炎癥反應(yīng)在囊性纖維化性肺病的作用機(jī)制及治療策略

牛慧 張典 李晨 程靜 楊海龍 張雅青 謝建軍 李全民

作者單位：1. 065201 河北 三河，三河市燕郊人民醫(yī)院內(nèi)科 2. 075000 河北 張家口，張家口市肺科醫(yī)院 3. 100056 北京，中國人民解放軍火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心臨床部

囊性纖維化(Cystic fibrosis,CF)是一種常染色體隱性遺傳性疾病，由囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)基因突變引起。CF在不同國家的患病率差異很大。據(jù)報道，美國白種人的患病率約為1：2500；太平洋島民為1：100000。CF患者的中位預(yù)測生存期為47.7歲[1]。目前國內(nèi)尚無CF患病率的調(diào)查。CF可造成全身多系統(tǒng)功能障礙，最常累及呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致囊性纖維化性肺病(Cystic Fibrosis Lung Disease，CFLD)，是CF最常見的死亡原因。CFLD的病理生理特征是氣道中持續(xù)的免疫細(xì)胞聚集引起的慢性非特異性炎癥[2]。本文就近年來炎癥反應(yīng)在CFLD的作用機(jī)制及治療策略的研究進(jìn)展予以綜述。

CFLD簡介

CFLD的臨床特征是氣道內(nèi)早期的細(xì)菌定殖和感染。金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和其他病原體引起持續(xù)的氣管及支氣管感染，持續(xù)存在的慢性氣道和全身性炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致肺組織結(jié)構(gòu)破壞，最終引起支氣管擴(kuò)張及呼吸功能不全[5]。CFLD患者出現(xiàn)的全身性炎癥反應(yīng)，包括急性期血清炎癥標(biāo)志物水平增加，對多種外源性和內(nèi)源性抗原的高效價抗體，Th2細(xì)胞誘發(fā)的細(xì)胞因子過度表達(dá)等。CFLD早期出現(xiàn)的持續(xù)而強(qiáng)烈的氣道炎癥反應(yīng)可與其他肺部疾病相區(qū)別。通過檢測氣道中性粒細(xì)胞彈性酶水平，有助于預(yù)測病程后期支氣管擴(kuò)張的發(fā)生風(fēng)險[6]。

炎癥反應(yīng)在CFLD的作用機(jī)制

一、氣道表面黏膜纖毛清除功能受損

氣道表面液體和粘液層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可隨著內(nèi)外環(huán)境的變化進(jìn)行適應(yīng)性的動態(tài)改變。黏膜纖毛清除病原體需要氣道表面有流動狀態(tài)的粘液，以促進(jìn)顆粒狀物質(zhì)和病原體及時排出；氣道粘液層也提供對內(nèi)源性和外源性有害物質(zhì)的保護(hù)性屏障。氣道上皮細(xì)胞分泌的粘蛋白形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘蛋白MUC5AC、MUC5B和MUC2吸收并儲存水份，使纖毛間的水份含量在大多數(shù)情況下保持恒定。以確保氣道表面液體和粘液層穩(wěn)定的水合作用，使纖毛能及時清除病原體及其他有害物質(zhì)[7]。研究發(fā)現(xiàn)，CFTR對于調(diào)節(jié)氣道表面液體和粘液層的性狀變化非常重要。通過分泌Cl-并直接或間接調(diào)節(jié)Na+的重吸收，CFTR在平衡氣道表面液體和粘液層正常的水合作用發(fā)揮重要作用。由于CFTR基因突變導(dǎo)致Cl-分泌減少，使粘液層的滲透壓發(fā)生改變，引起過量Na+和水份重吸收。氣道表面液體和粘液層的水合作用出現(xiàn)異常后，黏膜纖毛不能正常清除病原體，易引起氣道持續(xù)的炎癥反應(yīng)[8]。

CFTR基因突變可引起氣道表面粘液層缺氧。對CFLD動物模型研究發(fā)現(xiàn)，氣道上皮杯狀細(xì)胞分泌稠厚粘液，呈多層狀粘附在氣道表面。終末期CFLD患者肺組織中有大量膿性粘液堵塞小氣道，影響正常肺組織的氣體交換。CFLD患者并發(fā)銅綠假單胞菌感染后，覆蓋膿性粘液氣道的氧張力顯著降低，降低氣道正常的防御功能并促進(jìn)細(xì)菌生長。粘液層缺氧也可引起一系列的細(xì)胞因子級聯(lián)反應(yīng)。其中，低氧誘導(dǎo)因子-1是一種影響血管生成、炎癥反應(yīng)和纖維化的轉(zhuǎn)錄因子。CFTR基因突變可能會改變低氧誘導(dǎo)因子-1的穩(wěn)定性，進(jìn)一步加重氣道的炎癥反應(yīng)[9]。

三、脂代謝異常與氣道炎癥反應(yīng)

CFTR基因突變可引起氣道上皮細(xì)胞的脂質(zhì)代謝異常。神經(jīng)酰胺是鞘磷脂的代謝產(chǎn)物，通過酸性神經(jīng)酰胺酶作用后轉(zhuǎn)化為鞘氨醇。有研究發(fā)現(xiàn)，CFTR基因突變后，CFLD氣道上皮細(xì)胞的酸性神經(jīng)酰胺酶活性受到抑制，使氣道上皮細(xì)胞神經(jīng)酰胺積聚，高濃度神經(jīng)酰胺易引起上皮細(xì)胞凋亡，激活I(lǐng)L-1β和趨化因子，引起氣道上皮炎癥反應(yīng)[12]。另有研究則發(fā)現(xiàn)，部分CFLD患者氣道上皮細(xì)胞中缺乏神經(jīng)酰胺，并與強(qiáng)烈的氣道上皮炎癥反應(yīng)有關(guān)。通過提高CFLD氣道上皮細(xì)胞神經(jīng)酰胺水平，可明顯降低CFLD氣道上皮炎癥反應(yīng)[13]。不同研究中截然相反的結(jié)果可能與神經(jīng)酰胺的測定方法不同有關(guān)。另外，神經(jīng)酰胺對于宿主氣道上皮的防御功能具有雙重屬性，這可能取決于不同部位氣道上皮細(xì)胞神經(jīng)酰胺的含量。而保持一定水平的神經(jīng)酰胺對于清除氣道內(nèi)細(xì)菌和控制炎癥反應(yīng)至關(guān)重要[14]。因此，氣道上皮細(xì)胞中神經(jīng)酰胺水平不能降低到臨界水平以下，否則可能影響宿主氣道上皮基本的防御功能。此外，與CFTR相關(guān)的其他脂質(zhì)代謝異常包括CFLD氣道上皮細(xì)胞膜中花生四烯酸與二十二碳六烯酸的比值異常增高，與氣道炎癥反應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)。二十二碳六烯酸是幾種抗炎脂質(zhì)前體，包括溶解酶等。在氣道高反應(yīng)性動物模型中，恢復(fù)細(xì)胞膜中兩者的正常比值，可以明顯降低氣道的炎癥反應(yīng)[15]。

四、其他與氣道炎癥反應(yīng)有關(guān)的免疫途徑失調(diào)

其他與氣道炎癥反應(yīng)有關(guān)的免疫途徑失調(diào)，也直接或間接與CFTR基因突變有關(guān)。例如，CFLD患者氣道上皮細(xì)胞NO合成減少，STAT1信號改變導(dǎo)致NOS2失活，使T淋巴細(xì)胞向Th17表型分化；異常Nrf2信號阻止適當(dāng)?shù)目寡缀涂寡趸磻?yīng)，增加了MAPK和NF-kB依賴性炎癥因子激活等[16]。另外，CFLD患者全身和肺上皮細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽含量降低，盡管CFTR對谷胱甘肽的選擇性較差，推測可能與缺乏CFTR介導(dǎo)的谷胱甘肽轉(zhuǎn)運異常有關(guān)。谷胱甘肽缺乏，促進(jìn)NF-kB依賴性炎癥因子轉(zhuǎn)錄，并可能與CFLD肺部的炎癥反應(yīng)有關(guān)[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，CFTR基因突變與氣道炎癥細(xì)胞中關(guān)鍵免疫途徑的功能障礙有關(guān)。吞噬溶酶體氧化殺傷時，缺乏CFTR的中性粒細(xì)胞分泌Cl-出現(xiàn)異常；巨噬細(xì)胞在攝入洋蔥伯克霍爾德菌后顯示吞噬溶酶體融合延遲，細(xì)菌不能被及時清除；同時，微囊蛋白-1表達(dá)水平降低及Toll樣受體-4依賴性反應(yīng)增強(qiáng)；誘導(dǎo)幼稚T淋巴細(xì)胞向Th17表型分化等[18]。因此，在CFLD肺部病變觀察到的強(qiáng)烈炎癥反應(yīng)是多因素的，與CFTR基因突變相關(guān)的多種免疫細(xì)胞出現(xiàn)功能障礙，并涉及氣道上皮細(xì)胞和炎性細(xì)胞固有的多種免疫途徑異常。

CFLD抗炎治療策略

一、抗生素的抗炎作用

細(xì)菌感染是引起CFLD氣道炎癥反應(yīng)的主要因素，抗感染治療具有減輕氣道炎癥反應(yīng)的作用。根據(jù)呼吸道分泌物培養(yǎng)及藥敏實驗結(jié)果，選擇敏感抗生素靜脈注射是減少CFLD氣道炎癥反應(yīng)的最佳短期治療策略[19]。由于靜脈內(nèi)抗生素并不適合長期使用，因此，探索非靜脈途徑應(yīng)用抗生素成為有效減少CFLD氣道炎癥反應(yīng)的長期治療策略之一。研究發(fā)現(xiàn)，吸入妥布霉素可降低外周血，中性粒細(xì)胞百分?jǐn)?shù)，顯著降低氣道炎癥反應(yīng)，但其抗炎效果低于靜脈內(nèi)使用抗生素[20]。

大環(huán)內(nèi)酯類抗生素阿奇霉素具有抗炎作用。在一項為期6個月的臨床研究中，口服阿奇霉素(0.5g 每周3次)可顯著改善肺功能和生活質(zhì)量，促進(jìn)體重增加；亞組分析發(fā)現(xiàn)，在感染銅綠假單胞菌的輕中度CFLD患者中，出現(xiàn)肺部病變急性加重次數(shù)明顯減少，痰液中彈性蛋白酶的穩(wěn)定性降低，痰液易于分解[21]。另外，對未感染銅綠假單胞菌的CFLD受試者，阿奇霉素可降低外周血中性粒細(xì)胞百分?jǐn)?shù)和血清炎性標(biāo)志物，明顯減輕肺部病變急性加重的嚴(yán)重程度，但對肺功能無明顯影響。阿奇霉素對CFLD的作用機(jī)理尚不清楚，可能與阿奇霉素的抑菌和抗炎癥反應(yīng)，改善小支氣管擴(kuò)張等多種作用有關(guān)。CF基金會建議，對6歲及以上感染銅綠假單胞菌的CFLD患者可長期口服阿奇霉素，未感染銅綠假單胞菌的CFLD患者建議權(quán)衡利弊后使用[22]。

二、糖皮質(zhì)激素的抗炎治療

糖皮質(zhì)激素是最早作為抗炎治療使用的藥物。在一項為期4年共納入45例輕中度CFLD患兒的單中心臨床試驗中，與安慰劑相比，隔天使用潑尼松(2mg/kg)與肺功能改善、體重增加和住院次數(shù)減少相關(guān)[23]。在另一項為期4年的多中心研究中，將285名6～14歲輕中度CFLD患兒隨機(jī)分組接受隔日潑尼松(1 mg/kg或2 mg/kg)及安慰劑治療。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隔日1mg/kg潑尼松治療的患兒肺功能恢復(fù)更好，存在銅綠假單胞菌感染時差異更明顯。但潑尼松治療的患兒呼吸道銅綠假單胞菌檢出率顯著增加，組間急性肺部感染的發(fā)生率相似。經(jīng)六年的后續(xù)隨訪觀察，1mg/kg潑尼松治療患兒存在持續(xù)的生長發(fā)育異常，但肺功能監(jiān)測顯示第一秒用力呼氣量百分比與安慰劑組相同；潑尼松停藥后，前期治療對肺功能的改善作用消失?？紤]潑尼松治療可能使肺部有效氣體交換面積減少，因此，維持CFLD患兒正常肺功能，需要持續(xù)給予潑尼松治療[24]。也有研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)給予糖皮質(zhì)激素吸入可以減緩CFLD患兒肺功能下降，隨著年齡增加，患兒體重和身高增長放緩，并發(fā)糖尿病患兒的胰島素或口服降糖藥用量增大。經(jīng)規(guī)律吸入糖皮質(zhì)激素治療后，停用吸入糖皮質(zhì)激素與CFLD臨床癥狀惡化無顯著相關(guān)[25]。有關(guān)糖皮質(zhì)激素在CFLD的實驗表明，通過抑制氣道炎癥反應(yīng)可以維持CFLD患者肺功能，而不增加肺部感染的發(fā)生率。因此，由于長期服用糖皮質(zhì)激素有較多的副作用，不推薦全身性糖皮質(zhì)激素用于CFLD治療。吸入糖皮質(zhì)激素用于CFLD治療需要更多的隨機(jī)對照實驗以明確臨床獲益。

三、非甾體類藥物的抗炎作用

非甾體類藥物具有廣泛的抗炎作用，在對CFLD治療中，布洛芬的研究證據(jù)最多，也是唯一推薦用于CFLD的非甾體類藥物。CFLD患兒接受布洛芬治療，可減緩肺功能下降，住院次數(shù)明顯減少，身高、體重增長正常，而不良事件的發(fā)生率無顯著增加。布洛芬對維持肺功能具有有益作用，可使每年第一秒用力呼氣量百分比的降低率減少29%[26]。因此，CFLD使用布洛芬治療的臨床獲益較大。布洛芬通過調(diào)節(jié)氣道炎癥反應(yīng)，可減緩CFLD患者(尤其兒童)肺部病變的進(jìn)展。布洛芬長期治療使胃腸道出血的風(fēng)險增加，聯(lián)合使用抗酸劑、質(zhì)子泵抑制劑有助于降低胃腸道出血。目前，布洛芬尚未在CFLD臨床治療中得到廣泛使用，可能與維持治療合理劑量的選擇及長期治療的不良反應(yīng)有關(guān)。

四、細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)調(diào)節(jié)劑

通過調(diào)節(jié)氣道上皮細(xì)胞與炎癥反應(yīng)有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，成為CFLD治療干預(yù)的新靶點。白介素-1及白介素-10水平降低與氣道炎癥反應(yīng)增加相關(guān)，通過調(diào)節(jié)白介素-1及白介素-10的表達(dá)可抑制核因子-κB(nuclear factor -κB，NF-κB)及促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，對減輕氣道炎癥反應(yīng)有益[27]。CFLD氣道上皮細(xì)胞缺乏過氧化物酶體增殖物激活受體，導(dǎo)致NF-κB及其抑制劑IκB水平失衡。噻唑烷二酮類通過上調(diào)相應(yīng)受體表達(dá)，抑制NF-κB的激活，可能影響CF氣道的炎癥反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，給予吡格列酮干預(yù)28天后，痰液中炎癥介質(zhì)的表達(dá)并無明顯變化。分析可能與吡格列酮劑量不足、干預(yù)時間太短及受試者人數(shù)較少(n=20)有關(guān)[28]。應(yīng)進(jìn)一步對吡格列酮治療CFLD的可行性進(jìn)行深入研究。

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，CFLD患者呼出氣中NO水平降低，可能導(dǎo)致氣道內(nèi)細(xì)菌感染和炎癥反應(yīng)增加。由于Jak-Stat信號通路與NO的正常表達(dá)有關(guān)，CFLD患者Jak-Stat信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，降低了一氧化氮合酶-2 mRNA生成[16]。體外實驗顯示，γ-干擾素可影響Jak-Stat信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，恢復(fù)一氧化氮合酶-2 mRNA的正常表達(dá)。但臨床觀察，給予吸入γ-干擾素(500μg和1000μg)干預(yù)后，CFLD患者肺功能并無顯著改善，痰液中細(xì)菌密度及炎癥標(biāo)志物也無明顯變化。而接受1000μg吸入干擾素-γ治療的受試者因肺部惡化而住院的比例更高[29]。因此，γ-干擾素對CFLD患者肺部病變無明顯改善作用。另外，上調(diào)氣道上皮細(xì)胞RhoGTPase表達(dá)可能導(dǎo)致NO水平降低，而RhoGTPase可被他汀類藥物所抑制。辛伐他汀可增加呼出氣NO含量，但對痰液中炎癥標(biāo)記物無明顯影響[30]。CFLD患者給予他汀類藥物治療對氣道炎癥反應(yīng)的作用需進(jìn)一步研究明確。

五、抑制中性粒細(xì)胞內(nèi)流和中性粒細(xì)胞產(chǎn)物

中性粒細(xì)胞參與CFLD氣道的炎癥損傷，通過限制中性粒細(xì)胞內(nèi)流或抑制中性粒細(xì)胞產(chǎn)物可能影響氣道的炎癥反應(yīng)。CXCR2是一種表達(dá)于中性粒細(xì)胞表面的受體，能夠識別中性粒細(xì)胞趨化因子白介素-8。研究發(fā)現(xiàn)，CXCR2拮抗劑用于治療CFLD，可減少痰液中炎癥標(biāo)志物，但對肺功能并無明顯影響[31]。LTB4是花生四烯酸代謝產(chǎn)物，是存在于CFLD氣道中的一種強(qiáng)效中性粒細(xì)胞趨化因子。在銅綠假單胞菌肺部感染的小鼠模型中，作為一種特異性LTB4受體拮抗劑，BIIL 284 BS干預(yù)對氣道的炎癥反應(yīng)并無顯著影響。在CFLD預(yù)實驗研究中，BIIL 284 BS治療后出現(xiàn)與肺功能損傷有關(guān)的嚴(yán)重不良事件。研究認(rèn)為，BIIL 284 BS可能對LTB4通路的抑制作用太強(qiáng)，導(dǎo)致宿主抗微生物防御能力受損，反而導(dǎo)致氣道的炎癥反應(yīng)進(jìn)一步加重[32]。此外，通過抑制中性粒細(xì)胞產(chǎn)物可減輕CFLD肺部病變的嚴(yán)重程度。蛋白酶和氧化劑可分別靶向作用于中性粒細(xì)胞產(chǎn)物。CFLD肺中的游離蛋白酶比抗蛋白酶抑制物水平顯著增高。給予抗蛋白酶治療對肺部病變具有積極的改善作用。在一項多中心、隨機(jī)、開放標(biāo)簽的多中心實驗中，吸入α1-抗胰蛋白酶4周與中性粒細(xì)胞、促炎細(xì)胞因子和彈性蛋白酶活性的顯著降低有關(guān)[33]。

除蛋白酶外，中性粒細(xì)胞還釋放大量的氧自由基，導(dǎo)致組織細(xì)胞損傷。給予抗氧化劑可減輕CFLD氣道的炎癥反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CFLD肺組織中抗氧化劑谷胱甘肽水平顯著降低，補(bǔ)充谷胱甘肽可以減少炎癥細(xì)胞中超氧化物產(chǎn)生，但未檢測到氧化應(yīng)激標(biāo)記物BAL的明顯變化，對CFLD肺功能及臨床結(jié)局無顯著影響[34]。此外，N-乙酰半胱氨酸是一種粘液溶解劑及抗氧化劑，可抑制H2O2并增加谷胱甘肽水平，是合成谷胱甘肽的必需前體。研究發(fā)現(xiàn)，口服N-乙酰半胱氨酸與全血谷胱甘肽水平升高以及痰液中性粒細(xì)胞、白介素-8和彈性蛋白酶活性降低相關(guān)。N-乙酰基半胱氨酸可穩(wěn)定肺功能，但對中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶活性或其他炎癥生物標(biāo)志物沒有影響[35]。中性粒細(xì)胞是參與氣道炎癥反應(yīng)的主要炎性細(xì)胞，因此，調(diào)整中性粒細(xì)胞在炎癥反應(yīng)的作用有助于控制CFLD氣道的炎癥損傷。

六、脂質(zhì)調(diào)節(jié)劑的抗炎作用

氣道上皮細(xì)胞膜中某些脂質(zhì)異?？赡芤餋FLD氣道的炎癥反應(yīng)。例如，CFLD氣道上皮細(xì)胞膜中花生四烯酸水平增加，而二十二碳六烯酸水平降低。對CFLD患者補(bǔ)充二十二碳六烯酸，有利于CFLD氣道炎癥的改善，但對肺功能監(jiān)測的結(jié)果差異很大，這與二十二碳六烯酸的給藥劑量、研究人數(shù)、治療時間不同有關(guān)[36]。Lipoxin A4是一種來自花生四烯酸代謝的omega-6多不飽和脂肪酸，通過抑制NF-κB及促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和中性粒白細(xì)胞的遷移促進(jìn)炎癥消退。CFLD患者和肺部感染銅綠假單胞菌小鼠模型的支氣管肺泡灌洗液中LXA4含量降低。銅綠假單胞菌感染小鼠給予Lipoxin A4干預(yù)時，中性粒細(xì)胞計數(shù)、細(xì)菌負(fù)荷和氣道炎癥水平均顯著降低[16]。Lipoxin A4對促炎細(xì)胞因子的抑制作用可能成為炎癥反應(yīng)治療的新途徑。

小 結(jié)