支气管哮喘是一种涉及基因和环境相互作用的疾病，虽然特应性是哮喘的易感因素，但疾病的临床表现也需要局部组织的易感性。气道上皮形成肺部内外环境的屏障界面，在控制局部组织稳态方面发挥关键作用。气道上皮屏障破坏后，一方面对外界刺激物如过敏原、空气污染颗粒和病原体等物质的渗透性增加，导致上皮下炎症细胞活化增多；另一方面，受损的气道上皮分泌大量预警素（TSLP、IL-25和IL-33），进一步活化下游免疫细胞，促进气道炎症的发生，由此延伸出“上皮屏障假说”（图1）[1]。上皮屏障破坏可促进多种哮喘气道炎症表型的发生发展以及参与哮喘气道重塑[2, 3]。因此阐述哮喘上皮屏障破坏的机制，对于探寻潜在的治疗靶点至关重要。南方医院蔡绍曦课题组长期致力于哮喘上皮屏障破坏机制的探索，前期课题组已发现气道上皮屏障分子β-连环蛋白（β-catenin）在哮喘气道炎症中扮演关键角色[4]，然而β-catenin是如何从胞膜转移至胞浆，并向胞核内转位，发挥调控靶基因转录功能，进而调控关键的炎症介质，仍是课题组长期关注的焦点。课题组近期的工作中从蛋白质翻译后修饰的角度阐明了蛋白质SUMO化修饰调控β-catenin细胞内定位参与哮喘上皮屏障破坏的新的机制。

　　图1 上皮屏障假说模型示意图

　　SUMO化修饰（Small ubiquitin-like modifier，SUMO），又称小泛素化修饰，是一种近年来受到关注的蛋白质翻译后修饰。经过激活、结合和连接的过程，分别由激活酶（E1）、结合酶（E2）以及连接酶（E3）介导，将SUMO分子（SUMO 1、SUMO 2和SUMO 3）转移到底物蛋白的赖氨酸上，最终完成SUMO化修饰[5]。SUMO化修饰已证实参与肿瘤、心血管疾病、糖尿病、神经退行性病变等人类慢性疾病[6]。那么SUMO化修饰在哮喘中的作用如何？既往研究对哮喘患者鼻粘膜甲基化组学分析发现，甲基化差异基因显著富集到SUMO化修饰相关分子途径[7]。此外，Am J Respir Crit Care Med上一项人群全血基因甲基化和肺功能关联分析发现，SUMO化修饰E3连接酶染色盒同源蛋白4（Chromobox homolog 4, CBX4）的DNA甲基化程度与肺功能FEV1显著正相关[8]。更有研究发现，CBX4的DNA甲基化可作为新生儿在青春期或成年期哮喘发病的生物标志物[9]。以上研究从人群样本的分析中发现SUMO化修饰可能和哮喘疾病相关。然而SUMO化修饰是否直接参与哮喘炎症的过程尚不清楚，这也引起了课题组的兴趣。

　　1、研究初探：抑制SUMO化修饰减轻屋尘螨（HDM）诱导的哮喘小鼠气道炎症以及TSLP表达

　　为了探索SUMO化修饰是否直接参与哮喘气道炎症，课题组前期发现在哮喘小鼠气道上皮SUMO分子表达水平明显升高，进一步给予小鼠SUMO化修饰E3酶抑制剂2-D08处理后发现，2-D08能够显著降低哮喘小鼠气道炎症、粘液分泌以及气道反应性。并进一步阐明了SUMO化修饰E3连接酶CBX4能够促进上皮“警报素”TSLP的表达，而后者也是课题组长期关注的“焦点分子”之一。该成果2022年发表在Am J Respir Cell Mol Biol 杂志上，期刊编辑为本文发表社评，认为通过干预SUMO化修饰，或可为哮喘或其他慢性气道疾病治疗开启新的思路[10, 11]。这也奠定了课题组后来继续探究SUMO化修饰在上皮屏障破坏中的研究基础。

　　图2 2-D08减轻哮喘小鼠气道炎症和粘液分泌

　　2、乘胜追击：阻断 CBX4 介导的β-catenin SUMO化可减轻哮喘气道上皮屏障功能障碍

　　如前文所述，气道上皮屏障分子β-catenin如何从胞膜转移至胞浆，并向胞核内转位，发挥调控靶基因转录功能，进而调控关键的炎症介质，是课题组长期关注的焦点之一。SUMO化修饰能够影响蛋白底物的稳定性、细胞定位以及转录活性等。既往研究发现，E钙粘蛋白（E-cadherin）的SUMO化修饰降低其与β-catenin结合，从而抑制线虫表皮屏障形成[12]。此外，SUMO化修饰能够减少犬肾小管上皮细胞（MDCK）连接分子Claudin-2在细胞膜上的定位，引起上皮屏障功能降低[13]。因此，在证实抑制SUMO化修饰能够减轻哮喘气道炎症之后，我们将研究目光转向了课题组长期关注的β-catenin 之上。通过动物实验以及体外细胞实验发现，抑制β-catenin的SUMO化修饰能够增强其在细胞膜的定位，最终改善哮喘上皮屏障功能。进一步证实SUMO化修饰E3连接酶CBX4则介导了β-catenin的SUMO化修饰，体内靶向CBX4能够减轻HDM哮喘小鼠的气道炎症[14]。

　　图3 抑制β-连环蛋白SUMO化可减轻HDM诱导的上皮屏障功能障碍

　　图4 靶向CBX4可减轻HDM诱导的过敏性气道炎症

　　无独有偶，国内另一课题组近期发表在Nature Communications杂志上的成果发现使用2-D08抑制SUMO化修饰不仅能强力减弱过敏原诱导的气道炎症、杯状细胞化生和高反应性，还能减轻 IL-13诱导的杯状细胞化生，阐明了SUMO化修饰调控哮喘气道炎症的另一机制[15]。在后续研究中我们课题组还发现烟酰胺单核苷酸能够抑制SIRT3的SUMO化修饰来减轻气道上皮屏障功能障碍[16]。这都为SUMO化修饰参与哮喘疾病过程增添了证据。

　　3、结语

　　基础研究的探索离不开长期的积累，课题组在长期致力于哮喘上皮屏障的基础之上，初步阐明了SUMO化修饰调控哮喘气道炎症和上皮屏障破坏的作用。这为后续深入开展SUMO化修饰在哮喘免疫细胞活化、气道重塑等方面的探究奠定了基础。目前SUMO化修饰E1酶抑制剂TAK-981正在头颈部恶性肿瘤（I期，NCT04065555）和淋巴瘤（Ib/II期，NCT04074330）开展临床试验，有望推动靶向SUMO化修饰在临床治疗的转化。此外，未来也有必要进一步推进SUMO修饰E3酶特异性抑制剂的开发，为特异性靶向SUMO化修饰带来更多的可能。相信随着大家的共同努力可为未来靶SUMO化修饰哮喘治疗提供新的证据，也期待与同行展开合作交流。

　　参考文献：

　　可向下滑动阅读

　　1. Celebi Sozener Z, Ozdel Ozturk B, Cerci P, et al. Epithelial barrier hypothesis: Effect of the external exposome on the microbiome and epithelial barriers in allergic disease. Allergy. 2022. 77(5): 1418-1449.

　　2. Potaczek DP, Miethe S, Schindler V, Alhamdan F, Garn H. Role of airway epithelial cells in the development of different asthma phenotypes. Cell Signal. 2020. 69: 109523.

　　3. Yuan L, Liu H, Du X, et al. Airway epithelial ITGB4 deficiency induces airway remodeling in a mouse model. J Allergy Clin Immunol. 2023. 151(2): 431-446.e16.

　　4. Yao L, Zhao H, Tang H, et al. Blockade of β-catenin signaling attenuates toluene diisocyanate-induced experimental asthma. Allergy. 2017. 72(4): 579-589.

　　5. Vertegaal A. Signalling mechanisms and cellular functions of SUMO. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022. 23(11): 715-731.

　　6. Chang HM, Yeh E. SUMO: From Bench to Bedside. Physiol Rev. 2020. 100(4): 1599-1619.

　　7. Cardenas A, Sordillo JE, Rifas-Shiman SL, et al. The nasal methylome as a biomarker of asthma and airway inflammation in children. Nat Commun. 2019. 10(1): 3095.

　　8. Lee M, Huan T, McCartney DL, et al. Pulmonary Function and Blood DNA Methylation: A Multiancestry Epigenome-Wide Association Meta-analysis. Am J Respir Crit Care Med. 2022. 206(3): 321-336.

　　9. Li L, Holloway JW, Ewart S, et al. Newborn DNA methylation and asthma acquisition across adolescence and early adulthood. Clin Exp Allergy. 2022. 52(5): 658-669.

　　10. Liang S, Zhou Z, Zhou Z, et al. CBX4 Regulates Long-Form Thymic Stromal Lymphopoietin-mediated Airway Inflammation through SUMOylation in House Dust Mite-induced Asthma. Am J Respir Cell Mol Biol. 2022. 66(6): 648-660.

　　11. Gounni AS, Koussih L. SUMO Wrestling in the Airway Epithelium: Does It Regulate Thymic Stromal Lymphopoietin. Am J Respir Cell Mol Biol. 2022. 66(6): 591-592.

　　12. Tsur A, Bening Abu-Shach U, Broday L. ULP-2 SUMO Protease Regulates E-Cadherin Recruitment to Adherens Junctions. Dev Cell. 2015. 35(1): 63-77.

　　13. Van Itallie CM, Mitic LL, Anderson JM. SUMOylation of claudin-2. Ann N Y Acad Sci. 2012. 1258: 60-4.

　　14. Liang S, Zhou Z, Zhou Z, et al. Blockade of CBX4-mediated β-catenin SUMOylation attenuates airway epithelial barrier dysfunction in asthma. Int Immunopharmacol. 2022. 113(Pt A): 109333.

　　15. Tan D, Lu M, Cai Y, et al. SUMOylation of Rho-associated protein kinase 2 induces goblet cell metaplasia in allergic airways. Nat Commun. 2023. 14(1): 3887.

　　16. Liang J, Zhou C, Zhang C, et al. Nicotinamide mononucleotide attenuates airway epithelial barrier dysfunction via inhibiting SIRT3 SUMOylation in asthma. Int Immunopharmacol. 2024. 127: 111328.

　　本 期 作 者

　　蔡绍曦 教授

　　南方医科大学南方医院呼吸与危重症医学科主任医师、二级教授、学科带头人、博士生导师、博士后合作导师

　　广东省医学会呼吸病学分会 前任主委

　　广东省医师协会呼吸医师分会 前任主委

　　广东省预防医学会呼吸病预防与控制专业委员会 主任委员

　　余常辉副研究员

　　南方医科大学南方医院呼吸与危重症医学科医师、副研究员、研究生导师

　　广东省医疗行业协会呼吸病管理分会 常委

　　广东省老年保健协会肺栓塞与深静脉血栓防治专业委员会 常委

　　广东省预防医学会呼吸预后与控制专业委员会 委员兼秘书

　　广东省医学会变态反应学分会青年委员会 委员

　　梁世秀

　　硕博就读于南方医院呼吸与危重症医学科（导师：蔡绍曦教授）

　　广州医科大学附属第一医院变态反应（过敏与临床免疫）科博士后（导师：李靖教授）

　　本文仅代表作者个人观点

　　仅供医务人员参考

　　欢迎投稿至：conwhite_8@hotmail.com