蛋白激酶C在哮喘炎性细胞及介质中的作用

中华结核和呼吸感染 1999年第9期第22卷 综述

作者：吴奎　杨肇亨

单位：400042 重庆，第三军医大学大坪医院野战外科研究所呼吸内科

　　支气管哮喘是有多种炎性细胞参与的气道慢性非特异性炎症，发病过程中多种炎性细胞释放各种炎性介质引起气道损伤，造成气道高反应性。在细胞因子和炎性介质释放的过程中，细胞信号转导通路的作用十分重要，其中尤以蛋白激酶C(PKC)信号转导通路的作用最引人注目。

　　一、蛋白激酶C的生化特征

　　PKC是一个磷脂依赖性蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶家族，包括至少十二个亚型，分为三大类^［1］：传统PKC(cPKCs):包括PKC-α、PKCβ_Ⅰ、PKC β_Ⅱ、PKC γ，其活化依赖于磷脂酰丝氨酸(PS)存在，由Ca⁺⁺和二酰甘油(DAG)激活；新PKC(nPKCs):包括PKCδ、PKC ε、PKC η、PKC θ、PKC μ，其活化需要PS和DAG的存在;但不需要Ca⁺⁺参与；非典型PKC(aPKCs):包括了PKCζ、PKC ι、PKC λ三种异构体，活化需要PS，但不需要Ca⁺⁺和DAG。在不同的组织器官中，各PKC亚型的分布也不尽相同，各亚型因酶特性、组织表达、特异性细胞内定位不同而功能有所差异^［2］。

　　PKC的结构可分为5个可变区(V_1～5)和4个固定区(C_1～4)^［2］。V₃区包括了一个蛋白酶敏感的“绞链”区，在此区特定位点断裂，可以将酶分为两个部分：氨基端调节区和羧基端催化区，调节区包括Ca⁺⁺、PS、DAG(或phorbol ester)的结合位点;分离的催化区称为蛋白激酶M（PKM），包含有ATP结合位点和激活位点。

　　调节区包括^［2］C₁、C₂区，催化区包括C₃、C₄区。C₁区中包含有DAG和phorbol ester的结合位点，还包含了与底物氨基酸序列类似的序列，称为伪底物区(pseudosubstrate domain)，并被认为是PKC的调节机制所在。在无辅助因子存在时，伪底物区被限定于活化点，从而阻止蛋白底物与PKC结合，因而表现为无活性状态。在Ca⁺⁺、DAG、PS与PKC结合后引起PKC结构改变，伪底物区与活化点分离，催化位点暴露，使得底物可以与催化点结合，发挥催化作用，表现为活化状态。Ca⁺⁺的结合位点位于C₂区，磷脂的结合位点可能在C₁区，ATP的结合位点在C₃区。nPKC、aPKC缺乏C₂区，这可能是它们活化不依赖于Ca⁺⁺存在的原因。由于PKC存在以上结构，因此其活化剂和抑制剂均可以分为两类，即作用于调节区类和作用于催化区类。

　　细胞膜内外部因素与细胞结合后^［1，2］，通过多种途径活化磷酯特异性磷脂酶C(PI-PLC)，分解膜磷脂，形成DAG，DAG与PKC结合后激活PKC，使PKC的伪底物区与活化点分离而活化，同时从胞浆转位至胞膜，从而发挥其催化蛋白质磷酸化的作用。转位到膜的PKC一部分被蛋白酶水解而失去活性，还有一部分可以从膜再转位至胞浆。PKC的主要作用方式是催化底物蛋白质磷酸化，从而发挥其生理功能。它可以引起多种底蛋白质如离子通道蛋白、离子转运蛋白、磷酯酶、肌动蛋白结合蛋白、ATP酶、其它激酶以及核因子的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，使其底物蛋白质构象发生改变，从而激活离子交换、Ca⁺⁺通道、水解膜磷酯、肌丝收缩、使mRNA合成增加等，继而发挥其作用。

　　二、PKC与支气管哮喘炎性细胞、炎性介质的关系

　　1.肥大细胞：在哮喘的发病过程中，肥大细胞起着关键的作用^［3］。肥大细胞在受到IgE介导的刺激后释放炎性介质、细胞因子如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素4（IL-4）、IL-5、IL-8等细胞因子以及胃促胰酶、类胰蛋白酶而引起中性粒细胞、嗜酸细胞（EOS）在肺部募集，破坏肺组织，成纤维细胞及平滑肌细胞增生，从而导致气道重塑。单独使用PKC活化剂使肥大细胞的组胺释放量缓慢增加(120分钟内增加50％)；若先用小剂量PKC与细胞孵育，再用其它刺激剂，则组胺释放量剧增；若先用超大剂量PKC活化剂使PKC钝化而丧失酶活性，肥大细胞的组胺释放量显著减少。PKC抑制剂显著抑制大鼠肥大细胞在受体IgE抗体刺激时的组胺释放，抑制程度与PKC抑制剂的剂量相关。人类肥大细胞膜上高亲合性IgE受体膜后信息是通过PKC通道传递的；直接使用PKC活化剂使人类肥大细胞组胺释放量增多，而PKC抑制剂则抑制PKC活化剂的这种作用。PKC抑制剂还可抑制由高亲合性IgE受体介导的免疫性刺激所导致的组胺释放，并抑制花生四烯酸代谢，使白三烯C₄/D₄及前列腺素D₄的生成量明显减少。卟琳醇肉豆蔻酸乙酸酯(PMA)是激发人肥大细胞释放包括IL-8在内多种细胞因子的最有效的激动剂。Fecktistor等^［4］研究腺苷酸受体活化对肥大细胞IL-8分泌的影响时发现，PMA可以刺激肥大细胞分泌IL-8；单独使用腺苷酸受体活化剂并不能使肥大细胞分泌IL-8，而将腺苷酸受体活化剂乙基咔唑（NECA）和PMA合用则使肥大细胞分泌IL-8的能力显著增强，并认为腺苷酸受体是通过PKC起作用的。PMA引起的肥大细胞产生TNF-α作用被PKC抑制剂^［5］所抑制，亦被H₁受体拮抗剂所抑制，提示有H₁受体参与。将以PMA处理后的淋巴细胞^［6］与肥大细胞共同孵育，引起了肥大细胞脱颗粒和释放TNF-α、组胺等细胞因子。同功酶研究表明^［7］，PKCβ表达增加可以促进IL-2、IL-6 mRNA合成，增加胞浆磷脂酶A₂（cPLA₂）活性，而PKCε则抑制以上作用，提示PKC β在肥大细胞释放炎症介质功能中起着重要的作用。

　　2.淋巴细胞：在哮喘的的发病过程中，T淋巴细胞在哮喘的发病中起着重要作用。哮喘肺组织中T细胞有多种活化标志表达，呈现为活化状态，且与气道高反应性有关。在T细胞的活化过程中，PKC起着极其重要的作用。PKC活化剂诱导IL-2分泌和IL-2R表达，这些均是T细胞增生的标志。T细胞中PKC酶家族的活化还导致淋巴细胞表面分子如淋巴细胞功能相关抗原1(LFA-1)、CD⁺₃、CD⁺₄、CD⁺₈、以及其他参与细胞生长分化的内源性底物磷酸化。在抗CD^＋₃抗体（anti-CD^＋₃Ab）存在时，PMA促进IL-4、IL-5mRNA的表达。在淋巴细胞IL-4的表达、分泌中，PKCθ起着较重要作用，PKC θ抑制剂Terrapin-1可以抑制IL-4的分泌^［8］。PKCβ^［9］、PKC θ^［10］可能是T淋巴细胞活化所必需的，而PKCβ^［11］在其分化中也起着重要的作用。在培养的淋巴细胞中，PMA促进了整合素LFA-1与ICAM-1的结合^［12］。哮喘患者淋巴细胞^［13］总PKC活性表达增加，膜PKC活性百分比亦增加，且哮喘患者的一秒钟用力呼气容积（FEV₁）和PKC总活性之间显著相关；组胺、氯化氨乙酰胆碱均可引起淋巴细胞PKC总活性的增加，而鞘氨醇和色甘酸二钠则显著抑制PKC活性，在10 mmol时90%以上PKC活性受抑制，在100 mmol时活性完全受抑制。

　　3.EOS：正常情况下EOS占外周血白细胞2%～3%，大多数EOS的密度＞1.090，称为正常密度嗜酸细胞(NEo)，密度＜1.090者，称为低密度嗜酸细胞(HEo)。在正常人EOS中，HEo约占10%，哮喘患者HEo%显著增加。HEo呈高活化状态，产生白三烯C₄（LTC₄）和超氧阴离子的能力较正常密度和高密度EOS为强。在过敏性疾病和哮喘中，EOS是重要的效应细胞，它通过释放颗粒蛋白、白三烯、细胞因子以及毒性氧化物参与组织损伤和炎症。在EOS的各种反应中，PKC起着信号传递作用。以PMA刺激可以激活PKC并诱发脱颗粒、粘附以及呼吸爆发。PMA可以引起EOS^［14］血栓烷A₂(TXA₂)炎性介质的释放。在对气道上皮通透性的研究中，以未经活化的EOS或PMA单独刺激气道上皮，气道上皮细胞对放射性同位素⁵¹Cr的释放无任何变化，而将二者共同使用，则⁵¹Cr的释放显著增加^［15］。研究表明^［16］，在哮喘患者血和支气管肺泡灌洗液（BALF）低密度嗜酸细胞中，PKC活性显著增强，同功酶检测显示主要为β异构体。

　　4.中性粒细胞：哮喘患者中性粒细胞产生炎性介质的能力明显增加^［17］。PKC在中性粒细胞的信号通路中是一个关键的参与者，对中性粒细胞的功能发挥起着极其重要的作用，中性粒细胞呼吸爆发直接与细胞内PKC水平有关。PMA可以引起中性粒细胞呼吸爆发^［18］，活性氧类大量产生，NH₂Cl可以抑制中性粒细胞呼吸爆发，减少活性氧的产生，伴随着PKC活性的下调。PKC抑制剂^［18］如星形孢子素和1-(5-异喹啉磺酰基)-2-甲基哌嗪(H-7)以一种剂量依赖性的方式抑制超氧化物的产生。PKC通过激活还原型辅酶II（NADPH)氧化酶而使中性粒细胞产生超氧离子，在其中PKCβ^［19］被认为与中性粒细胞呼吸爆发有关。PMA还可以使中性粒细胞对5羟廿碳四烯酸（5-HETE）转化为5-oxo-ETE的作用显著增强，促进中性粒细胞5-oxo-ETE诱导的中性粒细胞整合素表达和粘附^［20］；PMA可以激活中性粒细胞粘附分子，从而显著增强自身粘附。PKC抑制剂可以抑制白细胞-内皮细胞粘附，并呈剂量依赖性。在哮喘患者中性粒细胞^［21］中，PKC膜活性比例显著增高，我们认为这与中性粒细胞更易被激活有关。

　　5.巨噬细胞：哮喘时巨噬细胞抗原递呈能力增强，超氧离子以及细胞因子包括粒-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、TNFα、IL-6等的释放增加。支气管肺泡灌洗(BAL)和组织活检表明，哮喘患者肺部巨噬细胞数量增多，反应性增强，呈现为活化型。此时巨噬细胞中PKC出现胞浆至膜的转位、活化^［21］。以PMA刺激巨噬细胞，可以使其活性氧如H₂O₂、的释放增加。在哮喘患者单核细胞中，PMA引起了活性氧的释放增加，以糖皮质激素处理单核细胞，则PMA引起的活性氧释放显著减少^［22］。PMA还可以使巨噬细胞释放其它生物活性物质，如TNF-α、TXA₂、前列腺素I₂（PGI₂）等增加,并呈显著剂量依赖性；将巨噬细胞以PKC抑制剂预处理，PMA刺激分泌上述物质的作用被抑制。

　　6.嗜碱细胞：嗜碱细胞可以通过释放组胺、IL等多种炎性介质而参与哮喘的发病过程，在这些过程中PKC发挥着信号传递作用。将细胞与抗IgE抗体孵育后，PKC活性明显增强，同时组胺释放量增加，二者之间呈显著正相关，且IgE受体介导的嗜碱细胞PKC活化部分依赖于细胞外钙离子内流。PKC抑制剂^［23］可使人类嗜碱细胞组胺、前列腺素D₂和白三烯C₄等的释放量均显著减少，与PKC抑制剂的剂量呈相关效应。剂量较大时上述物质的释放几乎完全被抑制。PMA可以直接刺激迟发相反应(LPR)肺部嗜碱细胞释放组胺^［24］。但有趣的是与淋巴细胞相反，PMA在嗜碱细胞中未能引起IL-4的释放，甚至还抑制了IL-4的分泌^［25］。

　　毫无疑问，PKC在哮喘的发病中起着重要的作用，其活化引起炎性介质的释放，从而导致哮喘发作和加剧。对PKC活化剂和抑制剂的研究可能有助于发现哮喘治疗的另一条途径，即较小毒性或无毒性抑制剂可能可以应用于哮喘的临床治疗。

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收稿:1999-01-03修回:1999-04-22