三種典型上皮因子在治療過敏性哮喘中的研究進展

彭博 湯葳

上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科200025

目前對于支氣管哮喘 (哮喘)的表型和內(nèi)型研究是哮喘個體化治療的基礎(chǔ)，2019 年開始，全球哮喘防治創(chuàng)議(Global Initiativefor Asthma，GINA)指南[1]已經(jīng)將重癥哮喘的治療作為單獨的章節(jié)進行了闡述，其中針對這些重癥哮喘的內(nèi)型是區(qū)分不同重癥哮喘的基礎(chǔ)。哮喘根據(jù)其發(fā)病機制分為T2型和非T2型，而上皮細胞源性細胞因子胸腺基質(zhì)淋巴生成素 (thymic stromal lymphopoietin，TSLP)、IL-33和IL-25為典型的T2型免疫的重要調(diào)控因子，是過敏性哮喘的重要發(fā)生、發(fā)展促進因子[2]。

上皮細胞衍生的細胞因子 (上皮因子)通常被認為是屏障上皮應(yīng)對外界刺激所釋放的 “警報素”，這些上皮因子警示免疫系統(tǒng)外界的損傷，并參與組織損傷后的調(diào)節(jié)修復。對于這些細胞因子作用的理解最初主要集中在2型炎癥的早期，但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，這3種細胞因子為固有免疫和適應(yīng)性免疫細胞群提供了重要的組織特異性信號。例如，出生時IL-33在肺部的釋放有助于建立肺免疫環(huán)境，可能通過在圍產(chǎn)期肺中建立免疫環(huán)境而影響哮喘的易感性，從而影響哮喘的風險和日后的發(fā)展；TSLP 可直接作用于樹突狀細胞，促進Th2 細胞的發(fā)育；IL-25 也可以直接促進Th2細胞的分化。TSLP、IL-33 和IL-25 作用于多種天然免疫細胞，在誘導和激活Ⅱ型先天淋巴細胞中尤為重要；在哮喘的神經(jīng)源性炎癥中，TSLP和IL-33可作用于感覺神經(jīng)元，刺激瘙癢反應(yīng)[3]。

上皮因子都有特異性受體，分布在先天免疫細胞、獲得性免疫細胞、結(jié)構(gòu)細胞表面。通過與這些細胞的結(jié)合，活化上述細胞，參與哮喘氣道的慢性、急性炎癥和重塑過程。與此同時，這些細胞部分也能夠正反饋，刺激上皮細胞產(chǎn)生更多的上述上皮因子，促進哮喘氣道炎癥的加劇。在最常見的嗜酸粒細胞性哮喘的發(fā)生、發(fā)展中，無論是過敏性的還是非過敏性的嗜酸粒細胞性哮喘 (即可能以Ⅱ型先天淋巴細胞活化為起始)都有上皮因子作為始動因素的參與。在獲得性免疫細胞中，IL-33、IL-25 和TSLP 均可作用于樹突狀細胞、嗜酸粒細胞、嗜堿粒細胞、Th0細胞、Th2細胞、Th9細胞，自然殺傷細胞，促進這些細胞在過敏性炎癥中分泌更多的趨化因子和細胞因子，加劇過敏性炎癥的反應(yīng)?？傮w上，TSLP、IL-33 和IL-25 可通過記憶性Th2細胞亞群促進適應(yīng)性2 型反應(yīng)，這些亞群具有TSLP、IL-33和IL-25高受體表達的特征。在過敏性哮喘患者的氣道抗原激發(fā)研究中發(fā)現(xiàn)，吸入過敏原后氣道上皮和黏膜下這3種上皮因子的表達均增加[4]?，F(xiàn)對這3種上皮因子及其在治療過敏性哮喘方面的進展分述如下。

1 IL-33

1.1 概述 IL-33是IL-1家族的核細胞因子，表達于上皮屏障組織和淋巴器官[5]。它是參與2型免疫和過敏性氣道疾病的關(guān)鍵細胞因子。IL-33在肺上皮細胞中大量表達，在黏膜器官的先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[6]。在先天免疫中，IL-33與Ⅱ型先天淋巴細胞的相互作用為快速免疫反應(yīng)和組織穩(wěn)態(tài)提供了一個重要的軸心。在適應(yīng)性免疫中，IL-33與樹突狀細胞、Th2 細胞、濾泡T 細胞和調(diào)節(jié)性T 細胞相互作用，影響慢性氣道炎癥和組織重塑的發(fā)展。IL-33在黏膜免疫反應(yīng)中的作用機制為：當暴露于過敏原、微生物或環(huán)境壓力時，上皮細胞會釋放IL-33，IL-33激活固有免疫細胞，包括Ⅱ型先天淋巴細胞、嗜堿粒細胞、嗜酸粒細胞和肥大細胞，從而驅(qū)動2型炎癥。同時，IL-33還激活樹突狀細胞和CD4+T 細胞，促進Th2、濾泡輔助性T 細胞和調(diào)節(jié)性T 細胞增殖和分化以及B細胞產(chǎn)生抗體[7]。

1.2 IL-33的結(jié)構(gòu)及其細胞外釋放機制 人類IL-33蛋白由兩個進化保守結(jié)構(gòu)域 (核結(jié)構(gòu)域和細胞因子結(jié)構(gòu)域)組成，兩者由高度分化的中心結(jié)構(gòu)域分開，包含染色質(zhì)結(jié)合基序和炎性蛋白酶以及凋亡蛋白酶的裂解位點。IL-33的釋放存在特殊的機制：當上皮損傷和應(yīng)激時，細胞質(zhì)膜和核膜失去完整性，IL-33在壞死過程中被被動釋放。當細胞凋亡時，IL-33保留在細胞內(nèi)，并被凋亡蛋白酶如caspase-3和caspase-7滅活。當暴露于抗原或受外界環(huán)境因素刺激時，全長的IL-33會在組織損傷和細胞死亡 (或細胞應(yīng)激)時在胞外釋放，招募并活化上述先天性和獲得性免疫細胞，啟動氣道過敏性炎癥反應(yīng)。炎癥反應(yīng)產(chǎn)生的蛋白酶又可以反向作用于全長的IL-33，降解其中心結(jié)構(gòu)域，釋放IL-1樣細胞因子域，從而使其失活[5]。由于IL-33 始終處于一個自動調(diào)節(jié)的穩(wěn)態(tài)，因此以抗體阻斷IL-33 可導致穩(wěn)態(tài)失衡從而誘發(fā)其他疾病，而阻斷ST2又可能導致游離ST2被阻斷，從而影響其他細胞的功能。這也是目前在開發(fā)IL-33靶向治療中的難點。

1.3 IL-33與過敏性哮喘 那么，IL-33與過敏性哮喘之間的臨床研究進行的如何? 從患者哮喘表型來看，在Gasiuniene等[8]2019年發(fā)表的研究中，觀察了IL-33 與哮喘表型之間的關(guān)系。研究納入了哮喘患者 (n=115)和健康受試者 (n=85)，將哮喘患者按表型分為過敏性/非過敏性、嗜酸性/非嗜酸性、肥胖/非肥胖、使用/未使用吸入性糖皮質(zhì)激素 (inhaled corticosteroids，ICS)、嚴重程度(根據(jù)GINA 分為輕、中、重度)，用酶聯(lián)免疫吸附試驗法測定血清中IL-33的濃度。結(jié)果顯示，過敏性哮喘患者的血清IL-33水平高于非過敏性哮喘患者和健康受試者，嗜酸粒細胞性哮喘患者高于非嗜酸粒細胞性哮喘患者，未用ICS的哮喘人群高于已經(jīng)使用了ICS的患者，在肥胖與否和嚴重程度方面沒有獲得有統(tǒng)計學差異的結(jié)果[8]。在人群年齡方面的差異也有一篇2019年發(fā)表的臨床研究，該研究發(fā)現(xiàn)非老年性哮喘患者的血清IL-33水平低于老年性哮喘患者[9]。

在哮喘急性加重的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，在急性加重期，患者上呼吸道 (鼻咽拭子采樣后測定)的IL-33 水平與上呼吸道IL-5 和IL-13 水平相關(guān) (R =0.84、0.76，P 值均＜0.01)，也與下呼吸道 (通過誘導痰樣本測定)的IL-13水平相關(guān)(R =0.49，P =0.03)，都較非急性加重顯著增高[10]。m RNA 表達也有同樣的相關(guān)性。下呼吸道IL-13水平與下呼吸道IL-33 水平也呈正相關(guān) (R =0.84，P ＜0.01)，IL-13、IL-33 水平與呼出氣一氧化氮呈正相關(guān)，IL-5水平與嗜酸粒細胞呈正相關(guān)。而且，這種IL-33和T2型細胞因子之間的相關(guān)性即使在急性加重4 周后仍然存在[10]。另一篇研究證明了支氣管纖毛細胞是IL-33在病毒驅(qū)動下的哮喘惡化過程中的一個主要的局部來源[11]。在病毒感染時，IL-33通過抑制固有免疫反應(yīng)和獲得性免疫反應(yīng)削弱了抗病毒能力，是導致病情惡化的必要因素。通過塵螨致敏小鼠模型發(fā)現(xiàn)，IL-33減弱了哮喘小鼠上皮細胞和樹突狀細胞產(chǎn)生可以抗病毒的干擾素-β的水平，也降低了樹突狀細胞產(chǎn)生Th1型抗感染免疫的活性，但對Th2型免疫反應(yīng)沒有影響，故導致氣道高反應(yīng)性和過敏性氣道炎癥的長時間存在，從而促進病毒誘發(fā)過敏性哮喘炎癥的發(fā)生、發(fā)展[11]。

2 IL-25

2.1 概述 IL-25是一種多源化的上皮因子。它可以由多種細胞產(chǎn)生，包括結(jié)構(gòu)細胞——上皮細胞、內(nèi)皮細胞；先天免疫細胞——如嗜酸粒細胞、嗜堿粒細胞、肥大細胞和巨噬細胞；獲得性免疫細胞——Th2 細胞，是典型的T2炎癥因子。它的受體也分布在以上這些細胞上，此外還包括一些近年來發(fā)現(xiàn)或證實的細胞亞類，如Th9細胞，先天淋巴細胞Ⅱ型，Ⅱ型髓樣細胞。另外，自然殺傷性T 細胞、樹突狀細胞、成纖維細胞上也發(fā)現(xiàn)其受體的存在。這些細胞和IL-25之間形成互動，導致過敏性炎癥和組織過度修復，從而促進Th2型氣道炎癥和氣道重塑，促進了哮喘的發(fā)生、發(fā)展[12]。

2.2 IL-25與過敏性哮喘 Beale 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，哮喘惡化時鼻病毒誘導的IL-25促進Th2型炎癥和過敏性肺部炎癥的發(fā)生。鼻病毒感染后，健康個體和哮喘患者的鼻黏液中IL-25蛋白表達均顯著增加，在哮喘患者中，IL-25表達水平增加更高。我們之前的研究也證實，IL-25及其受體的兩個部分——IL-17RA 和高親和力受體IL-17RB 在過敏性哮喘患者嗜酸粒細胞中較過敏性非哮喘患者和正常人群的表達增高[14]，抗原激發(fā)試驗可導致哮喘患者嗜酸粒細胞表面的IL-25受體在抗原刺激后7 h和24 h動態(tài)增高[15]。團隊的其他成員所進行的研究也證實在嗜堿粒細胞和樹突狀細胞中也存在同樣的情況。而且，隨著抗原激發(fā)的過程，過敏性哮喘患者的血漿IL-25 水平也呈動態(tài)的增高[16-17]。我們近期的研究還發(fā)現(xiàn)，對塵螨過敏的過敏性鼻炎合并過敏性哮喘患者進行塵螨特異性免疫治療，血漿IL-25 水平在治療后第12個月較治療基線顯著下降，同時伴隨著塵螨特異性IgG4 水平 (即特異性免疫治療阻斷抗體)的明顯增高。

IL-25作為T2炎癥的成員之一，也可以作為一種哮喘內(nèi)型進行患者臨床特征的探索。來自武漢同濟甄國華教授的團隊在2014年的Blue Journal中發(fā)表了有關(guān)IL-25內(nèi)型哮喘的研究結(jié)果[18]：他們發(fā)現(xiàn)，哮喘患者支氣管黏膜的上皮因子轉(zhuǎn)錄水平IL-25顯著高于健康對照組，黏膜下IL-25陽性的細胞數(shù)目在哮喘患者顯著增多，支氣管刷檢標本中IL-25特異性高親和力受體IL-17RB 的轉(zhuǎn)錄體水平也在哮喘患者中較對照組顯著增高，兩者具有相關(guān)性。以支氣管黏膜IL-25表達中位水平進行劃分，將哮喘患者分為IL-25高表達內(nèi)型組和IL-25 低表達內(nèi)型組。分析的結(jié)果顯示，相較于低表達內(nèi)型，高IL-25 表達內(nèi)型組的誘導痰、支氣管內(nèi)膜上皮中嗜酸粒細胞的比例更高、基底膜增厚更為明顯、皮膚點刺試驗陽性的過敏原種類更多，血清IgE 水平和外周血嗜酸粒細胞計數(shù)也更高。但也看到了IL-25 高表達內(nèi)型的優(yōu)點，即患者對吸入激素的治療敏感性更好：高IL-25 內(nèi)型組治療4 周后第1 秒用力呼氣容積 (forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1)和氣道高反應(yīng)性(PD20水平)的改善值較低內(nèi)型組顯著增高，且療效持續(xù)至第8周，提示IL-25高表達內(nèi)型是一種更為良性的哮喘內(nèi)型[18]。

3 TSLP

3.1 概述 TSLP是一種多效性細胞因子，最初被認為是淋巴細胞生長因子。它是一種上游細胞因子，通過與由TSLPR 和IL-7受體 (IL-7R)組成的高親和力異構(gòu)體受體復合物結(jié)合而發(fā)揮其生物學活性。TSLP 主要由活化的肺和腸上皮細胞、角化細胞和成纖維細胞表達。然而，樹突狀細胞、肥大細胞和其他免疫細胞也可能產(chǎn)生TSLP[19]。

3.2 TSLP在過敏性哮喘中的作用機制 在肺內(nèi)，不同表型/內(nèi)型哮喘的發(fā)病機制中涉及的廣泛的刺激，如過敏原、細胞因子、呼吸道病毒、細菌和真菌產(chǎn)物、機械應(yīng)激和香煙煙霧提取物等，都可誘導肺上皮細胞釋放TSLP。釋放的TSLP與效應(yīng)細胞表面的TSLP高親和力受體TSLPR 結(jié)合，同時與其受體的另一部分IL-7Rα形成異二聚體，啟動效應(yīng)細胞的活化。TSLP 的效應(yīng)細胞和后續(xù)的效應(yīng)反應(yīng)包括：肥大細胞、活化后釋放細胞因子和趨化因子；樹突狀細胞和Ⅱ型先天淋巴細胞，活化后促進Th2型炎癥反應(yīng)的極化；嗜酸粒細胞和嗜堿粒細胞，活化后促進細胞活化脫顆粒[20]。而且，不同的細胞信號轉(zhuǎn)導途徑有所不同，TSLP/TSLPR/IL-7Rα形成三聚體后，激活JAK1和JAK2激酶，通過絲裂原活化蛋白激酶途徑促進嗜酸粒細胞的趨化和存活；通過核因子κB 的活化促進樹突狀細胞的Th2細胞極化；通過信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子5以及信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3的磷酸化途徑導致細胞增殖、抗凋亡和遷移功能[21]。

3.3 TSLP抗體的臨床應(yīng)用研究 對于上皮因子抗體的研究最為成熟的是抗TSLP抗體，2014年的新英格蘭醫(yī)學雜志就發(fā)表了加拿大Mc Master哮喘研究中心的TSLP 抗體臨床研究數(shù)據(jù)：治療前，過敏性哮喘患者在特異性過敏原激發(fā)后均產(chǎn)生典型的氣道速發(fā)相和遲發(fā)相反應(yīng) (即吸入過敏原后7 h和24 h內(nèi)的雙向FEV1的降低)，抗TSLP抗體治療后的第1個月和第2個月，再次進行過敏原激發(fā)后治療組的FEV1降低明顯減弱，與安慰劑組比較差異有統(tǒng)計學意義。同時還伴隨著外周血嗜酸粒細胞計數(shù)、誘導痰嗜酸粒細胞計數(shù)和呼出氣一氧化氮減少[22]。目前，全球有5種抗TSLP抗體進入臨床研究階段[21]，絕大多數(shù)都是重組的IgG1單克隆抗體，其中美國食品藥品監(jiān)督管理局已經(jīng)批準Amgen公司的Tezepelumab已經(jīng)進入Ⅲ期臨床研究，屬于IgG2γ單克隆抗體。

4 展望

目前，針對于上皮因子表型的治療方面還僅僅處于起步階段，很多針對T2 類型的抗體理論上可以通過負反饋的機制改善上皮因子的過度表達。新近對于奧馬珠單抗的研究就證實了這一點，來自氣道上皮因子高表達的患者奧馬珠單抗治療的有效性比低表達患者更好。氣道上皮既是哮喘炎癥的受累靶點，也是參與哮喘啟動和發(fā)生、發(fā)展的重要源頭[23]。上皮因子是各類亞型哮喘的重要始動和促進因子，尤其是過敏性哮喘。上皮因子與過敏性哮喘之間的相關(guān)靶細胞 (先天免疫細胞和獲得性免疫細胞)之間都存在密切的作用，從不同的機制 (抗原依賴性和非抗原依賴性)促進過敏性哮喘的發(fā)病，分析上皮因子的內(nèi)型可能對今后的個體化治療產(chǎn)生影響。目前針對上皮因子內(nèi)型哮喘的研究主要還集中在動物、細胞體外研究和體內(nèi)前研究階段，對于不同上皮因子內(nèi)型在不同哮喘表型中的分布尚不清楚。針對上皮因子的靶向治療研究也正在不斷深入。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突