慢性阻塞性肺疾病免疫發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

孫 印，何士杰，景衛(wèi)革，韋海燕

(承德市中心醫(yī)院呼吸內(nèi)科，河北 承德 067000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種可以預(yù)防和治療的，以持續(xù)呼吸道癥狀和氣流受限為特征的慢性疾病，發(fā)病率、致殘率和致死率均較高，造成了極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。2018年，我國(guó)公布的40歲以上人群COPD患病率為13.7%；預(yù)計(jì)到2020年，COPD 將成為全球第3大死因，其所造成的損失將占世界疾病經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的第五位[2]。COPD是長(zhǎng)期累積的有毒氣體和顆粒暴露以及基因、氣道高反應(yīng)和幼年時(shí)肺發(fā)育不良等多種宿主因素復(fù)雜相互作用的結(jié)果[3]。COPD是一種氣道和肺部慢性持續(xù)炎癥性疾病，中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞均參與了COPD的發(fā)病過(guò)程。蛋白酶增多或抗蛋白酶不足及其活性下降亦可導(dǎo)致COPD。氧化應(yīng)激會(huì)損傷生物大分子，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙或細(xì)胞死亡，還可破壞細(xì)胞外基質(zhì)，引起蛋白酶及抗蛋白酶失衡，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致COPD。近年來(lái)，多項(xiàng)研究顯示，固有免疫、獲得性免疫及免疫失衡、自身免疫均參與了COPD的發(fā)病機(jī)制[4-6]?，F(xiàn)就COPD的免疫發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展予以綜述。

1 COPD與固有免疫

固有免疫又稱(chēng)天然免疫，是機(jī)體一系列的非特異性防御能力，包括免疫屏障、免疫細(xì)胞及免疫分子等。呼吸道的固有免疫包括物理(黏膜屏障)、化學(xué)(乳鐵蛋白、溶菌酶、蛋白酶抑制劑等)及免疫(B細(xì)胞、T細(xì)胞)等，當(dāng)固有免疫功能受損或病原體侵襲能力增強(qiáng)時(shí)，即可致病。有研究發(fā)現(xiàn)，Clara細(xì)胞分泌蛋白16(Clara cell secretory protein 16，CC16)、表面活性蛋白D、溶菌酶、分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子、分泌型IgA、Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)等均參與了COPD的固有免疫[7]。

CC16是呼吸道Clara細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤等功能，通過(guò)減少肺核因子κB炎癥通路活化來(lái)抵御香煙煙霧誘導(dǎo)的氣道及肺部損傷，當(dāng)氣道CC16缺乏時(shí)，吸煙導(dǎo)致肺氣腫的發(fā)生率明顯增加[8]。Vesbo等[9]對(duì)2 163例COPD患者隨訪(fǎng)3年發(fā)現(xiàn)，CC16與COPD患者第一秒用力呼氣量呈正相關(guān)，氣道組織CC16顯著低于健康對(duì)照組，提示COPD患者氣道組織中CC16表達(dá)水平降低，呼吸道局部免疫功能下降。

表面活性蛋白D是由肺泡細(xì)胞分泌的一種非常重要的肺部固有免疫成分，具有免疫、抗炎、抗氧化等多種功能。有研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者血清表面活性蛋白D水平升高與患者病變的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，與第一秒用力呼氣量呈負(fù)相關(guān)，可見(jiàn)，表面活性蛋白D在一定程度上可反映COPD患者病情的嚴(yán)重程度[10]。另有研究顯示，與哮喘組和健康對(duì)照組患者相比，COPD組患者血清表面活性蛋白D的表達(dá)水平顯著升高，并與患者呼吸道癥狀呈正相關(guān)，未來(lái)表面活性蛋白D有可能成為診斷COPD的潛在標(biāo)志物[11]。

溶菌酶是呼吸道自身分泌的一種蛋白多肽，具有殺菌、抗感染、抗病毒等多種功能。COPD急性加重并有細(xì)菌感染時(shí)，痰液溶菌酶水平顯著低于健康對(duì)照組，提示COPD患者氣道局部免疫力下降，容易繼發(fā)細(xì)菌感染，提高患者血清及痰液中溶菌酶的濃度可能減少COPD患者急性發(fā)作的次數(shù)[12]。

分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子是一種由氣管、支氣管肺泡上皮細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)，通過(guò)抑制彈性蛋白酶活性減少抗菌肽降解，具有抗感染和增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功能。有研究顯示，COPD患者急性加重時(shí)，氣道及痰液分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子含量減少，治療后穩(wěn)定期血清分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子水平恢復(fù)正常，可能是由于COPD急性加重時(shí)氣道及痰液中降解分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子的酶明顯升高，當(dāng)急性感染控制后降解分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子的酶恢復(fù)正常所致[13]。

分泌型IgA是由呼吸道、泌尿生殖道、消化道局部分泌的免疫球蛋白，是黏膜固有免疫的主要成分之一，具有抗病毒和抗菌等作用。支氣管上皮細(xì)胞的多聚體免疫球蛋白受體介導(dǎo)的穿胞作用是小氣道分泌型IgA的唯一來(lái)源，COPD患者多有嚴(yán)重的小氣道病變，分泌型IgA濃度顯著降低，患者抗感染及免疫防御能力受損。有研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者支氣管肺泡灌洗液中分泌型IgA的表達(dá)水平明顯減少，且與患者急性發(fā)作次數(shù)相關(guān)，由此可見(jiàn)，提高COPD患者小氣道分泌型IgA的水平可能降低呼吸道感染頻率，延緩COPD患者的病情進(jìn)展[14]。

TLR4是Toll樣受體家族中最重要的成員，是固有免疫的識(shí)別受體，也是天然免疫和獲得性免疫的連接紐帶，TLR4與革蘭陰性菌脂多糖及髓樣分化蛋白2 結(jié)合后，其空間構(gòu)象改變，通過(guò)髓樣分化蛋白88 依賴(lài)型途徑和髓樣分化蛋白88非依賴(lài)型途徑激活核因子κB、激活蛋白-1、 β干擾素相關(guān)因子3，使機(jī)體釋放大量的炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致免疫應(yīng)答及炎癥反應(yīng)[15]。COPD患者氣道及血中性粒細(xì)胞表面TLR4的表達(dá)水平明顯高于健康對(duì)照組，說(shuō)明TLR4參與了COPD的發(fā)病機(jī)制[16-17]。當(dāng)患者呼吸道或全身抵抗能力下降時(shí)，革蘭陰性菌感染機(jī)會(huì)明顯增加，脂多糖反復(fù)刺激機(jī)體可誘導(dǎo)TLR4信使RNA及蛋白表達(dá)水平上調(diào)，使炎癥因子腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1、IL-6、γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)分泌明顯增加，氧自由基產(chǎn)生增加，最終導(dǎo)致COPD的發(fā)生和發(fā)展。適度的TLR4/核因子κB信號(hào)通路激活有利于抗炎及免疫活化，而過(guò)度激活和調(diào)控不良的TLR4/核因子κB信號(hào)通路可引起持續(xù)炎癥及免疫損傷，通過(guò)調(diào)節(jié)TLR4/核因子κB信號(hào)通路能夠減輕COPD急性加重期大鼠的炎癥程度[18]。

2 COPD與獲得性免疫及免疫失衡

COPD的發(fā)生發(fā)展與T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥免疫反應(yīng)及免疫失衡密切相關(guān)。COPD患者T細(xì)胞介導(dǎo)的獲得性免疫應(yīng)答異常的原因較多，如免疫調(diào)節(jié)機(jī)制異?；蜃陨砻庖哒{(diào)節(jié)異常等。CD8+T/CD4+T淋巴細(xì)胞比例失調(diào)、輔助性T細(xì)胞(helper T cell，Th細(xì)胞)1/Th2細(xì)胞失衡、Th17/調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg細(xì)胞)失衡在COPD的發(fā)病機(jī)制發(fā)揮重要作用。

2.1 CD8+T/CD4+T淋巴細(xì)胞與COPD 吸煙是COPD最重要的原因，可誘導(dǎo)氣道慢性炎癥，導(dǎo)致小氣道發(fā)生病變及肺氣腫。吸煙COPD患者的氣道、肺實(shí)質(zhì)、肺血管CD8+T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)增多，CD8+T/CD4+T淋巴細(xì)胞比例增大。CD8+T淋巴細(xì)胞為COPD病理改變過(guò)程中最重要的效應(yīng)細(xì)胞，使中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞聚集并釋放大量的彈性蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶，造成肺彈力組織破壞及肺泡破裂。此外，CD8+T細(xì)胞活化后通過(guò)釋放大量的IFN-γ、端粒酶、穿孔素、腫瘤壞死因子-α和人干擾素誘導(dǎo)蛋白-10，造成肺組織結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致肺氣腫和COPD[19]。CD8+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)與COPD患者肺氣腫嚴(yán)重程度及氣流受限程度呈正相關(guān)[20]。研究發(fā)現(xiàn)，CD8+T淋巴細(xì)胞使暴露于香煙煙霧的小鼠氣道內(nèi)聚集大量單核巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，導(dǎo)致持續(xù)慢性炎癥，當(dāng)CD8+T淋巴細(xì)胞缺失時(shí)，暴露于煙霧的小鼠氣道炎癥程度顯著低于未暴露于煙霧的小鼠，表明CD8+T淋巴細(xì)胞在COPD的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起非常重要的作用[21]。

CD4+T細(xì)胞亞群Th17細(xì)胞通過(guò)分泌IL-21，并與其受體IL-21R結(jié)合，引起CD8+T細(xì)胞增殖和凋亡，產(chǎn)生高水平的端粒酶、穿孔素及IFN-γ，放大CD8+T的細(xì)胞毒作用，說(shuō)明CD4+T細(xì)胞在COPD的發(fā)病機(jī)制中起免疫調(diào)節(jié)作用[22]。

2.2 Th1/Th2細(xì)胞失衡與COPD Th1和Th2細(xì)胞同屬于具有免疫調(diào)節(jié)作用的T細(xì)胞亞群。Th1細(xì)胞主要參與細(xì)胞免疫，主要分泌的炎癥介質(zhì)是IFN-γ；而Th2細(xì)胞主要參與體液免疫。研究顯示，COPD患者肺組織及外周血中IFN-γ表達(dá)顯著高于健康對(duì)照人群，且Th1細(xì)胞數(shù)量與肺氣腫嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，表明COPD患者Th1細(xì)胞表達(dá)上調(diào)，且可能與患者病情嚴(yán)重程度相關(guān)[23-25]。香煙煙霧可使COPD患者肺內(nèi)T淋巴細(xì)胞表面的細(xì)胞內(nèi)β趨化因子受體5表達(dá)增加，而趨化因子受體5通常表達(dá)于Th1細(xì)胞表面，趨化因子受體5增多提示患者肺內(nèi)Th1/Th2細(xì)胞失衡[20]。Th1/細(xì)胞毒T細(xì)胞1的細(xì)胞極化使IFN-γ異常分泌，IFN-γ誘導(dǎo)靶細(xì)胞分泌趨化因子CXC趨化因子配體9、CXC趨化因子配體10和CXC趨化因子配體11，使細(xì)胞毒T細(xì)胞1、中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞持續(xù)聚集于氣道及肺組織，釋放彈性蛋白酶及基質(zhì)金屬蛋白酶，對(duì)氣道及肺組織產(chǎn)生持續(xù)破壞作用，導(dǎo)致肺氣腫的發(fā)生發(fā)展。

2.3 Th17細(xì)胞、Treg細(xì)胞與COPD Th17細(xì)胞是新發(fā)現(xiàn)的一種CD4+T淋巴細(xì)胞亞群，也是聯(lián)系獲得性免疫和天然免疫的紐帶，能夠分泌IL-17、IL-23、IL-21、IL-22、IL-6、腫瘤壞死因子-α等多種生物活性介質(zhì)，其介導(dǎo)的免疫炎癥反應(yīng)在COPD的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[20]。Th17細(xì)胞由Harrington等[26]和Park等[27]發(fā)現(xiàn)。段敏超等[19]研究顯示，香煙煙霧暴露可導(dǎo)致小鼠發(fā)生肺氣腫，小鼠肺內(nèi)Th17細(xì)胞數(shù)量和活性均明顯增加，煙霧暴露時(shí)間與Th17細(xì)胞數(shù)量及活性呈正相關(guān)；此外，還發(fā)現(xiàn)煙霧暴露小鼠肺部IL-21、IL-21受體、Th1細(xì)胞和細(xì)胞毒T細(xì)胞1的表達(dá)水平亦顯著高于健康對(duì)照組，且Th17細(xì)胞表達(dá)水平與肺泡破壞指數(shù)呈正相關(guān)，研究者推測(cè)，Th17細(xì)胞可能通過(guò)IL-21對(duì)肺部Th1/細(xì)胞毒T細(xì)胞1進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)，進(jìn)而參與COPD的發(fā)病。IL-17是CD4+Th17細(xì)胞分泌的最重要的前炎癥因子，其誘導(dǎo)釋放的腫瘤壞死因子-α、IL-6、IL-8、IL-1β等致炎因子在氣道慢性炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，IL-17還可以調(diào)節(jié)氣道結(jié)構(gòu)細(xì)胞，導(dǎo)致氣道組織重構(gòu)[28-29]。

Treg細(xì)胞又稱(chēng)為CD4+CD25+叉頭框蛋白3+Treg細(xì)胞，也屬于CD4+T細(xì)胞亞群，其主要功能是免疫調(diào)節(jié)及免疫抑制，使機(jī)體免疫功能處于穩(wěn)定狀態(tài)[30]。研究顯示，吸煙COPD大鼠模型肺組織Treg細(xì)胞顯著降低，支氣管肺泡灌洗液中IL-4表達(dá)水平明顯降低[31]。另有研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者血清中Treg細(xì)胞的抗炎亞群減少，促炎癥亞群增加，且抗炎亞群/促炎亞群細(xì)胞比例與第一秒用力呼氣量占用力肺活量百分率呈顯著正相關(guān)[32]。以上研究均表明，COPD患者免疫自穩(wěn)功能遭到破壞，Treg細(xì)胞參與了COPD的免疫發(fā)病機(jī)制，可能與患者氣流受限程度有相關(guān)性。

Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞的平衡對(duì)于維持免疫功能穩(wěn)定起重要作用。研究表明，初始CD4+T細(xì)胞可在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β和IL-6同時(shí)存在的條件下分化為T(mén)h17細(xì)胞；當(dāng)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β單獨(dú)存在時(shí)，CD4+T細(xì)胞分化為T(mén)reg細(xì)胞，可見(jiàn)，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β 和IL-6決定了CD4+T分化的方向，進(jìn)而影響Th17和Treg細(xì)胞的平衡[20]。Th17與Treg細(xì)胞失衡是導(dǎo)致COPD發(fā)生發(fā)展的重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，香煙暴露小鼠肺內(nèi)Th17細(xì)胞及其分泌的相關(guān)炎癥因子的表達(dá)明顯升高，而Treg細(xì)胞表達(dá)水平顯著降低，Th17細(xì)胞與Treg細(xì)胞比例嚴(yán)重失衡[33]。Wang等[34]研究發(fā)現(xiàn)，中度和重度COPD患者血清中Th17細(xì)胞、IL-17A、IL-6、IL-21、IL-22、IL-23的表達(dá)水平均顯著高于吸煙及非吸煙健康對(duì)照組，血Treg細(xì)胞、叉頭框蛋白3及IL-10表達(dá)水平均顯著低于吸煙健康對(duì)照組及非吸煙健康對(duì)照組，且Th17/Treg細(xì)胞的比值與第一秒用力呼氣量占用力肺活量百分率、第一秒用力呼氣量/用力肺活量呈負(fù)相關(guān)；并認(rèn)為T(mén)h17細(xì)胞可能通過(guò)過(guò)度免疫反應(yīng)及其分泌的多種炎癥因子參與COPD的發(fā)病機(jī)制，而Treg細(xì)胞則通過(guò)免疫抑制及炎癥調(diào)節(jié)機(jī)制減輕有害氣體和顆粒對(duì)機(jī)體的損害，當(dāng)兩者比例失衡時(shí)，肺部的免疫平衡及炎癥平衡被打破，導(dǎo)致氣道持續(xù)破壞及肺氣腫的發(fā)生。

目前，已有國(guó)外學(xué)者對(duì)采用IL-6受體拮抗劑調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞平衡治療全身型幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎進(jìn)行了研究，未來(lái)可能會(huì)用于COPD的免疫治療[35]。Halwani等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，IL-17受體拮抗劑可抑制Th17細(xì)胞介導(dǎo)的氣道炎癥，并可能逐漸應(yīng)用于臨床，將來(lái)為COPD的免疫治療提供幫助。

3 COPD與自身免疫

COPD與呼吸道及肺部自身免疫相關(guān)。Lee等[36]從COPD患者及健康對(duì)照組分離出外周血CD4+T細(xì)胞，并測(cè)定血中非特異性蛋白質(zhì)及細(xì)胞因子的研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者體內(nèi)存在抗彈性蛋白抗體和Th1細(xì)胞免疫應(yīng)答，且抗體滴度及細(xì)胞免疫反應(yīng)程度與肺氣腫嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，表明COPD與針對(duì)肺部特定抗原的體液免疫及細(xì)胞免疫有關(guān)，首次證實(shí)了自身免疫參與COPD的發(fā)病。Rinaldi等[37]發(fā)現(xiàn)，COPD患者的Th1細(xì)胞能夠分泌大量的IFN-γ，IFN-γ與肺部細(xì)胞外基質(zhì)膠原蛋白V發(fā)生特異性自身免疫反應(yīng)，亦表明自身免疫反應(yīng)參與了COPD的發(fā)病。有研究證實(shí)，COPD患者存在針對(duì)肺上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞的IgG自身抗體，這些抗體對(duì)上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒作用；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，COPD患者肺內(nèi)有補(bǔ)體C3及免疫復(fù)合物沉積[6]。此外，COPD患者體內(nèi)抗支氣管上皮細(xì)胞IgG及IgA抗體增加[38]。另有研究發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，COPD患者體內(nèi)抗細(xì)胞角蛋白18和細(xì)胞角蛋白19的IgG、IgA、IgM循環(huán)自身抗體水平顯著升高，且與病情嚴(yán)重程度相關(guān)[39]。

微生物感染也是肺部啟動(dòng)自身免疫的重要原因。微生物感染后激活體內(nèi)的免疫細(xì)胞和炎癥細(xì)胞，釋放炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子，導(dǎo)致呼吸道及肺組織損傷，呼吸道及肺部自身抗原暴露，進(jìn)而產(chǎn)生自身免疫反應(yīng)，加重氣道及肺損傷。COPD的發(fā)生和發(fā)展涉及許多自身免疫過(guò)程，但仍需要進(jìn)一步研究的證實(shí)。

4 小 結(jié)

固有免疫、獲得性免疫及免疫失衡均參與了COPD的發(fā)病機(jī)制，且免疫因素與氣道及肺部炎癥反應(yīng)相互作用，免疫因素使炎癥反應(yīng)持續(xù)存在，炎癥反應(yīng)導(dǎo)致免疫應(yīng)答及免疫損傷。感染、炎癥、香煙煙霧及免疫損傷產(chǎn)物等均可以誘導(dǎo)肺部自身免疫，但具體免疫通路仍不清楚。免疫因素與炎癥反應(yīng)使細(xì)胞外基質(zhì)降解，破壞肺的支撐組織，并參與氣道及肺組織的重構(gòu)，最終導(dǎo)致肺氣腫的發(fā)生和發(fā)展。目前仍缺乏大樣本、多中心的隨機(jī)對(duì)照研究證實(shí)免疫因素與COPD的確切關(guān)系，期望今后的研究能進(jìn)一步闡述COPD的免疫發(fā)病機(jī)制，并為COPD的免疫治療提供新的理論依據(jù)。