1、的发生机制及防治的发生机制及防治哮喘气道黏液高分泌哮喘气道黏液高分泌的发生机制及防治的发生机制及防治第四军医大学西京医院呼吸内科第四军医大学西京医院呼吸内科 宋立强宋立强哮喘的发生机制哮喘的发生机制环境因素环境因素炎症细胞、细胞因子炎症细胞、细胞因子以及炎症介质相互作用以及炎症介质相互作用遗传易感个体遗传易感个体神经调节失衡神经调节失衡 气道平滑肌结构功能异常气道平滑肌结构功能异常气道炎症气道炎症气道高反应性气道高反应性环境激发因素环境激发因素症状性哮喘症状性哮喘气道黏液高分泌气道黏液高分泌上皮细胞上皮细胞结构功能异常结构功能异常一、假复层柱状纤毛上皮：一、假复层柱状纤毛上皮：柱状纤毛细胞柱状
2、纤毛细胞杯状细胞杯状细胞 ClaraClara细胞细胞基底细胞基底细胞刷状细胞刷状细胞神经内分泌细胞（神经内分泌细胞（KuchiskyKuchisky细胞）细胞）二、固有层：二、固有层：n淋巴细胞、浆细胞、肥大细胞淋巴细胞、浆细胞、肥大细胞 气道上皮的细胞结构气道上皮的细胞结构粘膜下层：粘膜下层：浆液细胞（浆液腺为主的混合腺）浆液细胞（浆液腺为主的混合腺）n 细胞因子：细胞因子：集落刺激因子：集落刺激因子：GM-CSF、G-CSF pleiottropic细胞因子：细胞因子：IL-1、6、8、10、IL-11、TNF-趋化因子：趋化因子：MCP-4、RANTES、eotaxin 生长因子：生长
3、因子：TGF-、TGF-n 脂类介质：脂类介质：PGE2、PGF2、PAFn 肽类介质：肽类介质：ET族族、vasopressin、P物质、物质、CGRP n 氧自由基：氧自由基：过氧化氢过氧化氢、NO哮喘上皮细胞哮喘上皮细胞 气道高反应性气道高反应性液体：是上皮转运的水、离子液体：是上皮转运的水、离子大分子：大分子：黏蛋白（黏蛋白（MucinMucin）杯状细胞、黏膜下腺杯状细胞、黏膜下腺 血清蛋白血清蛋白 主要来自血液主要来自血液 抗微生物蛋白抗微生物蛋白(溶酶体、铁传递蛋白、补体、溶酶体、铁传递蛋白、补体、IFNIFN、sIgAsIgA、IgG IgG、IgmIgm ）和蛋白酶抑制剂）和
4、蛋白酶抑制剂 浆细胞浆细胞 气道黏液的构成及来源气道黏液的构成及来源参与组成黏液参与组成黏液-纤毛清除系统纤毛清除系统(Scavenging system)黏液分两层：黏液分两层：1.1.溶胶（内层）：溶胶（内层）：随纤毛摆动随纤毛摆动 2.2.不吸水凝胶（外层）：不吸水凝胶（外层）：防止蒸发防止蒸发n运送速度：气管：运送速度：气管：5-20 mm/min5-20 mm/min 支气管：支气管：0.5-1 mm/min0.5-1 mm/min 气道黏液的基本功能气道黏液的基本功能上皮细胞在气道重塑的中的病理变化上皮细胞在气道重塑的中的病理变化轻中度哮喘患者，气道活检标本中的轻中度哮喘患者，气道
5、活检标本中的杯状细胞杯状细胞数量是正常数量是正常人的人的 2.5 2.5 倍，储存的黏蛋白量增加倍，储存的黏蛋白量增加3 3倍。倍。与死于非哮喘的呼吸系病人相比，哮喘持续状态而死亡病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人的杯状细胞杯状细胞数量增高了数量增高了3030倍。倍。气道黏液高分泌是哮喘的主要症状之一气道黏液高分泌是哮喘的主要症状之一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的 2.5 2.5 倍，储存的黏蛋白量增加倍，储存的黏蛋白量增加3 3倍。倍。与死于非哮喘的呼吸系病人相比，哮喘持续状态而死亡病与死于非哮
6、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人的杯状细胞数量增高了3030倍。倍。致敏豚鼠被抗原激发引起黏液的致敏豚鼠被抗原激发引起黏液的分泌速度分泌速度快达快达1 11010-5-5s,s,数数量可达几百倍（量可达几百倍（Jack in the boxJack in the box）。）。粘液高分泌病史还是粘液高分泌病史还是肺功能肺功能FEV1FEV1下降下降加速的独立危险因素。加速的独立危险因素。气道黏液高分泌是哮喘的主要症状之一气道黏液高分泌是哮喘的主要症状之一杯状细胞的主要功能就是分泌黏蛋白。杯状细胞的主要功能就是分泌黏蛋白。生理基础：生理基础：正常恒河猴气道上皮杯状
7、细胞的黏液储备量是黏正常恒河猴气道上皮杯状细胞的黏液储备量是黏 膜下腺体的膜下腺体的2 2倍以上。倍以上。粘液下腺仅存在于骨性气道。相反，杯状细胞几乎粘液下腺仅存在于骨性气道。相反，杯状细胞几乎 位于整个传导气道。位于整个传导气道。黏蛋白主要由杯状细胞产生黏蛋白主要由杯状细胞产生增生（增生（hyperplasiahyperplasia）：大气道中数量增加。）：大气道中数量增加。化生（化生（metaplasiametaplasia）：小气道中增加。）：小气道中增加。研究证实：研究证实：吸入吸入OVAOVA或或IL-13IL-13激发后，小鼠支气管在激发后，小鼠支气管在6 6小时小时便可见到新生的
8、杯状细胞，便可见到新生的杯状细胞，3 3天天时达到高峰。时达到高峰。黏蛋白主要由杯状细胞产生黏蛋白主要由杯状细胞产生痰液的痰液的粘滞性和弹性粘滞性和弹性决定着其与纤毛的偶联效应，决定着其与纤毛的偶联效应，从而决定着粘液纤毛系统的清洁效率。从而决定着粘液纤毛系统的清洁效率。虽然粘蛋白在粘液湿重中不足虽然粘蛋白在粘液湿重中不足2 2，但其与粘液的，但其与粘液的粘滞性和弹性粘滞性和弹性密切相关。密切相关。黏蛋白的基本功能黏蛋白的基本功能黏蛋白的基本结构与基因表型黏蛋白的基本结构与基因表型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。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。分
9、别是分别是MUCMUC基因、基因、N-N-乙酰半乳糖胺基转移酶的产物。乙酰半乳糖胺基转移酶的产物。基本结构基本结构 ：肽链为核心，占聚合物的：肽链为核心，占聚合物的2020。各亚单位构成寡聚糖侧链，占各亚单位构成寡聚糖侧链，占8080。肽链中肽链中7070一一8080的区域已高度糖基化，余为的区域已高度糖基化，余为“裸区裸区”。目前目前GenBankGenBank已登记已登记2121个黏蛋白基因。个黏蛋白基因。分泌型：分泌型：MUC2 MUC2，MUC4MUC4，MUC5ACMUC5AC，MUCSBMUCSB，MUC6MUC6一一 MUC9 MUC9，MUC12 MUC12 膜联合型：膜联合型
10、：MUC1 MUC1，MUC3MUC3，MUCAMUCA，MUC12MUC12 有疏水性的跨膜区有疏水性的跨膜区气道活检检测到气道活检检测到1515种种基因的基因的mRNAmRNA在人气道上皮表在人气道上皮表达达(MUC1(MUC1MUC14MUC14，MUC5ACMUC5AC，MUC5BMUC5B，MUC6MUC6MUC18MUC18等等)。正常及哮喘患者中最高的是正常及哮喘患者中最高的是MUC5ACMUC5AC，哮喘高，哮喘高60%60%。黏蛋白的分类黏蛋白的分类MUC5AC的结构模式图的结构模式图 CK CK区（羧基端）与区（羧基端）与“胱氨酸结胱氨酸结”的蛋白质超家的蛋白质超家族（如族
11、（如TGF-2TGF-2、PDGFPDGF、NGFNGF等）呈现同源性。等）呈现同源性。MUC1,MUC2,MUC4,MUC5B,and MUC7MUC1,MUC2,MUC4,MUC5B,and MUC7在哮喘在哮喘患者也能检测到。患者也能检测到。MUC2 and MUC4MUC2 and MUC4表达在哮喘患者明显升高，而表达在哮喘患者明显升高，而MUC5BMUC5B则显著降低。意义尚不清楚。则显著降低。意义尚不清楚。气道黏液高分泌形成的两个主要因素气道黏液高分泌形成的两个主要因素 杯状细胞增生与黏蛋白合成增加。杯状细胞增生与黏蛋白合成增加。快速的分泌过程。快速的分泌过程。合成分泌合成分泌黏
12、蛋白黏蛋白细菌病毒 化学介质（烟、SO2、NH3等）增增 生生杯状细胞嗜酸性粒细胞（PAF、TGF-等）正正 常常杯状细胞Th2淋巴细胞（IL-4、5、9、13等）中性粒细胞（弹性蛋白酶）黏蛋白合成的外界刺激因素黏蛋白合成的外界刺激因素EGFREGFR酪氨酸激酶活化途径：酪氨酸激酶活化途径：EGFR EGFR与配体结合，酪氨酸磷酸化；与配体结合，酪氨酸磷酸化；引起下游分子磷酸化，引起下游分子磷酸化，ras-raf-MEK-erk/MAPK ras-raf-MEK-erk/MAPK 途径，途径，信号经信号经 shc shc、grb2 grb2 传递，传递，最后经最后经 c-jun c-jun、c
13、-fos c-fos 传到核内，促进传到核内，促进MUCSACMUCSAC合成。合成。此作用能被酪氨酸激酶抑制剂所阻断。此作用能被酪氨酸激酶抑制剂所阻断。MUC5AC基因表达的调控基因表达的调控激活因素：激活因素：中性粒细胞中性粒细胞释放的释放的TNF-TNF-能通过促进能通过促进EGFREGFR表达，表达，促进促进MUC5ACMUC5AC合成。合成。IL-13IL-13能引起中性粒细胞聚集并释放氧自由基，间能引起中性粒细胞聚集并释放氧自由基，间接通过接通过EGFREGFR，促进，促进MUC5ACMUC5AC表达。表达。G-G-蛋白蛋白PLCPLCPKAPKA依赖性途径：依赖性途径：G-G-蛋
14、白蛋白MAPKMAPK依赖性途径：依赖性途径：UTPUTP激活激活百日咳毒素阻断百日咳毒素阻断 调控调控Ras-MEK1Ras-MEK12-SRK12-SRK12-NF-kB2-NF-kB途径：途径：培养培养铜绿假单胞菌的上层液铜绿假单胞菌的上层液能通过此途径，促进能通过此途径，促进 培养的兔上皮细胞细胞表达培养的兔上皮细胞细胞表达MUCSACMUCSAC。调控调控钙激活钙激活ClCl通道（通道（CLCACLCA）：）：调控调控给给在体在体哮喘小鼠气道粘膜转染正义或反义哮喘小鼠气道粘膜转染正义或反义CLCA CLCA cDNAcDNA，能促进或抑制杯状细胞数量、，能促进或抑制杯状细胞数量、MU
15、C5AC MUC5AC表达。表达。离体离体NCI-H292NCI-H292细胞系，转染细胞系，转染CLCACLCA能促进能促进MUC5ACMUC5AC表达。表达。CLCACLCA阻断剂阻断剂（尼氟灭酸、抗体）能抑制在体或离体（尼氟灭酸、抗体）能抑制在体或离体MUC5ACMUC5AC表达。表达。主要实验依据：主要实验依据：目前已知的目前已知的CLCA家族成员家族成员牛牛 bCLCA1 bCLCA2 bCLCA3 人人 hCLCA1 hCLCA2 hCLCA3 小鼠小鼠 mCLCA1 mCLCA2 mCLCA3异异种种同同源源蛋蛋白白目前已知的目前已知的CLCA基因基因气道黏液高分泌形成的两个主要
16、因素气道黏液高分泌形成的两个主要因素 杯状细胞增生与黏蛋白合成增加。杯状细胞增生与黏蛋白合成增加。快速的分泌过程。快速的分泌过程。储存在颗粒中的大储存在颗粒中的大MUCMUC分子在包装时需要集聚，这分子在包装时需要集聚，这一过程对黏蛋白的一过程对黏蛋白的聚阴离子特性聚阴离子特性来说较困难。来说较困难。在颗粒中在颗粒中高浓度的钙离子高浓度的钙离子功能：使功能：使MUCMUC分子间的排分子间的排斥作用减弱。斥作用减弱。黏蛋白的分泌黏蛋白的分泌 储存储存分泌过程：分泌过程：颗粒的外表面与与胞膜的内面融合颗粒的外表面与与胞膜的内面融合;通过胞内钙外流和胞外水内流形成一个通道通过胞内钙外流和胞外水内流形
17、成一个通道;钙离子的丢失又恢复静电排斥，加速扩展了钙离子的丢失又恢复静电排斥，加速扩展了 MUC MUC大分子，后者同时被流入的水所水合，容大分子，后者同时被流入的水所水合，容 量进一步增大并释放。量进一步增大并释放。黏蛋白的分泌黏蛋白的分泌 脱颗粒脱颗粒在致敏的啮齿类动物，在致敏的啮齿类动物，高剂量的过敏原高剂量的过敏原激发能引起杯状细激发能引起杯状细胞脱颗粒。胞脱颗粒。ZileutonZileuton（5-5-脂氧合酶抑制剂）能阻断脱颗粒。提示白三脂氧合酶抑制剂）能阻断脱颗粒。提示白三烯具有激发脱颗粒功能。烯具有激发脱颗粒功能。其它激发因素其它激发因素：糜蛋白酶、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白、中
18、：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。性粒细胞弹性蛋白酶等。黏蛋白分泌的刺激因素黏蛋白分泌的刺激因素EOSEOS与与NCI-H292NCI-H292细胞细胞共培养共培养，前者能通过，前者能通过EGFREGFR刺激刺激MUC5ACMUC5AC合合成、释放。成、释放。但但8 8个个哮喘患者哮喘患者吸入气溶胶型过敏原，尽管吸入气溶胶型过敏原，尽管1 1小时后小时后EOSEOS炎症炎症发生，但在发生，但在1 1或或2424小时取气道活检或肺泡灌洗液均未发现脱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。颗粒。说明脱颗粒在人是复杂的。胞膜的豆蔻酰化富丙氨酸胞膜的
19、豆蔻酰化富丙氨酸C C激酶底物（激酶底物（MARCKSMARCKS）磷）磷酸化，并从胞膜移位到胞浆。被去磷酸化后，酸化，并从胞膜移位到胞浆。被去磷酸化后，与肌与肌动蛋白和肌球蛋白结合动蛋白和肌球蛋白结合，并与，并与MUCMUC颗粒膜相作用，颗粒膜相作用，促进了黏蛋白颗粒向外周移动与分泌。促进了黏蛋白颗粒向外周移动与分泌。黏蛋白分泌的调控黏蛋白分泌的调控 气道黏液高分泌目前的对症治疗药物气道黏液高分泌目前的对症治疗药物标准桃金娘油标准桃金娘油 糖皮质激素不能完全抑制糖皮质激素不能完全抑制 不能抑制原代培养气道上皮细胞合成和分泌不能抑制原代培养气道上皮细胞合成和分泌MUC5ACMUC5AC；不能抑
20、制不能抑制IL-13IL-13诱导的小鼠黏液高分泌症状。诱导的小鼠黏液高分泌症状。潜潜在在的的治治疗疗药药物物1.1.红霉素：抑制气道炎症，还能破坏中性粒细胞蛋白酶；红霉素：抑制气道炎症，还能破坏中性粒细胞蛋白酶；2.2.中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂：中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂：3.3.细胞因子拮抗剂：细胞因子拮抗剂：IL-4IL-4、5 5、9 9、13134.4.白三烯受体拮抗剂：白三烯受体拮抗剂：5.5.抗胆碱能：主要抗胆碱能：主要M3M3。异丙托溴铵（非选择性）、。异丙托溴铵（非选择性）、噻托溴铵噻托溴铵6.EFGR6.EFGR酪氨酸激酶抑制剂：酪氨酸激酶抑制剂：7.7.速激肽受体拮抗剂
21、：速激肽（如速激肽受体拮抗剂：速激肽（如SPSP）能通过神经激肽）能通过神经激肽 受体（受体（NK1NK1）促进黏液分泌。）促进黏液分泌。8.8.钙依赖钙依赖Cl-Cl-、K+K+通道通道9.9.磷酸二酯酶磷酸二酯酶4 4（PDE4PDE4）抑制剂：西洛司特、）抑制剂：西洛司特、罗氟司特（二代）罗氟司特（二代）10.MARCKs10.MARCKs反义寡核苷酸：反义寡核苷酸：11.11.选择性多巴胺受体选择性多巴胺受体2 2激动剂：激动剂：12.12.嘌呤能受体（嘌呤能受体（P2Y2 P2Y2受体）激动剂：受体）激动剂：UTPUTP1.1.黏蛋白合成与分泌的调控因素很多，黏蛋白合成与分泌的调控因素很多，是否存在共同的通路？是否存在共同的通路？2.2.气道黏液高分泌在哮喘、气道黏液高分泌在哮喘、COPDCOPD、CFCF中中 的发生机制是否一样？的发生机制是否一样？3.3.早日开发出新的、有效的临床治疗药物。早日开发出新的、有效的临床治疗药物。4.4.尚无气道粘液高分泌诊治的权威性指南。尚无气道粘液高分泌诊治的权威性指南。目前存在的问题目前存在的问题 谢谢 谢！谢！
