維生素A缺乏對(duì)免疫細(xì)胞的影響及其在哮喘中作用的研究進(jìn)展①

劉閃閃 朱 迅 李 冬 閆東梅 崔巍巍

(吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系,長(zhǎng)春 130021)

現(xiàn)代人類的生活方式影響下，維生素A缺乏仍然是全球范圍內(nèi)最為常見的一種營(yíng)養(yǎng)素失衡，是威脅人類健康的嚴(yán)重公共衛(wèi)生問題[1]。維生素A和其代謝產(chǎn)物視黃酸(retinoic acid,RA)對(duì)免疫系統(tǒng)發(fā)揮其生理和病理功能有著全方面的影響。維生素A的缺乏可以導(dǎo)致機(jī)體獲得性免疫應(yīng)答的能力嚴(yán)重受損[2]。Ⅰ 類(IL-12、IFN-γ等)與 Ⅱ 類細(xì)胞因子(IL-4、5、13 等) 的平衡在呼吸道黏膜免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，其失衡與許多免疫性疾病相關(guān)，例如哮喘[3]。

哮喘屬呼吸系統(tǒng)常見病，嚴(yán)重威脅人類健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)統(tǒng)計(jì)，目前全球約有 2.35 億人罹患哮喘。而我國(guó)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2010年14歲以下兒童的哮喘患病率較十年前上升32.70%，全國(guó)33個(gè)城市兒童哮喘總患病率達(dá)2.1%。由于哮喘病因尚不明確，現(xiàn)有治療手段不足，給患者本人和家庭帶來沉重負(fù)擔(dān)，已成為全球性的公共衛(wèi)生問題[4]

1 哮喘

根據(jù)哮喘的發(fā)病機(jī)制把哮喘分為兩種類型，嗜酸性哮喘和非嗜酸性哮喘。嗜酸性哮喘，當(dāng)過敏原(花粉、灰塵、冷空氣等)入侵機(jī)體，呼吸道上皮細(xì)胞釋放胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素，作用于樹突狀細(xì)胞，然后激活Th2細(xì)胞釋放IL-5、IL-4、IL-13[5]。IL-4和IL-13作用于B細(xì)胞，使其成熟分化，釋放IgE。IgE與肥大細(xì)胞表面相應(yīng)的受體結(jié)合，使機(jī)體處于對(duì)該抗原的致敏狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)抗原再次進(jìn)入機(jī)體時(shí)通過與致敏肥大細(xì)胞表面兩個(gè)或兩個(gè)以上相鄰IgE抗體特異性結(jié)合，使膜表面FcεR交聯(lián)活化，從而形成肥大細(xì)胞脫顆粒的起始信號(hào)，使肥大細(xì)胞脫顆粒，釋放組胺、蛋白酶、細(xì)胞因子、白三烯和前列腺素等，導(dǎo)致支氣管收縮和氣道高反應(yīng)等一系列哮喘癥狀[6]。非嗜酸性哮喘的發(fā)病機(jī)制，目前還是不太清楚。現(xiàn)在的研究認(rèn)為，在巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞趨化因子CXCL-8作用下，激活Th1和Th17釋放細(xì)胞因子發(fā)揮作用[7]。

2 維生素A的獲取、儲(chǔ)存和代謝

維生素A以類胡蘿卜素的形式，廣泛存在于各種植物中，例如胡蘿卜、生菜、紅薯和紅辣椒，以視黃醇的形式存在于金槍魚、肝、牛奶、雞蛋等[8]。膳食來源的維生素A被腸上皮細(xì)胞吸收，在卵磷脂視黃醇酰基轉(zhuǎn)移酶作用下代謝成視黃醇酯，或者進(jìn)一步代謝成視黃醛或者視黃酸(RA)[9]。腸上皮細(xì)胞可以把視黃醇酯包裹成乳糜微粒，然后輸送到淋巴系統(tǒng)或門靜脈[10]。其中一部分到達(dá)肝臟，變成視黃醇。在肝臟中視黃醇與視黃醇結(jié)合蛋白結(jié)合，一部分通過血液循環(huán)到達(dá)消化道和皮膚中，另一部分隨膽汁進(jìn)入小腸中，到達(dá)細(xì)胞。在視黃醇脫氫酶的作用下，代謝成視黃醛[11]。樹突狀細(xì)胞、上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞等表達(dá)視黃醛脫氫酶(RALDH)，它有三種表現(xiàn)形式RALDH1、RALDH2和RALDH3，把視黃醛變成RA[12]。

RA在人體中至少存在六種異構(gòu)體，在生物學(xué)上最普遍的形式all-trans RA。在細(xì)胞核中，RA可以激活視黃酸受體(RARs α、β和γ)和視黃酸類受體(RXRs)，視黃酸受體與RA結(jié)合，形成異二聚體(RXR)。它可以與DNA上視黃酸反應(yīng)元件(RAREs)結(jié)合，誘導(dǎo)基因表達(dá)。RA和RAR結(jié)合可以影響轉(zhuǎn)錄和翻譯[13]。

3 RA在免疫細(xì)胞中的作用

3.1RA在巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中的作用 巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)存于腸道固有層，RA通過調(diào)控腸道歸巢分子，誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞前體遷徙到腸道。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)RA缺乏時(shí)，會(huì)影響樹突狀細(xì)胞數(shù)量，說明RA會(huì)影響樹突狀細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯[14]。RA可以影響DCs細(xì)胞分化，DCs細(xì)胞可以激活幼稚T細(xì)胞DCs表達(dá)RAR三種同型，特別是RARα，可以直接與RA結(jié)合。RA可以調(diào)節(jié)脾臟和腸道里的DCs細(xì)胞[15]。除此之外，RA可以影響DCs的功能，RA可以影響DCs細(xì)胞分泌TGF-β和IL-6的分泌，T細(xì)胞表面受體表達(dá)[16]。RA可以增加DCs的遷移。DCs可以直接產(chǎn)生RA，這些細(xì)胞表達(dá)RALDH酶，特別是RALDH2產(chǎn)生RA的細(xì)胞主要是CD103+DCs，主要在固有層，也和Peyer′s patches、腸系膜淋巴結(jié)有關(guān)(MLNs)[17]。在腸道里巨噬細(xì)胞表達(dá)RALDH1和RALDH2，產(chǎn)生RA[18]。

3.2RA在T細(xì)胞中的作用

3.2.1T細(xì)胞歸巢 RA可以增加CD4+T細(xì)胞上α4β7和CCR9的表達(dá)，促進(jìn)其遷徙到腸道固有層和GALT RA/RARα途徑可以直接控制整合素α4的表達(dá)，當(dāng)維生素A缺乏時(shí)T細(xì)胞表面的α4β7 和α4β1減少，會(huì)影響T細(xì)胞遷徙到組織中[19]。RA可以影響T細(xì)胞遷徙，在腸道和GALT中DCs和巨噬細(xì)胞都可以代謝產(chǎn)生RA，RA可以促進(jìn)幼稚CD4+T細(xì)胞分化為調(diào)節(jié)T細(xì)胞[18，20]。RA可以增加調(diào)節(jié)T細(xì)胞上α4β7和CCR9，使其具有介導(dǎo)細(xì)胞歸巢的功能。

3.2.2T細(xì)胞激活 大量實(shí)驗(yàn)研究表明 ，RA主要是在腸道里產(chǎn)生[21]。但是最近研究表明，在免疫反應(yīng)中，其他部位也可以產(chǎn)生RA[22]。在腸道可以發(fā)現(xiàn)RA信號(hào)，皮內(nèi)給予LPS刺激，在炎癥反應(yīng)部位也發(fā)現(xiàn)了RA信號(hào)[23]。在T細(xì)胞激活過程中，T細(xì)胞RARα缺乏時(shí)，PLCγ 和ERK磷酸化降低，RA信號(hào)減弱[24]。這些結(jié)果表明，在免疫反應(yīng)中RA發(fā)揮著重要的作用。

3.2.3調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg)在維持腸道內(nèi)的免疫穩(wěn)態(tài)和對(duì)共生菌群和食物蛋白的耐受性方面起著至關(guān)重要的作用[25]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞是CD4+T細(xì)胞的一個(gè)子集，負(fù)責(zé)誘導(dǎo)和維持外周耐受性[26]。RA通過增加Smad3的表達(dá)和磷酸化,然后增強(qiáng)TGF-β信號(hào)，影響轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)Foxp3的表達(dá)。Foxp3表達(dá)的增加，會(huì)影響Th17細(xì)胞產(chǎn)生IL-6或者IL-21[23]。在腸道相關(guān)淋巴組織中，樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生RA，RA在幼稚T細(xì)胞分化為Treg發(fā)揮重要作用[27]。RA通過與Treg受體RARα結(jié)合，影響Treg分化[28]。RA通過抑制記憶T細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子，間接地阻斷幼稚T細(xì)胞分化為Treg[29]。在體外實(shí)驗(yàn)中，CD44+T細(xì)胞通過產(chǎn)生IL-4、IL-21和IFN-γ，抑制Treg分化。補(bǔ)充RA可以抑制記憶T細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子，促進(jìn)Treg分化。

3.2.4RA在Th17和Th1細(xì)胞分化中的作用 大量證據(jù)表明，在體外實(shí)驗(yàn)中，高劑量RA誘導(dǎo)Treg分化，同時(shí)抑制Th17細(xì)胞反應(yīng)[30,31]。此外，在體外培養(yǎng)中，加入高劑量RA會(huì)抑制Th17和Th1細(xì)胞的分化[32]。其他研究表明，RA可能對(duì)Th17細(xì)胞的分化具有劑量依賴性，較低或生理濃度的RA不能抑制Th17細(xì)胞的分化[33]?？傊诟邉┝縍A通過影響Treg分化，抑制Th17和Th1細(xì)胞的分化。腸道樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞可以通過產(chǎn)生RA引起不同的T細(xì)胞反應(yīng)。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，DCs產(chǎn)生的RA通過阻斷幼稚T細(xì)胞的白細(xì)胞介素IL-6、IL-21和IL-23信號(hào)，抑制幼稚T細(xì)胞向Th17細(xì)胞的分化[34]。

3.3RA在ILCs細(xì)胞中的作用 Innate lymphoid cells(ILCs)不表達(dá)特異性抗原受體，但可以像T細(xì)胞一樣，產(chǎn)生效應(yīng)細(xì)胞因子的。ILCs在宿主對(duì)病原體的防御中發(fā)揮重要作用，并可介導(dǎo)組織炎癥。ILCs分為三種類型ILC1s、ILC2s和ILC3s。ILC1s表達(dá)T-bet和產(chǎn)生IFN-γ，在病原體的胞內(nèi)感染中發(fā)揮作用。ILC2s表達(dá)GATA-3和產(chǎn)生IL-5 、IL-13，在寄生蟲感染中發(fā)揮作用。ILC3s表達(dá)RARγt、GATA-3和產(chǎn)生IL-17和IL-22，在細(xì)菌的胞外感染發(fā)揮作用[35]。

RA對(duì)于ILCs的發(fā)育和成熟也有著至關(guān)重要的影響[36]。ILCs表達(dá)歸巢受體CCR6、CCR7、CCR9、CXCR6和α4β7，遷徙到腸道里。在ILC1s和ILC3s中，RA可以調(diào)控CCR9和α4β7，進(jìn)而影響它們遷徙到腸道里。但是在ILC2s中CCR9的表達(dá)不受RA調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)維生素A缺乏時(shí)，ILC1s和ILC3s減少，ILC2s增加[37]。

總之，維生素A的缺乏會(huì)使機(jī)體的適應(yīng)性免疫應(yīng)答的功能嚴(yán)重受損。

4 維生素A缺乏與哮喘

4.1Ⅱ 類細(xì)胞因子在哮喘疾病發(fā)生中的重要作用 Ⅰ 類(IL-12、IFN-γ 等)與 Ⅱ 類細(xì)胞因子(IL-4、5、13 等)的平衡在呼吸道黏膜免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，其失衡與許多免疫性疾病相關(guān)，例如哮喘[3]。盡管在不同類型的哮喘中，Ⅰ 類與 Ⅱ 類細(xì)胞因子發(fā)揮的功能并不相同，但是目前認(rèn)為 Ⅱ 類細(xì)胞因子在哮喘的發(fā)生中起主導(dǎo)作用。其發(fā)生機(jī)制：由于Th1細(xì)胞和ILC1s功能相對(duì)抑制,Th2細(xì)胞和ILC2s功能相對(duì)亢進(jìn),使Th2細(xì)胞的數(shù)量及其分泌的 Ⅱ 類細(xì)胞因子增多，IgE大量合成，最終導(dǎo)致哮喘氣道改變[38]。

4.2維生素A缺乏促進(jìn)了Ⅱ類細(xì)胞因子的產(chǎn)生 機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)對(duì)免疫細(xì)胞的數(shù)量及其因子的分泌有重要影響。在營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下，免疫功能會(huì)受到抑制，輔助性T細(xì)胞數(shù)量減少、功能嚴(yán)重受損，無法正常分泌Ⅱ類細(xì)胞因子[39]。但是，在哮喘中發(fā)現(xiàn)，維生素A缺乏促進(jìn)了Ⅱ類細(xì)胞因子的產(chǎn)生和其介導(dǎo)的Ⅱ型免疫應(yīng)答，從而加重了哮喘疾病的炎癥程度[40]。除輔助性T細(xì)胞外，同樣可以產(chǎn)生Ⅱ類細(xì)胞因子的新細(xì)胞亞型ILC2s[41]。

4.3維生素A缺乏誘導(dǎo)ILC2s的產(chǎn)生 ILC2在肺部的免疫應(yīng)答中，起到了至關(guān)重要的作用。在OVA誘導(dǎo)的哮喘模型中ILC2的主要誘導(dǎo)因子IL-33的水平有所增高。因此，可以證實(shí)ILC2s能夠分泌IL-5、IL-13、IL-4等Th2細(xì)胞因子，且其表達(dá)Ⅱ類細(xì)胞因子的能力與呼吸道黏膜免疫關(guān)系密切，可能在哮喘疾病的發(fā)生發(fā)展中具有特殊意義。由此可推測(cè)，在維生素A缺乏條件下，加重哮喘疾病程度的Ⅱ類細(xì)胞因子的可能來源是ILC2s[40]。

總而言之，維生素A缺乏會(huì)導(dǎo)致Ⅱ類細(xì)胞因子增加，進(jìn)而加重哮喘，但是其作用機(jī)理還有待研究。

5 展望

維生素A和其代謝產(chǎn)物視黃酸，通過多種方式，對(duì)免疫系統(tǒng)造成影響。最近報(bào)道發(fā)現(xiàn)，在哮喘病人中，維生素A水平降低。血清中，維生素A的水平和哮喘的嚴(yán)重程度有關(guān)。雖然現(xiàn)在治療哮喘的方式很多，但是效果都不太理想，給哮喘患者補(bǔ)充維生素A,在一定程度上，可以緩解哮喘，為哮喘的治療提供了一個(gè)新的治療方式。