引用本文： 楊添文, 楊麗芬, 任朝鳳, 楊艷霞, 鄭勤玲, 劉姝, 曾小藝, 黃倩, 李梅華. 煙草相關性慢性阻塞性肺疾病氣道炎癥研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2020, 19(6): 621-625. doi: 10.7507/1671-6205.201909028 復制
近年來，大量的科學研究對慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）的發病機制進行了深入的剖析探索，并取得了令人矚目的進展，為慢阻肺提供了新的治療靶點[1]。香煙（cigarette smoke，CS）的主要成分，如焦油、尼古丁等，已被確定為最有可能導致包括慢阻肺在內的多種疾病的病因，這些成分中有許多會引起炎癥、氧化應激和凋亡[2]。本文就國內外近年來對煙草相關性慢阻肺的氣道炎癥研究現狀做一綜述，主要從炎癥介質白細胞介素（interleukin，IL）、蛋白酶、上皮–間充質轉化（epithelial mesenchymal transitions，EMT）、信號通路等方面進行闡述，旨在為潛在新治療及研究方向提供思路。
1 與炎癥介質 IL 的關系
研究由 CS 等污染物引發的加速慢阻肺進展的免疫應答機制，是世界范圍內研究的熱點。Barnes[3]研究發現，許多細胞參與慢阻肺的病理生理過程，其中最重要的是中性粒細胞、巨噬細胞、CD4+和 CD8+T 淋巴細胞及其產生的化學介質（細胞因子、趨化因子等），吸煙可激活巨噬細胞、氣道上皮細胞等先天免疫細胞，釋放多種趨化因子，在慢阻肺的發病機制中起著關鍵作用。
研究較多的是 IL 家族，IL-1 的成員如 IL-1α 和 IL-1β 促炎細胞因子，可通過與受體 IL-1 R1 結合，激活多種免疫細胞，分泌促炎細胞因子 IL-6 和腫瘤壞死因子-α 趨化因子，如單核細胞趨化蛋白 1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）、巨噬細胞炎性蛋白-1α（macrophage inflammatory protein 1 α，MIP-1α）、巨噬細胞炎性蛋白-1β（macrophage inflammatory protein 1 β，MIP-1β）、基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）等，導致炎癥反應加劇，及上皮屏障功能受損，IL-1 通路在慢阻肺患者中是活躍的，但研究顯示，單獨抑制 IL-1β 不足以提高慢阻肺的臨床療效，建議聯合抑制，即同時抑制 IL-1α 和 IL-1β，降低 CS/H1N1 病毒誘導炎癥[4]。Yi 等[5]研究發現，肺小氣道上皮細胞中趨化因子 2（CCL2）、CCL7、IL-1β 和 IL-1R2 基因表達增加，上調最多的基因是 IL-1β、CCL2、CCL23 和 CXCL14，在慢阻肺小氣道上皮細胞，顯示 IL-1β 與慢阻肺疾病特征高度相關，對 IL-1β 表達調控機制的詳細了解可能為慢阻肺慢性氣道炎癥的研究提供思路。
IL-17RA 或 IL-17A 抗體中和證實，IL-17A 是與氣道炎癥和纖維化相關的致病 IL-17 亞型，IL-17RA 是與氣道炎癥和纖維化相關的受體[6]。Roos 等[7]研究發現，IL-17A 在慢阻肺組織表達增加，并與肺功能下降相關，吸煙者與非吸煙者比較，IL-17A 在重度和極重度慢阻肺（GOLD Ⅲ/Ⅳ）患者中均顯著升高，輔助性 T 細胞 17（T helper cell 17，Th17）CD4+誘導因子的重要介質是血清淀粉樣蛋白 a（serum amyloid A，SAA），而 SAA 是一種有效的內源性配體，刺激 Th17 的表達，促進炎癥介質的表達和中性粒細胞趨化，該研究認為，Th17 被認為是主要參與者之一，它涉及一個復雜的促炎癥細胞和分子系統。因此，有必要開展臨床和基礎研究。
IL-22 主要細胞來源包括 CD4+T 輔助性細胞、T 細胞、自然殺傷 T 細胞（natural killer T，NKT）和固有淋巴細胞 3（group 3 innate lymphoid cells，ILC3）[8]。Starkey 等[9]研究發現，CS 暴露下，實驗性慢阻肺患者肺 IL-22 水平升高，源于 CD4+T 輔助細胞、NKT 細胞、ILC3 等水平升高，研究表明，IL-22 促進了 CS 誘導的肺中性粒細胞炎癥、氣道重塑和肺功能損害，但是，IL-22 表達的功能結果可能是病理的，也可能是保護性的，這取決于 IL-22 表達的環境，由于 IL-22 在病原體清除中的中心作用，抑制 IL-22 可能增加病情惡化的風險，因此，在靶向 IL-22 信號的治療方法中需要謹慎，IL-22 與慢阻肺的遺傳因素、感染/定殖和表型之間的關系仍有待確定。
IL-27 在香煙誘導下可增加 CXC 趨化因子配體 10（CXCL10）分泌，CXCL10 可直接刺激人支氣管上皮細胞（human bronchial epithelial cells，16HBE），從而介導炎癥細胞的募集，CXCL10 過表達，導致香煙煙草提取物（cigarette smoke extract，CSE）誘導小鼠 IL-6、角質形成細胞趨化因子（keratinocyte chemoattractant，KC）、MCP-1 水平升高，CXCL10 干預（如酪氨酸激酶抑制劑）或中和抗體抑制 CSE 誘導的細胞壞死和炎癥細胞因子的活化，逆轉了這一趨勢。CXCL10 可能成為慢阻肺臨床治療的新靶點[10]。Chen 等[11]研究也發現，CXCL5 已被證明是一種強趨化劑，可能作為一種潛在的基于血液的生物標志物，有助于慢阻肺的初篩。
IL-33 位于細胞核，在損傷、應激或細胞死亡后，從細胞核中釋放出來，并通過腫瘤抑制素 2 受體的跨膜形式發揮促炎生物學功能，起著基因調控的作用。CS 作為慢阻肺的一個關鍵誘因，它不僅能激活上皮細胞和內皮細胞產生 IL-33，而且還誘導外周血單核細胞中 IL-33 的表達，而 IL-33 表達增強，與淋巴細胞 CD8+數量增加有關。此外，IL-33 增強嗜酸性粒細胞、巨噬細胞和 Th2 淋巴細胞的募集，這一慢阻肺模型僅在小鼠動物實驗中得到證實，有待進一步研究認證[12]。Lee 等[13]研究發現，慢性 CS 暴露導致肺血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的下調，耗盡嚴重慢阻肺患者 VEGF 的保護功能。研究結果表明，CS 暴露與 VEGF 基因缺失有關，VEGF 介導的保護性屏障的喪失，將放大 IL-33 介導的炎癥反應,觸發了炎癥反應的失控，大量巨噬細胞和中性粒細胞的存在，導致肺泡壁結構喪失，破壞肺功能。實驗數據顯示，CS 暴露引起小鼠氧飽和度水平降低約 10%，而平均值為 62%。CS 暴露下，VEGF 缺乏的小鼠肺環境啟動了一種機制，延長 IL-33 介導的細胞因子反應在腫瘤抑制素 2 的炎癥細胞群表達的時間。
2 與蛋白酶的關系
α-抗胰蛋白酶（α-antitrypsin，αAT 或 AAT）是一種糖蛋白，重 52 kDa，含有三種 n-糖苷連接的復雜寡糖，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑（serine protease inhibitor，Serpin）家族，AAT 基因顯性遺傳，由位于 14 號（14q31-32.3）染色體長臂上的重組人 a-1 抗胰蛋白酶（SERPINA1）基因編碼，研究發現，AAT 水平與 C 反應蛋白、白細胞呈顯著正相關，隨著慢阻肺分期的增加而顯著升高[14]。Senn 等[15]研究顯示，血清 AAT 水平與 C 反應蛋白呈正相關，與第 1 秒用力呼氣容積呈負相關。這與 Sclar 等[16]研究類似，第 1 秒用力呼氣容積隨著 AAT 增強治療的增加而降低。Ferrarotti 等[17]提出不同意見，血清 AAT 水平不受 C 反應蛋白水平影響，AAT 有待于進一步研究。
哺乳動物基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）由 24 到 25 個內肽酶家族組成，作用于多種細胞外基質，多數 MMPs 在正常組織中不表達，但 MMP-28 是一個關鍵的例外。MMP-28 是 MMP 家族的最后一個基質金屬蛋白酶成員，它具有 MMPs 的原型結構域，還包含一個呋喃激活序列，并在分泌途徑中被激活[18]。MMP-28 由肺上皮細胞、巨噬細胞及白細胞等多種細胞表達，在吸煙引起的慢性肺部炎癥和組織重塑方面發揮促進作用，但我們沒有找到一種有效的抗體來檢測 MMP-28 在小鼠組織中的定位，僅僅能確定 MMP-28 在疾病發病機制中發揮了作用[19]。
絲裂原激活蛋白激酶激酶激酶 19（mitogen activated protein kinase kinase kinase 19，MAP3K19）是一種主要由肺泡和肺間質巨噬細胞及支氣管上皮細胞表達的新型激酶。MAP3K19 外源表達的細胞造成核轉錄因子-kB（nuclear factor-kappaB，NF-kB）的轉錄上調，分泌趨化因子 CXCL-8、CCL-20、CCL-7。siRNA 或小分子量抑制劑對 MAP3K19 活性的抑制可降低吸煙引起的各種小鼠模型炎癥反應，包括降低肺中性粒細胞和趨化因子 KC 水平，MAP3K19 監管的核易位激活后 P-Smad（磷酸化信號通路）2/3 轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）刺激細胞，作為激酶的抑制，阻止核 P-Smads 的積累[20]。Boehme 等[21]研究表明，MAP3K19 可以調節 TGF-β 信號和誘導基因轉錄活性磷的控制核易位 Smads。MAP3K19 作為一種進化保守的新型激酶，能在呼吸道病毒感染后允許 β 干擾素（interferon-β，IFN-β），TGF-β 水平迅速上升，從而導致減少病毒感染，MAP3K19 充當分子傳感器的環境壓力、策劃協調 NF-κB 促炎性反應途徑導致趨化因子的分泌和嗜中性粒細胞招募和轉化生長因子 β 途徑影響組織重構[22]。
免疫蛋白酶體是一種特殊類型的蛋白酶體，針對病毒感染細胞的主要適應性免疫反應包括主要組織相容性復合體Ⅰ類（major histocompatibility complex Ⅰ，MHCⅠ）介導的病毒抗原向 CD8+T 細胞表達，病毒衍生肽由泛素–蛋白酶體系統生成，安裝在 MHCⅠ分子上，暴露在細胞表面，巡邏 CD8+T 細胞，有效地清除病毒感染細胞[23]。泛素–蛋白酶體系統將 90% 以上的細胞蛋白（包括舊的和受損的）降解為小肽[24]。Kammerl 等[23]研究首次提出，煙霧介導的免疫蛋白酶體含量的改變導致 MHCⅠ表面表達的改變和 MHCⅠ介導的免疫蛋白酶體特異性抗原的表達，同時影響 T 細胞介導的免疫反應，但僅僅暴露于吸煙環境可能不足以介導免疫蛋白酶體表達的持續降低。
3 與 EMT 的關系
Aghapour 等[25]研究發現，長期暴露于外部損傷可導致吸煙者和慢阻肺患者上皮細胞正常結構發生明顯變化，基底細胞異常增多，上皮細胞連接完整性下降。在慢阻肺患者和吸煙患者中，上皮細胞的細胞重編程導致 EMT。EMT 可分為三種類型：I 型代表自然過程，II 型導致器官纖維化，Ⅲ型則是與促血管生成以及與癌癥相關[26]。
慢性炎癥條件下，上皮細胞無法有效修復，出現杯狀細胞增生、鱗狀細胞化生、促炎趨化因子誘導、基質金屬蛋白酶構和功能改變[27]。Mahmood 等[28]研究表明，EMT 在吸煙者和早期（輕度至中度）慢阻肺患者很可能與 TGF-β 相關途徑的激活有關。導致核轉錄因子的表達增加，其他潛在的互動途徑證明加強 EMT 的變化，例如，TGF-β1 和 p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）/PI3K/Akt 信號通路相互補充，并在慢阻肺患者體內激活 SMAD2/3 信號模型[29]。此外，在吸煙者和慢阻肺中也觀察到表皮生長因子受體配體，重組人肝素結合性表皮生長因子（heparin-binding epidermal growth factor，HB-EGF）加強 EMT 相關和氣道交互建模更改可能通過增加 TGF β 通路的調節，在以人抗原 R（HuR）為靶點的 siRNA 處理的細胞中，EMT 蛋白細胞含量的增加被發現減少了[30]。該課題組的另一項研究顯示，HuR 及相關 EMT 在慢阻肺患者中的表達增加提示了一個潛在的治療靶點，HuR 在 EMT 和疾病表現調控中的作用使其成為治療策略的一個有吸引力的靶點[31]。
而 Murray 等[32]研究發現，短期內，CS 并不調節 EMT，而是誘導上皮細胞增殖、凋亡和 CXCL8/IL8 的產生，同時單靠 CS 不足以誘導慢阻肺中觀察到的慢性氣道重構，還需要額外的損傷，如病毒感染，CS 對上皮細胞造成明顯的凋亡負擔，在體外或體內使用的濃度和時間都不會誘導 EMT，接觸 TGF-β1 后，上皮細胞表達間充質標志纖連蛋白–額外結構域 A 增加，而下調表達上皮鈣粘蛋白標志。在正常條件下，CSE 在體內外均可誘導上皮細胞發生炎癥反應和促凋亡反應，但在慢阻肺中這些反應被減弱。此外，CSE 不會在體內或體外誘導 EMT 表型，至少在測定的時間點上不會，CS 只是使慢阻肺患者的上皮細胞對環境損傷的反應能力受損。
4 與其他相關機制的關系
4.1 信號通路
Wnt5a 是被廣泛研究的 Wnt 家族成員之一，它通過激活或抑制典型的 Wnt 信號通路來調節細胞反應。Liao 等[33]研究發現，小鼠動物模型中，CS 或 CSE 上調了小鼠 Wnt5a 的表達，Wnt5a 依賴 Wnt 信號，通過配體激活 β-聯蛋白（β-catenin，WNT 信號通路的重要調節蛋白）來調節細胞遷移、增殖和生存。Feller 等[34]研究發現，Wnt5a 和 IL-6/IL-8 與小鼠和 16HBE 細胞均存在明顯相關性，證明 Wnt5a 過表達與慢阻肺氣道炎癥密切相關，通過細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）通路激活，正向調節炎癥細胞因子的分泌，特異性的 Wnt5a 拮抗劑 BOX 5 通過 Wnt5a-ERK 信號通路阻斷，有效減輕 CSE 引起的氣道炎癥。
Heijink 等[35]研究了已氣道重構吸煙慢阻肺患者的 WNT-5B 信號通路時發現，慢阻肺患者肺組織中氣道上皮細胞 WNT-5B 的表達明顯高于（非吸煙）對照組原發性支氣管上皮細胞（primary bronchial epithelial cells，PBECs），香煙顯著提高慢阻肺患者 WNT-5B mRNA 的表達，但不影響對照組 PBECs 的表達，研究還發現，WNT-5B 的過度表達，與香煙暴露于慢阻肺患者的支氣管上皮細胞所致的 TGF-β/Smad3 相關基因的過表達及氣道重塑有關，TGF-β 在慢阻肺氣道重構的發生中起到一個關鍵的中介作用，和 EMT 類似，參與組織修復過程，吸煙已被證明與依賴 TGF-β 的氣道上皮 EMT 的相關方式有關，針對 WNT-5B 可能成為治療慢阻肺患者氣道重塑的一種新的治療方法。
Zhou 等[36]研究發現，慢阻肺患者血清中分泌型卷曲蛋白 2（secreted frizzled-related proteins 2，sFRP2）明顯升高，暴露于 CSE 的 HBE 細胞中 sFRP2 升高。Wnt/β-catenin 信號在慢阻肺進展過程扮演關鍵角色，減少 sFRP2 通過 Wnt/β-catenin 途徑下調 Th17/Treg 的比率，Th17 炎癥細胞與免疫抑制調節 T 細胞（regulatory cells，Treg）的失衡是慢阻肺進展的重要原因，sFRP2 誘導炎性細胞因子通過抑制 Wnt/β-catenin 通路發揮重要作用，通過表觀遺傳修飾劑抑制 sFRP2 可能為慢阻肺提供一種有希望的治療方法。
4.2 線粒體
線粒體轉錄因子 A（mitochondrial transcription factor A，mt TFA）是 HMG box 家族成員之一，是一種核編碼蛋白，與線粒體 DNA（mitochondrion DNA，mt DNA）的輕鏈啟動子（light-strand promoter，LSP）和重鏈啟動子 1（high-strand promoter 1，HSP1）上游結合，調控線粒體轉錄起始和 mt DNA 拷貝數，mt TFA 在線粒體功能和病理生理條件（包括免疫反應、壞死和炎癥）中發揮重要作用。Peng 等[37]研究發現，吸煙誘導 mt TFA 啟動子的甲基化和失活，從而降低了慢阻肺發病機制中 mt TFA mRNA 和蛋白水平的表達，這種變化可以通過去甲基化得到很大程度上的恢復。Cloonan 等[38]研究發現，鐵調節蛋白 2（iron regulatory protein 2，IRP2）是小鼠肺線粒體功能的調節因子，IRP2 是一個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，使用線粒體鐵螯合劑或低鐵飲食的小鼠均可免受慢阻肺的影響，研究首次描述了 IRP2 在肺中的功能作用，其中 IRP2 通過調節線粒體鐵負荷和細胞色素 C 氧化酶促進實驗性慢阻肺中的線粒體功能障礙，在慢阻肺模型中，使用鐵素體遞質緩蝕劑的線粒體鐵螯合可減輕已建立的疾病。這突出了又一種潛在的治療慢阻肺的新方法。
4.3 其他
環氧三烯酸（epoxyeicosatrienoic acids，EETs）是一種花生四烯酸衍生物，具有良好的抗炎作用，可通過調節自噬作用保護心臟和肝臟，因此，可溶性環氧化物水解酶 2（soluble epoxide hydrolase，sEH，Ephx2）降低介導的 EETs 水解在體內對炎癥、肺氣腫、肺功能和自噬的影響，在慢阻肺小鼠模型中，Ephx2 缺乏自噬抑制，自噬主要起保護作用，過度自噬和受損的自噬均可導致細胞死亡，原因是自噬與凋亡的相互作用，使用 Ephx2 缺失的小鼠模型來探討該基因對慢性慢阻肺的影響，缺乏這種基因的小鼠肺部炎癥較少，肺氣腫和空氣阻力也較低，此外，該基因可能有助于減少自噬[39]。這可能是慢阻肺治療的一個新的治療靶點。
微 RNA（microRNA 或 miRNA）是一種進化內源性、保守的非編碼 RNA，在抑制蛋白表達中發揮重要調控作用，miR-181c 是 miR-181 家族的成員，證據表明，miRNA 的失調在慢阻肺的發病和發展中起著至關重要的作用，然而，microRNA-181c 的影響和作用尚未在慢阻肺小鼠模型中進行研究[40]。Du 等[41]研究顯示，過表達 miR-181c 可減輕 CS 暴露小鼠肺損傷和中性粒細胞浸潤，暴露于 cs 的小鼠肺組織中 IL-6 和 IL-8 水平升高，降低 IL-6 和 IL-8 水平，減輕了慢阻肺肺損傷，而 miR-181c 抑制肺損傷的加重。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點，值得注意的是，CCN1 可能是一個中樞信號調度器。
5 展望
綜上所述，盡管目前，大量的科學研究對慢阻肺發病機制進行了深入研究，并取得了令人矚目的進展。但可以看到的是，慢阻肺機制極其復雜，病因多，有炎性介質、趨化因子、蛋白酶、EMT、信號通路等大量相關因素共同參與。以炎癥介質為例，IL-1B、Th17、IL-22、IL-27、CXCL5、IL-33 等均可能作為一種潛在的生物標志物，有助于慢阻肺的初篩。展望未來，在先前學者研究的基礎上進行更深入的探索，我們堅信，終能發現慢阻肺的有效治療靶點，改善慢阻肺患者的生存質量。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
近年來，大量的科學研究對慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）的發病機制進行了深入的剖析探索，并取得了令人矚目的進展，為慢阻肺提供了新的治療靶點[1]。香煙（cigarette smoke，CS）的主要成分，如焦油、尼古丁等，已被確定為最有可能導致包括慢阻肺在內的多種疾病的病因，這些成分中有許多會引起炎癥、氧化應激和凋亡[2]。本文就國內外近年來對煙草相關性慢阻肺的氣道炎癥研究現狀做一綜述，主要從炎癥介質白細胞介素（interleukin，IL）、蛋白酶、上皮–間充質轉化（epithelial mesenchymal transitions，EMT）、信號通路等方面進行闡述，旨在為潛在新治療及研究方向提供思路。
1 與炎癥介質 IL 的關系
研究由 CS 等污染物引發的加速慢阻肺進展的免疫應答機制，是世界范圍內研究的熱點。Barnes[3]研究發現，許多細胞參與慢阻肺的病理生理過程，其中最重要的是中性粒細胞、巨噬細胞、CD4+和 CD8+T 淋巴細胞及其產生的化學介質（細胞因子、趨化因子等），吸煙可激活巨噬細胞、氣道上皮細胞等先天免疫細胞，釋放多種趨化因子，在慢阻肺的發病機制中起著關鍵作用。
研究較多的是 IL 家族，IL-1 的成員如 IL-1α 和 IL-1β 促炎細胞因子，可通過與受體 IL-1 R1 結合，激活多種免疫細胞，分泌促炎細胞因子 IL-6 和腫瘤壞死因子-α 趨化因子，如單核細胞趨化蛋白 1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）、巨噬細胞炎性蛋白-1α（macrophage inflammatory protein 1 α，MIP-1α）、巨噬細胞炎性蛋白-1β（macrophage inflammatory protein 1 β，MIP-1β）、基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）等，導致炎癥反應加劇，及上皮屏障功能受損，IL-1 通路在慢阻肺患者中是活躍的，但研究顯示，單獨抑制 IL-1β 不足以提高慢阻肺的臨床療效，建議聯合抑制，即同時抑制 IL-1α 和 IL-1β，降低 CS/H1N1 病毒誘導炎癥[4]。Yi 等[5]研究發現，肺小氣道上皮細胞中趨化因子 2（CCL2）、CCL7、IL-1β 和 IL-1R2 基因表達增加，上調最多的基因是 IL-1β、CCL2、CCL23 和 CXCL14，在慢阻肺小氣道上皮細胞，顯示 IL-1β 與慢阻肺疾病特征高度相關，對 IL-1β 表達調控機制的詳細了解可能為慢阻肺慢性氣道炎癥的研究提供思路。
IL-17RA 或 IL-17A 抗體中和證實，IL-17A 是與氣道炎癥和纖維化相關的致病 IL-17 亞型，IL-17RA 是與氣道炎癥和纖維化相關的受體[6]。Roos 等[7]研究發現，IL-17A 在慢阻肺組織表達增加，并與肺功能下降相關，吸煙者與非吸煙者比較，IL-17A 在重度和極重度慢阻肺（GOLD Ⅲ/Ⅳ）患者中均顯著升高，輔助性 T 細胞 17（T helper cell 17，Th17）CD4+誘導因子的重要介質是血清淀粉樣蛋白 a（serum amyloid A，SAA），而 SAA 是一種有效的內源性配體，刺激 Th17 的表達，促進炎癥介質的表達和中性粒細胞趨化，該研究認為，Th17 被認為是主要參與者之一，它涉及一個復雜的促炎癥細胞和分子系統。因此，有必要開展臨床和基礎研究。
IL-22 主要細胞來源包括 CD4+T 輔助性細胞、T 細胞、自然殺傷 T 細胞（natural killer T，NKT）和固有淋巴細胞 3（group 3 innate lymphoid cells，ILC3）[8]。Starkey 等[9]研究發現，CS 暴露下，實驗性慢阻肺患者肺 IL-22 水平升高，源于 CD4+T 輔助細胞、NKT 細胞、ILC3 等水平升高，研究表明，IL-22 促進了 CS 誘導的肺中性粒細胞炎癥、氣道重塑和肺功能損害，但是，IL-22 表達的功能結果可能是病理的，也可能是保護性的，這取決于 IL-22 表達的環境，由于 IL-22 在病原體清除中的中心作用，抑制 IL-22 可能增加病情惡化的風險，因此，在靶向 IL-22 信號的治療方法中需要謹慎，IL-22 與慢阻肺的遺傳因素、感染/定殖和表型之間的關系仍有待確定。
IL-27 在香煙誘導下可增加 CXC 趨化因子配體 10（CXCL10）分泌，CXCL10 可直接刺激人支氣管上皮細胞（human bronchial epithelial cells，16HBE），從而介導炎癥細胞的募集，CXCL10 過表達，導致香煙煙草提取物（cigarette smoke extract，CSE）誘導小鼠 IL-6、角質形成細胞趨化因子（keratinocyte chemoattractant，KC）、MCP-1 水平升高，CXCL10 干預（如酪氨酸激酶抑制劑）或中和抗體抑制 CSE 誘導的細胞壞死和炎癥細胞因子的活化，逆轉了這一趨勢。CXCL10 可能成為慢阻肺臨床治療的新靶點[10]。Chen 等[11]研究也發現，CXCL5 已被證明是一種強趨化劑，可能作為一種潛在的基于血液的生物標志物，有助于慢阻肺的初篩。
IL-33 位于細胞核，在損傷、應激或細胞死亡后，從細胞核中釋放出來，并通過腫瘤抑制素 2 受體的跨膜形式發揮促炎生物學功能，起著基因調控的作用。CS 作為慢阻肺的一個關鍵誘因，它不僅能激活上皮細胞和內皮細胞產生 IL-33，而且還誘導外周血單核細胞中 IL-33 的表達，而 IL-33 表達增強，與淋巴細胞 CD8+數量增加有關。此外，IL-33 增強嗜酸性粒細胞、巨噬細胞和 Th2 淋巴細胞的募集，這一慢阻肺模型僅在小鼠動物實驗中得到證實，有待進一步研究認證[12]。Lee 等[13]研究發現，慢性 CS 暴露導致肺血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的下調，耗盡嚴重慢阻肺患者 VEGF 的保護功能。研究結果表明，CS 暴露與 VEGF 基因缺失有關，VEGF 介導的保護性屏障的喪失，將放大 IL-33 介導的炎癥反應,觸發了炎癥反應的失控，大量巨噬細胞和中性粒細胞的存在，導致肺泡壁結構喪失，破壞肺功能。實驗數據顯示，CS 暴露引起小鼠氧飽和度水平降低約 10%，而平均值為 62%。CS 暴露下，VEGF 缺乏的小鼠肺環境啟動了一種機制，延長 IL-33 介導的細胞因子反應在腫瘤抑制素 2 的炎癥細胞群表達的時間。
2 與蛋白酶的關系
α-抗胰蛋白酶（α-antitrypsin，αAT 或 AAT）是一種糖蛋白，重 52 kDa，含有三種 n-糖苷連接的復雜寡糖，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑（serine protease inhibitor，Serpin）家族，AAT 基因顯性遺傳，由位于 14 號（14q31-32.3）染色體長臂上的重組人 a-1 抗胰蛋白酶（SERPINA1）基因編碼，研究發現，AAT 水平與 C 反應蛋白、白細胞呈顯著正相關，隨著慢阻肺分期的增加而顯著升高[14]。Senn 等[15]研究顯示，血清 AAT 水平與 C 反應蛋白呈正相關，與第 1 秒用力呼氣容積呈負相關。這與 Sclar 等[16]研究類似，第 1 秒用力呼氣容積隨著 AAT 增強治療的增加而降低。Ferrarotti 等[17]提出不同意見，血清 AAT 水平不受 C 反應蛋白水平影響，AAT 有待于進一步研究。
哺乳動物基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）由 24 到 25 個內肽酶家族組成，作用于多種細胞外基質，多數 MMPs 在正常組織中不表達，但 MMP-28 是一個關鍵的例外。MMP-28 是 MMP 家族的最后一個基質金屬蛋白酶成員，它具有 MMPs 的原型結構域，還包含一個呋喃激活序列，并在分泌途徑中被激活[18]。MMP-28 由肺上皮細胞、巨噬細胞及白細胞等多種細胞表達，在吸煙引起的慢性肺部炎癥和組織重塑方面發揮促進作用，但我們沒有找到一種有效的抗體來檢測 MMP-28 在小鼠組織中的定位，僅僅能確定 MMP-28 在疾病發病機制中發揮了作用[19]。
絲裂原激活蛋白激酶激酶激酶 19（mitogen activated protein kinase kinase kinase 19，MAP3K19）是一種主要由肺泡和肺間質巨噬細胞及支氣管上皮細胞表達的新型激酶。MAP3K19 外源表達的細胞造成核轉錄因子-kB（nuclear factor-kappaB，NF-kB）的轉錄上調，分泌趨化因子 CXCL-8、CCL-20、CCL-7。siRNA 或小分子量抑制劑對 MAP3K19 活性的抑制可降低吸煙引起的各種小鼠模型炎癥反應，包括降低肺中性粒細胞和趨化因子 KC 水平，MAP3K19 監管的核易位激活后 P-Smad（磷酸化信號通路）2/3 轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）刺激細胞，作為激酶的抑制，阻止核 P-Smads 的積累[20]。Boehme 等[21]研究表明，MAP3K19 可以調節 TGF-β 信號和誘導基因轉錄活性磷的控制核易位 Smads。MAP3K19 作為一種進化保守的新型激酶，能在呼吸道病毒感染后允許 β 干擾素（interferon-β，IFN-β），TGF-β 水平迅速上升，從而導致減少病毒感染，MAP3K19 充當分子傳感器的環境壓力、策劃協調 NF-κB 促炎性反應途徑導致趨化因子的分泌和嗜中性粒細胞招募和轉化生長因子 β 途徑影響組織重構[22]。
免疫蛋白酶體是一種特殊類型的蛋白酶體，針對病毒感染細胞的主要適應性免疫反應包括主要組織相容性復合體Ⅰ類（major histocompatibility complex Ⅰ，MHCⅠ）介導的病毒抗原向 CD8+T 細胞表達，病毒衍生肽由泛素–蛋白酶體系統生成，安裝在 MHCⅠ分子上，暴露在細胞表面，巡邏 CD8+T 細胞，有效地清除病毒感染細胞[23]。泛素–蛋白酶體系統將 90% 以上的細胞蛋白（包括舊的和受損的）降解為小肽[24]。Kammerl 等[23]研究首次提出，煙霧介導的免疫蛋白酶體含量的改變導致 MHCⅠ表面表達的改變和 MHCⅠ介導的免疫蛋白酶體特異性抗原的表達，同時影響 T 細胞介導的免疫反應，但僅僅暴露于吸煙環境可能不足以介導免疫蛋白酶體表達的持續降低。
3 與 EMT 的關系
Aghapour 等[25]研究發現，長期暴露于外部損傷可導致吸煙者和慢阻肺患者上皮細胞正常結構發生明顯變化，基底細胞異常增多，上皮細胞連接完整性下降。在慢阻肺患者和吸煙患者中，上皮細胞的細胞重編程導致 EMT。EMT 可分為三種類型：I 型代表自然過程，II 型導致器官纖維化，Ⅲ型則是與促血管生成以及與癌癥相關[26]。
慢性炎癥條件下，上皮細胞無法有效修復，出現杯狀細胞增生、鱗狀細胞化生、促炎趨化因子誘導、基質金屬蛋白酶構和功能改變[27]。Mahmood 等[28]研究表明，EMT 在吸煙者和早期（輕度至中度）慢阻肺患者很可能與 TGF-β 相關途徑的激活有關。導致核轉錄因子的表達增加，其他潛在的互動途徑證明加強 EMT 的變化，例如，TGF-β1 和 p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）/PI3K/Akt 信號通路相互補充，并在慢阻肺患者體內激活 SMAD2/3 信號模型[29]。此外，在吸煙者和慢阻肺中也觀察到表皮生長因子受體配體，重組人肝素結合性表皮生長因子（heparin-binding epidermal growth factor，HB-EGF）加強 EMT 相關和氣道交互建模更改可能通過增加 TGF β 通路的調節，在以人抗原 R（HuR）為靶點的 siRNA 處理的細胞中，EMT 蛋白細胞含量的增加被發現減少了[30]。該課題組的另一項研究顯示，HuR 及相關 EMT 在慢阻肺患者中的表達增加提示了一個潛在的治療靶點，HuR 在 EMT 和疾病表現調控中的作用使其成為治療策略的一個有吸引力的靶點[31]。
而 Murray 等[32]研究發現，短期內，CS 并不調節 EMT，而是誘導上皮細胞增殖、凋亡和 CXCL8/IL8 的產生，同時單靠 CS 不足以誘導慢阻肺中觀察到的慢性氣道重構，還需要額外的損傷，如病毒感染，CS 對上皮細胞造成明顯的凋亡負擔，在體外或體內使用的濃度和時間都不會誘導 EMT，接觸 TGF-β1 后，上皮細胞表達間充質標志纖連蛋白–額外結構域 A 增加，而下調表達上皮鈣粘蛋白標志。在正常條件下，CSE 在體內外均可誘導上皮細胞發生炎癥反應和促凋亡反應，但在慢阻肺中這些反應被減弱。此外，CSE 不會在體內或體外誘導 EMT 表型，至少在測定的時間點上不會，CS 只是使慢阻肺患者的上皮細胞對環境損傷的反應能力受損。
4 與其他相關機制的關系
4.1 信號通路
Wnt5a 是被廣泛研究的 Wnt 家族成員之一，它通過激活或抑制典型的 Wnt 信號通路來調節細胞反應。Liao 等[33]研究發現，小鼠動物模型中，CS 或 CSE 上調了小鼠 Wnt5a 的表達，Wnt5a 依賴 Wnt 信號，通過配體激活 β-聯蛋白（β-catenin，WNT 信號通路的重要調節蛋白）來調節細胞遷移、增殖和生存。Feller 等[34]研究發現，Wnt5a 和 IL-6/IL-8 與小鼠和 16HBE 細胞均存在明顯相關性，證明 Wnt5a 過表達與慢阻肺氣道炎癥密切相關，通過細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）通路激活，正向調節炎癥細胞因子的分泌，特異性的 Wnt5a 拮抗劑 BOX 5 通過 Wnt5a-ERK 信號通路阻斷，有效減輕 CSE 引起的氣道炎癥。
Heijink 等[35]研究了已氣道重構吸煙慢阻肺患者的 WNT-5B 信號通路時發現，慢阻肺患者肺組織中氣道上皮細胞 WNT-5B 的表達明顯高于（非吸煙）對照組原發性支氣管上皮細胞（primary bronchial epithelial cells，PBECs），香煙顯著提高慢阻肺患者 WNT-5B mRNA 的表達，但不影響對照組 PBECs 的表達，研究還發現，WNT-5B 的過度表達，與香煙暴露于慢阻肺患者的支氣管上皮細胞所致的 TGF-β/Smad3 相關基因的過表達及氣道重塑有關，TGF-β 在慢阻肺氣道重構的發生中起到一個關鍵的中介作用，和 EMT 類似，參與組織修復過程，吸煙已被證明與依賴 TGF-β 的氣道上皮 EMT 的相關方式有關，針對 WNT-5B 可能成為治療慢阻肺患者氣道重塑的一種新的治療方法。
Zhou 等[36]研究發現，慢阻肺患者血清中分泌型卷曲蛋白 2（secreted frizzled-related proteins 2，sFRP2）明顯升高，暴露于 CSE 的 HBE 細胞中 sFRP2 升高。Wnt/β-catenin 信號在慢阻肺進展過程扮演關鍵角色，減少 sFRP2 通過 Wnt/β-catenin 途徑下調 Th17/Treg 的比率，Th17 炎癥細胞與免疫抑制調節 T 細胞（regulatory cells，Treg）的失衡是慢阻肺進展的重要原因，sFRP2 誘導炎性細胞因子通過抑制 Wnt/β-catenin 通路發揮重要作用，通過表觀遺傳修飾劑抑制 sFRP2 可能為慢阻肺提供一種有希望的治療方法。
4.2 線粒體
線粒體轉錄因子 A（mitochondrial transcription factor A，mt TFA）是 HMG box 家族成員之一，是一種核編碼蛋白，與線粒體 DNA（mitochondrion DNA，mt DNA）的輕鏈啟動子（light-strand promoter，LSP）和重鏈啟動子 1（high-strand promoter 1，HSP1）上游結合，調控線粒體轉錄起始和 mt DNA 拷貝數，mt TFA 在線粒體功能和病理生理條件（包括免疫反應、壞死和炎癥）中發揮重要作用。Peng 等[37]研究發現，吸煙誘導 mt TFA 啟動子的甲基化和失活，從而降低了慢阻肺發病機制中 mt TFA mRNA 和蛋白水平的表達，這種變化可以通過去甲基化得到很大程度上的恢復。Cloonan 等[38]研究發現，鐵調節蛋白 2（iron regulatory protein 2，IRP2）是小鼠肺線粒體功能的調節因子，IRP2 是一個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，使用線粒體鐵螯合劑或低鐵飲食的小鼠均可免受慢阻肺的影響，研究首次描述了 IRP2 在肺中的功能作用，其中 IRP2 通過調節線粒體鐵負荷和細胞色素 C 氧化酶促進實驗性慢阻肺中的線粒體功能障礙，在慢阻肺模型中，使用鐵素體遞質緩蝕劑的線粒體鐵螯合可減輕已建立的疾病。這突出了又一種潛在的治療慢阻肺的新方法。
4.3 其他
環氧三烯酸（epoxyeicosatrienoic acids，EETs）是一種花生四烯酸衍生物，具有良好的抗炎作用，可通過調節自噬作用保護心臟和肝臟，因此，可溶性環氧化物水解酶 2（soluble epoxide hydrolase，sEH，Ephx2）降低介導的 EETs 水解在體內對炎癥、肺氣腫、肺功能和自噬的影響，在慢阻肺小鼠模型中，Ephx2 缺乏自噬抑制，自噬主要起保護作用，過度自噬和受損的自噬均可導致細胞死亡，原因是自噬與凋亡的相互作用，使用 Ephx2 缺失的小鼠模型來探討該基因對慢性慢阻肺的影響，缺乏這種基因的小鼠肺部炎癥較少，肺氣腫和空氣阻力也較低，此外，該基因可能有助于減少自噬[39]。這可能是慢阻肺治療的一個新的治療靶點。
微 RNA（microRNA 或 miRNA）是一種進化內源性、保守的非編碼 RNA，在抑制蛋白表達中發揮重要調控作用，miR-181c 是 miR-181 家族的成員，證據表明，miRNA 的失調在慢阻肺的發病和發展中起著至關重要的作用，然而，microRNA-181c 的影響和作用尚未在慢阻肺小鼠模型中進行研究[40]。Du 等[41]研究顯示，過表達 miR-181c 可減輕 CS 暴露小鼠肺損傷和中性粒細胞浸潤，暴露于 cs 的小鼠肺組織中 IL-6 和 IL-8 水平升高，降低 IL-6 和 IL-8 水平，減輕了慢阻肺肺損傷，而 miR-181c 抑制肺損傷的加重。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點，值得注意的是，CCN1 可能是一個中樞信號調度器。
5 展望
綜上所述，盡管目前，大量的科學研究對慢阻肺發病機制進行了深入研究，并取得了令人矚目的進展。但可以看到的是，慢阻肺機制極其復雜，病因多，有炎性介質、趨化因子、蛋白酶、EMT、信號通路等大量相關因素共同參與。以炎癥介質為例，IL-1B、Th17、IL-22、IL-27、CXCL5、IL-33 等均可能作為一種潛在的生物標志物，有助于慢阻肺的初篩。展望未來，在先前學者研究的基礎上進行更深入的探索，我們堅信，終能發現慢阻肺的有效治療靶點，改善慢阻肺患者的生存質量。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。