近期，发表于《欧洲呼吸杂志》（European Respiratory Journal）的一项研究，深入探讨了慢性气道上皮缺氧和炎症刺激在人支气管上皮（HBE）细胞培养物以及切除的支气管扩张（BE）肺中如何相互作用，从而形成黏液阻塞性疾病特有的气道上皮微环境。
黏液阻塞性肺病（MOLDs）是一组以慢性气道细菌感染和BE为特征的疾病，包括囊性纤维化（CF）、原发性纤毛运动障碍（PCD）和非CF支气管扩张（NCFB）。传统观点认为，BE的发生发展是一个恶性循环，涉及感染、宿主炎症反应和黏液淤积之间的复杂相互作用。值得注意的是，BE患者的黏液通常呈高浓度状态，这被预测会导致黏液淤积和气道黏液栓塞，但黏液栓塞在BE中的作用尚未得到广泛研究。
既往研究报告称，气道腔内阻塞会导致慢性上皮缺氧并激活缺氧诱导因子（HIFs）。HIFs调节的转录通路包括促进黏液栓塞持续存在的机制，例如MUC5B分泌增加和Na⁺/液体吸收增加，以及细胞外基质降解和血管生成。基于这些发现，本研究提出了一种修正的恶性循环假说，即黏液阻塞性恶性循环假说，将阻塞和慢性气道上皮缺氧整合为BE发病机制的额外要素。为验证这一假设，研究人员在HBE细胞培养物中调查了气道上皮缺氧与从CF气道中提取的黏脓性物质上清液（SMM）之间的相互作用。
本研究设计了两种方案，即缺氧和炎症暴露，以阐明它们在原代HBE细胞培养物中的相互作用，这两种方案分别被称为“缺氧优先”和“炎症优先”。其中，1% O₂的缺氧浓度是根据体内黏液栓塞中氧张力测量研究选定的。CF来源的SMM已被广泛表征，并显示出高浓度的IL-1β，而IL-1β是CF和BE中主要的痰液细胞因子。
- 在“缺氧优先”协议中，HBE细胞培养物首先暴露于常氧或缺氧（1% O₂）条件下5天，随后在腔内施用来自CF肺的SMM或磷酸盐缓冲盐水（PBS）作为对照，持续24小时。
- 在“炎症优先”协议中，首先进行SMM处理，然后进行缺氧暴露。研究中使用了批量RNA测序技术来识别独特的缺氧、SMM或双重调节的基因特征。
为了探究HIFs的两种主要异构体HIF1A和EPAS1在介导缺氧（有或无SMM）反应中的相对作用，研究人员使用了CRISPR-Cas9基因敲低技术。此外，还评估了缺氧和EPAS1抑制剂对Na⁺转运的功能性主动跨上皮效应。最后，通过对新鲜切除的支气管扩张肺进行RNA原位杂交研究，并对已发表数据集进行生物信息学分析，以验证体外发现与体内条件的相关性。
在“缺氧优先”协议下，批量RNA测序结果显示，缺氧和SMM均能显著调节大量基因（包括上调和下调），且同时施用缺氧和SMM所调节的基因数量，大约是单独施用缺氧或SMM所调节基因数量的总和。Venn图进一步揭示，缺氧和SMM调节的基因集大部分是不同的，只有约10%的上调和下调基因在两种条件下共享。
具体而言，缺氧特异性上调基因包括EGLN3、IGFBP3、PGK1、VEGFA和ADM等，而SMM特异性上调基因包括SLC26A4、CSF3、CXCL6、DUOXA2和IL32等。值得注意的是，一小部分基因（N=37）被两种刺激显著上调，其中包括CXCL8、MUC5B、PTGS2和CCL20。基因集富集通路分析（GSEA）结果显示，缺氧特异性上调通路包括缺氧、细胞外基质组织、VEGF配体-受体相互作用和糖酵解，而缺氧特异性下调通路包括柠檬酸循环（TCA）、DNA修复和细胞周期/有丝分裂通路。相比之下，SMM特异性上调通路主要包括宿主防御（补体、抗菌肽）、黏液分泌和NF-κB通路。在常氧条件下，SMM并未显著上调糖酵解通路。在“炎症优先”协议中，尽管SMM暴露时间延长，缺氧和SMM对基因选择性调节的模式与“缺氧优先”协议中观察到的模式基本一致。两种协议下，缺氧和SMM共同调节的基因表现出加性效应，即当两种刺激同时存在时，这些基因的最终表达水平反映了两种刺激的贡献。缺氧与炎症共调控的关键致病基因：相加与“超相加”效应
尽管两套程序大体独立，仍有37个基因被缺氧与SMM共同上调，其中最具代表性的是CXCL8（IL-8）、MUC5B、PTGS2（COX-2）和CCL20。多数基因呈简单加和效应（如CXCL8），但PTGS2与CCL20呈现“超加和”反应；
该研究指出，COX-2产物与IL-8在黏液炎症分泌物中均高位，可能形成正反馈环路，放大气道中性粒细胞性炎症与气道壁损伤。总体而言，两种刺激同时存在时，这些基因的最终表达呈相加性。图：不同调控通路数据对比
CRISPR敲低实验显示，常氧下两种转录因子几乎无转录活性；缺氧下HIF1A与EPAS1调控的基因集仅2个重叠，且效应常相互拮抗。HIF1A主导糖酵解通路（如PGK1）的激活，整体偏向抗炎；EPAS1则主导SCNN1G和MMP7等基因的上调，与黏液浓缩、细胞外基质重塑及炎症促进相关。
总之，慢性缺氧和炎症在人气道上皮中激活独特的转录程序，表明两者共同产生体内患病黏液阻塞气道上皮的复杂转录谱。一些与MOLDs发病机制相关的基因，包括CXCL8、MUC5B、PTGS2和CCL20，被协同上调。本研究数据提示，HIF异构体特异性疗法可能在MOLDs的药物治疗中发挥作用，但HIF靶向治疗策略的全面评估仍需在临床前动物模型中进行。
参考文献：
Mikami Y, Burns E, Dang H, van Heusden C, Caldwell RA, Reidel B, Furusho M, Murano H, Asakura T, Gentzsch M, Kesimer M, Okuda K, Ribeiro CMP, Randell SH, O'Neal WK, Boucher RC. Muco-obstructive lung disease exhibits distinct hypoxic and inflammatory airway epithelial gene pathways. Eur Respir J. 2026 Oct 29:2502798.
本平台旨在为医疗卫生专业人士传递更多医学信息。本平台发布的内容，不能以任何方式取代专业的医疗指导，也不应被视为诊疗建议。如该等信息被用于了解医学信息以外的目的，本平台不承担相关责任。本平台对发布的内容，并不代表同意其描述和观点。若涉及版权问题，烦请权利人与我们联系，我们将尽快处理。
我要投稿
