激素抵抗性哮喘發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

吳戈，兀威

(1.西安醫(yī)學(xué)院全科醫(yī)學(xué)院，西安 710077； 2.西安醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，西安 710038)

隨著全球化工業(yè)文明及生活方式的變化，支氣管哮喘(簡稱哮喘)的患病率呈逐漸增加的趨勢(shì)，使個(gè)體及社會(huì)的發(fā)展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。雖然糖皮質(zhì)激素的廣泛應(yīng)用使哮喘的臨床癥狀得到有效控制，但仍有少部分患者的癥狀改善遠(yuǎn)未達(dá)到臨床控制的標(biāo)準(zhǔn)，即為激素抵抗性哮喘(steroid resistant asthma，SRA)，SRA嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，甚至威脅到患者的生命[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，SRA約占哮喘的10%，但這僅是部分地區(qū)的發(fā)病率，我國和全球范圍的發(fā)病率尚無準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)[3]。目前，糖皮質(zhì)激素聯(lián)合β2受體激動(dòng)劑已成為治療哮喘和控制氣道炎癥的主要藥物，但仍有少數(shù)患者對(duì)糖皮質(zhì)激素治療的反應(yīng)較差，臨床癥狀控制效果欠佳。此類患者即使加大劑量或長期使用糖皮質(zhì)激素，其癥狀、肺功能也無顯著改善，而嚴(yán)重的、激素不良反應(yīng)的發(fā)生率仍較高，這類對(duì)糖皮質(zhì)激素敏感性低的哮喘類型即為SRA[4]。研究顯示，中、重度哮喘患者中的免疫炎癥反應(yīng)是由非嗜酸粒細(xì)胞介導(dǎo)的，而且這種炎癥反應(yīng)與輔助性T細(xì)胞(help T cell，Th)1/Th17的免疫應(yīng)答增高有關(guān)[5-6]。另外，糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)數(shù)量和結(jié)構(gòu)的變化、非典型致病菌的感染等也是SRA的發(fā)病機(jī)制之一?，F(xiàn)就SRA發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展予以綜述。

1 Th細(xì)胞在SRA中的作用機(jī)制

1.1Th17細(xì)胞 經(jīng)典的哮喘發(fā)病的主要細(xì)胞分子機(jī)制建立在Th1/Th2細(xì)胞失衡的基礎(chǔ)上，進(jìn)而導(dǎo)致一系列炎癥因子生成失衡，從而引發(fā)哮喘。Th17細(xì)胞是一類新近發(fā)現(xiàn)的Th細(xì)胞，因Th17細(xì)胞主要分泌特征性的細(xì)胞因子——白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-17，而被命名為Th17細(xì)胞。Th17由調(diào)節(jié)性T細(xì)胞在IL-6 和IL-23等細(xì)胞因子的作用下，通過級(jí)聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的導(dǎo)引分化而成[7]。研究發(fā)現(xiàn)，視黃酸相關(guān)孤兒核受體γt能夠特異性誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化[8]。成熟的Th17 細(xì)胞主要產(chǎn)生IL-17，在哮喘的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，Th17細(xì)胞通過自身分泌的數(shù)種細(xì)胞因子參與多種自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展，如IL-9、IL-23、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子等，這些細(xì)胞因子具有很強(qiáng)的促炎作用，尤其是IL-17A/F 在炎癥性疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用[9]。

Th17細(xì)胞及其產(chǎn)生的細(xì)胞因子參與SRA氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性(airway hyperresponsiveness，AHR)的發(fā)生。臨床證據(jù)表明，部分SRA患者氣道黏膜炎癥細(xì)胞與通常的激素敏感性哮喘明顯不同，在SRA患者的氣道中可見大量中性粒細(xì)胞浸潤，而非經(jīng)典哮喘患者通常是嗜酸粒細(xì)胞浸潤[10]。IL-17對(duì)成纖維細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞及氣道平滑肌細(xì)胞等也有顯著的誘導(dǎo)活化作用，活化后的Th17細(xì)胞可分泌大量的IL-8和粒細(xì)胞集落刺激因子等細(xì)胞因子，這些炎癥因子可促進(jìn)中性粒細(xì)胞的分化及成熟，同時(shí)IL-8還是目前已知的、最強(qiáng)的中性粒細(xì)胞趨化因子，可促進(jìn)氣道炎癥的發(fā)生、發(fā)展[11]。IL-17和IL-17F能誘導(dǎo)肺上皮細(xì)胞等分泌炎癥因子和趨化因子，如CXC趨化因子配體[chemokine (C-X-C motif) ligand，CXCL]1/重組人生長調(diào)節(jié)致癌基因α、CXCL2和IL-8，從而誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞浸潤[12]。中性粒細(xì)胞性哮喘患者的氣道中核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3和胱天蛋白酶1水平均顯著升高，同時(shí)存在IL-1β反應(yīng)過度以及Th17細(xì)胞分化和IL-17過量產(chǎn)生，這些均與AHR和嚴(yán)重哮喘表型相關(guān)[13]。

1.2Th9細(xì)胞 Th9細(xì)胞是由Th0細(xì)胞分化而來，是哮喘發(fā)病中重要的炎癥細(xì)胞[14]。經(jīng)過卵蛋白激發(fā)，且經(jīng)過地塞米松(examethasone，Dex)預(yù)處理后，由Th2細(xì)胞介導(dǎo)的哮喘氣道炎性小鼠肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中的嗜酸粒細(xì)胞數(shù)量顯著減少，而Th9細(xì)胞介導(dǎo)的氣道炎癥不受Dex的影響，BALF中的嗜酸粒細(xì)胞數(shù)量并未減少，提示Th9細(xì)胞可能參與類固醇抗性哮喘的發(fā)病機(jī)制[15]。有研究分別以Th2細(xì)胞和Th9細(xì)胞介導(dǎo)氣道炎癥小鼠模型，并通過卵蛋白特異性抗原誘導(dǎo)嗜酸粒細(xì)胞在小鼠肺內(nèi)的大量積聚和AHR；通過Dex治療后，Th2細(xì)胞介導(dǎo)的哮喘小鼠BALF中嗜酸粒細(xì)胞的數(shù)量顯著降低，而以Th9細(xì)胞介導(dǎo)的哮喘小鼠BALF中嗜酸粒細(xì)胞的數(shù)量則無顯著變化[16]。因此，在體外通過Dex處理可減弱Th9細(xì)胞中抗原誘導(dǎo)的IL-9表達(dá)，且Th9細(xì)胞介導(dǎo)的氣道炎癥不受Dex的影響。這一機(jī)制與Th17細(xì)胞相關(guān)的氣道中性粒細(xì)胞募集不同，提示Th9細(xì)胞可獨(dú)立誘導(dǎo)哮喘患者對(duì)糖皮質(zhì)激素的抵抗。

2 GR異常介導(dǎo)SRA的分子機(jī)制

2.1GR表達(dá)減少 在變應(yīng)原誘發(fā)的哮喘患者BALF中，轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)水平顯著增加，而這種細(xì)胞因子由氣道上皮細(xì)胞分泌；研究顯示，TGF-β1能夠使激素受體的表達(dá)下調(diào)，從而降低氣道上皮細(xì)胞對(duì)激素的反應(yīng)，但并不影響GR與激素的結(jié)合能力[17]。研究發(fā)現(xiàn)，GR的多態(tài)性與激素抵抗具有密切關(guān)系，核受體亞家族3C組成員1基因突變所誘發(fā)的GR功能缺陷是家族性SRA發(fā)病的重要基因特征[18]。與GR功能密切相關(guān)的維生素D受體基因，其亞型FokI和ApaI的表達(dá)在激素抵抗患者中均顯著增高，且表達(dá)增高與血中維生素D水平呈負(fù)相關(guān)[19]。

2.2GR亞單位表達(dá)增加 GRα亞單位(GRα)在體內(nèi)廣泛分布，GRα的主要功能是誘導(dǎo)和抑制靶基因表達(dá)。GRβ亞單位(GRβ)是GRα介導(dǎo)的反式激活和反式阻抑的主要負(fù)性抑制劑。某些促炎細(xì)胞因子可上調(diào)GRβ的表達(dá)，而GRβ與GRα競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合激素反應(yīng)元件，減弱了GRα的生理功能，這可能是SRA發(fā)生的主要原因之一[20]。有研究通過支氣管鏡行支氣管組織活檢取得SRA患者的上皮細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GRβ信使RNA表達(dá)水平顯著升高，GRβ在上皮細(xì)胞中的表達(dá)亦顯著增加，提示在SRA患者中存在GR向GRβ表達(dá)明顯偏移的現(xiàn)象[21]。有研究對(duì)健康人群、輕度哮喘患者及SRA患者血中單核細(xì)胞GRα與GRβ的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，SRA患者單核細(xì)胞GRβ水平顯著增高，而GRα水平與SRA患者的年齡呈負(fù)相關(guān)[22]。

2.3GR核轉(zhuǎn)位及結(jié)合缺陷 GR存在較多的修飾位點(diǎn)，受體的異常修飾可影響糖皮質(zhì)激素的活性。研究發(fā)現(xiàn)，IL-2和IL-4在SRA患者中的分泌顯著增多，且經(jīng)過IL-2和IL-4處理的單個(gè)核細(xì)胞表現(xiàn)出對(duì)類固醇不敏感的細(xì)胞學(xué)特征，通過抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPK)可使激素不敏感性的單個(gè)核細(xì)胞恢復(fù)對(duì)激素的敏感性，而且受損的GR核轉(zhuǎn)位與皮質(zhì)類固醇敏感性及疾病嚴(yán)重程度的喪失有關(guān)[23]。另一方面，p38 MAPK通過磷酸化未配體的GR并將其隔離在細(xì)胞質(zhì)中導(dǎo)致了激素抵抗的發(fā)生[24]。有研究對(duì)健康人群、非重度哮喘患者以及重度哮喘患者氣道平滑肌細(xì)胞的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)哮喘患者GR的表達(dá)較健康人群下降49%，而且氣道平滑肌細(xì)胞中核轉(zhuǎn)位受損的GR表達(dá)降低，這與Dex介導(dǎo)的依賴核因子κB基因啟動(dòng)子的p65募集減弱相關(guān)，可能是嚴(yán)重哮喘對(duì)激素抵抗的基礎(chǔ)[25]。對(duì)糖皮質(zhì)激素作用的分子機(jī)制進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，MAPK磷酸酶-1表達(dá)降低和c-Jun氨基端激酶活性增加均可使GR的磷酸化水平升高，而腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及其他炎癥細(xì)胞因子可通過活化c-Jun氨基端激酶，直接磷酸化GR上的絲氨酸，從而抑制GR與激素反應(yīng)元件結(jié)合[26]。此外，GR的激活抑制了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)5和STAT5的上游激活物——Janus激酶3信使RNA的表達(dá)，在細(xì)胞質(zhì)中STAT5結(jié)合GR并阻止GR核易位，此作用可逆轉(zhuǎn)類固醇激素的抵抗[27-28]。

3 感染導(dǎo)致的SRA

3.1真菌感染導(dǎo)致的SRA 真菌暴露可增強(qiáng)過敏原驅(qū)動(dòng)的Th2型反應(yīng)，促進(jìn)嚴(yán)重過敏性哮喘的發(fā)生，但該作用與真菌致敏無關(guān)，可采用β-葡聚糖和中和IL-17A來消除。此外，真菌感染所致的SRA，其特征包含了Th2細(xì)胞和Th17細(xì)胞反應(yīng)以及IL-13+IL-17+CD4+產(chǎn)生的雙重T效應(yīng)細(xì)胞，SRA依賴于真菌誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞反應(yīng)，因?yàn)樵贗L-17RC-/-小鼠中恢復(fù)了對(duì)激素的敏感性[29]。在哮喘患兒中，真菌暴露與血清IL-17A和哮喘嚴(yán)重程度增加有關(guān)；同時(shí)，真菌是有效的免疫調(diào)節(jié)劑，對(duì)哮喘具有強(qiáng)大的促進(jìn)作用，而這一作用不依賴于真菌的抗原性[30]。將野生型小鼠暴露于交鏈孢菌，其表現(xiàn)出嗜酸粒細(xì)胞為主的Th2型炎癥反應(yīng)，暴露于交鏈孢菌的IL-4、IL-13和STAT6缺陷小鼠主要表現(xiàn)為中性粒細(xì)胞反應(yīng)[31]。STAT6-/-小鼠的中性粒細(xì)胞性哮喘伴有TNF-α、CXCL1、CXCL2和CXCL5等在肺組織表達(dá)水平的升高，且具有激素抵抗性的特點(diǎn)[32]。這些研究表明，阻斷Th17細(xì)胞信號(hào)僅部分減少了氣道中性粒細(xì)胞數(shù)和炎癥程度，在Rag和CD4缺陷的小鼠中可見氣道中性粒細(xì)胞增多，表明抑制中性粒細(xì)胞反應(yīng)依賴于T細(xì)胞產(chǎn)生Th2細(xì)胞因子，且氣道中性粒細(xì)胞增多主要是對(duì)變應(yīng)原的先天反應(yīng)。

3.2非典型致病菌引發(fā)的SRA 非典型致病菌是臨床感染的重要致病菌，而且在社區(qū)獲得性肺炎感染中比例逐年增高[33]。研究發(fā)現(xiàn)，肺炎衣原體感染與哮喘的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，導(dǎo)致哮喘免疫反應(yīng)改變，類固醇抵抗和敏感哮喘患者外周血單核細(xì)胞肺炎衣原體血清狀態(tài)與某些細(xì)胞因子的產(chǎn)生具有相關(guān)性，在肺炎衣原體血清陽性患者中可檢測(cè)到明顯的自發(fā)性IL-10分泌，激素抵抗的患者IL-10分泌水平顯著高于激素敏感患者；此外，抗類固醇血清反應(yīng)陰性的患者，在抗原刺激下產(chǎn)生的IL-10水平顯著高于抗類固醇血清反應(yīng)陽性的患者[34]。有研究采用衣原體和流感嗜血桿菌感染哮喘小鼠，然后采用克林霉素和阿莫西林給予抗感染治療，僅克拉霉素可抑制SRA的氣道炎癥和AHR，這種作用是通過降低TNF-α和IL-17水平來實(shí)現(xiàn)的[35]。這是因?yàn)橹挥锌肆置顾乜梢詺绶窝滓略w，而阿莫西林不具有此作用。

3.3病毒感染引發(fā)的SRA 甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒可誘發(fā)哮喘小鼠1型和2型免疫反應(yīng)，導(dǎo)致嗜酸粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞在氣道聚集，并表現(xiàn)出激素抵抗及AHR的特點(diǎn)[36]。感染常可導(dǎo)致血中炎癥細(xì)胞增多，而這種炎癥細(xì)胞以中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞為主，而且依賴于Th1和Th17細(xì)胞反應(yīng)，這可能是病毒感染誘發(fā)SRA的機(jī)制之一[5]。

4 其他因素

4.1細(xì)胞因子與SRA 研究發(fā)現(xiàn)，激素不敏感性哮喘患者BALF中的胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素較激素敏感性哮喘患者顯著增高，同時(shí)IL-7與胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素通過MAPK激酶和STAT5信號(hào)通路激活對(duì)激素的抵抗[37]。IL-25和IL-33也通過不同的信號(hào)通路介導(dǎo)了激素治療的敏感性[38]。一項(xiàng)研究表明，在柴油燃燒顆粒物誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型中，那些表現(xiàn)出對(duì)激素不敏感的小鼠血漿中IL-33水平均顯著增高，從另一方面提示IL-33與激素抵抗具有密切的關(guān)系[39]。

4.2肥胖及脂代謝 亞油酸是一種多不飽和脂肪酸，與哮喘和糖皮質(zhì)激素敏感性有關(guān)。在哮喘小鼠模型中，13-S-羥基亞油酸可誘導(dǎo)線粒體功能障礙，同時(shí)伴有嚴(yán)重的氣道阻塞和中性粒細(xì)胞性氣道炎癥，研究顯示，攝入13-S-羥基亞油酸可導(dǎo)致原來對(duì)激素敏感的哮喘小鼠產(chǎn)生激素抵抗，而給予亞油酸治療進(jìn)一步增加了AHR和杯狀細(xì)胞化生[40]。13-S-羥基亞油酸誘導(dǎo)的激素抵抗與小鼠中上皮細(xì)胞磷酸化核因子κB的增加及GRα轉(zhuǎn)錄物水平降低有關(guān)，由于13-S-羥基亞油酸是一種天然代謝產(chǎn)物，可能是肥胖或消耗高脂肪飲食哮喘患者激素抵抗的重要原因[41]。Singh等[42]研究發(fā)現(xiàn)，使用高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠被屋塵螨致敏時(shí)顯示出激素抵抗的特征，Dex治療不能降低高脂肪喂養(yǎng)的哮喘小鼠的AHR、氣道重構(gòu)及氣道炎癥；此外，這些高脂肪喂養(yǎng)的小鼠顯示出精氨酸酶活性及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達(dá)的增加，而Dex干預(yù)的非肥胖哮喘小鼠誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和精氨酸酶Ⅰ的表達(dá)均降低。由此推測(cè)，激素抵抗的肥胖哮喘患者的發(fā)病機(jī)制可能源于一氧化氮代謝的改變及其誘導(dǎo)的氣道重構(gòu)。

5 小 結(jié)

SRA的發(fā)病機(jī)制涉及多種細(xì)胞和基因調(diào)控因子，而且GR的構(gòu)象改變及其基因表達(dá)的多態(tài)性也是SRA重要的發(fā)病機(jī)制。維生素D受體基因的多態(tài)性也參與SRA的發(fā)病。真菌、肺炎衣原體及病毒呼吸道感染也可誘發(fā)SRA。感染所致的SRA多與啟動(dòng)氣道中性粒細(xì)胞募集及Th17細(xì)胞的過度反應(yīng)有關(guān)。此外，IL-25、IL-33及脂質(zhì)代謝與SRA密切相關(guān)，尤其是高脂飲食和肥胖將會(huì)增加哮喘患者對(duì)激素的抵抗性?？傊?，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)SRA發(fā)病機(jī)制的研究，有助于尋找更為有效的治療方法。