD 患者氣道中TGF-β1 表達增高［21］。TGF-β1是EMT 最重要的感應(yīng)器，提示極有可能通過TGFβ1 介導(dǎo)EMT 來完成氣道重塑。在氣道上皮細胞中，TGF-β1 誘導(dǎo)的EMT 是通過幾種下游機制來調(diào)節(jié)的，如活性氧、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)及Smad 信號的產(chǎn)生和激活。其中，TGF-β1 通過Smad2/3 機制誘發(fā)EMT的過程涉及轉(zhuǎn)錄因子Snail1 和Snail2 的上調(diào)，這兩種轉(zhuǎn)錄因子可抑制黏附連接和緊密連接蛋白的表達［22］。在COPD 的研究中，氣道上皮細胞暴露于香煙煙霧和尼古丁后活化的TGF-β1 釋放增多，這一過程依賴于活性氧的產(chǎn)生［11］。體外用TGF-β1 刺激肺氣道上皮細胞96h 后，檢測到細胞形態(tài)和分子結(jié)構(gòu)改變，原本呈鵝卵石分布的細胞在TGF-β1 刺激72-96 h 后，呈現(xiàn)出EMT 特有的細胞表型，伴隨細胞間連接丟失，細胞拉長，細胞骨架發(fā)生改變。黏附連接蛋白E-cad 丟失以及細胞外基質(zhì)蛋白纖維連接蛋白和I 型膠原沉積，這是EMT 發(fā)生的早期生物化學(xué)標(biāo)志。TGF-β1 可減少E-cad mRNA 的表達(在第48 h 下降超過基線值的30%)，并增加纖維連接蛋白和I 型膠原基因的表達(上升趨勢呈時間依賴性)［23］。Smad2/3 和p38MAPK 信號通路均被激活，E-cad 下調(diào)可通過Smad2/3 或者p38MAPK 信號通路完成，而p38MAPK 通路和纖維連接蛋白上調(diào)有關(guān)，這兩個信號通路均參與調(diào)節(jié)TGF-β1 誘導(dǎo)的膠原表達。

4.2 活性氧的增多和cAMP 的下調(diào) Milara 等［11］的研究表明，香煙煙霧體外刺激人支氣管上皮細胞30 min 后，細胞內(nèi)活性氧增加，并且這種增加可維持72 h，而72 h 后，細胞內(nèi)cAMP 減少，且還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化單元氮氧化合物的mRNA和蛋白表達增加，活性氧的產(chǎn)生和氮氧化合物的表達均可被抗氧化物(cAMP 類似物)所抑制，該抑制作用同樣存在于cAMP 的減少中，提示活性氧在cAMP 下調(diào)過程中起作用。該實驗證實香煙煙霧是通過細胞內(nèi)活性氧的激活、TGF-β1 的釋放、ERK1/2 和Smad3 磷酸化作用以及cAMP 的下調(diào)來促發(fā)EMT 的。鑒于dbcAMP(如β 受體拮抗劑、磷酸二脂酶4 抑制劑)可干擾間質(zhì)細胞增多以及上皮EMT 標(biāo)志物丟失，有學(xué)者選用磷酸二脂酶4 抑制劑羅氟司特來作進一步的研究。在COPD 和吸煙者的人支氣管上皮細胞的體外實驗中，羅氟司特氮氧化物可減少間質(zhì)細胞，并增加上皮表型標(biāo)志物，從而減輕氣道上皮細胞EMT 的發(fā)生。在此過程中，羅氟司特氮氧化物修復(fù)香煙煙霧刺激引起的細胞cAMP 丟失、減少活性氧。人支氣管上皮細胞暴露于香煙煙霧中72h 后，TGF-β1 釋放增加，這一增加可被羅氟司特氮氧化物通過減弱ERK1/2 和Smad3 的磷酸化作用來制止［24］。

4.3 尿激酶纖維蛋白溶酶原激活受體(urokinase plasminogen activator receptor，uPAR)表達增多COPD 患者的小氣道上皮細胞中uPAR 的表達增多參與了EMT 的發(fā)生。Wang 等［12］選取不吸煙組、吸煙組、不吸煙的COPD 組和吸煙的COPD 組患者，測定肺上皮組織中EMT 生物標(biāo)記物和uPAR 的表達，并通過體外實驗驗證人小氣道上皮細胞中uPAR 在香煙煙霧提取物誘導(dǎo)的EMT 過程中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)uPAR 信號通路參與香煙煙霧提取物誘導(dǎo)的EMT，最終導(dǎo)致COPD 的小氣道纖維化。提示COPD患者小氣道上皮中uPAR 的表達增加參與激活EMT的過程。然而這一結(jié)論受到Sohal 等［1］的質(zhì)疑，認為該研究中所測定的EMT 生物標(biāo)記物E 鈣黏蛋白和波形蛋白缺乏信服力，因為固有層中的細胞亦表達E 鈣黏蛋白，如果這些細胞是從上皮遷移而來，就需要丟失E 鈣黏蛋白并表達波形蛋白。

4.4 MMP/TIMP 的失平衡 有研究表明氣道上皮是小氣道壁接觸木材煙霧后白明膠酶合成和分泌的主要來源，并發(fā)現(xiàn)MMP9 和MMP2 的高表達在小氣道壁的膠原沉積中發(fā)揮重要作用［25］。MMP/TIMP 的失平衡可直接將TGF-β 加工成活性配體，并誘導(dǎo)TGF-β1 的生成，從而誘發(fā)EMT 的形成。

近期Sohal 等［26］依據(jù)COPD 小氣道EMT 的概念提出大氣道EMT 的假設(shè)，發(fā)現(xiàn)COPD 患者吸入氟替卡松超過6 個月后，氣道上皮中表皮生長因子受體表達減少，分裂的網(wǎng)狀基膜長度縮短，表達MMP9、間質(zhì)標(biāo)志物成纖維細胞蛋白的細胞數(shù)明顯減少，證實COPD 氣道中吸入皮質(zhì)激素的抗EMT 作用，同時提示炎癥反應(yīng)機制也參與了EMT 的形成。

5 結(jié) 語

綜上所述，在COPD 氣道炎癥損傷修復(fù)過程中，上皮細胞通過TGF-β1 介導(dǎo)的信號通路等機制發(fā)生了EMT，并參與了基膜的增厚和細胞外基質(zhì)的沉積，是導(dǎo)致COPD 氣道壁的纖維化和管壁增厚的主要因素，在COPD 的氣道重塑和持續(xù)、漸進的氣流受限形成中發(fā)揮重要作用。目前有關(guān)EMT 的研究主要集中在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移以及組織器官纖維化的形成，近來COPD、哮喘氣道重塑中的EMT現(xiàn)象引起人類的高度重視，然而EMT 在COPD 氣道重塑中的形成機制尚缺少全面的探討。COPD 發(fā)生氣道重塑是人類在治療過程中面臨的一大難題，通過抑制或逆轉(zhuǎn)EMT 過程有望成為治療COPD 氣道重塑的新途徑。因此，深入研究EMT 在COPD 氣道重塑中的發(fā)生機制，將有助于COPD 疾病的防治。

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