肥大細胞與過敏性哮喘

沈士亮

(哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Brigham Women's 醫(yī)院 內(nèi)科，美國波士頓)

組織內(nèi)的肥大細胞來源于骨髓、臍帶血的干細胞。體外培養(yǎng)CD34+造血干細胞，在IL-3 的作用下，可產(chǎn)生肥大細胞;而IL-4 和其他的基質(zhì)蛋白則影響肥大細胞的成熟。哺乳類動物組織內(nèi)的肥大細胞主要分布于機體與外界環(huán)境相通的地方，如皮膚、氣道和消化道，這些部位經(jīng)?？梢越佑|到病原體、過敏原以及環(huán)境中的其他物質(zhì)。肥大細胞在這些物質(zhì)的刺激下，脫顆粒、釋放胞漿遞質(zhì)。組織內(nèi)的肥大細胞具有較長的生存期，在適當?shù)拇碳l件下，可以再次進入細胞周期并增殖。

哮喘是一種具有不同臨床癥狀的呼吸道慢性炎癥性疾病，在世界范圍內(nèi)分布廣泛，西方國家大約8% 的成人和14% 的小孩患有哮喘，其表現(xiàn)主要取決于臨床特征和呼吸道的炎癥類型。肥大細胞在哮喘發(fā)生早期起關(guān)鍵性的作用，哮喘病人的肺組織及沖洗液中含有大量的肥大細胞。

1 哮喘和肥大細胞

哮喘病人主要的病理生理的特征:①呼吸道炎癥;②支氣管分泌增加和堵塞。炎細胞浸潤，如T細胞、中性和嗜酸性白細胞，浸潤的炎細胞的類型取決于哮喘的臨床表現(xiàn)、時間長短和嚴重程度以及治療方法。組織內(nèi)的肥大細胞來源于多功能的骨髓造血干細胞，其血液中的前體細胞呈CD34 陽性。肺、皮膚和小腸都含有豐富的肥大細胞，它們常常圍繞血管、淋巴管、神經(jīng)和毛囊分布。正常情況下，呼吸道的肥大細胞位于支氣管黏膜下的血管附近，非常有趣的是哮喘病人，肥大細胞可遷移到其他部位，如黏膜上皮層內(nèi)、腺體(圖1B，箭頭所示)和呼吸道平滑肌(圖1)。肥大細胞位于引起哮喘的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)周圍，以及在體外試驗中它們和氣管平滑肌之間的直接反應(yīng)的現(xiàn)象，都提示肥大細胞在哮喘的病理生理學(xué)上起一個重要的作用［1］。肥大細胞釋放β 胰蛋白酶可以引起平滑肌內(nèi)表達TGF-β1，增加肌肉細胞收縮性［2］。氣管平滑肌細胞能增加肥大細胞成活率，并引起它們脫顆粒，這是一種新的不依賴于抗原的肥大細胞的激活方式［3］，但是肥大細胞并不影響平滑肌細胞的增生和成活率［4］。Th1 和Th2 都可以使哮喘病人的呼吸道平滑肌細胞分泌吸引肥大細胞的趨化物質(zhì)，但對正常的平滑肌則沒有這種作用［5］。

過敏性哮喘的病人，吸入的過敏原和肥大細胞的膜上的IgE 結(jié)合導(dǎo)致細胞釋放過敏的介質(zhì)，如組織胺、白細胞介素、蛋白酶和前列腺素等，這些物質(zhì)在病人的肺-支氣管沖洗液中含量增高。這些遞質(zhì)可導(dǎo)致血管擴張、平滑肌收縮和黏膜分泌;它們也可以引起過敏性炎癥后期的炎細胞浸潤。嗜酸性白細胞、CD4+T 細胞、中性白細胞、肥大細胞和嗜堿性白細胞和支氣管壁的水腫有關(guān)，并增加非特異性的氣道過敏反應(yīng)(air hyperresponsiveness，AHR)。對組織胺和白細胞介素受體的拮抗劑或抗IgE 抗體的研究證明它們能夠大大地改善過敏的早期和部分后期的反應(yīng)，這也進一步說明肥大細胞在過敏性哮喘中的重要作用。

分析哮喘病人的支氣管組織活檢標本的炎癥狀況，特別是肥大細胞的酶的表達，可為病理診斷、臨床治療提供一定的參考。目前主要根據(jù)它們的胞漿顆粒所含有的酶進行分類，我們發(fā)現(xiàn)哮喘病人肺組織內(nèi)的大多數(shù)肥大細胞有的含有胰蛋白酶(圖1B)，而含有糜蛋白酶(圖1C)和含羥基肽酶A(carboxipeptidase A，CPA)(圖1D)的數(shù)量則相對較少。

2 過敏性哮喘和肥大細胞的動物模型

嚙齒類動物有兩種肥大細胞:一種是黏膜層內(nèi)的肥大細胞(MMC)，而另一種是位于黏膜下結(jié)締組織內(nèi)的肥大細胞(CTMC)。在小鼠的過敏性肺炎，氣管和肺組織的肥大細胞增加。氣管的CTMC 和因炎癥誘導(dǎo)而進入上皮層內(nèi)的肥大細胞(MMC)酶的表達完全一致;支氣管的近端CTMCs 和氣管CTMCs的酶表達相同(圖2 左和右)，而MMCs 酶的表達則不同，它們表達mMCP(mouse mast cell protease)1，2，6 和7，但不表達mMCP 4，5 和CPA3(圖2 中)。肺部的過敏性炎癥所誘導(dǎo)的MMCs 的酶的表達和蠕蟲感染的腸道炎癥不同。在蠕蟲感染小鼠的小腸，黏膜下層的肥大細胞呈mMCP 4，5 陽性(圖3C、D);而遷移到黏膜上皮內(nèi)的肥大細胞mMCP 1 染色呈現(xiàn)陽性(圖3B)，腸黏膜內(nèi)肥大細胞CAE(Chloroacetate esterase)染色也呈現(xiàn)陽性(圖3A)。因此，局部組織在肥大細胞的酶的表達方面起重要的調(diào)節(jié)作用［6］。

圖1 哮喘病人肺組織內(nèi)肥大細胞蛋白酶的表達

圖2 小鼠肺支氣管CTMCs 和MMCs 的蛋白酶表達

盡管有了上述的發(fā)現(xiàn)闡述了局部組織環(huán)境對肥大細胞酶的表達的影響，我們還需要用動物實驗來研究哮喘的發(fā)生和發(fā)展時的分子及細胞的相互反應(yīng)，進一步闡明肥大細胞在過敏性哮喘發(fā)病時的作用和功能。動物模型有助于發(fā)現(xiàn)肥大細胞在過敏哮喘發(fā)病中的許多病理生理方面的重要作用。小鼠模型使我們能夠深入細致地研究肥大細胞在呼吸道過敏疾病發(fā)生中的作用。研究人員首先注射抗原和佐劑使動物致敏，再經(jīng)過呼吸道服用致敏原，然后對比性研究正常的和喪失肥大細胞、B 細胞、IgE 或FcεRI 的小鼠的呼吸道的過敏反應(yīng)和炎癥。某些研究揭示肥大細胞能夠增加肺組織的嗜酸性細胞，從而誘導(dǎo)呼吸道過敏反應(yīng)或纖維化。許多免疫接種方法中都用佐劑誘導(dǎo)炎癥，佐劑可引起強烈的輔助性T 細胞(Th2)的浸潤［7］。其實，某些佐劑具有直接作用于肥大細胞和巨嗜細胞的作用［8］。然而，不加佐劑的致敏方法亦可證明肥大細胞在誘發(fā)過敏性呼吸道疾病時的功用。研究人員已經(jīng)進一步闡述了FcεRI 在呼吸道的過敏反應(yīng)和炎癥發(fā)生中的重要作用［9］。另外，通過骨髓來源的肥大細胞移植到肥大細胞缺失的動物的方法，來分析肥大細胞介質(zhì)的作用也是一種很好的研究方法。人們通常用小鼠和大鼠的模型來分析過敏性呼吸道疾病的發(fā)病機理，雖然這些動物模型具有許多的人體哮喘特征，但我們必須了解由于人和嚙齒類動物之間在生理學(xué)上的巨大差異，動物模型研究中的發(fā)現(xiàn)不能夠直接用于人體。

圖3 感染小鼠小腸組織內(nèi)肥大細胞蛋白酶的表達

3 過敏性哮喘時肥大細胞中間介質(zhì)

3.1 腫瘤壞死因子(TNF) 移植缺失TNF 或正常小鼠的骨髓肥大細胞到無肥大細胞的小鼠體內(nèi)，比較其結(jié)果發(fā)現(xiàn)接受前者骨髓的小鼠顯示較輕微的炎癥和呼吸道過敏反應(yīng)［10］。許多不同的動物和人體的研究都支持這個結(jié)果。和健康人相比，哮喘病人的呼吸道的TNF 表達水平升高，健康人經(jīng)氣道吸入TNF 會誘發(fā)炎癥和呼吸道的過敏反應(yīng)。通過小鼠模型的研究也證實了TNF 在誘發(fā)呼吸道黏膜基因的表達起了很重要的作用，而且在后期的反應(yīng)中也是不可缺少的，與正常的動物相比，TNF 缺失的動物失去誘發(fā)過敏性呼吸道疾病的能力［11］。

3.2 組織胺 另一個來源于肥大細胞的介質(zhì)是組織胺，它通過4 個不同的受體作用于不同的細胞。根據(jù)受體表達的水平和細胞的類型，組織胺可能有促進和抗炎癥的不同效果。激活樹突狀細胞，細胞膜上的組織胺受體Ⅰ、Ⅲ(H1R、H3R)和組織胺結(jié)合后增加抗原的呈遞、細胞因子的產(chǎn)生和T1 輔助細胞(Th1)激活而促進炎癥反應(yīng)。而激活的組織胺受體Ⅱ(H2R)能引起IL-10 分泌，調(diào)節(jié)樹突狀細胞所產(chǎn)生的效應(yīng)。根據(jù)受體表達的類型，組織胺能夠誘導(dǎo)T 細胞產(chǎn)生Th1 型細胞因子如IFN-γ 或Th2 型細胞因子如IL-4 和IL-3。最近，人們已經(jīng)證明肥大細胞的組織胺促進炎癥的作用，可能是通過抑制CD4+、CD25+陽性的調(diào)節(jié)T 細胞獲得的。Bryce 等［12］顯示在過敏呼吸道疾病，組織胺通過H1 受體而發(fā)揮重要作用。實驗亦證明隨著致敏和隨后的抗原刺激，H1 受體缺失動物不能夠產(chǎn)生過敏性呼吸道的疾病。特別是H1 受體缺失動物的肺組織沒有T 細胞的遷入。由于H4 受體在組織胺誘導(dǎo)的過敏性呼吸道疾病中似乎也起重要作用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它的拮抗劑在小鼠過敏性呼吸道疾病發(fā)生中顯示了有效的抑制作用［13］。

3.3 前列腺素 肥大細胞也具有合成不同的脂質(zhì)中間體的能力。很有趣的是隨著致敏和抗原的刺激，高表達前列腺素D2(PGD2)的動物比正常動物有較為嚴重的呼吸道炎癥，并增加Th2 型細胞因子的產(chǎn)生。進一步在呼吸道抗原刺激前吸入PGD2 引起嚴重的過敏性呼吸道疾病，而阻止PGD2 的合成則能減輕炎癥，PGD2 的這些效果取決于它們的不同受體。兩個PGD2 的受體已被描述，PGD2 受體1(DP1)有增強炎癥的作用，而Th2 細胞上的PGD2受體2 或化學(xué)吸引物的同源受體(DP2 或CRTH2)的功能比較復(fù)雜。在呼吸道過敏性疾病的模型，CRTH2 的激活劑加強呼吸道的炎癥，而受體的拮抗劑則能減低炎癥［14］。然而，在CRTH2 受體缺失的動物，隨著致敏和抗原的刺激，與正常的對照組相比，這種動物的呼吸道有更多的嗜酸性細胞和較高水平的IL-5。隨著單純的PDG2 的刺激，人的表達CRTH2 的Th2 細胞增加Th2 型細胞因子的產(chǎn)生。這就提示阻斷CRTH2 受體可能是治療過敏性哮喘的一個很好的方法，且CRTH2 的拮抗劑正在臨床試驗中。

3.4 白三烯(Leukotrienes) 白三烯也是肥大細胞產(chǎn)生的能夠影響過敏性呼吸道疾病的脂質(zhì)中間體，花生四烯酸是白三烯合成的原始物質(zhì)。一個多蛋白復(fù)合體，包括5-脂質(zhì)氧化酶(5-Lo)引起游離花生四烯酸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢钚缘陌兹〢4(LTA4)，后者被進一步的代謝為不同的白三烯亞型(LTC4，LTD4 和LTE4)。LTC4 合成酶在誘導(dǎo)cys-白三烯的合成過程中是一個關(guān)鍵性的酶，而LTB4 的轉(zhuǎn)變是LTA4 水解酶所引起的。許多研究發(fā)現(xiàn)LTs 吸引T 細胞和樹突狀細胞的作用是非常重要的［15］。LTC4 和LTD4 通過CysLT2 受體而發(fā)揮起生物學(xué)功能，在引起肺纖維化和血管損傷中尤顯重要［16］。吸入LTE4，引起炎細胞向肺組織遷移。總之，前列腺素和白三烯在調(diào)節(jié)和吸引免疫細胞方面是非常重要的。因此，這些中間體在肥大細胞誘導(dǎo)的獲得性免疫反應(yīng)中是一個關(guān)鍵成員。

3.5 胸腺基質(zhì)lymphopoitein(TSLP) TSLP 主要是由角化細胞、上皮細胞和基質(zhì)細胞所產(chǎn)生的一種細胞因子。哮喘病人的肺組織內(nèi)的TSLP 的表達升高，缺失TSLP 受體的小鼠不會產(chǎn)生呼吸道過敏性疾病［17］。在人體和小鼠，TSLP 也能激活樹突狀細胞，從而導(dǎo)致Th2 細胞誘導(dǎo)現(xiàn)象。因此，TSLP 是調(diào)節(jié)獲得性免疫Th2 的一個重要因子。當TSLP 和肥大細胞表達TSLP 受體結(jié)合后，能促使Th2 細胞因子的表達。另外，隨著IgE 介導(dǎo)激活，肥大細胞能夠產(chǎn)生高水平的TSLP，這在由于過敏而引起的TSLP的表達是非常重要的［18］。

4 結(jié)論

概括的說，肥大細胞在先天和獲得性免疫反應(yīng)中起一個非常重要的作用，這主要是因為它們能夠產(chǎn)生不同的炎癥和過敏的介質(zhì)。一旦介質(zhì)被激活，就能夠促進抗原呈遞細胞遷移到局部的淋巴結(jié)。隨后，肥大細胞在某些情況下，能有力促進特異性T細胞反應(yīng)的發(fā)生。不管是人的還是小鼠實驗?zāi)Ｐ偷倪^敏性哮喘，肥大細胞均能夠促進呼吸道的炎癥和AHR，也累及到幾種肥大細胞介質(zhì)的分泌?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)清楚地顯示肥大細胞在過敏反應(yīng)中不僅僅是效應(yīng)細胞，而且在誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)獲得性免疫反應(yīng)中起著復(fù)雜的作用。至于過敏，肥大細胞的激活似乎是特異性T 細胞對過敏原的反應(yīng)重要的調(diào)節(jié)步驟，因此，調(diào)節(jié)肥大細胞的激活可能是預(yù)防和治療過敏性疾病的潛在治療方法。

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