中性粒細(xì)胞型哮喘的發(fā)病機(jī)制及大環(huán)內(nèi)酯類藥物的治療作用

高 維綜述 胡 紅審校

支氣管哮喘是一類以氣道高反應(yīng)性和可變性呼氣氣流受限為主的慢性氣道炎性異質(zhì)性疾病，5%～10%可發(fā)展為重癥哮喘，醫(yī)療資源耗費(fèi)巨大，病死率高。根據(jù)誘導(dǎo)痰細(xì)胞比例可分為嗜酸粒細(xì)胞型(eosinophilic asthma, EA)、中性粒細(xì)胞型(neutrophilic asthma, NA)、混合粒細(xì)胞型(mixed granulocytic asthma，MA)及寡粒細(xì)胞型(paucigranulocytic asthma, PA)4種炎性哮喘表型[1]。根據(jù)氣道炎性反應(yīng)表型分類可更好地指導(dǎo)哮喘治療及其預(yù)后判斷[2]。NA多以誘導(dǎo)痰中性粒細(xì)胞比例≥40%～76%[1,3]為標(biāo)準(zhǔn)。50%的患者氣道以中性粒細(xì)胞浸潤為主。NA主要與呼吸道急慢性感染、環(huán)境污染、肥胖、衰老、吸煙、應(yīng)用大劑量糖皮質(zhì)激素等因素有關(guān)，是重癥哮喘的一類重要表型[4]。重癥NA特征為老齡、吸煙，常見于多次氣管插管病史、突發(fā)性致死性等重癥哮喘[5]。與EA相比，NA具有更差的臨床表現(xiàn)、肺功能及較多的急性發(fā)作次數(shù)，且尚缺乏有效的治療措施。

大環(huán)內(nèi)酯類藥物(macrolide drugs, MD)除抗菌作用外還具有潛在的抗病毒、抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。一些臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MD對非嗜酸粒細(xì)胞型哮喘(主要是NA)有積極作用，然而長期應(yīng)用MD的安全性是諸多臨床醫(yī)師擔(dān)心的問題。筆者就目前中性粒細(xì)胞型哮喘的發(fā)病機(jī)制、大環(huán)內(nèi)酯類藥物的作用機(jī)制等方面進(jìn)行綜述。

1 發(fā)病機(jī)制

目前認(rèn)為，NA屬非Th2細(xì)胞驅(qū)動的炎性反應(yīng)，涉及微生物群改變、氣道中性粒細(xì)胞、固有免疫細(xì)胞系統(tǒng)及Th17/Treg細(xì)胞免疫反應(yīng)等多個(gè)方面。

1.1 微生物群定植及感染 氣道微生物群的變化在人體氣道慢性炎性反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。哮喘患者呼吸道的流感嗜血桿菌屬、奈瑟菌屬、金黃色葡萄球菌屬和鏈球菌屬多見，且細(xì)菌負(fù)載量大[6]、氣道反應(yīng)性高。支氣管反應(yīng)性與某些有助于哮喘發(fā)生的菌群豐度有關(guān)[7]。早期口咽部鏈球菌屬、卡他莫拉菌、流感嗜血桿菌的定植可明顯增加哮喘的發(fā)生[8]。NA的呼吸道微生物群組成較EA存在差異，其菌群種類減少，而流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、變形桿菌增多，這種改變可能影響抗菌素、激素的反應(yīng)，增加肺部感染的風(fēng)險(xiǎn)[9]。

肺炎支原體、衣原體等非典型病原體急慢性感染可能在激素抵抗的NA中有重要作用。在難治性哮喘及哮喘急性發(fā)作的患者中，肺炎支原體、衣原體存在率15%～65 %[10]，其感染可阻止支氣管上皮細(xì)胞纖毛運(yùn)動，感染肺巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞，產(chǎn)生更多的TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8。與喘鳴癥狀相關(guān)的感染還包括呼吸道合胞病毒(RSV)、人鼻病毒(hRV)、人變性肺病毒、副流感病毒和冠狀病毒。80%的成人及兒童哮喘的急性發(fā)作均確認(rèn)存在病毒感染。

1.2 中性粒細(xì)胞的作用 在重癥哮喘和哮喘急性發(fā)作的患者中，氣道中性粒細(xì)胞增多更明顯，與氣道中性粒細(xì)胞相關(guān)趨化因子增多、中性粒細(xì)胞抗凋亡增加及清除受到損傷有關(guān)。促進(jìn)中性粒細(xì)胞由循環(huán)進(jìn)入肺組織的趨化因子主要有IL-8、TNF-α和白三烯B4(LTB4)，IL-8水平與中性粒細(xì)胞數(shù)明顯相關(guān)。高劑量激素的使用可抑制中性粒細(xì)胞凋亡，而且中性粒細(xì)胞在炎性刺激下可通過自身和機(jī)體釋放的ATP提高生存活性。中性粒細(xì)胞的清除通常由巨噬細(xì)胞吞噬，但哮喘患者巨噬細(xì)胞的吞噬能力明顯下降。

活化的中性粒細(xì)胞可分泌IL-6、IL-8、IFN-γ、 GM-CSF等一系列細(xì)胞因子加重炎性反應(yīng)[11]。中性粒細(xì)胞還可釋放MMP-9、MPO、彈性蛋白酶等，參與哮喘氣道重塑。通常情況下，中性粒細(xì)胞受到微生物的刺激可產(chǎn)生活性氧，其氧自由基具有殺菌作用，但哮喘患者的中性粒細(xì)胞活性氧功能受到不同程度的抑制，不容易將病原菌徹底清除。然而輕度哮喘患者中性粒細(xì)胞活性氧的產(chǎn)生更明顯，可導(dǎo)致哮喘的加重及氣道重構(gòu)[12]。

1.3 固有免疫系統(tǒng)的激活 固有免疫系統(tǒng)是人體對抗有害刺激的第一道防線。炎性復(fù)合體(又稱炎性小體，inflammasomes)是固有免疫的多種蛋白復(fù)合體，激活后引起前IL-1β裂解，釋放IL-1β，啟動急性期促炎反應(yīng)。NA患者痰固有免疫受體—Toll樣受體TLR2、TLR4和CD14，同促炎因子IL-8、IL-1β基因表達(dá)均升高，且NLRP1、NLRP3、NLRC4炎性小體在NA患者中表達(dá)升高，與IL-1β水平上調(diào)一致[13]。IL-1β的激活直接誘發(fā)Th1/Th17免疫反應(yīng)和氣道中性粒細(xì)胞浸潤。

IFN-β、IFN-λ與宿主抵抗感染有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為NA固有免疫系統(tǒng)激活是氣道微生物定植的結(jié)果，NA患者痰中IFN-β、IFN-λ/ IL-29和干擾素刺激基因(ISG)過度表達(dá)，反映了NA固有免疫的激活[14]，而另一研究則發(fā)現(xiàn)NA患者外周血(PBMC)體外經(jīng)鼻病毒刺激后產(chǎn)生較少的IFN-α，IFN-β[15]，反映了NA患者氣道與外周血細(xì)胞的差異。

1.4 Th17/Treg失衡及低Th2/Th17內(nèi)型 一般認(rèn)為Th17/Treg細(xì)胞失衡在NA中發(fā)揮重要作用。Th17細(xì)胞由原始CD4+T細(xì)胞在IL-6、IL-8、IL-23、TGF-β共同刺激下分化產(chǎn)生[16]，以分泌IL-17為特征，Treg細(xì)胞可抑制Th2、Th17細(xì)胞活化?；罨腡h17細(xì)胞釋放IL-17A、IL-17F，刺激哮喘動物氣道上皮細(xì)胞合成CXCL1和IL-8等趨化因子，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞性氣道炎性[17]。Treg細(xì)胞誘導(dǎo)氣道免疫耐受的機(jī)制可能與表達(dá)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原-4(CTLA-4)分泌IL-10、TGF-β等細(xì)胞因子有關(guān)[18]。NA患者CD4+T細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化增強(qiáng)，向Treg分化減弱，即Th17/Treg比例失衡。

另外，T細(xì)胞的分化具有異質(zhì)性，在特定的微環(huán)境影響下可再分化為同時(shí)具有兩種Th標(biāo)志的細(xì)胞，包括Th2/Th17、Th1/Th17、Th1/Th2細(xì)胞等。Th2/Th17細(xì)胞可同時(shí)分泌IL-4和IL-17，多見于嚴(yán)重EA(遲發(fā)型EA)或MA患者，有學(xué)者將哮喘分為高Th2、高Th2/Th17及低Th2/Th17三種內(nèi)型，并將NA歸為低Th2/Th17型[19]，其具體機(jī)制尚待進(jìn)一步闡清。

1.5 炎性反應(yīng) NA患者的CRP、IL-6和彈性蛋白酶顯著升高[20]。系統(tǒng)性炎性反應(yīng)的基因表達(dá)與高BMI、更長的吸煙史、更低的用力肺容積(FVC)%預(yù)測值以及痰中性粒細(xì)胞數(shù)增加相關(guān)[21]。Baines等[22]采用哮喘患者外周血基因表達(dá)對炎性反應(yīng)表型分型，發(fā)現(xiàn)NA患者的DEFA(α-防御素)1,1B,3,4，CTSG(中性粒細(xì)胞組織蛋白酶)和ELA2(彈性蛋白酶)均明顯升高，提示NA的炎性反應(yīng)是與其他表型相鑒別的特征。

2 MD藥物的作用

MD是一類多效性藥物，其主要臨床功效為抗菌、抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。目前認(rèn)為只有14、15元環(huán)具有抗炎作用。長期口服小劑量MD治療彌漫性泛細(xì)支氣管炎、囊性肺纖維化、支氣管擴(kuò)張癥等慢性氣道炎性反應(yīng)疾病的療效顯著，而針對哮喘的療效及機(jī)制研究仍存爭議，很大程度上與哮喘的異質(zhì)性有關(guān)。AZISAST研究顯示[23]，非EA(尤其是NA)嚴(yán)重哮喘組阿奇霉素治療后可明顯減少哮喘發(fā)作次數(shù)，改善生活質(zhì)量。2015年Meta分析[24]的亞組結(jié)果顯示，MD或有益于非EA患者。2016年Andrea等[25]研究發(fā)現(xiàn)，MD相較于喹諾酮類、頭孢菌素等抗菌素，可減少嚴(yán)重哮喘患者急性發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)。其作用機(jī)制可從以下幾方面進(jìn)行分析：

2.1 抗微生物方面 MD可有效清除包括支原體、衣原體、流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌等常見呼吸道病原菌。MD主要聚集在細(xì)胞內(nèi)，包括中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等，隨中性粒細(xì)胞滲入炎性組織中，雖不能清除銅綠假單胞菌，但低劑量即可降低對上皮細(xì)胞的粘附性，抑制胞外多糖藻酸鹽的形成和鞭毛動力，進(jìn)而影響群體感應(yīng)蛋白和生物膜形成[26]。亞抑制濃度的紅霉素可抑制銅綠假單胞菌凝集素、血細(xì)胞凝集活性、胞外蛋白酶和溶血活性等，可能與抑制銅綠假單胞菌毒力和細(xì)菌死亡有關(guān)。MD還可通過增加干擾素產(chǎn)生和ISG的表達(dá)，減少支氣管上皮細(xì)胞的病毒復(fù)制和生長[27]。

2.2 對中性粒細(xì)胞的影響 MD可高濃度的聚集于中性粒細(xì)胞的胞漿溶酶體顆粒中，有穩(wěn)定溶酶體的作用。予標(biāo)準(zhǔn)劑量后，阿奇霉素在人中性粒細(xì)胞內(nèi)長達(dá)28 d的大量滯留可致其脫顆粒和吞噬作用相關(guān)的氧化爆發(fā)的啟動，進(jìn)一步增強(qiáng)抗菌活性。該藥物為時(shí)間雙相性，促進(jìn)宿主初始防御，稍后減輕組織損傷并緩解炎性反應(yīng)。其急性抑制作用包括下調(diào)趨化因子IL-8、GRO-α、MPO，晚期作用包括減弱中性粒細(xì)胞氧化爆發(fā)、下調(diào)MPO、增加中性粒細(xì)胞凋亡，以及通過抑制NF-κB和活化蛋白-1(AP-1)的活性來減弱中性粒細(xì)胞趨化反應(yīng)[28]。阿奇霉素還通過抑制多形核白細(xì)胞和單核細(xì)胞中的前列腺素合成酶(COX-1和COX-2)的表達(dá)抑制PGE2合成。MD比皮質(zhì)類固醇、地塞米松、PDE4抑制藥、羅氟司特和p38激酶抑制劑具有更廣泛的抑制炎性因子和趨化因子釋放的作用。

2.3 對固有免疫細(xì)胞及系統(tǒng)的作用 在肺泡巨噬細(xì)胞中，MD通過抑制AP-1減弱LPS誘導(dǎo)的促炎因子的產(chǎn)生，抑制花生四烯酸的釋放和代謝[29]，還可增加吞噬作用，抵抗氧化應(yīng)激。MD可減弱LPS或IFN-γ刺激巨噬細(xì)胞后的Th1細(xì)胞反應(yīng)，活化的巨噬細(xì)胞極化為M2表型，介導(dǎo)Th2反應(yīng)和炎性反應(yīng)后修復(fù)[30]。MD以濃度依賴的方式顯著抑制M1型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物(CCR7, CXCL11和IL-12p70)的基因表達(dá)和(或)釋放，并增強(qiáng)M2型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物(IL-10和CCL18)和單核細(xì)胞的表達(dá)和/或釋放標(biāo)記CD163。MD抑制LPS刺激的DC細(xì)胞共刺激因子(CD40和CD86)和MHC-II類分子的表達(dá)，并減弱TLR-4和IL-12的表達(dá)[31]。Lin等[32]發(fā)現(xiàn)在IL-15刺激的人NK細(xì)胞中，阿奇霉素通過下調(diào)穿孔素表達(dá)來抑制細(xì)胞毒性作用。

2.4 對氣道上皮細(xì)胞屏障的保護(hù)作用 Halldorsson等[33]研究發(fā)現(xiàn)，阿奇霉素能夠在銅綠假單胞菌的毒力因子誘導(dǎo)上皮細(xì)胞通透性時(shí)保持其完整性和上皮阻力，結(jié)合粘附分子(包括緊密連接蛋白)，還伴有粘蛋白分泌減少、p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)改變、細(xì)胞因子(IL-6、IL-8，MMP-1、2、9、10、13，GM-CSF)水平下降，并影響脂質(zhì)代謝和細(xì)胞周期。TGF-β可誘導(dǎo)多種上皮細(xì)胞凋亡，且已被證實(shí)通過激活caspase-3和下調(diào)Bcl-2增強(qiáng)人支氣管上皮細(xì)胞的凋亡。研究證實(shí)阿奇霉素可通過改善Bax/Bcl-2比值失衡和抑制氣道上皮細(xì)胞Caspase-3水平緩解氣道上皮細(xì)胞凋亡[34]。MD還可通過抑制上皮細(xì)胞MUC5AC基因表達(dá)和蛋白生成以及阻斷氯離子通道抑制水分的分泌等，減少氣道黏膜的分泌。

2.5 對適應(yīng)性免疫的作用 MD對 T 淋巴細(xì)胞分泌細(xì)胞因子如 IL-2、4、5、6、8、10，IFN 等有干預(yù)作用，可以糾正 Th1/Th2 細(xì)胞的失衡。羅紅霉素可抑制抗原刺激后患者T淋巴細(xì)胞的增殖，抑制 IL-4、IL-5 生成，提高 IFN-γ的含量。Ding等[35]研究發(fā)現(xiàn)小劑量的克拉霉素可下調(diào)Th1細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子T-bet及IFN-γ的表達(dá)，抑制Th1細(xì)胞的分化，且通過下調(diào)Th17細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子ROR-γt及IL-17的表達(dá)，阻斷Th17細(xì)胞的分化，從而達(dá)到降低Th1細(xì)胞及Th17細(xì)胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)。另有學(xué)者在小鼠中性粒細(xì)胞型哮喘模型中發(fā)現(xiàn)[36]，克拉霉素聯(lián)合地塞米松治療后，其IL-17降低并恢復(fù)相對HDAC2活性與氣道阻力和炎性相關(guān)，提示克拉霉素的使用可減少中性粒細(xì)胞型哮喘患者激素的用量。另外，羅紅霉素可以誘導(dǎo)表皮螨粉活化的淋巴細(xì)胞凋亡。Fas/Fas L系統(tǒng)的誘導(dǎo)以及Bcl-2表達(dá)減少和羅紅霉素促進(jìn)淋巴細(xì)胞凋亡有關(guān)[37]。

綜上所述，NA以氣道中性粒細(xì)胞性炎性為特點(diǎn)，在氣道微生物群、氣道中性粒細(xì)胞作用、固有和獲得性免疫反應(yīng)等方面存在著不同的發(fā)病機(jī)制。越來越多的臨床證據(jù)支持MD對NA的有效性，MD的抗菌、抗炎和免疫調(diào)節(jié)的多效性發(fā)揮了重要作用。目前已有部分國家的哮喘指南推薦MD可作為治療重癥NA的附加藥物。然而，一些實(shí)際問題亟待解決：(1)長期口服小劑量MD可致呼吸道微生物耐藥性增加，尚缺乏對機(jī)體長遠(yuǎn)影響的研究；(2)MD可否納入中性粒細(xì)胞型重癥哮喘的常規(guī)治療還需更多的臨床證據(jù)支持；(3)明確慢性感染(支原體、衣原體)的哮喘表型是否更具有個(gè)體化治療的意義；(4)新的非抗菌性MD的臨床作用及應(yīng)用前景尚待開發(fā)。