过敏性支气管哮喘免疫发病机制的最新研究进展

本文原载于《国际呼吸杂志》2015年第3期

过敏性支气管哮喘(简称哮喘)是一种慢性气道炎症性疾病，与气道高反应性(AHR)有关，可以导致反复发作的喘息、呼吸困难、胸闷和咳嗽，尤其在夜间或早晨更为严重，这些发作通常与可变气流阻塞肺部有关。目前全球哮喘患者约3亿人，发病率为7％～10％，在全球范围内陆区差异很大，发达国家和西方国家的发病率是发展中国家的20～60倍[1]。哮喘是一种涉及多种细胞的异质性炎症疾病，根据临床症状的发病频率、FEV1和呼气峰值流量等分为急性发作期、慢性持续期和临床缓解期。目前没有很好的方法针对不同阶段的哮喘对症治疗，因此，寻找不同阶段哮喘的有效治疗方法是未来研究的一个重要目标。

人们最初认为肥大细胞和嗜酸粒细胞在哮喘的气道炎症过程中起着重要作用，而后来研究表明辅助性T(Th)细胞才是这个过程的关键。“Th2哮喘假说”是基于IgE和嗜酸粒细胞在哮喘发病机制中的作用的假设，该假说认为Th2细胞调节IgE的合成，以及嗜酸粒细胞的数量和活性在该机制中起关键作用。另外，有人认为对Thl反应的免疫偏差可以保护机体免受哮喘，因为Thl细胞可以抑制Th2细胞的功能[2]。然而，诱导痰或者支气管肺泡灌洗技术表明很多严重的哮喘患者存在一种明显不同于“Th2哮喘假说”的病理机制[3]，在这些患者中，由Thl和Thl7细胞诱导的中性粒细胞比嗜酸粒细胞更占优势。因此，各种T细胞亚型之间的相对平衡在过敏性哮喘中起着重要作用。

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内毒素脂多糖(LPS)是过敏性哮喘的一个危险因素

内毒素LPS是革兰阴性菌细胞壁的组成部分，虽然人类接触内毒素是不可避免的，但是气道接触内毒素是高度可变的，这与室内颗粒和空气污染程度相关。研究发现内毒素暴露与哮喘的增加率和严重程度呈正相关，且中性粒细胞哮喘患者气道内更易于细菌增殖，因而会产生更高水平的内毒素[4]。许多研究显示灰尘内LPS的浓度而不是灰尘本身与肺功能的降低量呈正相关[I]。

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通过吸入含有LPS的过敏原建立过敏性哮喘模型

在小鼠气道中单独应用过敏原不会引起过敏性哮喘，而加入LPS的过敏原则可以引起过敏性哮喘反应。Eisenbarth等利用不加LPS、加入小剂量(100 ng／mouse)及大剂量(100 ug／mouse)LPS的卵清蛋白(OVA)鼻内滴注小鼠3次，结果显示不加LPS的OVA不能诱导小鼠肺部炎症反应．加入小剂量LPS的OVA诱导典型的Th2细胞反应，包括BALF和肺组织中嗜酸粒细胞的增加，黏液的产生，血清中OVA特异性IgE和IgGl的升高以及引流淋巴结(DLN)中Th2细胞因子的产生；加入大剂量LPS的0VA诱导很强的Thl炎症反应，包括中性粒细胞的增加，血清中IgG2a的增加和DLN中Thl细胞因子的产生但是没有黏液的产生。这项研究为炎症产生依赖LPS提供了实验证据。

Kim等[7]同样证明了不同剂量的LPS导致不同类型的哮喘。该研究小组发现，含有小剂量(100 ng／mouse)LPS的OVA导致Th2细胞反应，伴随嗜酸粒细胞的增高和过敏源特异性IgE的产生，而含有大剂量(10 bLg／mouse)LPS的OVA导致了Thl细胞反应，伴随肺泡灌洗液中中性粒细胞的增加。更重要的是，在含LPS的0VA刺激下，AHR对乙酰甲胆碱的反应大大增强，而乙酰甲胆碱是过敏性哮喘表型的一个重要组成部分。近年来，研究又发现含高剂量LPS的OVA可导致Thl7细胞的高表达和中性粒细胞炎症，而在1L一17缺乏小鼠中这种现象被破坏[8]。因此，高剂量LPS所导致的中性粒细胞炎症实际上是Thl和Thl7炎症的混合物。

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Th细胞亚型在过敏性哮喘免疫发病机制中的作用

动物模型为研究过敏性哮喘的发病机制提供了基础，是药物治疗临床前实验的关键，动物模型研究表明过敏性哮喘反应了固有性和适应性免疫系统的相互作用。适应性免疫反应起始于原始型T细胞，而原始型T细胞通过各种途径分化为不同的调节免疫与炎症反应的Th细胞。不同亚型的Th细胞如Thl、Thl7和Th2由他们所分泌的细胞因子而命名。Thl和Thl7分别由IL-12和IL一6促进产生，而Th2是在IL一4存在的条件下产生的(图1)。

长久以来，人们认为气道中的嗜酸粒细胞与过敏性哮喘有关，Th2细胞因子如IL一4、IL 5和IL一13参与了嗜酸粒细胞炎症凹]。尽管许多细胞因子可以促使B细胞产生抗体，但只有IL一4和IL一13才能使抗体同型转换成IgE。

Thl细胞因子r干扰素(IFN一r)在哮喘患者的血清、肺组织和诱导痰中高表达。诱导痰中IFN一7的表达水平在重度患者比轻中度患者中高，并与痰中中性粒细胞的数量有关。转基因小鼠实验证明了气道中IFN一7的高表达可导致肺部中性粒细胞炎症、肺气肿和AHR，且IFN一7可以抑制过敏源诱导的嗜酸粒细胞募集到小鼠肺组织中。转化生长因子8。(TGF。)是嗜酸粒细胞炎症和组织重建如气道纤维化发展过程中的重要调节因子，研究表明在IFN一7缺乏的小鼠中，过敏源刺激使TGF-fl。和嗜酸粒细胞炎症水平增高[7]。而且，Wenzel等发现重度嗜酸粒细胞哮喘患者比非嗜酸粒细胞哮喘患者有更厚的基底膜和更多数量的TGF—B。产生细胞。这些研究表明IFN 7是重度非嗜酸粒细胞型哮喘发展过程中的重要调节因子。

Thl7细胞作为一种新的CD4 T细胞亚型，需要在TGF-13和IL 6共同存在下被分化。Thl7细胞主要产生IL一17，其次是IL一22和IL一21，再次是少量的IFN一7，但并不产生IL一4。IL一17在发炎的肺部被检测到，它也许有助于小鼠气道炎症的发展，然而，IL 17的出现降却低了嗜酸粒细胞的数量。Thl7细胞的过继转移可诱导中性粒细胞的表达，且对甾类激素的治疗产生抗性，表明IL一17也许可以募集中性粒细胞并在甾类激素抵抗中性粒细胞型哮喘中起着重要作用。另外，研究表明IL一17干扰上皮细胞产生嗜酸粒细胞活化趋化因子，而该因子在嗜酸粒细胞的募集和活化过程中起着重要作用。因此，IL一17也许在肺部的嗜酸粒细胞一中性粒细胞平衡中起着重要的调节作用。

3．1 Th2细胞分化的免疫机制

众所周知，通过信号转导和转录激活子6(STAT6)信号通路的IL一4是Th2细胞分化的重要调节剂，应用小剂量LPS(100 ng／mouse)可以提高II。一4的表达并诱导过敏源特异性的Th2细胞反应。研究发现若小鼠中缺乏STAT6，则小剂量LPS诱导的Th2细胞反应被破坏[7]，表明在T细胞分化过程中，STAT6信号通路是Th2细胞发生发展的重要因素。Eisenbarth等[6]发现TNF-a和吸人性过敏源共同导致了Th2细胞反应，在过敏源致敏过程中，小剂量LPS可以诱导Th2细胞反应并使TNF-a表达量升高。若小鼠缺乏TNFR一1，过敏源特异性小剂量LPS增强的Th2型炎症反应以及AHR将被破坏。这些结果表明小剂量LPS诱导的TNF—a主要通过IL一4和sTAT6信号通路调节Th2细胞反应的发生发展。

3．2 Thl细胞分化的免疫机制

固有性免疫反应产生的IL一12是Thl细胞发生发展过程中的重要调节因子。LPS剂量依赖性过敏源可以增强IL-12的表达，且IL-12主要通过STAT4信号通路诱导Thl细胞分化。在STAT4缺乏小鼠中，含有高剂量LPS(10 ttg／mouse)的OVA诱导产生的AHR和中性粒细胞型炎症将会被抑制，Thl细胞的肺浸润功能也被完全破坏。Thl细胞分化依赖于在高剂量LPS存在下产生的IL-12，然后通过STAT4信号通路产生IFN一7。可溶性二聚体IFN一7，是Ⅱ型干扰素的唯一成员，在固有免疫和适应性免疫反应中起着非常重要的角色。IFN一7作为固有免疫反应的一部分主要由自然杀伤(NK)细胞和NKT细胞产生，而在适应性免疫反应中则由Thl细胞和细胞毒型T效应细胞产生。IFN一7通过上调转录因子T—bet的表达促进Thl细胞分化，T—bet可以抑制Th2细胞的分化。这些结果表明高剂量LPS诱导产生的IFN一7可以上调IL一12的表达，而STAT4信号通路通过正反馈回路调节IL一12和IFN一7。

3．3 Thl7细胞分化的免疫机制

Thl7细胞在过敏性哮喘中发病机制中的作用近年来广泛研究，IL一6、IL一1G和II，一23等通过STAT3一RORTt信号通路诱导IL一17的表达。过敏性哮喘小鼠模型表明高剂量LPS(10 ug／mouse)可以增强IL一6的表达，而小剂量LPS(100 ng／mouse)却不能增强IL一6的表达，然而，在IL 6缺乏小鼠中，高剂量LPS诱导的Thl7细胞反应则被阻止，表明IL一6是Thl7细胞分化过程中的重要调节剂。血管内皮生长因子(VEGF)最初由于其产生组织水肿而被命名为血管渗透因子，研究发现哮喘患者的组织和生物学样本中VEGF表达量升高。肺特异性VEGF转基因实验显示气道高水平VEGF诱导肺部炎症并增强T细胞启动。在过敏性哮喘小鼠模型中，暴露于高剂量I．PS(10 ug／mouse)中的气道可以上调VEGF的表达，此外，用VEGFRl抑制剂处理小鼠后，T细胞启动将会被阻止，如树突状细胞(DC)共刺激分子的过表达、DC向DLN区域的迁移以及DLN中原始T细胞的增殖等。然而，VEGFR-2抑制剂则阻止IL一6的表达以及随后的过敏源特异性Thl7细胞反应[23 24]。这些研究表明LPS诱导的VEGF在T细胞启动和Thl7细胞分化过程中起着重要作用，并且T细胞启动依赖于VEGFRl信号途径，而随后的Thl7细胞分化则依赖于VEGFR2信号途径。

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结语

室内生物污染物可以诱导免疫功能障碍和炎症反应，并导致炎症性肺部疾病，如哮喘和COPD。最新的一项调查显示LPS暴露率是哮喘发病率增加的重要危险因子。更好的治疗方法来自于对哮喘发病机制的更多了解，轻中度哮喘也许和嗜酸粒细胞型炎症有关，而重度哮喘也许和中性粒细胞型炎症有关。就发病机制而言，嗜酸粒细胞型哮喘表现了Th2细胞因子依赖型炎症，而中性粒细胞型哮喘是IFN一7和IL一17依赖型炎症。基于过敏性哮喘不同的免疫和炎症类型，抗炎症治疗策略也是不同的：轻中度嗜酸粒细胞型哮喘患者常常对吸入性类皮质甾酮疗法反应强烈，而中性粒细胞型哮喘(重度哮喘)患者则反应较差。未来针对中性粒细胞型哮喘患者的治疗方法也许在于抑制患者对皮质醇的抵抗，因而抑制Thl和Thl7细胞反应也许是一种有效的免疫治疗策略。

参考文献（略）

(收稿日期：2014—01—07)