肥大細(xì)胞參與皮膚瘙癢的機(jī)制

趙嘉惠，楊孜冉，趙作濤，劉玲玲

肥大細(xì)胞產(chǎn)生于骨髓造血干細(xì)胞，隨血流遷移到特定的組織中，在特定環(huán)境下進(jìn)行局部增殖并分化成熟[1]。肥大細(xì)胞主要分布在皮膚、氣管黏膜和腸道黏膜等與外界環(huán)境易接觸的部位。在皮膚組織中，肥大細(xì)胞與神經(jīng)末梢在物理位置上臨近，形成神經(jīng)免疫單元，通過(guò)敏化外周神經(jīng)導(dǎo)致瘙癢的發(fā)生。這其中最為熟知的是肥大細(xì)胞介導(dǎo)的組胺依賴性瘙癢通路機(jī)制。然而抗組胺藥對(duì)控制大多數(shù)皮膚病的瘙癢癥狀療效欠佳，說(shuō)明肥大細(xì)胞釋放的非組胺介質(zhì)在調(diào)控瘙癢發(fā)生中也發(fā)揮重要功能[2-3]。本文綜述肥大細(xì)胞在瘙癢信號(hào)傳遞中的生物學(xué)功能及其參與的瘙癢動(dòng)物模型；同時(shí)總結(jié)相關(guān)新藥的研究進(jìn)程。這些進(jìn)展將為慢性瘙癢性皮膚病的機(jī)制探索和治療方法提供全新的思路。

1 肥大細(xì)胞的活化方式

肥大細(xì)胞活化主要包括：IgE 介導(dǎo)和非IgE介導(dǎo)的活化方式。(1) IgE介導(dǎo)：通過(guò)交聯(lián)高親和力IgE受體(FcεRI)，釋放多種促炎性介質(zhì)。這些介質(zhì)包括：組胺、血清素、蛋白酶、白三烯、前列腺素、細(xì)胞因子及趨化因子等。(2)非IgE介導(dǎo)：通過(guò)與IgE無(wú)關(guān)的肥大細(xì)胞活化成分，包括：干細(xì)胞生長(zhǎng)因子、補(bǔ)體因子(C3a和C5a)、神經(jīng)肽(P物質(zhì))、腺苷、TLR等觸發(fā)器[4]，結(jié)合肥大細(xì)胞表面的相應(yīng)受體，釋放上述類似的炎性介質(zhì)。同時(shí)，肥大細(xì)胞活化受其他免疫細(xì)胞和特定免疫微環(huán)境的影響。例如，肥大細(xì)胞受白介素4(IL-4)刺激可增強(qiáng)IgE/FcεRI的免疫反應(yīng)[5]。而調(diào)節(jié)性T細(xì)胞產(chǎn)生的調(diào)節(jié)性細(xì)胞因子IL-10和TGF-β，可以減少IgE介導(dǎo)的肥大脫顆粒反應(yīng)[6]。

2 肥大細(xì)胞釋放的內(nèi)源性致癢物質(zhì)

組胺是經(jīng)典的內(nèi)源性致癢物質(zhì)，肥大細(xì)胞活化釋放組胺，激活外周神經(jīng)末梢的組胺受體。組胺受體(histamine receptor, HR)包括H1R, H2R, H3R和H4R，屬7次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體[7-8]。其中H1R與H4R在外周神經(jīng)末梢有表達(dá),參與瘙癢的發(fā)生[9]。以H1R為例，肥大細(xì)胞釋放組胺后H1R被活化，通過(guò)與Gq蛋白的功能單位Gαq偶聯(lián),誘導(dǎo)磷脂酶C(PLC)活化、磷酸肌醇(IP3)生成引起細(xì)胞內(nèi)的鈣動(dòng)員，使得外周神經(jīng)釋放神經(jīng)肽類物質(zhì)，加重皮膚炎癥反應(yīng)[10]。

五羥色胺(5-HT)是肥大細(xì)胞活化后釋放的神經(jīng)遞質(zhì)，參與特應(yīng)性皮炎相關(guān)瘙癢的發(fā)生。其受體(5-HT receptor, 5-HTR)家族有14位成員，廣泛存在于神經(jīng)突觸、脊髓及大腦皮層之中[11]。其中5-HTR2和5-HTR7在部分初級(jí)傳入感覺(jué)神經(jīng)元中表達(dá)，這些外周神經(jīng)支配皮膚感覺(jué)促進(jìn)急慢性瘙癢的發(fā)生。當(dāng)5-HT激活5-HTR7時(shí)，可功能性偶聯(lián)皮膚神經(jīng)末梢的瞬時(shí)受體電位通道TRPA1，觸發(fā)感覺(jué)神經(jīng)元興奮[12]。除上述過(guò)敏性瘙癢外，5-HT激活5-HTR7和5-HTR2并識(shí)別TRPV4信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，參與慢性特發(fā)性瘙癢和干皮癥瘙癢的發(fā)生[13]。

肥大細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子中，白介素4(IL-4)和白細(xì)胞介素31(IL-31)可以直接刺激外周神經(jīng)元的相應(yīng)受體。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)條件敲除小鼠背根神經(jīng)節(jié)的IL-4R時(shí)，小鼠在特應(yīng)性皮炎模型下的搔抓次數(shù)明顯減少[14]。而IL-31能促進(jìn)皮膚感覺(jué)神經(jīng)纖維的生長(zhǎng)和增多，并且促進(jìn)IL-31R在外周神經(jīng)末梢的表達(dá)[15]。此外，IL-31加速腦源性利鈉肽的分泌，影響樹突狀細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞釋放IL-1，IL-6等細(xì)胞因子[16]。在一些與肥大細(xì)胞相關(guān)的慢性瘙癢性疾病(慢性自發(fā)性蕁麻疹、特應(yīng)性皮炎、肥大細(xì)胞增多癥等)的患者血清中，均能檢測(cè)到IL-4、IL-31的表達(dá)升高[17]。

白三烯和前列腺素屬于花生四烯酸家族的脂質(zhì)代謝產(chǎn)物，是由肥大細(xì)胞釋放并介導(dǎo)急性炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì)[18-19]。特應(yīng)性皮炎及銀屑病患者的皮損中，白三烯的表達(dá)顯著升高[20]。小鼠皮內(nèi)注射低濃度的白三烯即引起大約100次/時(shí)的搔抓發(fā)作[21]。通過(guò)人體試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，前列腺素有相似作用，皮下注射前列腺素即誘發(fā)輕度的搔抓[22]。同時(shí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，前列腺素會(huì)放大組胺和五羥色胺誘導(dǎo)急性瘙癢的作用[23]。

類胰蛋白酶、糜蛋白酶、組織蛋白酶作為內(nèi)源性絲氨酸蛋白酶，儲(chǔ)存在肥大細(xì)胞的顆粒中。尤其是類胰蛋白酶，在釋放后敏化外周神經(jīng)的蛋白酶激活受體(PAR2)，通過(guò)自分泌或旁分泌的方式引起P物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽(CGPR)的釋放，反向機(jī)制進(jìn)一步激活肥大細(xì)胞，釋放更多的炎癥因子[24]。最新研究證實(shí)，類胰蛋白酶還可以激活角質(zhì)形成細(xì)胞表面的PAR2，并且功能性偶聯(lián)TPRV3，促進(jìn) TSLP的釋放[25]。銀屑病瘙癢皮損處的感覺(jué)神經(jīng)和肥大細(xì)胞之間的接觸比在非皮損性銀屑病和正常皮膚中更多[26]。同時(shí)皮損處P物質(zhì)、神經(jīng)激肽A和血管活性腸肽的表達(dá)也相應(yīng)增加[27]。

除此之外，內(nèi)源性的神經(jīng)肽類物質(zhì)和抗菌肽可以結(jié)合人肥大細(xì)胞的mas相關(guān)G蛋白偶聯(lián)受體MRGPRX2和小鼠肥大細(xì)胞的MRGPRB2，啟動(dòng)配體活化機(jī)制[2,28]。在寒冷性蕁麻疹、特應(yīng)性皮炎和銀屑病的瘙癢皮損處，均可檢測(cè)到MrgprX2 mRNA的表達(dá)上升數(shù)十倍[18,29-30]。

肥大細(xì)胞介導(dǎo)的瘙癢還與神經(jīng)內(nèi)分泌機(jī)制相關(guān)[31]。譬如特應(yīng)性皮炎、銀屑病等慢性復(fù)發(fā)性皮膚病因患者的社會(huì)心理壓力而加重。情緒應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸的激活可促進(jìn)腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)的釋放。肥大細(xì)胞表達(dá)受體CRH-R1與CRH相互作用被認(rèn)為參與銀屑病、蕁麻疹、特應(yīng)性皮炎中一些情緒應(yīng)激相關(guān)的瘙癢發(fā)生[32]。

miRNA是一種非編碼小RNA，在基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和RNA沉默中起著重要作用。許多研究已經(jīng)證實(shí)miRNAs在肥大細(xì)胞生物學(xué)中的作用。例如，過(guò)表達(dá)miR-142-3p可以挽救miRNA合成酶Dicer的表達(dá)，增強(qiáng) FcεRI介導(dǎo)的脫顆粒[33]。miR-126也同樣加速FcεRI介導(dǎo)的肥大細(xì)胞活化，與PI3K/Akt激活和增加鈣離子內(nèi)流有關(guān)[34]。肥大細(xì)胞中的miR-155參與IL-33信號(hào)通路，在慢性接觸性皮炎的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)抑制miR-155對(duì)IL-6、TNF-α、IL-13和 MCP-1有一定的抑制作用[35]。

3 肥大細(xì)胞在瘙癢動(dòng)物模型中的作用

目前動(dòng)物模型已普遍應(yīng)用于瘙癢研究中，常用的模式動(dòng)物包括家兔、大鼠、小鼠、豚鼠等，其中小鼠以成本低、易操作、模型易構(gòu)建等優(yōu)勢(shì)廣為使用。在瘙癢小鼠模型中，肥大細(xì)胞作為主要的參與者的常用模型有以下幾類：

干性皮膚模型在特應(yīng)性皮炎、銀屑病、魚鱗病等皮膚疾病中甚為重要[36]。原理主要是通過(guò)有機(jī)溶劑及水對(duì)于皮膚表面的反復(fù)刺激，造成表皮游離脂肪酸、神經(jīng)酰胺、膽固醇的去除[37]。同時(shí)有機(jī)溶劑與水的相互作用會(huì)造成皮膚含水成分如氨基酸、羥基酸鹽、吡咯烷酮羧酸鹽和尿素的破壞。小鼠誘導(dǎo)干性皮膚模型后，皮膚出現(xiàn)表皮增厚，經(jīng)皮水分丟失(TEWEL)值升高。病理提示真皮肥大細(xì)胞的浸潤(rùn)增多，類糜蛋白酶的表達(dá)上調(diào)，而肥大細(xì)胞的抑制劑可改善小鼠的干性皮膚表現(xiàn)[38]。有研究發(fā)現(xiàn)，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎小鼠模型會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)癥狀以外的皮膚表現(xiàn)。小鼠皮膚組織病理學(xué)染色提示真皮肥大細(xì)胞的浸潤(rùn)增多，同時(shí)檢測(cè)到組胺、糜蛋白酶、P物質(zhì)的釋放升高。而肥大細(xì)胞的抑制劑c-kit單克隆抗體可改善小鼠的干性皮膚表現(xiàn)[38]。這說(shuō)明肥大細(xì)胞在特定條件下參與干性皮膚誘發(fā)的瘙癢。

自發(fā)瘙癢動(dòng)物模型Nc/Nga小鼠在普通環(huán)境下飼養(yǎng)可以出現(xiàn)紅斑、皮膚干燥或糜爛等類似特應(yīng)性皮炎的表現(xiàn)和自主搔抓行為。該模型的皮損中表皮內(nèi)神經(jīng)生長(zhǎng)因子的表達(dá)升高，當(dāng)皮內(nèi)注射神經(jīng)抑制因子semaphorin-3A后，小鼠搔抓明顯下降，表皮中PGP9.5+神經(jīng)纖維減少[39]。這解釋了特應(yīng)性皮炎瘙癢中神經(jīng)纖維密度增加對(duì)于癢覺(jué)敏化的意義。此外，口服糜蛋白酶抑制劑可以改善NC/Nga小鼠的皮炎表現(xiàn)，表明肥大細(xì)胞的活化在自發(fā)特應(yīng)性皮炎模型中參與神經(jīng)免疫信號(hào)傳遞[40]。在誘導(dǎo)模型中，半抗原引起的小鼠特應(yīng)性皮炎樣皮損中的肥大細(xì)胞表達(dá)高水平的細(xì)胞黏附分子-1，該分子在體外也可增強(qiáng)感覺(jué)神經(jīng)末梢和肥大細(xì)胞之間的黏附和通訊[41]。

轉(zhuǎn)基因小鼠的模型中，有研究發(fā)現(xiàn) IL-13轉(zhuǎn)基因小鼠有抓撓行為和特應(yīng)性皮炎樣皮損表現(xiàn)，皮損處PGP9.5、CGRP和TRPA1的表達(dá)顯著增加[42]。并且，IL-13過(guò)表達(dá)強(qiáng)烈地刺激了TRPA1的表達(dá)，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動(dòng)員引起肥大細(xì)胞的活化。使得TRPA1(+)肥大細(xì)胞和感覺(jué)神經(jīng)的接觸同步增加[43]。同樣，在特應(yīng)性皮炎患者的皮膚活檢組織中，TRPA1在真皮傳入神經(jīng)、肥大細(xì)胞和表皮中的表達(dá)顯著增強(qiáng)，而在健康受試者的皮膚中則沒(méi)有。這類轉(zhuǎn)基因小鼠模型揭示了特應(yīng)性皮炎慢性瘙癢中一種新的神經(jīng)免疫學(xué)機(jī)制，強(qiáng)調(diào)了TRPA1(+)真皮傳入神經(jīng)和TRPA1(+)肥大細(xì)胞在Th2為主的炎癥環(huán)境中的細(xì)胞分子互作機(jī)制。

另一種轉(zhuǎn)基因小鼠模型，胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(TSLP)轉(zhuǎn)基因小鼠以Th2細(xì)胞免疫為主導(dǎo)，如血清IL-4、IL-5、IL-6和TNF-α表達(dá)上調(diào)[44]。TSLP是一種由角質(zhì)形成細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子,在過(guò)敏性炎癥中發(fā)揮重要作用。最新研究發(fā)現(xiàn)，TSLP通過(guò)角質(zhì)形成細(xì)胞的PAR2-TRPV3通路釋放，引起真皮淋巴細(xì)胞及肥大細(xì)胞浸潤(rùn)[25]。此外，TSLP通過(guò)促進(jìn)STAT6的表達(dá)，誘導(dǎo)骨髓前體肥大細(xì)胞增殖，并促進(jìn)向成熟的肥大細(xì)胞的分化。這提示TSLP可能是肥大細(xì)胞一個(gè)發(fā)育因子，加速肥大細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[45]。

4 抑制肥大細(xì)胞的新型止癢藥物

隨著生物制劑時(shí)代的到來(lái),單克隆抗體及小分子化合物對(duì)于肥大細(xì)胞的異?；罨忻鞔_作用。其中，奧馬珠單抗(omalizumab)可以封閉IgE，從而降低了外周血中游離IgE 受體的濃度，被封閉的IgE不再與肥大細(xì)胞和嗜堿粒細(xì)胞結(jié)合。同時(shí)，下降肥大細(xì)胞表面的FcεRI數(shù)量也會(huì)減少，進(jìn)一步降低一系列免疫反應(yīng)[46]。度普利尤單抗(dupilumab)抑制IL-4和IL-13信號(hào)通路，一定程度上減低肥大細(xì)胞的脫顆粒水平[47]。該藥可迅速緩解特應(yīng)性皮炎患者的瘙癢[48]，也對(duì)慢性難治性蕁麻疹的瘙癢癥狀有顯著療效，其中奧馬珠單抗治療無(wú)效的的蕁麻疹患者在使用度普利尤單抗治療3個(gè)月后瘙癢和風(fēng)團(tuán)完全緩解[49]。

JAKs抑制劑通過(guò)阻斷JAK/STAT信號(hào)通路抑制肥大細(xì)胞的活化。有研究認(rèn)為，特異性IgE結(jié)合FcεRI時(shí)，下游啟動(dòng)JAK/STAT5通路，引起肥大細(xì)胞釋放組胺、白三烯、細(xì)胞因子(IL-4、IL-13)等[50]。目前托法替尼(JAK1/3抑制劑)和巴瑞替尼(JAK1/2抑制劑)在國(guó)外應(yīng)用于過(guò)敏性皮膚病的治療。最新國(guó)外III期臨床研究表明，Abrocitinib(JAK1抑制劑)在成人和青少年特應(yīng)性皮炎(中重度)的治療中，對(duì)于皮膚瘙癢的改善效果明顯,口服6-8周瘙癢感覺(jué)可明顯控制[51]。

此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及國(guó)外臨床藥物研究已證實(shí)，抗IL-31R單克隆抗體和NK1R單克隆抗體可明顯抑制肥大細(xì)胞的活化，進(jìn)一步減少T細(xì)胞釋放II型炎癥因子，緩解瘙癢癥狀[52-53]。此兩種藥物的開發(fā)正處于臨床實(shí)驗(yàn)階段，其療效有待進(jìn)一步臨床數(shù)據(jù)驗(yàn)證[54]。前文提及的G蛋白受體家族中的PAR2和Mrgprs也是肥大細(xì)胞活化的重要受體分子，目前尚無(wú)滿意的拮抗藥物應(yīng)用于臨床，這些受體是未來(lái)開發(fā)止癢藥物的重要靶向分子[55]。

綜上，瘙癢是皮膚過(guò)敏的常見(jiàn)臨床特點(diǎn)。肥大細(xì)胞參與的神經(jīng)免疫軸是瘙癢循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)。其表達(dá)的受體及釋放炎癥介質(zhì)不僅能促使其脫顆粒引起過(guò)敏反應(yīng)，又能敏化外周神經(jīng)釋放神經(jīng)肽類物質(zhì)，加重神經(jīng)炎癥反應(yīng)(圖1)。雖然目前已有生物制劑針對(duì)過(guò)敏性皮膚病，如慢性特發(fā)性蕁麻疹、特應(yīng)性皮炎等有一定療效，但對(duì)肥大細(xì)胞膜表達(dá)的G蛋白偶聯(lián)受體或相關(guān)離子通道的拮抗劑尚無(wú)應(yīng)用，而這些分子是否能夠成為治療瘙癢的重要靶點(diǎn)，未來(lái)應(yīng)用于臨床對(duì)患者的遠(yuǎn)期獲益如何，需要進(jìn)一步的研究發(fā)掘。

圖1 皮膚肥大細(xì)胞與外周神經(jīng)通訊傳遞炎癥及瘙癢信號(hào)示意圖