引用本文：杨添文, 杨丽芬, 任朝凤, 杨艳霞, 郑勤玲, 刘姝, 曾小艺, 黄倩, 李梅华. 烟草相关性慢性阻塞性肺疾病气道炎症研究进展. 中国呼吸与危重监护杂志, 2020, 19(6): 621-625. doi: 10.7507/1671-6205.201909028 

近年来，大量的科学研究对慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺）的发病机制进行了深入的剖析探索，并取得了令人瞩目的进展，为慢阻肺提供了新的治疗靶点[1]。香烟（cigarette smoke，CS）的主要成分，如焦油、尼古丁等，已被确定为最有可能导致包括慢阻肺在内的多种疾病的病因，这些成分中有许多会引起炎症、氧化应激和凋亡[2]。本文就国内外近年来对烟草相关性慢阻肺的气道炎症研究现状做一综述，主要从炎症介质白细胞介素（interleukin，IL）、蛋白酶、上皮–间充质转化（epithelial mesenchymal transitions，EMT）、信号通路等方面进行阐述，旨在为潜在新治疗及研究方向提供思路。

研究由 CS 等污染物引发的加速慢阻肺进展的免疫应答机制，是世界范围内研究的热点。Barnes[3]研究发现，许多细胞参与慢阻肺的病理生理过程，其中最重要的是中性粒细胞、巨噬细胞、CD4+和 CD8+T 淋巴细胞及其产生的化学介质（细胞因子、趋化因子等），吸烟可激活巨噬细胞、气道上皮细胞等先天免疫细胞，释放多种趋化因子，在慢阻肺的发病机制中起着关键作用。

研究较多的是 IL 家族，IL-1 的成员如 IL-1α 和 IL-1β 促炎细胞因子，可通过与受体 IL-1 R1 结合，激活多种免疫细胞，分泌促炎细胞因子 IL-6 和肿瘤坏死因子-α 趋化因子，如单核细胞趋化蛋白 1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）、巨噬细胞炎性蛋白-1α（macrophage inflammatory protein 1 α，MIP-1α）、巨噬细胞炎性蛋白-1β（macrophage inflammatory protein 1 β，MIP-1β）、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）等，导致炎症反应加剧，及上皮屏障功能受损，IL-1 通路在慢阻肺患者中是活跃的，但研究显示，单独抑制 IL-1β 不足以提高慢阻肺的临床疗效，建议联合抑制，即同时抑制 IL-1α 和 IL-1β，降低 CS/H1N1 病毒诱导炎症[4]。Yi 等[5]研究发现，肺小气道上皮细胞中趋化因子 2（CCL2）、CCL7、IL-1β 和 IL-1R2 基因表达增加，上调最多的基因是 IL-1β、CCL2、CCL23 和 CXCL14，在慢阻肺小气道上皮细胞，显示 IL-1β 与慢阻肺疾病特征高度相关，对 IL-1β 表达调控机制的详细了解可能为慢阻肺慢性气道炎症的研究提供思路。

IL-17RA 或 IL-17A 抗体中和证实，IL-17A 是与气道炎症和纤维化相关的致病 IL-17 亚型，IL-17RA 是与气道炎症和纤维化相关的受体[6]。Roos 等[7]研究发现，IL-17A 在慢阻肺组织表达增加，并与肺功能下降相关，吸烟者与非吸烟者比较，IL-17A 在重度和极重度慢阻肺（GOLD Ⅲ/Ⅳ）患者中均显著升高，辅助性 T 细胞 17（T helper cell 17，Th17）CD4+诱导因子的重要介质是血清淀粉样蛋白 a（serum amyloid A，SAA），而 SAA 是一种有效的内源性配体，刺激 Th17 的表达，促进炎症介质的表达和中性粒细胞趋化，该研究认为，Th17 被认为是主要参与者之一，它涉及一个复杂的促炎症细胞和分子系统。因此，有必要开展临床和基础研究。

IL-22 主要细胞来源包括 CD4+T 辅助性细胞、T 细胞、自然杀伤 T 细胞（natural killer T，NKT）和固有淋巴细胞 3（group 3 innate lymphoid cells，ILC3）[8]。Starkey 等[9]研究发现，CS 暴露下，实验性慢阻肺患者肺 IL-22 水平升高，源于 CD4+T 辅助细胞、NKT 细胞、ILC3 等水平升高，研究表明，IL-22 促进了 CS 诱导的肺中性粒细胞炎症、气道重塑和肺功能损害，但是，IL-22 表达的功能结果可能是病理的，也可能是保护性的，这取决于 IL-22 表达的环境，由于 IL-22 在病原体清除中的中心作用，抑制 IL-22 可能增加病情恶化的风险，因此，在靶向 IL-22 信号的治疗方法中需要谨慎，IL-22 与慢阻肺的遗传因素、感染/定殖和表型之间的关系仍有待确定。

IL-27 在香烟诱导下可增加 CXC 趋化因子配体 10（CXCL10）分泌，CXCL10 可直接刺激人支气管上皮细胞（human bronchial epithelial cells，16HBE），从而介导炎症细胞的募集，CXCL10 过表达，导致香烟烟草提取物（cigarette smoke extract，CSE）诱导小鼠 IL-6、角质形成细胞趋化因子（keratinocyte chemoattractant，KC）、MCP-1 水平升高，CXCL10 干预（如酪氨酸激酶抑制剂）或中和抗体抑制 CSE 诱导的细胞坏死和炎症细胞因子的活化，逆转了这一趋势。CXCL10 可能成为慢阻肺临床治疗的新靶点[10]。Chen 等[11]研究也发现，CXCL5 已被证明是一种强趋化剂，可能作为一种潜在的基于血液的生物标志物，有助于慢阻肺的初筛。

IL-33 位于细胞核，在损伤、应激或细胞死亡后，从细胞核中释放出来，并通过肿瘤抑制素 2 受体的跨膜形式发挥促炎生物学功能，起着基因调控的作用。CS 作为慢阻肺的一个关键诱因，它不仅能激活上皮细胞和内皮细胞产生 IL-33，而且还诱导外周血单核细胞中 IL-33 的表达，而 IL-33 表达增强，与淋巴细胞 CD8+数量增加有关。此外，IL-33 增强嗜酸性粒细胞、巨噬细胞和 Th2 淋巴细胞的募集，这一慢阻肺模型仅在小鼠动物实验中得到证实，有待进一步研究认证[12]。Lee 等[13]研究发现，慢性 CS 暴露导致肺血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的下调，耗尽严重慢阻肺患者 VEGF 的保护功能。研究结果表明，CS 暴露与 VEGF 基因缺失有关，VEGF 介导的保护性屏障的丧失，将放大 IL-33 介导的炎症反应,触发了炎症反应的失控，大量巨噬细胞和中性粒细胞的存在，导致肺泡壁结构丧失，破坏肺功能。实验数据显示，CS 暴露引起小鼠氧饱和度水平降低约 10%，而平均值为 62%。CS 暴露下，VEGF 缺乏的小鼠肺环境启动了一种机制，延长 IL-33 介导的细胞因子反应在肿瘤抑制素 2 的炎症细胞群表达的时间。

α-抗胰蛋白酶（α-antitrypsin，αAT 或 AAT）是一种糖蛋白，重 52 kDa，含有三种 n-糖苷连接的复杂寡糖，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂（serine protease inhibitor，Serpin）家族，AAT 基因显性遗传，由位于 14 号（14q31-32.3）染色体长臂上的重组人 a-1 抗胰蛋白酶（SERPINA1）基因编码，研究发现，AAT 水平与 C 反应蛋白、白细胞呈显著正相关，随着慢阻肺分期的增加而显著升高[14]。Senn 等[15]研究显示，血清 AAT 水平与 C 反应蛋白呈正相关，与第 1 秒用力呼气容积呈负相关。这与 Sclar 等[16]研究类似，第 1 秒用力呼气容积随着 AAT 增强治疗的增加而降低。Ferrarotti 等[17]提出不同意见，血清 AAT 水平不受 C 反应蛋白水平影响，AAT 有待于进一步研究。

哺乳动物基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）由 24 到 25 个内肽酶家族组成，作用于多种细胞外基质，多数 MMPs 在正常组织中不表达，但 MMP-28 是一个关键的例外。MMP-28 是 MMP 家族的最后一个基质金属蛋白酶成员，它具有 MMPs 的原型结构域，还包含一个呋喃激活序列，并在分泌途径中被激活[18]。MMP-28 由肺上皮细胞、巨噬细胞及白细胞等多种细胞表达，在吸烟引起的慢性肺部炎症和组织重塑方面发挥促进作用，但我们没有找到一种有效的抗体来检测 MMP-28 在小鼠组织中的定位，仅仅能确定 MMP-28 在疾病发病机制中发挥了作用[19]。

丝裂原激活蛋白激酶激酶激酶 19（mitogen activated protein kinase kinase kinase 19，MAP3K19）是一种主要由肺泡和肺间质巨噬细胞及支气管上皮细胞表达的新型激酶。MAP3K19 外源表达的细胞造成核转录因子-kB（nuclear factor-kappaB，NF-kB）的转录上调，分泌趋化因子 CXCL-8、CCL-20、CCL-7。siRNA 或小分子量抑制剂对 MAP3K19 活性的抑制可降低吸烟引起的各种小鼠模型炎症反应，包括降低肺中性粒细胞和趋化因子 KC 水平，MAP3K19 监管的核易位激活后 P-Smad（磷酸化信号通路）2/3 转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）刺激细胞，作为激酶的抑制，阻止核 P-Smads 的积累[20]。Boehme 等[21]研究表明，MAP3K19 可以调节 TGF-β 信号和诱导基因转录活性磷的控制核易位 Smads。MAP3K19 作为一种进化保守的新型激酶，能在呼吸道病毒感染后允许 β 干扰素（interferon-β，IFN-β），TGF-β 水平迅速上升，从而导致减少病毒感染，MAP3K19 充当分子传感器的环境压力、策划协调 NF-κB 促炎性反应途径导致趋化因子的分泌和嗜中性粒细胞招募和转化生长因子 β 途径影响组织重构[22]。

免疫蛋白酶体是一种特殊类型的蛋白酶体，针对病毒感染细胞的主要适应性免疫反应包括主要组织相容性复合体Ⅰ类（major histocompatibility complex Ⅰ，MHCⅠ）介导的病毒抗原向 CD8+T 细胞表达，病毒衍生肽由泛素–蛋白酶体系统生成，安装在 MHCⅠ分子上，暴露在细胞表面，巡逻 CD8+T 细胞，有效地清除病毒感染细胞[23]。泛素–蛋白酶体系统将 90% 以上的细胞蛋白（包括旧的和受损的）降解为小肽[24]。Kammerl 等[23]研究首次提出，烟雾介导的免疫蛋白酶体含量的改变导致 MHCⅠ表面表达的改变和 MHCⅠ介导的免疫蛋白酶体特异性抗原的表达，同时影响 T 细胞介导的免疫反应，但仅仅暴露于吸烟环境可能不足以介导免疫蛋白酶体表达的持续降低。

Aghapour 等[25]研究发现，长期暴露于外部损伤可导致吸烟者和慢阻肺患者上皮细胞正常结构发生明显变化，基底细胞异常增多，上皮细胞连接完整性下降。在慢阻肺患者和吸烟患者中，上皮细胞的细胞重编程导致 EMT。EMT 可分为三种类型：I 型代表自然过程，II 型导致器官纤维化，Ⅲ型则是与促血管生成以及与癌症相关[26]。

慢性炎症条件下，上皮细胞无法有效修复，出现杯状细胞增生、鳞状细胞化生、促炎趋化因子诱导、基质金属蛋白酶构和功能改变[27]。Mahmood 等[28]研究表明，EMT 在吸烟者和早期（轻度至中度）慢阻肺患者很可能与 TGF-β 相关途径的激活有关。导致核转录因子的表达增加，其他潜在的互动途径证明加强 EMT 的变化，例如，TGF-β1 和 p38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）/PI3K/Akt 信号通路相互补充，并在慢阻肺患者体内激活 SMAD2/3 信号模型[29]。此外，在吸烟者和慢阻肺中也观察到表皮生长因子受体配体，重组人肝素结合性表皮生长因子（heparin-binding epidermal growth factor，HB-EGF）加强 EMT 相关和气道交互建模更改可能通过增加 TGF β 通路的调节，在以人抗原 R（HuR）为靶点的 siRNA 处理的细胞中，EMT 蛋白细胞含量的增加被发现减少了[30]。该课题组的另一项研究显示，HuR 及相关 EMT 在慢阻肺患者中的表达增加提示了一个潜在的治疗靶点，HuR 在 EMT 和疾病表现调控中的作用使其成为治疗策略的一个有吸引力的靶点[31]。

而 Murray 等[32]研究发现，短期内，CS 并不调节 EMT，而是诱导上皮细胞增殖、凋亡和 CXCL8/IL8 的产生，同时单靠 CS 不足以诱导慢阻肺中观察到的慢性气道重构，还需要额外的损伤，如病毒感染，CS 对上皮细胞造成明显的凋亡负担，在体外或体内使用的浓度和时间都不会诱导 EMT，接触 TGF-β1 后，上皮细胞表达间充质标志纤连蛋白–额外结构域 A 增加，而下调表达上皮钙粘蛋白标志。在正常条件下，CSE 在体内外均可诱导上皮细胞发生炎症反应和促凋亡反应，但在慢阻肺中这些反应被减弱。此外，CSE 不会在体内或体外诱导 EMT 表型，至少在测定的时间点上不会，CS 只是使慢阻肺患者的上皮细胞对环境损伤的反应能力受损。

4.1   信号通路

Wnt5a 是被广泛研究的 Wnt 家族成员之一，它通过激活或抑制典型的 Wnt 信号通路来调节细胞反应。Liao 等[33]研究发现，小鼠动物模型中，CS 或 CSE 上调了小鼠 Wnt5a 的表达，Wnt5a 依赖 Wnt 信号，通过配体激活 β-联蛋白（β-catenin，WNT 信号通路的重要调节蛋白）来调节细胞迁移、增殖和生存。Feller 等[34]研究发现，Wnt5a 和 IL-6/IL-8 与小鼠和 16HBE 细胞均存在明显相关性，证明 Wnt5a 过表达与慢阻肺气道炎症密切相关，通过细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）通路激活，正向调节炎症细胞因子的分泌，特异性的 Wnt5a 拮抗剂 BOX 5 通过 Wnt5a-ERK 信号通路阻断，有效减轻 CSE 引起的气道炎症。

Heijink 等[35]研究了已气道重构吸烟慢阻肺患者的 WNT-5B 信号通路时发现，慢阻肺患者肺组织中气道上皮细胞 WNT-5B 的表达明显高于（非吸烟）对照组原发性支气管上皮细胞（primary bronchial epithelial cells，PBECs），香烟显著提高慢阻肺患者 WNT-5B mRNA 的表达，但不影响对照组 PBECs 的表达，研究还发现，WNT-5B 的过度表达，与香烟暴露于慢阻肺患者的支气管上皮细胞所致的 TGF-β/Smad3 相关基因的过表达及气道重塑有关，TGF-β 在慢阻肺气道重构的发生中起到一个关键的中介作用，和 EMT 类似，参与组织修复过程，吸烟已被证明与依赖 TGF-β 的气道上皮 EMT 的相关方式有关，针对 WNT-5B 可能成为治疗慢阻肺患者气道重塑的一种新的治疗方法。

Zhou 等[36]研究发现，慢阻肺患者血清中分泌型卷曲蛋白 2（secreted frizzled-related proteins 2，sFRP2）明显升高，暴露于 CSE 的 HBE 细胞中 sFRP2 升高。Wnt/β-catenin 信号在慢阻肺进展过程扮演关键角色，减少 sFRP2 通过 Wnt/β-catenin 途径下调 Th17/Treg 的比率，Th17 炎症细胞与免疫抑制调节 T 细胞（regulatory cells，Treg）的失衡是慢阻肺进展的重要原因，sFRP2 诱导炎性细胞因子通过抑制 Wnt/β-catenin 通路发挥重要作用，通过表观遗传修饰剂抑制 sFRP2 可能为慢阻肺提供一种有希望的治疗方法。

4.2   线粒体

线粒体转录因子 A（mitochondrial transcription factor A，mt TFA）是 HMG box 家族成员之一，是一种核编码蛋白，与线粒体 DNA（mitochondrion DNA，mt DNA）的轻链启动子（light-strand promoter，LSP）和重链启动子 1（high-strand promoter 1，HSP1）上游结合，调控线粒体转录起始和 mt DNA 拷贝数，mt TFA 在线粒体功能和病理生理条件（包括免疫反应、坏死和炎症）中发挥重要作用。Peng 等[37]研究发现，吸烟诱导 mt TFA 启动子的甲基化和失活，从而降低了慢阻肺发病机制中 mt TFA mRNA 和蛋白水平的表达，这种变化可以通过去甲基化得到很大程度上的恢复。Cloonan 等[38]研究发现，铁调节蛋白 2（iron regulatory protein 2，IRP2）是小鼠肺线粒体功能的调节因子，IRP2 是一个重要的慢阻肺易感性基因，并表明 IRP2 蛋白在慢阻肺患者的肺中增加，使用线粒体铁螯合剂或低铁饮食的小鼠均可免受慢阻肺的影响，研究首次描述了 IRP2 在肺中的功能作用，其中 IRP2 通过调节线粒体铁负荷和细胞色素 C 氧化酶促进实验性慢阻肺中的线粒体功能障碍，在慢阻肺模型中，使用铁素体递质缓蚀剂的线粒体铁螯合可减轻已建立的疾病。这突出了又一种潜在的治疗慢阻肺的新方法。

4.3   其他

环氧三烯酸（epoxyeicosatrienoic acids，EETs）是一种花生四烯酸衍生物，具有良好的抗炎作用，可通过调节自噬作用保护心脏和肝脏，因此，可溶性环氧化物水解酶 2（soluble epoxide hydrolase，sEH，Ephx2）降低介导的 EETs 水解在体内对炎症、肺气肿、肺功能和自噬的影响，在慢阻肺小鼠模型中，Ephx2 缺乏自噬抑制，自噬主要起保护作用，过度自噬和受损的自噬均可导致细胞死亡，原因是自噬与凋亡的相互作用，使用 Ephx2 缺失的小鼠模型来探讨该基因对慢性慢阻肺的影响，缺乏这种基因的小鼠肺部炎症较少，肺气肿和空气阻力也较低，此外，该基因可能有助于减少自噬[39]。这可能是慢阻肺治疗的一个新的治疗靶点。

微 RNA（microRNA 或 miRNA）是一种进化内源性、保守的非编码 RNA，在抑制蛋白表达中发挥重要调控作用，miR-181c 是 miR-181 家族的成员，证据表明，miRNA 的失调在慢阻肺的发病和发展中起着至关重要的作用，然而，microRNA-181c 的影响和作用尚未在慢阻肺小鼠模型中进行研究[40]。Du 等[41]研究显示，过表达 miR-181c 可减轻 CS 暴露小鼠肺损伤和中性粒细胞浸润，暴露于 cs 的小鼠肺组织中 IL-6 和 IL-8 水平升高，降低 IL-6 和 IL-8 水平，减轻了慢阻肺肺损伤，而 miR-181c 抑制肺损伤的加重。其中，富半胱氨酸 61（CYR61 或 CCN1）是 miR-181c 在慢阻肺中的直接功能靶点，值得注意的是，CCN1 可能是一个中枢信号调度器。

综上所述，尽管目前，大量的科学研究对慢阻肺发病机制进行了深入研究，并取得了令人瞩目的进展。但可以看到的是，慢阻肺机制极其复杂，病因多，有炎性介质、趋化因子、蛋白酶、EMT、信号通路等大量相关因素共同参与。以炎症介质为例，IL-1B、Th17、IL-22、IL-27、CXCL5、IL-33 等均可能作为一种潜在的生物标志物，有助于慢阻肺的初筛。展望未来，在先前学者研究的基础上进行更深入的探索，我们坚信，终能发现慢阻肺的有效治疗靶点，改善慢阻肺患者的生存质量。

利益冲突：本文不涉及任何利益冲突。

参考文献略。