肥大细胞糜蛋白酶调控人肺成纤维细胞信号通路的新机制及其在哮喘中的潜在作用

《Inflammation》：Mast Cell Chymase and Human Lung Fibroblast Interaction: Mechanisms and Implications for Asthma

本研究旨在阐明肥大细胞糜蛋白酶在哮喘发病中的作用机制。针对其对人肺成纤维细胞的具体效应尚不明确，研究人员深入探讨了糜蛋白酶与人肺成纤维细胞的相互作用及其分子机制。研究发现，糜蛋白酶可通过降解细胞外基质、影响关键信号分子及抑制细胞代谢等多种非依赖PARs受体的途径，显著调控成纤维细胞的功能，从而为理解肥大细胞如何影响哮喘肺部微环境提供了全新视角。

　　

想象一下，在我们身体的呼吸系统中，有一群名为肥大细胞的“哨兵”时刻警惕着。当过敏原来袭时，它们会迅速释放出多种“武器”——炎性介质，其中就包括两种特有的蛋白酶：类胰蛋白酶和糜蛋白酶。这些物质被认为是哮喘这种慢性气道炎症疾病的重要“推手”。然而，长期以来，科学家们对这些蛋白酶，特别是糜蛋白酶，究竟如何在细胞分子层面“兴风作浪”却知之甚少。已知它们与哮喘的气道重塑（一种导致气道壁增厚、功能下降的病理改变）密切相关，但其具体的作用靶点和信号传导通路仍然笼罩在迷雾之中。既往研究表明，糜蛋白酶能对肺部的主要结构细胞——人肺成纤维细胞产生多种影响，但背后的机制一直是个未解之谜。为了拨开这层迷雾，一队研究者决心深入探索，他们的研究成果最终发表在了《Inflammation》期刊上。

为了揭示糜蛋白酶的作用机制，研究人员运用了多种关键技术。他们以原代培养的人肺成纤维细胞为研究对象，首先通过使用蛋白酶激活受体（PARs）的激动剂和拮抗剂，结合蛋白质印迹法（Western blot）评估了PARs信号通路的作用。进而，利用蛋白质印迹法系统分析了糜蛋白酶对细胞外基质蛋白（如纤维连接蛋白）以及一系列相关细胞内信号分子（包括整合素α_Vβ₃、黏着斑激酶、Src、Akt、CREB、c-Jun和HSP27）的表达和磷酸化水平的影响。通过细胞迁移实验检测了细胞运动能力的变化。借助共聚焦显微镜技术，直观观察了糜蛋白酶被细胞摄取的过程。最后，采用Seahorse能量代谢分析技术，精密测量了细胞代谢活性的改变。

糜蛋白酶对HLFs的作用不依赖于PARs

研究首先检验了一个常见假说：糜蛋白酶是否通过激活细胞膜上的蛋白酶激活受体（PARs，尤其是高表达的PAR1和PAR3）来发挥作用？通过使用特异性的PAR激动剂和拮抗剂进行实验，结果表明，糜蛋白酶对人肺成纤维细胞产生的效应是独立于PARs通路的。这提示糜蛋白酶可能通过其他更直接或更独特的方式影响细胞。

糜蛋白酶降解纤维连接蛋白并影响相关的信号通路

深入机制的探索从细胞外基质开始。蛋白质印迹分析显示，糜蛋白酶能够直接降解纤维连接蛋白（Fibronectin，一种重要的细胞外基质糖蛋白）。与此同时，一系列与纤维连接蛋白信号转导相关的关键分子受到了影响：整合素α_Vβ_{3>（一种跨膜受体）的水平降低；黏着斑激酶（Focal adhesion kinase, FAK）、Src和Akt的磷酸化状态（即活化状态）发生了改变。这些信号分子的变化与细胞运动能力的减弱直接相关——细胞迁移实验证实，经糜蛋白酶处理的成纤维细胞，其迁移运动能力显著下降。}

糜蛋白酶抑制转录调节因子CREB和c-Jun

研究者的目光进一步投向细胞核内的转录调控。他们发现，糜蛋白酶处理还能抑制转录因子CREB和c-Jun的水平或其磷酸化状态。这两种因子参与调控众多基因的表达，它们的抑制可能从更广泛的层面影响成纤维细胞的功能。

糜蛋白酶诱导细胞内蛋白HSP27降解并被细胞摄取

一个引人入胜的发现出现了：糜蛋白酶可以诱导热休克蛋白27（HSP27，一种重要的细胞内应激蛋白）的降解。这强烈暗示，糜蛋白酶的蛋白酶活性可能延伸到了细胞内部。为了证实这一点，共聚焦显微镜观察提供了直接证据：荧光标记的糜蛋白酶确实能够被人肺成纤维细胞摄取，进入了细胞内部。这为糜蛋白酶直接作用于胞内靶点（如HSP27）提供了可能途径。

糜蛋白酶抑制HLFs的代谢活性

除了影响信号和结构蛋白，糜蛋白酶对细胞的“能量工厂”也有影响。利用高精度的Seahorse代谢分析技术，研究发现糜蛋白酶能够抑制人肺成纤维细胞的代谢活性。重要的是，这种抑制并未导致细胞死亡，表明是一种对细胞功能状态的调节而非毒性作用。

综合以上所有发现，本研究得出了一个清晰的结论链：肥大细胞来源的糜蛋白酶能够被人肺成纤维细胞摄取。进入细胞后，它通过不依赖于经典PARs受体信号的方式，发挥多层次的调控作用：在胞外，它降解纤维连接蛋白，破坏细胞与基质的连接，并扰动下游的整合素α_Vβ₃-FAK-Src-Akt信号轴，导致细胞迁移能力下降；在胞内，它能降解HSP27等蛋白，并抑制CREB/c-Jun等转录因子的活性；最终，它还压制了细胞的整体代谢活性。所有这些效应共同指向一个核心：糜蛋白酶是一种强大的、多功能的细胞功能调节剂。

这项研究的意义重大。它首次系统揭示了糜蛋白酶调控人肺成纤维细胞的一整套新颖且复杂的分子机制，超越了传统的受体激活观点。这些发现为理解哮喘等疾病中，肥大细胞如何通过释放糜蛋白酶来改变肺部微环境、促进气道重塑和炎症持续状态，提供了关键性的分子层面解释。它提示，针对糜蛋白酶或其作用通路的干预，可能成为未来治疗哮喘相关气道病变的潜在新策略。这项研究不仅深化了对肥大细胞生物学功能的认识，也为相关疾病的病理机制研究和药物开发开辟了新的方向。