王蘭，歐維琳

桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，廣西桂林541001

支氣管哮喘(簡(jiǎn)稱(chēng)哮喘)是兒童時(shí)期常見(jiàn)的一種慢性氣道炎癥性疾病。流行病學(xué)調(diào)查顯示，近幾十年來(lái)我國(guó)兒童哮喘的患病率呈明顯上升趨勢(shì)，1990年全國(guó)城市14歲以下兒童哮喘的累計(jì)患病率為1.09%，2000年為1.97%，2010年為3.02%[1]，估計(jì)至2020年將會(huì)突破6%[2]。目前，對(duì)于兒童哮喘的診斷，特別是嬰幼兒哮喘的診斷，主要依靠家族史、體征、支氣管激發(fā)和舒張?jiān)囼?yàn)及肺功能檢查等。但對(duì)于嬰幼兒來(lái)說(shuō)，一些需要主動(dòng)配合的檢查往往難以實(shí)現(xiàn)，通常需要其他輔助檢查來(lái)協(xié)助哮喘診斷。有研究報(bào)道，氣道炎癥是哮喘的主要病理學(xué)基礎(chǔ)，多種細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)在其發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[3-4]。因此，尋找有效的炎癥標(biāo)志物來(lái)識(shí)別哮喘患病高風(fēng)險(xiǎn)兒童，可能有助于哮喘的預(yù)防和治療[5]。YKL-40，又稱(chēng)幾丁質(zhì)酶3樣蛋白1，屬于幾丁質(zhì)酶樣蛋白家族成員之一。有研究發(fā)現(xiàn)，YKL-40在包括哮喘在內(nèi)的多種炎癥性疾病中水平升高，能夠參與炎癥性疾病發(fā)生、發(fā)展的多個(gè)環(huán)節(jié)，可作為一種新型的炎癥標(biāo)志物。但YKL-40在哮喘發(fā)病過(guò)程中的作用機(jī)制尚未完全闡明，可能是通過(guò)介導(dǎo)Th2型炎癥反應(yīng)、控制炎癥細(xì)胞凋亡、刺激黏蛋白5AC分泌、參與氣道重塑等過(guò)程，從而參與哮喘的發(fā)病。本文結(jié)合文獻(xiàn)就YKL-40在哮喘發(fā)病中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 YKL-40概述

YKL-40是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為40 kDa的糖蛋白，屬于幾丁質(zhì)酶樣蛋白家族成員之一，可與幾丁質(zhì)結(jié)合，但無(wú)幾丁質(zhì)酶活性，缺乏幾丁質(zhì)降解能力[6]。YKL-40最早在小鼠的乳腺癌細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，被命名為BRP-39，后來(lái)在人體組織中被發(fā)現(xiàn)，但由于其具有催化活性的關(guān)鍵氨基酸發(fā)生了點(diǎn)突變，即由谷氨酸突變成為異亮氨酸，使得其3個(gè)氨基末端殘基變?yōu)槔野彼?、?lài)氨酸、異亮氨酸，后被命名為YKL-40[7]。也正因如此，YKL-40不具有幾丁質(zhì)酶活性，無(wú)法降解幾丁質(zhì)。編碼YKL-40的基因定位于染色體1q31-32上高度保守的區(qū)域，基因組DNA跨度約為8 kb，由10個(gè)外顯子組成[8]。YKL-40的基因組DNA毗鄰主要組織相容性復(fù)合體基因，故其在固有免疫和獲得性免疫中可能具有一定作用。

有研究顯示，在具有較高代謝活性和(或)增殖能力的細(xì)胞中，YKL-40表達(dá)較高[7]。YKL-40是炎癥通路中的一種抗凋亡分子，在不同疾病患者體液中均可過(guò)表達(dá)[9]，其過(guò)表達(dá)能夠抑制氧化性肺損傷、增強(qiáng)適應(yīng)性免疫應(yīng)答、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、刺激替代性巨噬細(xì)胞活化、參與纖維化和創(chuàng)傷愈合等病理生理過(guò)程[7]，其蛋白和(或)mRNA表達(dá)可在多種疾病中升高，如類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、原發(fā)性干燥綜合征、糖尿病等[10-14]。

2 YKL-40與哮喘的關(guān)系

近年研究發(fā)現(xiàn)，YKL-40可作為一種新型炎癥標(biāo)志物，在哮喘患者血清、呼吸道上皮細(xì)胞及支氣管肺泡灌洗液中水平升高，并與哮喘嚴(yán)重程度密切相關(guān)。

在血清學(xué)水平上，血清YKL-40水平與哮喘嚴(yán)重程度呈正相關(guān)關(guān)系，與第1秒用力呼氣容積(FEV1)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。國(guó)外一項(xiàng)研究顯示，急性加重期哮喘患者血清YKL-40水平高于哮喘控制良好者，哮喘控制良好者血清YKL-40水平高于健康志愿者，并且急性加重期哮喘患者血清YKL-40水平與FEV1呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[15]。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究結(jié)論與其基本一致，除此之外，他們還發(fā)現(xiàn)血清YKL-40水平與血清總IgE水平、外周血嗜酸性粒細(xì)胞百分率呈正相關(guān)關(guān)系[6]。結(jié)果提示哮喘患者血清YKL-40水平升高，且其水平與哮喘嚴(yán)重程度呈正相關(guān)關(guān)系。此外，YKL-40可能還參與哮喘患者體內(nèi)的炎癥反應(yīng)。

在細(xì)胞水平上，CHUPP等[16]運(yùn)用免疫組化法證實(shí)了YKL-40的血清學(xué)水平與呼吸道上皮細(xì)胞中YKL-40表達(dá)呈正相關(guān)關(guān)系。CHUPP等[16]研究還發(fā)現(xiàn)，YKL-40陽(yáng)性染色見(jiàn)于大多數(shù)哮喘患者呼吸道上皮細(xì)胞，且在重度哮喘患者中YKL-40陽(yáng)性染色的呼吸道上皮細(xì)胞數(shù)量明顯增加；在重度哮喘患者支氣管肺泡灌洗液巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中亦發(fā)現(xiàn)YKL-40高表達(dá)。結(jié)果表明YKL-40在哮喘患者，尤其是重度哮喘患者支氣管上皮細(xì)胞中表達(dá)增加。

在基因水平上，編碼YKL-40的基因變異可參與哮喘的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，并與兒童哮喘控制不良和炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生密切相關(guān)[17]。

3 YKL-40在哮喘發(fā)病中的作用

目前，哮喘確切的病因和發(fā)病機(jī)制尚不清楚，被認(rèn)為是遺傳因素和環(huán)境因素相互作用導(dǎo)致的一種異質(zhì)性疾病。研究表明，YKL-40可通過(guò)介導(dǎo)Th2型炎癥反應(yīng)，調(diào)控炎癥細(xì)胞凋亡；可通過(guò)誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-8，參與哮喘炎癥反應(yīng)，促進(jìn)支氣管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，從而參與氣道重塑；可通過(guò)刺激黏蛋白5AC分泌，促進(jìn)氣道黏液栓形成，從而加重哮喘癥狀。除此之外，編碼YKL-40的基因單核苷酸多態(tài)性與哮喘嚴(yán)重程度亦呈明顯相關(guān)性。

3.1 介導(dǎo)Th2型炎癥反應(yīng) 在哮喘發(fā)病過(guò)程中，Th2型淋巴細(xì)胞激活及IL-13分泌是導(dǎo)致過(guò)敏性氣道炎癥反應(yīng)的重要機(jī)制。IL-13分泌可誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞交替活化，這些活化的巨噬細(xì)胞在炎癥反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[7]。

KUEPPER等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)對(duì)變應(yīng)原刺激時(shí)，過(guò)敏原沉積部位YKL-40水平顯著增加；在變應(yīng)原激發(fā)后24 h，血清YKL-40水平顯著升高，而支氣管肺泡灌洗液YKL-40水平更高；此外，支氣管肺泡灌洗液YKL-40水平還與過(guò)敏原激發(fā)后24 h嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。由此可知，YKL-40參與了過(guò)敏性哮喘的免疫反應(yīng)過(guò)程。

BRP-39是YKL-40的小鼠同源物。為了確定BRP-39是否受Th2型細(xì)胞因子的調(diào)控，LEE等[19]比較了正常小鼠和經(jīng)卵清蛋白(OVA)致敏小鼠肺組織BRP-39表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)OVA致敏小鼠肺組織BRP-39 mRNA和蛋白表達(dá)明顯高于正常小鼠，并且暴露于氣溶膠OVA 24 h后，OVA致敏小鼠肺組織BRP-39 mRNA和蛋白表達(dá)持續(xù)升高。結(jié)果提示，BRP-39在抗原誘導(dǎo)的Th2型炎癥反應(yīng)過(guò)程中具有明顯促進(jìn)作用。為了進(jìn)一步研究BRP-39在OVA誘導(dǎo)的Th2型炎癥反應(yīng)中的作用，LEE等[19]進(jìn)一步觀察了空白對(duì)照小鼠和BRP-39基因缺失小鼠經(jīng)致敏原刺激后所產(chǎn)生的Th2型細(xì)胞因子IL-13、IL-4水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)空白對(duì)照小鼠經(jīng)致敏原刺激后Th2型細(xì)胞因子IL-13、IL-4 mRNA和蛋白表達(dá)顯著升高，而B(niǎo)RP-39基因缺失小鼠未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似對(duì)Th2型細(xì)胞因子的誘導(dǎo)作用。這些研究結(jié)果表明，BRP-39/YKL-40在Th2型炎癥反應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。

3.2 促進(jìn)氣道重塑 氣道重塑是哮喘的重要病理生理特征，主要表現(xiàn)為上皮下基膜纖維化、氣道平滑肌細(xì)胞增殖、氣道壁增厚、黏膜水腫、膠原蛋白沉積和基底膜增厚等。早期規(guī)范治療，阻止氣道重塑發(fā)生，是哮喘治療的重要目標(biāo)。

研究發(fā)現(xiàn)，YKL-40在支氣管平滑肌細(xì)胞(BSMCs)增殖和遷移過(guò)程中起重要作用；他們用YKL-40分別處理支氣管上皮細(xì)胞BEAS-2B和HBECs，并將條件培養(yǎng)基添加到BSMCs中，然后觀察了BSMCs增殖和遷移能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)支氣管上皮細(xì)胞經(jīng)YKL-40處理后，IL-8產(chǎn)生顯著增加，而IL-8能夠刺激BSMCs增殖和遷移能力，但當(dāng)IL-8被中和后，其促進(jìn)BSMCs增殖和遷移的能力被抑制[20]。這表明YKL-40可能通過(guò)誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-8參與哮喘的炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)BSMCs增殖和遷移，進(jìn)而參與哮喘的氣道重塑。SUN等[21]研究亦證實(shí)，YKL-40可通過(guò)增加氣道平滑肌質(zhì)量、誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和上皮下基膜纖維化來(lái)促進(jìn)哮喘的氣道重塑，在這一過(guò)程中，F(xiàn)AK和MAPK信號(hào)通路被激活，而抑制FAK或MAPK信號(hào)通路則可改善YKL-40誘導(dǎo)的氣道重塑。

由此可知，YKL-40可通過(guò)直接或間接方式促進(jìn)BSMCs增殖和遷移，促進(jìn)氣道重塑，從而加快哮喘進(jìn)展。

3.3 調(diào)控炎癥細(xì)胞凋亡 哮喘是一種慢性氣道炎癥性疾病，多種炎癥細(xì)胞和細(xì)胞因子參與其發(fā)病過(guò)程。其中，Th1/Th2型細(xì)胞因子失衡是目前公認(rèn)的哮喘發(fā)病機(jī)制之一。

研究表明，經(jīng)變應(yīng)原致敏后，小鼠肺內(nèi)巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞是表達(dá)BRP-39/YKL-40的主要細(xì)胞。一方面，BRP-39/YKL-40可增加肺內(nèi)樹(shù)突狀細(xì)胞數(shù)量，進(jìn)一步激活并導(dǎo)致Th2型細(xì)胞因子極化增強(qiáng)；另一方面，BRP-39/YKL-40還可通過(guò)減少T細(xì)胞凋亡或增加T細(xì)胞存活來(lái)增加Th2型細(xì)胞數(shù)量，而活化T細(xì)胞分泌的TGF-β和其他類(lèi)似Th2型細(xì)胞因子產(chǎn)生的生長(zhǎng)因子可刺激氣道重建，與此同時(shí)，這些細(xì)胞因子(如IL-13、IL-4)又可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡反應(yīng)或選擇性巨噬細(xì)胞激活，進(jìn)一步促進(jìn)BRP-39/YKL-40產(chǎn)生[7]。

LEE等[19]將正常小鼠和BRP-39/YKL-40基因缺失小鼠給予同等過(guò)敏原刺激后發(fā)現(xiàn)，BRP-39/YKL-40基因缺失小鼠體內(nèi)炎癥細(xì)胞凋亡水平較正常小鼠明顯增強(qiáng)，他們認(rèn)為由BRP-39/YKL-40誘導(dǎo)的保護(hù)反應(yīng)與抗凋亡作用增強(qiáng)有關(guān)。而且在相關(guān)體外研究中發(fā)現(xiàn)，BRP-39可直接抑制嗜酸性粒細(xì)胞、T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡或死亡。

以上研究表明，BRP-39/YKL-40在Th2型炎癥反應(yīng)和組織重塑的起始與效應(yīng)階段建立了新的調(diào)控機(jī)制，這些蛋白有可能是Th2型細(xì)胞和巨噬細(xì)胞介導(dǎo)疾病的作用靶點(diǎn)。

3.4 YKL-40基因單核苷酸多態(tài)性 YKL-40的編碼基因定位于染色體1q31-32，包含10個(gè)外顯子，大小約8 kb。YKL-40的編碼基因具有多個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，目前已發(fā)現(xiàn)超過(guò)200個(gè)，部分變異位點(diǎn)被證實(shí)與哮喘的易感性有關(guān)[8]。

YKL-40編碼基因的多態(tài)性與哮喘的關(guān)系已在許多國(guó)家或地區(qū)人群中得到廣泛研究。在對(duì)白種人和亞洲人群全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，YKL-40是一個(gè)具有啟動(dòng)子多態(tài)性的基因，其基因多態(tài)性與循環(huán)中YKL-40水平、哮喘患病率、氣道高反應(yīng)性和肺功能異常密切相關(guān)[22]。TSAI等[23]研究發(fā)現(xiàn)，YKL-40基因rs1538372、rs10399931位點(diǎn)多態(tài)性可作為臺(tái)灣地區(qū)人群哮喘風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的遺傳標(biāo)志；在西歐和美國(guó)人群中，一項(xiàng)關(guān)于哮喘的全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，YKL-40基因啟動(dòng)子區(qū)域的rs4950928位點(diǎn)多態(tài)性與血清YKL-40水平有關(guān)，其多態(tài)性會(huì)破壞轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致血清YKL-40水平降低[24]；在中國(guó)西南地區(qū)漢族人群中，YKL-40基因rs10399931位點(diǎn)CT/TT基因型可增加其哮喘的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[25]。有研究還發(fā)現(xiàn)，YKL-40基因內(nèi)含子區(qū)域rs12141494位點(diǎn)多態(tài)性與哮喘嚴(yán)重程度、肺功能以及血液YKL-40水平有關(guān)，并參與哮喘的氣道重塑[26]。由此得知，YKL-40的編碼基因多態(tài)性可能參與哮喘發(fā)病，并與哮喘嚴(yán)重程度有一定相關(guān)性。但YKL-40基因單核苷酸多態(tài)性與哮喘的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

3.5 刺激黏蛋白5AC分泌 在一系列慢性炎癥性呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、慢性阻塞性肺疾病、慢性支氣管炎等，黏液分泌過(guò)剩是一個(gè)重要的臨床表現(xiàn)。黏蛋白是氣道黏液的主要成分之一，而黏蛋白5AC是氣道黏蛋白中最常見(jiàn)的類(lèi)型[27]。黏蛋白5AC過(guò)度分泌會(huì)在氣道中積聚，促進(jìn)黏液栓形成，進(jìn)而導(dǎo)致慢性咳嗽、咳痰癥狀。

研究發(fā)現(xiàn)，YKL-40水平升高可增加黏蛋白5AC表達(dá)，且呈劑量和時(shí)間依賴(lài)性，同時(shí)伴有ERK和NF-κB信號(hào)通路激活，這些反應(yīng)可被特異性小干擾RNA或PAR2顯著抑制。YKL-40誘導(dǎo)的黏蛋白5AC過(guò)量產(chǎn)生還能被FAK有效抑制。這表明YKL-40可能通過(guò)激活PAR2和FAK信號(hào)通路，從而刺激黏蛋白5AC過(guò)量產(chǎn)生[28]。因此，進(jìn)一步研究YKL-40與氣道慢性炎癥性疾病中黏液分泌過(guò)剩的關(guān)系，有可能為哮喘的治療提供新的方向。

綜上所述，YKL-40作為一種新型的慢性氣道炎癥標(biāo)志物，能夠通過(guò)介導(dǎo)Th2型炎癥反應(yīng)、控制炎癥細(xì)胞凋亡、刺激黏蛋白5AC分泌、參與氣道重塑等參與哮喘的發(fā)病過(guò)程；YKL-40不僅有助于評(píng)估哮喘的嚴(yán)重程度，還有望成為一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。雖然YKL-40被認(rèn)為是哮喘診斷或治療的生物標(biāo)志物，但其在哮喘發(fā)病中的具體作用機(jī)制尚未完全闡明，仍需進(jìn)一步研究。