目前对于哮喘发病机制存在“免疫反应失平衡学说”“神经源炎症学说”“气道感染与炎症学说”“上皮缺陷失稳态学说”等主流观点 ^［1-3］，分别从不同的角度阐述了气道高反应机制和病理特征，但难以解释全部的临床表现。哮喘的易感性表现为具有一定的体质倾向性、家族聚集性或遗传倾向，提示支气管哮喘可能是由若干作用微弱但有累加效应的缺陷基因构成了其遗传因素，这种由遗传基础决定个体患病的风险称为易感性，可能涉及多基因缺陷。近年国内外多围绕以下方面开展研究：①环境致病因素；②免疫系统失稳态或免疫、炎症介质水平或受体表达异常增高；③肺间质炎症反应细胞（如嗜酸性粒细胞等）过度聚集和激活；④肺内神经网络功能失平衡或神经递质受体缺陷；⑤气道平滑肌力学性质异常等。围绕这些方面寻找相关基因的单核苷酸多态性（SNP）标记进行了大量的工作 ^［4-6］，报道与哮喘有关的候选基因SNP标记分布在2p、5q、6p、7p、11p、11q13、12q等大范围染色体区带上，尤其以5q31-33引人注目。该区密集分布着编码细胞因子的基因簇，存在较多的SNP及高度连锁不平衡。然而，因该基因簇多态性改变造成的白细胞介素水平异常，许多时候仅表现在身体其他部位的异质性（atopy），如风湿性关节炎、胶原病等而不表现在气道，在转基因和基因敲除动物中也不能确切重现哮喘表型，提示该区段基因簇及其产物白细胞介素等细胞因子在哮喘易感性机制中不具备特异性地位。

气道上皮是肺脏应激的第一道防线。支气管上皮细胞bronchial epithelial cell，BEC）不仅是应激刺激的靶细胞，还可充当传递损伤或炎症信号的前炎症细胞 ^［7，8］。气道上皮不再被仅仅看作是单纯的机械屏障，而是机体内环境与外部环境相互作用的界面。气道上皮具有广泛的生理作用，包括抗氧化、内分泌和外分泌、黏液运输、生物代谢、结构性黏附、损伤修复、应激或炎症信号传递、抗原呈递作用等。借助这些生理作用，支气管上皮细胞在气道局部微环境稳态维持中发挥重要作用。在气道应激时，气道上皮参与炎症细胞的募集、活化，促进气道平滑肌细胞、成纤维细胞、肌成纤维细胞增生，调节气道平滑肌张力及细胞外基质代谢等过程，成为哮喘三联征（气道炎症、气道重塑及气道高反应性）的中心环节 ^［9］。本研究组曾提出，气道上皮结构完整性缺陷或功能失稳态是气道高反应的始动环节。根据这一思想，用臭氧攻击动物破坏气道上皮完整性，成功地复制出气道高反应动物模型，从气道反应性、肺功能、支气管肺灌洗成分分析、肺脏病理切片等显示哮喘等气道高反应疾病的典型特征 ^{［10，11］}。GINA（Global Initiative for Asthma）方案也明确指出，支气管上皮功能不良在哮喘发病机制中的作用和Ig E介导的机制同等重要，应予关注。

哮喘的病理特征之一表现为支气管上皮损伤、脱落，但是在同属于气道慢性炎症性疾病的慢阻肺中却很少能观察到上皮的丢失，提示哮喘患者的气道上皮对损伤应激的修复反应可能出现缺陷。已知上皮细胞通过表达不同类型的黏附分子实现“黏附”和“锚定”，是发挥正常功能的先决条件。气道上皮细胞可表达整合素、钙依赖性黏附素、选择素和细胞间黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）4类黏附分子。其中整合素、钙依赖性黏附素主要与细胞间结构性黏合及细胞“感知”自身形态、细胞外基质信号跨膜传递有关，后两种与炎症损伤信号传递及炎症细胞的迁移、定位有关 ^［12］。国内外及本实验室多项研究证实，黏附分子在气道炎症及损伤修复中发挥重要作用 ^{［11，13，14］}。哮喘发病时气道上皮大量脱落、细胞间黏附分子（ICAM-1）表达水平增高、局部炎症反应细胞募集增多。现已注意到，黏附分子在细胞表面的表达增加，是引起炎症细胞黏附及跨内皮迁移的关键性一步 ^［15］，而参与气道上皮结构性黏合的整合素和钙黏素表达异常同样可引起气道功能异常，导致支气管上皮细胞结构和完整性破坏，形成气道高反应。在哮喘患者常见上皮结构性黏附丢失和凋亡 ^［16］。本团队对哮喘患者基因差异表达的芯片筛查、离体细胞水平、气道高反应动物模型研究均表明，支气管上皮细胞表达的黏附分子谱在不同的刺激条件下发生改变，生理条件下以整合素类和钙黏附素类结构性黏附分子表达为主，维持上皮的结构完整，并维持细胞的抗氧化、增殖迁移和损伤修复功能，对上皮功能稳态有重要意义；在臭氧等应激刺激作用下，支气管上皮细胞表达的整合素下调而细胞间黏附分子（ICAM-1类分子）上调，后者可增加上皮细胞对中性粒细胞（PMN）或嗜酸性粒细胞（EOS）的黏附激活、增加细胞分泌释放IL-1、IL-5和IL-8，传递炎症反应 ^{［13，17，18］}。

笔者设想黏附分子表达失稳态与哮喘的发病有关。但由于黏附分子家族种类繁多、功能各异，且在细胞结构性黏合及炎症黏附机制中维持怎样的稳态等问题远没有完全澄清，本实验室在先前的研究中应用基因芯片及生物信息学方法筛选了人外周血差异表达黏附分子，结果显示，在检测的96个基因中，患者组与完全正常人组比较上调的基因有3个，下调的基因有14个。这些基因包括细胞黏附分子、细胞外基质蛋白、蛋白酶、蛋白酶抑制剂等，在介导细胞-细胞、细胞-组织、细胞-细胞外基质黏附中具有关键性作用，并参与细胞的生长、分化、迁移及凋亡过程，在许多疾病和病理生理过程中发挥重要作用，上述结果提示哮喘患者与正常人黏附分子表达存在明显差异，初步证实笔者的猜想，黏附分子表达失稳态与哮喘致病性有关。

笔者选取在基因表达谱芯片实验中所有哮喘患者均下调的整合素β4分子进行进一步研究，收集130例哮喘临床DNA标本，进行了整合素β4基因调控区的PCR扩增和测序，确定了哮喘患者在固定位点存在高频率碱基变异（-nt1029 G/A，-nt 1051 G/A，and -nt 1164 G/C），与哮喘易感性存在对应关系；50例临床标本经整合素β4基因的荧光定量表达检测，及哮喘患者支气管黏膜免疫组化证实表达下调；根据整合素β4基因调控区碱基变异位点设计定点突变，观察到变异位点降低整合素β4启动子转录活性且位点间效应叠加 ^［19］。以上结果提示，整合素β4表达缺陷可能参与哮喘易感性构成。然而，要确认整合素β4在哮喘易感人群中是否表达下调、所发现的基因调控区碱基变异在哮喘易感人群中是否具有普遍性，还需要大样本量证据支持。

整合素β4编码基因定位于17q25，其表达产物整合素β4分子特异性的与α6亚单位结合，通过与细胞骨架结合介导细胞间的黏附。在整合素β类分子家族中，β4具有独特的结构和亚细胞定位，其较大的胞内区特征性地含有两对Ⅲ型纤维连接蛋白样结构域，期间的含142个氨基酸的连接段与其他已知的整合素β家族分子没有任何同源性。其他整合素β分子参与形成黏着斑，而β4则参与形成细胞间结构性黏附的半桥粒。整合素β4胞内段的靶向删除可抑制层黏连蛋白诱导的MAPK和NF-κB的核转位，从而引起上皮增生和迁移缺陷 ^［20］。有研究发现整合素β表达于增殖的支气管上皮基细胞，介导基细胞与基底膜的黏附，在细胞分化开始时表达受到抑制 ^［21］。

在气道上皮，除结构性黏附功能之外，integrin β4的表达及功能属性研究极少。本研究组体外培养人支气管上皮细胞株（16HBE14o-）及原代大鼠气道上皮细胞（RTE），发现用siRNA沉默整合素β4可抑制支气管上皮细胞增殖、促进凋亡、降低修复速率、增加活性氧产生，降低BEC抗氧化损伤的能力 ^［22-24］。以上结果提示integrin β4作为经典的结构性黏附分子在气道上皮细胞组成性表达，其表达受各种刺激因素敏感调节。除结构性黏附功能外，integrin β4还参与到对气道上皮细胞的损伤修复、抗氧化能力等过程的调节。在OVA应激后的哮喘模型中，气道上皮细胞integrin β4表达明显下调，进而诱导气道上皮细胞损伤修复过程减慢，抗氧化能力降低，与OVA应激后的哮喘表型紧密相关。因此，笔者推断integrin β4可能与哮喘、变应性鼻炎等气道上皮性疾病的发病相关。

支气管上皮细胞借助其表达的主要组织相容性抗原（MHC Ⅱ类）分子和协同刺激分子，可摄取处理抗原，通过释放细胞因子或直接接触激活T淋巴细胞，诱导其分化增殖，具有非专职抗原呈递细胞的功能 ^［25］。抗原呈递细胞为Th1/Th2选择性激活提供重要信号：①基于T细胞受体（TCR）对抗原呈递细胞表面MHC Ⅱ类分子-抗原肽复合物的特异性识别，不同抗原类型、抗原剂量和抗原进入途径也可产生不同的Th选择性活化结果；②依赖抗原呈递细胞表面的协同刺激分子。1989年Freaman先后克隆出最重要的两类协同刺激分子B7.1（CD80）和B7.2（CD86）分子，其配体包括CD28和CTLA-4。现已初步证实B7/CD28作用是促进Th0朝Th2方向分化，而B7/CTLA-4的作用则是限制Th2的分化。支气管上皮细胞表达不同的协同刺激分子，逻辑上应对Th细胞有选择性亚群激活作用。

先前的研究显示，人BEC经臭氧应激后可表达MHCⅡ类分子和协同刺激分子B7.1（CD80）和B7.2（CD86），吞噬摄取卵蛋白（OVA）抗原，并可共培养激活T淋巴细胞，分泌干扰素γ，主要显示Th1优势 ^{［26，27］}；利用iRNA干扰沉默BEC表面黏附分子整合素β4的表达后，除细胞的增殖、修复速度、抗氧化能力受到抑制外，上皮细胞免疫激活的Th1途径也受到抑制 ^［28］。推测在一般情况下气道上皮细胞通过抗原呈递引起以Th1为优势的、相对固定的气道免疫应答方式，即呈一定的免疫应答定式；在某些外源性（环境）或内源性（遗传）因素作用下，如整合素β4的表达缺陷，可能导致气道上皮细胞的TLR表达、抗原摄取、协同刺激分子表达格局改变，通过引起T淋巴细胞亚群漂移和亚群的选择性激活，使得免疫反应定式由Th1优势切换到Th2优势。因此，气道上皮细胞由于先天的原因或后天的气道损伤所致的黏附分子表达失衡，有可能导致炎症细胞激活谱及炎症因子谱改变、T淋巴细胞亚群漂移、上皮细胞协同刺激分子表达格局变化及T淋巴细胞亚群选择性激活，从而发生免疫反应定式切换，增加气道高反应的易感性 ^{［29，30］}。

本研究初步发现了新的哮喘易感相关基因整合素β4及其分子缺陷。哮喘患者整合素β4表达水平下调且与哮喘高度相关，其基因转录调控区有3个位点的碱基变异导致哮喘患者的整合素β4表达水平下调。整合素β4表达水平下调导致气道上皮结构完整性破坏、功能失稳态和免疫偏移，与哮喘易感性相关。本研究组已成功地在中国本土自主建立了气道上皮整合素β4条件性剔除小鼠，初步观察到气道高反应易感性增加及气道炎症和气道重构。预期能获得整合素β4表达缺陷与哮喘的直接因果关系的实验室证据，为哮喘发病机制提供新的理论解释、分子遗传标记，为哮喘的基因诊断、易感性风险预测及寻找防治靶点奠定基础。

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