過敏性哮喘中Th2免疫反應(yīng)的作用和相關(guān)機(jī)制

王希，姜曉峰

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院檢驗(yàn)科，哈爾濱 150001)

哮喘是一種全球常見的慢性疾病，全世界約有3億人受到困擾，且發(fā)病率逐年增高，對(duì)患者的身心健康帶來?yè)p害的同時(shí)，也對(duì)社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；在過去20多年中，由于皮質(zhì)類固醇等藥物的使用，成人和兒童哮喘患者的病死率有所降低，但全世界仍有很多患者因?yàn)橄ド黐1]。過敏性哮喘是最常見的哮喘類型，臨床表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的喘息、氣促、胸悶、咳嗽等癥狀，但大多可自行或經(jīng)治療緩解。氣道對(duì)多種刺激因子反應(yīng)性增高，其變應(yīng)原主要為卵清蛋白、塵螨、寵物皮屑、花粉等物質(zhì)。過敏性哮喘通常被歸類為T細(xì)胞介導(dǎo)的疾病，與輔助性T細(xì)胞(helper T cell，Th細(xì)胞)2和Th2細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-4、IL-5和IL-13]作用于免疫細(xì)胞和黏膜屏障有關(guān)；從免疫學(xué)角度分析，過敏性氣道炎癥主要是由于上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞被變應(yīng)原激活，引發(fā)隨后的免疫反應(yīng)促使組織修復(fù)的過程[2]；病理特征一般表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的Th2免疫反應(yīng)及其導(dǎo)致的嗜酸粒細(xì)胞(eosnophils，EOS)性氣道炎癥和氣道重塑變窄[3]。這種由炎癥反應(yīng)導(dǎo)致的氣道結(jié)構(gòu)變化不僅在輕度哮喘患者中存在，在重度患者體內(nèi)氣道重塑的程度也更加嚴(yán)重[4]?，F(xiàn)就過敏性哮喘中Th2免疫反應(yīng)的作用及相關(guān)機(jī)制予以綜述。

1 Th2免疫反應(yīng)與哮喘的關(guān)系

在過敏性哮喘發(fā)病階段，Th2免疫反應(yīng)一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，大多數(shù)哮喘的典型癥狀由Th2細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子的激活導(dǎo)致，包括EOS增多、氣道高反應(yīng)性(hyperresponsiveness，AHR)和高免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)等反應(yīng)的發(fā)生。以往研究認(rèn)為，Th2細(xì)胞誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)是過敏性哮喘發(fā)病的主要原因[4]，Th2細(xì)胞分泌的高水平致炎因子作用于呼吸道，炎癥介質(zhì)聯(lián)合并導(dǎo)致平滑肌收縮、杯狀細(xì)胞增生、黏液分泌增加、血管通透性增高以及EOS浸潤(rùn)，慢性炎癥持續(xù)進(jìn)展會(huì)破壞氣道上皮完整性，所以Th2免疫反應(yīng)是驅(qū)動(dòng)氣道過敏反應(yīng)的關(guān)鍵因素[5]。

2 參與過敏性哮喘Th2免疫反應(yīng)的主要細(xì)胞的功能

樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)在Th2免疫反應(yīng)引發(fā)的過敏反應(yīng)和T細(xì)胞分化中起關(guān)鍵作用，DCs呈遞變應(yīng)原后會(huì)促使CD4+T細(xì)胞激活[6-7]，而這一過程是DCs與其他類型細(xì)胞通過復(fù)雜的相互作用，決定機(jī)體對(duì)環(huán)境變應(yīng)原的反應(yīng)是耐受還是過敏性炎癥。CD4+T細(xì)胞能夠協(xié)調(diào)多種病原體引起的免疫反應(yīng)，同時(shí)也能調(diào)節(jié)哮喘等疾病，未成熟的CD4+T細(xì)胞可向Th細(xì)胞分化[如Th1、Th2、Th17和濾泡輔助T細(xì)胞(follicular helper T cell，Tfh)][8]。CD4+T細(xì)胞在Th2免疫反應(yīng)中起到至關(guān)重要的作用，另外，還有許多非免疫細(xì)胞也參與調(diào)節(jié)該反應(yīng)。

2.1DCs的作用 DCs是專職抗原呈遞的細(xì)胞，在適應(yīng)性免疫應(yīng)答的發(fā)生和發(fā)展中起關(guān)鍵作用，許多免疫途徑需要DCs及其亞型的參與，基于不同的抗原類型并與之相互作用來調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞的功能[9]。根據(jù)起源不同，DCs可分為3種主要類型，即常規(guī)DCs(conventional DCs，cDCs)、漿細(xì)胞樣DCs和單核細(xì)胞衍生DCs，其中cDCs常參與T細(xì)胞的啟動(dòng)(如變應(yīng)原特異性CD4+T細(xì)胞的激活)[10]。

根據(jù)功能和表型，cDCs又可以進(jìn)一步分為1型(cDC1s)和2型(cDC2s)，cDC1s為CD103+、cDC2s為CD11b+的cDCs[11]。cDC2s經(jīng)塵螨誘導(dǎo)可引起Th2免疫反應(yīng)[12]。通過小鼠模型發(fā)現(xiàn)，能夠表達(dá)干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor，IRF)4/CD11b的cDCs在受到塵螨刺激后會(huì)調(diào)節(jié)Th2細(xì)胞因子IL-12和IL-10的生成[13]。IRF4的表達(dá)對(duì)cDC2s的生物學(xué)功能起關(guān)鍵作用，轉(zhuǎn)錄因子IRF4可調(diào)節(jié)cDC2s在皮膚中的遷徙功能[14]、cDC2s主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類分子的抗原呈遞功能[15]以及抗原與Toll樣受體(Toll like receptors，TLRs)共同上調(diào)IL-10和IL-33的能力[16]。但抑制IRF4的表達(dá)是否會(huì)影響Th2免疫反應(yīng)還需進(jìn)一步研究。另一方面，Nakano等[17]發(fā)現(xiàn)，吸入卵清蛋白后表達(dá)IRF8/CD103的cDC1s也可以引起Th2免疫反應(yīng)。因此，誘導(dǎo)Th2免疫反應(yīng)的能力可能與DCs亞群無關(guān)，而是取決于接觸的抗原類型。

DCs雖然能夠引發(fā)Th2免疫反應(yīng)，但DCs并不能獨(dú)立激活Th2細(xì)胞，因?yàn)镈Cs不分泌Th2炎癥極化所必需的IL-4[18]，所以可能還有其他因子共同參與。Hammad等[19]通過制作TLR4-/-小鼠模型，發(fā)現(xiàn)氣道上皮中的TLRs與DCs成熟有關(guān)，用脂多糖刺激后TLR4-/-小鼠體內(nèi)抗原不能與受體結(jié)合，活化DCs的因子如粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、IL-1β以及能夠驅(qū)動(dòng)Th2免疫反應(yīng)的IL-25、IL-33、胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(thymic stromal lymphogenin，TSLP)的表達(dá)均降低，導(dǎo)致DCs成熟障礙。由此可見，上皮中的TLRs是促進(jìn)DCs激活引起過敏反應(yīng)的先決條件。

2.2上皮細(xì)胞的作用 氣道中DCs的功能與氣道上皮細(xì)胞有著緊密聯(lián)系，變應(yīng)原的水解酶破壞了上皮細(xì)胞的完整性并進(jìn)入組織中影響氣道上皮細(xì)胞的激活和介質(zhì)的釋放，為DCs活化提供了促炎環(huán)境；在上皮細(xì)胞中，變應(yīng)原β-葡聚糖模體的識(shí)別，TLR2、TLR4或蛋白酶激活受體2的激活，引起細(xì)胞因子和CC趨化因子配體[chemokine(C-C motif) ligand，CCL]釋放，而CCL-2、CCL-20、IL-1α、IL-33、IL-25、TSLP和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子均可導(dǎo)致DCs的遷移和激活[20]。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上皮干細(xì)胞再次受到相同抗原刺激后，會(huì)產(chǎn)生免疫記憶增強(qiáng)對(duì)后續(xù)抗原的敏感性，但這種增強(qiáng)的敏感性可能會(huì)導(dǎo)致自身免疫和過度增殖性疾病[21]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，免疫記憶是由于T/B淋巴細(xì)胞參與的適應(yīng)性免疫反應(yīng)，再次受到相同或相似抗原刺激導(dǎo)致免疫反應(yīng)增強(qiáng)的過程[22-23]。研究發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象不僅存在于免疫細(xì)胞中，氣道上皮細(xì)胞在抗原反復(fù)刺激下，其細(xì)胞本身也會(huì)因轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及代謝的長(zhǎng)期改變而出現(xiàn)記憶現(xiàn)象[24]。Schuijs等[25]認(rèn)為，幼年時(shí)期的反復(fù)感染能夠?qū)е耇h2反應(yīng)下降，降低過敏性疾病的發(fā)生率，研究人員用脂多糖反復(fù)感染小鼠后再用塵螨致敏，與未感染小鼠相比，感染后的小鼠上皮細(xì)胞中趨化和促進(jìn)DCs成熟的細(xì)胞因子含量降低，主要是脂多糖誘導(dǎo)了肺上皮細(xì)胞中的泛素化修飾酶A20導(dǎo)致的，A20通過使下游信號(hào)分子去泛素化減弱Th2免疫反應(yīng)，從而預(yù)防過敏。氣道上皮細(xì)胞在反復(fù)感染的過程中會(huì)形成免疫耐受，引起Th2免疫反應(yīng)的閾值升高，脂多糖或其他微生物干預(yù)上皮細(xì)胞產(chǎn)生免疫抑制，使Th2的活性和功能大幅度減弱，能夠?qū)^敏性哮喘的預(yù)防起到積極作用。

2.3B細(xì)胞及Tfh細(xì)胞的作用 在過敏性哮喘中，DCs首先可以攜帶變應(yīng)原從肺部轉(zhuǎn)移至局部淋巴結(jié)，其次可以通過MHCⅡ類分子呈遞抗原肽激活抗原特異性CD4+T細(xì)胞，但僅由DCs的抗原呈遞還不足以發(fā)生Th2免疫反應(yīng)，還需要抗原呈遞B細(xì)胞的參與[26]。目前普遍認(rèn)為Tfh可與B細(xì)胞相互作用，在漿細(xì)胞形成以及抗體類別的轉(zhuǎn)換中發(fā)揮關(guān)鍵作用，Tfh能夠產(chǎn)生高親和力的IgE，并能夠調(diào)節(jié)IL-4、IL-13等因子的生成[27]。而Ballesteros-Tato等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，塵螨致敏小鼠的抗原特異性Tfh細(xì)胞在誘導(dǎo)哮喘發(fā)作時(shí)可以快速分化為浸潤(rùn)肺組織的Th2效應(yīng)細(xì)胞，在B細(xì)胞濾泡附近的DCs細(xì)胞啟動(dòng)了Tfh細(xì)胞反應(yīng)，而抗原呈遞B細(xì)胞對(duì)抗原的持續(xù)呈遞是Tfh細(xì)胞完成分化的關(guān)鍵步驟，因此，在塵螨致敏階段，DCs和B細(xì)胞的協(xié)同作用使Tfh細(xì)胞分化為效應(yīng)Th2細(xì)胞的功能加強(qiáng)。

2.42型固有淋巴細(xì)胞(type 2 innate lymphoid cells，ILC2s)的作用 上皮分泌的細(xì)胞因子IL-25、IL-33和TSLP不僅能促進(jìn)DCs成熟，也可以在人類和小鼠體內(nèi)引發(fā)ILC2s反應(yīng)[28]。固有淋巴細(xì)胞是不表達(dá)抗原受體的效應(yīng)淋巴細(xì)胞家族，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)錄因子和其分泌的細(xì)胞因子進(jìn)行分類，ILC2s缺乏Th2細(xì)胞特異性的抗原受體，但可以產(chǎn)生2型細(xì)胞因子，因此是Th2免疫反應(yīng)和過敏性哮喘的重要參與者[29]。此外，上皮細(xì)胞分泌的降鈣素基因相關(guān)肽不僅能夠促進(jìn)ILC2s成熟，而且可使其分泌更多的IL-5，募集EOS，引起一系列Th2免疫反應(yīng)[30]。另外，ILC2s也可以表達(dá)MHCⅡ類分子和共刺激分子[31]，表明其可能也具有抗原呈遞的能力，并可以調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞的活性。參與過敏性哮喘Th2免疫反應(yīng)的細(xì)胞及其在過敏性哮喘中的作用見表1。

表1 參與過敏性哮喘Th2免疫反應(yīng)的細(xì)胞

3 過敏性哮喘中關(guān)鍵細(xì)胞因子的作用

過敏性哮喘是由多種細(xì)胞(如肥大細(xì)胞、EOS和T淋巴細(xì)胞、DCs、ILC2s)共同參與的慢性氣道炎癥，這些炎癥細(xì)胞增殖和活化離不開自身分泌的細(xì)胞因子。參與Th2免疫反應(yīng)的Th2型細(xì)胞因子主要包括IL-4、IL-5和IL-13等。

3.1IL-4 IL-4是由肥大細(xì)胞、Eos、DCs和巨噬細(xì)胞等產(chǎn)生的多效細(xì)胞因子，在IgE炎癥反應(yīng)中起重要作用[32]。IL-4能夠促進(jìn)Th0細(xì)胞向Th2細(xì)胞方向分化，抑制Th0細(xì)胞向Th1細(xì)胞分化[33]。通過制作小鼠模型，發(fā)現(xiàn)塵螨刺激小鼠體內(nèi)IL-4生成增多，促進(jìn)了巨噬細(xì)胞極化和杯狀細(xì)胞黏液分泌增多[34]。在適應(yīng)性免疫應(yīng)答中，Th2細(xì)胞分泌的IL-4刺激B細(xì)胞產(chǎn)生IgE，并結(jié)合于肥大細(xì)胞和嗜堿粒細(xì)胞表面的高親和性IgE Fc受體，引起組胺及白三烯等的釋放[35]。因此，IL-4是調(diào)節(jié)哮喘氣道炎癥的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.2IL-5 IL-5是Th2細(xì)胞衍生的造血細(xì)胞因子，在EOS增殖、成熟、遷移和存活中起關(guān)鍵作用，IL-5血清水平與哮喘患者外周血EOS數(shù)量相關(guān)[36]。IL-5對(duì)IL-5受體α亞基具有高親和力，IL-5受體在EOS表面高表達(dá)，表達(dá)IL-5受體α的水平是嗜堿粒細(xì)胞的3倍，因此IL-5與EOS高度相關(guān)[37]。針對(duì)嚴(yán)重的過敏性哮喘患者，可以通過阻斷IL-5與其受體的結(jié)合來進(jìn)行治療，而且在過敏性哮喘患者體內(nèi)EOS增多和高IgE狀態(tài)常需要IL-5與IL-4協(xié)同上調(diào)，IL-5與IL-4同時(shí)刺激B細(xì)胞與單獨(dú)應(yīng)用IL-5相比，B細(xì)胞產(chǎn)生IgE的能力提高9～14倍，缺乏IL-4的小鼠表現(xiàn)出IL-5生成減少，IL-5依賴性EOS也隨之減少[38]。因此，在治療哮喘過程中IL-5與IL-4聯(lián)合應(yīng)用可能會(huì)有更好的效果。

3.3IL-13 當(dāng)變應(yīng)原進(jìn)入機(jī)體后，IL-13不僅可以由Th2細(xì)胞分泌，還可以由肥大細(xì)胞、支氣管平滑肌細(xì)胞等非免疫細(xì)胞生成，激活的IL-13可以促進(jìn)變應(yīng)原誘導(dǎo)的AHR、增強(qiáng)Ca2+動(dòng)員導(dǎo)致的氣道嚴(yán)重收縮[39]。IL-13長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是過敏性哮喘的一個(gè)重要調(diào)節(jié)靶點(diǎn)，有研究發(fā)現(xiàn)，IL-13與硫酸酯酶修飾因子2(sulfate-modifying factor 2，SUMF2)有密切的關(guān)系，如果用小干擾RNA特定剔除支氣管平滑肌細(xì)胞中的SUMF2，細(xì)胞懸液中的IL-13含量會(huì)顯著升高，但在瞬時(shí)轉(zhuǎn)染過表達(dá)SUMF2的淋巴細(xì)胞中，IL-13的含量會(huì)顯著降低，說明SUMF2能阻止IL-13的分泌[40]。因此，SUMF2可以作為新的治療靶點(diǎn)來阻斷IL-13，緩解和治療哮喘。

3.4其他細(xì)胞因子 除上述導(dǎo)致過敏性哮喘癥狀產(chǎn)生的主要Th2細(xì)胞因子外，變應(yīng)原入侵機(jī)體啟動(dòng)了宿主的免疫防御，上皮細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子也參與其中，在細(xì)胞損傷或變應(yīng)原暴露期間，上皮細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子從上皮細(xì)胞中釋放[41]，包括TSLP、IL-33、IL-25趨化ILC2s[30]并募集和激活DCs進(jìn)一步對(duì)機(jī)體造成影響。因此，過敏性哮喘不是由單一細(xì)胞因子造成的，而由一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)共同參與形成的。參與過敏性哮喘Th2免疫反應(yīng)的細(xì)胞因子及其在過敏性哮喘中的作用見表2。

4 針對(duì)過敏性哮喘Th2細(xì)胞因子的靶向治療藥物

Th2免疫啟動(dòng)后適應(yīng)性免疫階段的炎癥因子隨之釋放，T細(xì)胞衍生的IL-4、IL-13可以誘導(dǎo)肺部過敏性炎癥(如效應(yīng)細(xì)胞募集、杯狀細(xì)胞增生)的典型特征[42]。目前，抑制Th2細(xì)胞因子的靶向抗體藥物取得了良好的療效。靶向IL-4受體的單克隆抗體Dupilumab，使大多數(shù)患者的第一秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in the first second，F(xiàn)EV1)和哮喘惡化程度得到改善[43]。Tralokinumab是靶向IL-13的單克隆抗體，可顯著改善中重度難治性哮喘患者的FEV1，減少短效β2受體激動(dòng)劑的使用量[44]。Lebrikizumab也是阻斷IL-13的單克隆抗體，能夠有效減少黏液的生成和平滑肌的收縮，緩解IL-13誘導(dǎo)的AHR以及膠原蛋白沉積和纖維化[45]。

表2 參與過敏性哮喘Th2免疫反應(yīng)的細(xì)胞因子

除了阻斷IL-4和IL-13的細(xì)胞因子拮抗劑，Mepolizumab 和Reslizumab是以IL-5為靶點(diǎn)的單克隆抗體，Mepolizumab能夠有效降低嚴(yán)重的EOS哮喘患者病情的惡化率，延緩惡化速度[46]；Reslizumab能使EOS顯著減少并能夠維持16周以上[47]。Benralizumab是抗IL-5受體的單克隆抗體[37]，能夠安全、有效地減緩哮喘加重[48]。此外，Tezepelumab可以特異性阻斷上皮細(xì)胞來源的細(xì)胞因子TSLP與其受體結(jié)合，降低患者FEV1的最大百分比，顯著減少患者血液中EOS的數(shù)量[49]。參與哮喘Th2免疫反應(yīng)的細(xì)胞因子拮抗劑見表3。以上藥物能不同程度地緩解哮喘，但許多藥物仍在臨床試驗(yàn)階段或Ⅲ期臨床試驗(yàn)，并不能達(dá)到預(yù)期效果，針對(duì)Th2免疫藥物的開發(fā)仍需繼續(xù)進(jìn)行，尋找更適合的靶點(diǎn)以更好地治療過敏性哮喘。

表3 參與哮喘的Th2免疫反應(yīng)細(xì)胞因子拮抗劑

5 小 結(jié)

過敏性哮喘的治病機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，參與反應(yīng)的細(xì)胞和炎癥因子眾多，在疾病不同發(fā)展階段臨床癥狀表現(xiàn)各異。過敏性哮喘Th2免疫反應(yīng)的啟動(dòng)過程可以概括為：變應(yīng)原進(jìn)入呼吸道被DCs細(xì)胞呈遞，經(jīng)過一系列反應(yīng)分化為Th2細(xì)胞發(fā)揮免疫效應(yīng)；Tfh也可分化為Th2細(xì)胞發(fā)揮免疫效應(yīng)，進(jìn)而引起過敏性哮喘的相關(guān)癥狀。目前對(duì)于過敏性哮喘的治療主要是緩解氣道平滑肌痙攣等癥狀，不能從根本上遏制氣道炎癥反應(yīng)的反復(fù)發(fā)生。未來是否可以通過提高導(dǎo)致氣道炎癥Th2免疫反應(yīng)的閾值或者減弱免疫記憶功能，使其更容易進(jìn)入適應(yīng)性免疫抑制階段，以延緩哮喘病程進(jìn)展速度和預(yù)防哮喘，還有待于進(jìn)一步的研究。