變應(yīng)性鼻炎神經(jīng)-免疫機(jī)制的研究進(jìn)展

康瑞,程馮麗,趙長青

(1.山西醫(yī)科大學(xué),山西 太原 030001;2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院 耳鼻咽喉頭頸外科 山西省氣道炎性疾病神經(jīng)免疫重點(diǎn)培育實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030000)

變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis, AR)是常見病,其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,發(fā)病率逐年攀升。圍繞AR經(jīng)典的免疫反應(yīng)理論制定的各類干預(yù)策略取得一定療效,但仍有不足之處[1],主要原因是AR的發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚。迷走神經(jīng)反射參與腸道免疫調(diào)控[2]的發(fā)現(xiàn)以及臨床上開展的針對(duì)難治性AR的神經(jīng)阻斷術(shù)(如翼管神經(jīng)切斷術(shù)[3]、鼻后神經(jīng)切斷術(shù)[4])為神經(jīng)參與免疫調(diào)控提供了理論依據(jù)。近年來,神經(jīng)細(xì)胞表達(dá)炎性介質(zhì)受體和免疫細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)肽受體的新發(fā)現(xiàn)[5],讓AR的神經(jīng)-免疫機(jī)制越來越受重視。

中樞-外周雙向調(diào)控機(jī)制和外周神經(jīng)-免疫網(wǎng)絡(luò)的研究,提示AR神經(jīng)-免疫機(jī)制的復(fù)雜,其中神經(jīng)肽參與到上述機(jī)制的各個(gè)層面。我們團(tuán)隊(duì)近年來致力于神經(jīng)肽參與上氣道高反應(yīng)性疾病(包括AR)的機(jī)制研究并取得一定結(jié)果,如P物質(zhì)影響肥大細(xì)胞(mast cell,MC)脫顆粒[6]和神經(jīng)介素U(neuromedin U,NMU)借助2 型固有淋巴細(xì)胞(type 2 innate lymphocyte cells, ILC2s)參與2型炎癥反應(yīng)(即AR中外周神經(jīng)調(diào)控局部免疫反應(yīng)的初級(jí)機(jī)制)。本文就AR的神經(jīng)-免疫機(jī)制以及其中的神經(jīng)肽調(diào)控免疫細(xì)胞的研究進(jìn)展予以闡述,并簡要介紹神經(jīng)-免疫機(jī)制以及神經(jīng)肽靶向藥物的臨床應(yīng)用前景。

1 AR的神經(jīng)-免疫機(jī)制

1.1 AR神經(jīng)-免疫的外周雙向機(jī)制

鼻腔黏膜的神經(jīng)分布主要有自主神經(jīng)系統(tǒng)(交感神經(jīng)和副交感神經(jīng),如翼管神經(jīng))、外周感覺神經(jīng)(如三叉神經(jīng)),之后又發(fā)現(xiàn)非腎上腺素能非膽堿能(nonadrenergic noncholinergic, NANC)神經(jīng)。最新研究發(fā)現(xiàn)黏膜下的感覺神經(jīng)末梢表面存在瞬時(shí)受體電位離子通道(transient receptor potential,TPR),如TRPA1(感知冷覺等)和 TRPV1(感知熱覺、痛覺等)。這些神經(jīng)末梢受到外界刺激(尤其是非特異性刺激)后啟動(dòng)Ca2+內(nèi)流,激活該通道,通過軸索反射放大信號(hào)的同時(shí)釋放P物質(zhì)、降鈣素原基因相關(guān)肽(calcitonin gene related peptide,CGRP)、血管活性腸肽(vasoactive Intestinal Peptide,VIP)、NMU、神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,NPY)等神經(jīng)肽[7]。神經(jīng)肽釋放后不僅作用于鼻黏膜的血管和腺體,還作用于附近的MC、嗜酸性粒細(xì)胞(eosinophils, EOS)以及ILC2s等核心免疫細(xì)胞,使其募集并活化,促進(jìn)炎癥介質(zhì)釋放,即神經(jīng)源性炎癥[8]。而各類免疫細(xì)胞分泌的炎癥介質(zhì)作用于周圍神經(jīng),使其再次釋放神經(jīng)肽,加重炎癥反應(yīng)。神經(jīng)肽作為周圍神經(jīng)與鼻黏膜之間的“橋梁”,發(fā)揮重要作用。

1.2 AR神經(jīng)-免疫機(jī)制的中樞-外周網(wǎng)絡(luò)

AR發(fā)作時(shí)中樞與外周之間也存在雙向調(diào)控。隨著“腸-腦軸”[9-10]的發(fā)現(xiàn)和“肺-腦軸”[11]的提出,這一雙向機(jī)制可以初步概括為“鼻-腦軸”,即支配鼻黏膜的神經(jīng)末梢接受外界刺激后將各種信號(hào)呈遞給中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS),CNS將信息整合并傳出至外周靶器官,調(diào)控免疫系統(tǒng)[12]。兩系統(tǒng)之間相互作用,形成AR神經(jīng)-免疫的正反饋機(jī)制。

免疫系統(tǒng)借助神經(jīng)反射機(jī)制和非神經(jīng)反射機(jī)制將炎癥信號(hào)呈遞給CNS,激活特定腦區(qū),并導(dǎo)致大腦功能改變[13]。在微生物-腸-腦軸中,迷走神經(jīng)由腸道菌群激活后沿軸突-背根神經(jīng)節(jié)-脊髓將代謝紊亂的信號(hào)傳至大腦孤束核,并投射至大腦皮層,而腸道菌群還可通過非迷走神經(jīng)反射通路/內(nèi)分泌通路將信號(hào)傳至大腦[14]。AR發(fā)作時(shí)以三叉神經(jīng)為例,經(jīng)鼻激發(fā)的AR患者行功能性磁共振腦區(qū)掃描發(fā)現(xiàn)鼻內(nèi)三叉神經(jīng)刺激后出現(xiàn)顳上回、尾狀核等大腦核團(tuán)的激活[15]。這樣的外周信號(hào)傳至中樞后產(chǎn)生急性的神經(jīng)興奮,且興奮性可持續(xù)幾小時(shí)[16]。長期的反復(fù)激活作用還會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元表型變化(即神經(jīng)塑形性改變)和大腦功能改變[16],如三叉神經(jīng)痛患者大腦皮層的灰質(zhì)發(fā)生密度改變[17]。 此外,神經(jīng)末梢釋放的神經(jīng)肽以及參與免疫反應(yīng)的炎癥介質(zhì)通過組織浸潤透過血腦屏障進(jìn)入大腦,其中P物質(zhì)、CGRP可作用于CNS,導(dǎo)致中樞傳出信號(hào)的增強(qiáng)和對(duì)外界刺激的閾值降低(即中樞敏化作用)[16]。

CNS通過神經(jīng)反射和非神經(jīng)反射機(jī)制將信號(hào)傳出至外周靶器官,實(shí)現(xiàn)對(duì)免疫系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控[13]。CNS將信號(hào)進(jìn)行整合處理后沿神經(jīng)軸傳至神經(jīng)末梢,使其釋放各種神經(jīng)肽和神經(jīng)遞質(zhì),調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[12]。此外,CNS通過下丘腦-垂體-腎上腺軸調(diào)控免疫系統(tǒng)[18],如糖皮質(zhì)激素對(duì)免疫系統(tǒng)的影響[18]以及人體內(nèi)約24 h的晝夜節(jié)律對(duì)外周免疫細(xì)胞的周期性調(diào)控[19]。

2 AR神經(jīng)-免疫機(jī)制中神經(jīng)肽對(duì)免疫細(xì)胞的作用

2.1 P物質(zhì)

在鼻黏膜中,P物質(zhì)多表達(dá)于初級(jí)傳入神經(jīng)C類神經(jīng)纖維中,與MC之間存在密切的形態(tài)學(xué)構(gòu)筑關(guān)系[20]。感覺神經(jīng)末梢激活后釋放P物質(zhì)作用于周圍的MC使其產(chǎn)生神經(jīng)源性脫顆粒和免疫源性脫顆粒,誘發(fā)免疫反應(yīng)。神經(jīng)源性脫顆粒主要有:①P物質(zhì)直接與MC上高親和力受體神經(jīng)激肽1受體(neurokinin-1 receptor,NK-1R)結(jié)合,促使MC脫顆粒,抑制NK-1R的表達(dá)可減輕AR相關(guān)的臨床癥狀和鼻黏膜的EOS聚集。②人MC表面表達(dá)Mas相關(guān)G蛋白偶聯(lián)受體X2(MRGPRX2),P物質(zhì)是MRGPRX2的激動(dòng)劑之一。二者結(jié)合使細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶 (extracellular regulated protein kinases, ERK)1/2磷酸化,誘發(fā)G蛋白依賴的MC脫顆粒。MRGPRX2表達(dá)的下調(diào)和ERK1/2的抑制可顯著降低MC脫顆粒的效率[21]。③P物質(zhì)通過NK-1R作用于EOS,促進(jìn)EOS募集并活化,釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素,后者作用于MC,間接介導(dǎo)了MC脫顆粒[22]。免疫源性脫顆粒的研究發(fā)現(xiàn),P物質(zhì)與MC表面NK-1R結(jié)合影響FcεRIα表達(dá)水平[23],在神經(jīng)炎癥領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)P物質(zhì)對(duì)人MC上Toll樣受體2表達(dá)有正向作用[24]。此外,MC表達(dá)的類胰蛋白酶裂解后作用于初級(jí)傳入神經(jīng)元上的蛋白酶激活受體2,促進(jìn)Ga2+內(nèi)流,導(dǎo)致CGRP和P物質(zhì)等神經(jīng)肽的二次釋放,進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)[25]。二者之間的正反饋機(jī)制,產(chǎn)生了持續(xù)而嚴(yán)重的鼻過敏樣癥狀。

除了上述P物質(zhì)和免疫細(xì)胞之間的相互作用外,P物質(zhì)對(duì)MC脫顆粒的調(diào)控,還受晝夜節(jié)律的“限制”。 MC可節(jié)律性轉(zhuǎn)錄Per1、Per2等生物鐘基因,指導(dǎo)FcεRIα周期性表達(dá),這種外周細(xì)胞的自身節(jié)律稱為“子鐘”。外周細(xì)胞通過下丘腦-垂體-腎上腺軸,接收來自于下丘腦視交叉上核(又稱“母鐘”)的“校正”,以此保持機(jī)體生物鐘的同步。因此,在人MC低水平時(shí)予以P物質(zhì)靶向藥物也許是一種治療策略,可通過更小劑量取得更大療效。

2.2 CGRP

AR發(fā)作時(shí)CGRP主要作用于MC和ILC2上的降鈣素原基因相關(guān)肽受體(calcitonin gene related peptide receptor,CGRPR),致使MC脫顆粒和ILC2活化。

MC脫顆粒分為Ca2+依賴性和非Ca2+依賴性/微管依賴性脫顆粒。CGRP對(duì)MC脫顆粒的作用屬于后者,不改變MC內(nèi)Ca2+濃度。小鼠食物過敏模型中予以小鼠微管解聚劑后CGRP對(duì)MC的活化作用降低[26]。

CGRP對(duì)ILC2可能存在時(shí)間依賴性的雙重調(diào)節(jié)作用。Sui等[27]的實(shí)驗(yàn)提出在白介素(interleukin,IL)-25或IL-33共同作用下,CGRP可以顯著促進(jìn)小鼠ILC2釋放IL-5。然而,Wallrapp等[28]報(bào)道CGRP上調(diào)了小鼠肺黏膜ILC2中IL-5的表達(dá),下調(diào)了IL-13,這種雙重作用在加入IL-33后均放大,但隨時(shí)間推移,IL-5的表達(dá)也下降,表明在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn),CGRP對(duì)ILC2的作用存在一定的差異。

2.3 VIP

支配鼻腔黏膜的神經(jīng)中,除了上述感覺神經(jīng)外,副交感神經(jīng)的膽堿能神經(jīng)在受刺激后同樣釋放VIP等神經(jīng)肽。VIP在局部發(fā)揮血管擴(kuò)張等作用,在鼻黏膜EOS上發(fā)現(xiàn)CRTH2的表達(dá)。研究表明在AR中VIP及其陽性神經(jīng)纖維增多[29],且VIP和CRTH2之間存在強(qiáng)共定位。

VIP對(duì)EOS的作用主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。首先,VIP作用于EOS表面的CRTH2,誘導(dǎo)蛋白激酶C和蛋白激酶A向膜移位,促使EOS活化,但這種作用可能是短時(shí)存在[30]。其次,VIP促使EOS釋放前列腺素D2參與CRTH2蛋白合成,VIP結(jié)合CRTH2使其傳遞的信號(hào)級(jí)聯(lián)放大,加劇EOS的活化[31]。再者,EOS在向局部遷移過程中產(chǎn)生形態(tài)變化,這是EOS參與免疫反應(yīng)的前期儲(chǔ)備,CRTH2拮抗劑能夠抑制這種改變,而且阻斷蛋白激酶A和蛋白激酶C后,使EOS中高表達(dá)的F肌動(dòng)蛋白趨于正常水平,逆轉(zhuǎn)其細(xì)胞骨架變化[30]。總而言之,VIP對(duì)EOS的趨化作用通過CRTH2受體介導(dǎo)并借助蛋白激酶A和蛋白激酶C途徑進(jìn)行。

2.4 NMU

NMU的受體主要有NMUR1和NMUR2,其中NMUR1主要在外周表達(dá),多見于ILC2s表面[32],NMUR2在中樞神經(jīng)元表達(dá)。NMU在小鼠模型中的研究表明其發(fā)揮能量平衡、免疫反應(yīng)、晝夜節(jié)律等作用[33],在人類研究中,主要涉及的研究有兒童肥胖、骨骼健康、代謝紊亂等方面,其中在炎癥方面的研究頗受關(guān)注[34]。近年來發(fā)現(xiàn)小鼠肺和腸道黏膜固有層的副交感膽堿能神經(jīng)元在接受外界刺激后會(huì)釋放NMU,上述情況在變態(tài)反應(yīng)狀態(tài)下更加顯著[35]。小鼠肺和腸道黏膜中的ILC2在接受外界刺激后特異性表達(dá)NMUR1。在形態(tài)學(xué)方面小鼠肺及腸道黏膜中68%的ILC2s與神經(jīng)元之間有重疊像素,二者密切接觸,平均相距不足5 μm[35]。這使得神經(jīng)元與ILC2之間相互作用成為可能。

研究發(fā)現(xiàn)NMU借助NMUR1作用于ILC2,參與2型炎癥反應(yīng)。在NMUR1小鼠肺黏膜中,予以NMU刺激后,ILC2沒有明顯的活化現(xiàn)象[36]。研究發(fā)現(xiàn)NMU對(duì)ILC2的增殖作用是劑量依賴性的,且ILC2的活化速度明顯快于IL-25/IL-33組[35],這表明NMU對(duì)ILC2的作用是直接且快速的。其具體機(jī)制是NMU作用于ILC2上的NMUR1受體,激活該通道,促使ILC2增值并分泌Th2樣細(xì)胞因子。Klose等[32]的實(shí)驗(yàn)中予以ERK1/2抑制劑和NAFT拮抗劑后阻斷NMU-NMUR1信號(hào)傳遞是佐證之一。此外,ILC2在炎癥反應(yīng)自主表達(dá)NMUR1的過程并不發(fā)生活化作用,唯有接受NMU刺激后迅速增值,說明NMU是神經(jīng)元細(xì)胞和ILC2反應(yīng)之間的重要“橋梁”[37]。上述研究大多只在小鼠肺部和腸道黏膜模型中得到驗(yàn)證。近年來人和小鼠鼻腔黏膜NMU的發(fā)現(xiàn)以及EOS增多型鼻息肉小鼠模型對(duì)NMU/NMUR1/ILC2的證實(shí)使該軸參與AR發(fā)病的可能性更大。

此外,Teranishi等[38]觀察到NMU-NMUR1參與視交叉上核(suprachiasmatic muclens,SCN)功能的調(diào)節(jié),他們發(fā)現(xiàn)NMU、NMUR1和NMUR2的mRNA在大鼠SCN中的表達(dá),并且NMU和NMUR1 mRNA的表達(dá)水平隨晝夜節(jié)律波動(dòng)。這些研究結(jié)果表明,NMU可能通過自分泌或旁分泌途徑參與SCN功能。那么與NMU相對(duì)應(yīng)的ILC2呢?ILC2和Th2細(xì)胞屬于“鏡像關(guān)系”,同樣產(chǎn)生2型細(xì)胞因子,受轉(zhuǎn)錄因子Gata3調(diào)控。區(qū)別在于,ILC2 主要存在于黏膜表面,不表達(dá)抗原特異性受體,不直接對(duì)病原體或變應(yīng)原產(chǎn)生反應(yīng)[28]。眾所周知,人體內(nèi)Th2細(xì)胞存在約24 h晝夜節(jié)律,那么依賴于GATA3、RORα等轉(zhuǎn)錄因子激活的ILC2[39],很可能也存在同樣節(jié)律。因此,NMU/NMURI/ILC2軸的生物鐘節(jié)律可能是一個(gè)研究亮點(diǎn)。

2.5 NPY

NPY是交感神經(jīng)受到壓力刺激后產(chǎn)生的一種神經(jīng)肽,與食欲、生物鐘、情緒等功能密切相關(guān)[40]。NPY的受體分為Y1-Y6,NPY對(duì)機(jī)體的作用因細(xì)胞表型的不同而改變,其中NPY-Y1在多種免疫細(xì)胞表面表達(dá),如B細(xì)胞、T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等[41]。NPY與其受體Y1結(jié)合可產(chǎn)生抗炎和促炎功能,這樣的雙重作用取決于Y受體和免疫細(xì)胞的結(jié)合情況。NPY-Y1小鼠哮喘模型證實(shí)NPY通過NPY-Y1途徑作用于EOS減輕氣道炎癥,同時(shí)驅(qū)使樹突狀細(xì)胞向局部淋巴組織遷移,促進(jìn)Th2細(xì)胞分化,加快2型免疫反應(yīng)的發(fā)生。NPY-Y1受體阻斷劑減輕氣道炎癥細(xì)胞的聚集和炎癥因子的水平可以作為驗(yàn)證[41]。NPY的這種促炎作用體現(xiàn)了交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)并不一定都是反作用的[42]。

除此之外,甘丙肽(galanin,GAL)和其受體GALR2在小鼠鼻黏膜中存在表達(dá),并定位于鼻黏膜的纖毛上皮和黏膜下腺細(xì)胞,予以GAL拮抗劑M871減輕小鼠的AR癥狀,表明AR中可能存在GAL/GALR2軸參與其神經(jīng)-免疫反應(yīng)[43]。

3 神經(jīng)-免疫機(jī)制以及神經(jīng)肽靶向治療的應(yīng)用前景

據(jù)此可知,神經(jīng)-免疫機(jī)制涉及多層面的雙向調(diào)控,在AR的發(fā)病中具有重要的意義,因此針對(duì)上述機(jī)制開展了一系列的治療方面的探索,通過電信號(hào)干擾、納米技術(shù)、靶向藥物阻斷神經(jīng)信號(hào)的傳入和傳出,影響疾病進(jìn)程。在此之前,外科手段神經(jīng)阻斷(如翼管神經(jīng)切斷術(shù))在臨床應(yīng)用中顯示了良好的療效。而基于迷走神經(jīng)在哮喘、炎癥性腸病以及類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的支配作用,近年來針對(duì)上述疾病予以迷走神經(jīng)電刺激均取得一定的療效[44],因而針對(duì)AR的神經(jīng)電刺激的研究或許是一種可能。此外,借助神經(jīng)-免疫機(jī)制進(jìn)行的相關(guān)臨床治療的探索還包括以下幾點(diǎn):①可植入電子設(shè)備:利用神經(jīng)回路傳遞抗炎信號(hào)[44];②納米技術(shù):利用光熱信號(hào)輸送包裹藥物的納米顆粒,沉默傷害感受器中的特定神經(jīng)元亞群[45];③TPR靶向藥物:TRPV1拮抗劑(SB-705498)和TRPA1通道拮抗劑(HC-030031、GRC17536)等,還有辣椒素脫敏、脂聯(lián)素、槲皮素等[7]。但目前在鼻科學(xué)領(lǐng)域的神經(jīng)免疫治療仍需深入探討。

外周雙向網(wǎng)絡(luò)中,神經(jīng)肽作為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)參與該機(jī)制,阻止其生成及釋放或成為治療新靶點(diǎn)。目前的相關(guān)靶向藥物主要如下:① NK-1R拮抗劑:阿瑞匹坦、福沙匹坦,主要用于特應(yīng)性皮炎的瘙癢癥狀[46];②MRGPRX2拮抗劑:QWF、Piperine等多種直接抑制劑[47];③CGRPR拮抗劑:人源性單克隆抗體Erenumab[48](商品名Aimovig)和Fremanezumab[49](商品名Ajovy),目前應(yīng)用于偏頭痛治療;④前列腺素D2受體拮抗劑: Fevipiprant(QAW039)和AZD1981用于哮喘治療[50];⑤NPY受體拮抗劑:BIBO3304等,主要用于肥胖治療[51]。NMUR1受體拮抗劑目前尚無臨床試驗(yàn),需進(jìn)一步探討。神經(jīng)肽靶向治療藥物在AR中暫無研究,但就像奧馬珠單抗在哮喘領(lǐng)域取得較好療效后應(yīng)用于AR并初步顯示出較好的療效一樣[52],上述神經(jīng)肽類物質(zhì)的受體拮抗劑亦可能是AR生物制劑治療方面的研究方向[44]。

4 小結(jié)與展望

總的來說,中樞-外周雙向網(wǎng)絡(luò)和外周神經(jīng)-免疫機(jī)制涉及中樞神經(jīng)、外周神經(jīng)、神經(jīng)肽和神經(jīng)遞質(zhì)、免疫細(xì)胞和炎癥介質(zhì)等,其中神經(jīng)末梢借助神經(jīng)肽實(shí)現(xiàn)對(duì)免疫細(xì)胞的調(diào)控進(jìn)一步完善了AR的神經(jīng)-免疫機(jī)制。以神經(jīng)肽為靶點(diǎn),開發(fā)生物制劑可能是AR臨床治療的新方向。但目前以神經(jīng)元反射和體液調(diào)控為基礎(chǔ),借助各種神經(jīng)肽、神經(jīng)遞質(zhì)及炎癥介質(zhì)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)制仍有諸多不清楚的地方,如何高效地阻斷其“惡性循環(huán)”,改善AR癥狀,仍需進(jìn)一步研究。