嗜酸性粒細(xì)胞的生物學(xué)特征及其在變態(tài)反應(yīng)性疾病中的作用

王怡潔 陳瑤君 羅嘉瑩 黃昕昀 孫寶清

1廣州醫(yī)科大學(xué)金域檢驗(yàn)學(xué)院（廣州510180）；2廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院變態(tài)反應(yīng)科（呼吸疾病國(guó)家臨床醫(yī)學(xué)研究中心，呼吸疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州呼吸健康研究院）（廣州510120）

嗜酸性粒細(xì)胞（eosinophils，EOS）來(lái)源于骨髓造血干細(xì)胞，在骨髓內(nèi)分化成熟后釋放到外周血中。它的發(fā)育取決于多種細(xì)胞因子，包括白細(xì)胞介素（interleukin，IL）5、IL-33 和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）等［1］。

嗜酸性粒細(xì)胞在外周血中數(shù)量很少，但在人體的免疫系統(tǒng)中起重要作用，它可通過(guò)嗜酸性粒細(xì)胞胞外陷阱細(xì)胞死亡（eosinophil extracellular trap cell death，EETosis）釋放有毒的顆粒蛋白，作為效應(yīng)細(xì)胞參與機(jī)體天然免疫［2］；也可以與中性粒細(xì)胞一同參與抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用，引起組織損傷和炎癥。隨著對(duì)變態(tài)反應(yīng)性疾病研究的增多，嗜酸性粒細(xì)胞已成為指導(dǎo)變態(tài)反應(yīng)性疾病治療的觀察性指標(biāo)和潛在靶點(diǎn)［3-4］，本文主要從嗜酸性粒細(xì)胞在變態(tài)反應(yīng)性疾病中的分化、成熟、遷移、活化、延遲凋亡及其在三個(gè)常見(jiàn)變態(tài)反應(yīng)性疾病的作用機(jī)制闡明嗜酸性粒細(xì)胞在變態(tài)反應(yīng)性疾病中的作用，為臨床治療變態(tài)反應(yīng)性疾病提供新的思路。

1 嗜酸性粒細(xì)胞與變態(tài)反應(yīng)性疾病的關(guān)系

過(guò)敏通常是對(duì)身體無(wú)害的刺激（過(guò)敏原）引起的變態(tài)反應(yīng)，變態(tài)反應(yīng)是個(gè)體的遺傳易感性和導(dǎo)致炎癥的環(huán)境暴露之間復(fù)雜的相互作用下的機(jī)體反應(yīng)。常見(jiàn)的變態(tài)反應(yīng)性疾病包括變應(yīng)性鼻炎、哮喘、特應(yīng)性皮炎等。變態(tài)反應(yīng)的機(jī)制主要包括T細(xì)胞分化偏倚，輔助型T 細(xì)胞2（helper T cell，Th2）和免疫球蛋白E（immunoglobulin E，IgE）增多［5］、肥大細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞的活化，過(guò)敏的炎癥過(guò)程始于肥大細(xì)胞脫顆粒和激活炎癥細(xì)胞的介質(zhì)（嗜酸性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞）釋放細(xì)胞因子和毒性物質(zhì)，影響特定的器官。

2 嗜酸性粒細(xì)胞在變態(tài)反應(yīng)性疾病中的募集過(guò)程

在變態(tài)反應(yīng)性疾病中，嗜酸性粒細(xì)胞需經(jīng)過(guò)發(fā)育、黏附、遷移和活化等多個(gè)階段才能募集到炎癥部位起作用，該階段涉及以下幾個(gè)過(guò)程。

2.1 嗜酸性粒細(xì)胞在骨髓中發(fā)育成熟 嗜酸性粒細(xì)胞在骨髓中由粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞祖細(xì)胞（小鼠）或骨髓祖細(xì)胞（人）分化而成。機(jī)體接觸過(guò)敏原后，在抗原呈遞細(xì)胞參與下，IL-5 和IL-33 參與誘導(dǎo)EOS 的生長(zhǎng)發(fā)育。IL-5 由致病性的Th2 細(xì)胞（the pathogenic Th2，Tpath2）、2 型固有淋巴樣細(xì)胞（type 2 innate lymphoid cell，ILC2）、自然殺傷T 細(xì)胞（natural killer T cell，NKT）和肥大細(xì)胞產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)血液循環(huán)到達(dá)骨髓，在骨髓中刺激骨髓祖細(xì)胞，使其發(fā)育為嗜酸性粒細(xì)胞（圖1）。同時(shí)，IL-33 除了可以誘導(dǎo)ILC2 等細(xì)胞分泌IL-5［6］，也可以直接作用于嗜酸性粒細(xì)胞前體（eosinophil Precursor，EoPre）和嗜酸性粒細(xì)胞譜系定向祖細(xì)胞（eosinophil progenitor，EoP），促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞發(fā)育成熟（圖1）［7］；EoPre、EoP 和EOS 三種細(xì)胞IL-5 受體的表達(dá)，也都會(huì)受到IL-5 的自調(diào)節(jié)（圖1）。因此，在EOS 的發(fā)育過(guò)程中，IL-33 的增加既可以促進(jìn)骨髓中IL-5 的生成，又可以使EoPre 的數(shù)量增多。

2.2 嗜酸性粒細(xì)胞的黏附和遷移 成熟的嗜酸性粒細(xì)胞受IL-5 調(diào)節(jié)，從骨髓向血液遷移。當(dāng)機(jī)體受過(guò)敏原刺激，在炎癥部位的肥大細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生多種細(xì)胞因子（IL-1、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-4 和IL-13 等）參與變態(tài)反應(yīng)；細(xì)胞因子會(huì)同時(shí)反作用于內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞，促進(jìn)其合成并釋放黏附分子，使EOS向炎癥部位遷移。如IL-1 和TNF-α 誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）、ICAM-2和血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）［8］等，黏附因子可以激活嗜酸性粒細(xì)胞表面的整合素（β1、β2 和β7 等），從而促使嗜酸性粒細(xì)胞聚集到炎癥部位。ICAM-1 通過(guò)與嗜酸粒細(xì)胞上的β2整合素作用，促進(jìn)EOS 通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞間隙遷移［9］。另外，IL-4 和IL-13 能誘導(dǎo)上皮細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞甚至氣道成纖維細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子［血小板活化因子、白三烯B4、前列腺素D2 和半胱氨酰白三烯（cysteinylleukotrienes，CysLTs）等］［10］和黏附分子VCAM-1，VCAM-1 通過(guò)與嗜酸性粒細(xì)胞表面的α4 整合素相互作用，增強(qiáng)EOS 的黏附能力［9］；一旦嗜酸性粒細(xì)胞通過(guò)整合素黏附于上皮細(xì)胞的配體，其信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)會(huì)被激活，釋放出嗜酸性細(xì)胞的特異性細(xì)胞毒性顆粒［11］［包括主要堿性蛋白（major basic protein，MBP）、嗜酸性粒細(xì)胞陽(yáng)離子蛋白（eosinophil cationic protein，ECP）、嗜酸性粒細(xì)胞衍生的神經(jīng)毒素（eosinophil-derived neurotoxin，EDN）和嗜酸性粒細(xì)胞過(guò)氧化物酶（eosinophil peroxidase，EPO）］，同時(shí)在趨化因子的協(xié)同作用下EOS 向炎癥部位遷移［12］（圖1）。

圖1 嗜酸性粒細(xì)胞在骨髓中成熟、遷移至外周血、在微脈管系統(tǒng)中黏附和遷移并招募至炎癥部位Fig.1 Eosinophils mature in the bone marrow，migrate to the peripheral blood，adhere and migrate in the microvasculature and recruit to inflammation sites

2.3 嗜酸性粒細(xì)胞的活化、脫顆粒和嗜酸性細(xì)胞外陷阱形成 嗜酸性粒細(xì)胞被激活遷移到炎癥部位后，它會(huì)利用多種脫顆粒的方式釋放其細(xì)胞內(nèi)容物，參與變態(tài)反應(yīng)［13］。在過(guò)敏原激發(fā)試驗(yàn)中，血清ECP 水平在30 min 內(nèi)開(kāi)始升高，并在24 h 內(nèi)維持高水平，這是嗜酸性粒細(xì)胞活化后產(chǎn)生的結(jié)果［14］。在外周血中，活化后的嗜酸性粒細(xì)胞釋放的MBP-1 會(huì)聚集在炎癥部位發(fā)揮毒性作用［15］。

在過(guò)敏的炎癥部位，嗜酸性粒細(xì)胞脫顆粒的方式［16］包括經(jīng)典的是胞吐途徑（單個(gè)或幾個(gè)顆粒，甚至于結(jié)合成塊與質(zhì)膜融合并釋放），該途徑涉及很多小且移動(dòng)快速的分泌囊泡與細(xì)胞膜融合；另一種是嗜酸性粒細(xì)胞溶解，細(xì)胞破裂釋放出所有完整的顆粒。這些過(guò)程到底是如何起作用的，仍在進(jìn)一步研究。與其他含有顆粒的白細(xì)胞不一樣，在多種與嗜酸性粒細(xì)胞相關(guān)疾病的組織和痰［17］中都能檢測(cè)到完整的嗜酸性粒細(xì)胞顆粒，通過(guò)免疫染色和/或通過(guò)超微結(jié)構(gòu)研究證實(shí)，這些顆粒具有膜結(jié)構(gòu)。這種由活化的嗜酸性粒細(xì)胞向基質(zhì)環(huán)境中釋放的線粒體DNA 與顆粒蛋白結(jié)合形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是EETosis，屬于天然免疫，可以防止病原體的傳播，抵抗病原體的感染［18］，是嗜酸性粒細(xì)胞誘導(dǎo)炎癥的一個(gè)重要現(xiàn)象。迄今為止，已在多種變應(yīng)性疾病中發(fā)現(xiàn)EETosis，如嗜酸性慢性鼻竇炎，嗜酸性中耳炎和過(guò)敏性支氣管肺曲霉?。?9］，它與疾病進(jìn)展相關(guān)［19］，但具體作用機(jī)制仍未明確，臨床上加強(qiáng)對(duì)EETosis 的監(jiān)測(cè)，有利于獲取更多靶向嗜酸性粒細(xì)胞的治療方式。

2.4 嗜酸性粒細(xì)胞延遲凋亡 在發(fā)生過(guò)敏性炎癥的部位，嗜酸性粒細(xì)胞凋亡被延遲，從而加重炎癥狀態(tài)。在細(xì)胞凋亡的研究中，F(xiàn)as 及其配體是近年來(lái)研究較為深入的一條途徑，F(xiàn)as 作為一種普遍表達(dá)的受體分子，也存在于EOS 上。因此，正常情況下嗜酸性粒細(xì)胞也會(huì)發(fā)生凋亡。但有研究［20］指出，在部分變態(tài)反應(yīng)性疾病患者提供的血液和組織中，盡管嗜酸性粒細(xì)胞正常表達(dá)Fas 蛋白，但其中約30%出現(xiàn)功能障礙，使其凋亡被延遲，患者的嗜酸性粒細(xì)胞凋亡率比正常人低。

3 嗜酸性粒細(xì)胞在不同變態(tài)反應(yīng)性疾病中的作用

3.1 變態(tài)反應(yīng)性鼻炎 變應(yīng)性鼻炎（allergic rhinitis，AR），是機(jī)體接觸致敏原后，由IgE 介導(dǎo)，肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞等多種免疫活性細(xì)胞參與的鼻黏膜的Ⅰ型變態(tài)反應(yīng)?；颊邥?huì)出現(xiàn)鼻塞、流鼻涕、鼻癢、打噴嚏等過(guò)敏癥狀［21］。

在AR 患者的鼻部炎癥部位，嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)以及嗜酸性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞的比值都有所增高。雖然外周血嗜酸性粒細(xì)胞在AR 中有升高，但增幅并不大，可能是因?yàn)樵谮吇蜃拥淖饔孟拢人嵝粤＜?xì)胞向炎癥部位聚集，使鼻腔分泌物中嗜酸性粒細(xì)胞的數(shù)量增加，所以外周血中嗜酸性粒細(xì)胞的數(shù)目升高并不明顯［22］。

患者吸入過(guò)敏原后，過(guò)敏原被聚集在鼻黏膜中，經(jīng)抗原呈遞細(xì)胞（樹(shù)突細(xì)胞）的處理，被特定淋巴結(jié)中CD4+T 細(xì)胞表面的主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ分子呈遞給T 細(xì)胞受體。T 細(xì)胞受到刺激后分化為T(mén)h2 細(xì)胞，并且分泌IL-3、IL-4、IL-5、IL-13和其他的細(xì)胞因子。這些細(xì)胞因子引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)：鼻部上皮和鼻黏膜、肥大細(xì)胞的增殖和活化的嗜酸性粒細(xì)胞釋放有毒顆粒，最終引起氣道炎癥［23］。同時(shí)，嗜酸性粒細(xì)胞活化后的產(chǎn)物如ECP和MBP，會(huì)引起肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞釋放組胺，組胺可增加血管通透性和黏液分泌，導(dǎo)致呼吸道黏膜上皮損傷，加重局部炎癥反應(yīng)。

3.2 哮喘 哮喘的特征是慢性氣道炎癥后，粘液過(guò)度分泌，氣道高反應(yīng)性（airway hyperresponsiveness，AHR）和可逆的氣道阻塞［24］。通常，骨髓、血液和組織中嗜酸性粒細(xì)胞的增加是大多數(shù)哮喘表型的標(biāo)志，嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)與哮喘惡化的發(fā)生率有直接關(guān)系［20］。嗜酸性粒細(xì)胞誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)，例如活性氧（reactive oxygen species，ROS）、細(xì)胞因子和脂質(zhì)介質(zhì)，會(huì)損傷氣道上皮細(xì)胞和神經(jīng)，并與AHR 一起誘發(fā)哮喘的氣道炎癥［25］。IL-33 誘導(dǎo)Tpath2 細(xì)胞產(chǎn)生雙調(diào)蛋白，雙調(diào)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)可以活化EOS，并增加了可以促進(jìn)組織纖維化的骨橋蛋白的產(chǎn)生［26］，針對(duì)該通路，可以為治療由慢性變態(tài)反應(yīng)性疾病引起組織纖維化提供新思路。

嗜酸性粒細(xì)胞被招募到支氣管或氣道，激活并脫顆粒釋放細(xì)胞毒性蛋白，這對(duì)氣道重塑有重要作用。氣道重塑是持續(xù)炎癥和修復(fù)的結(jié)果。越來(lái)越多的證據(jù)表明，不論是變應(yīng)性哮喘還是非變應(yīng)性哮喘，嗜酸性粒細(xì)胞均在該過(guò)程的病理生理中起到重要作用［27］。ECP 結(jié)合H1、H2受體使平滑肌收縮，氣道阻力增加，引起呼吸困難，哮喘患者尤其敏感。MBP 是M2 受體異構(gòu)拮抗劑，它可以通過(guò)引起迷走型M2 毒蕈堿受體功能障礙，直接加強(qiáng)平滑肌反應(yīng)性的能力，從而間接參與AHR。在嚴(yán)重哮喘患者中，氣道腔內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞的存在與黏液增多有關(guān)，嗜酸性粒細(xì)胞顆粒蛋白產(chǎn)生的氧化劑可能介導(dǎo)黏液高分泌。

在哮喘患者氣道中，嗜酸性粒細(xì)胞一方面直接誘導(dǎo)組織內(nèi)的CD4+T 細(xì)胞產(chǎn)生IL-5，提高自身存活率；另一方面以自分泌方式釋放IL-5，通過(guò)上調(diào)Bcl-2 表達(dá)來(lái)阻止凋亡的發(fā)生。盡管使用IL-5 的單抗，嗜酸性粒細(xì)胞仍然會(huì)在哮喘患者的氣道中聚集和激活［28］。有研究報(bào)告指出，使用IL-5 的單抗治療可能不足以抑制氣道中的EOS 活化［29］。為了在哮喘氣道中聚集，循環(huán)中的EOS 可以黏附在內(nèi)皮細(xì)胞上，隨著細(xì)胞遷移，選擇性募集EOS 的關(guān)鍵步驟可能是嗜酸性粒細(xì)胞通過(guò)VCAM-1 與內(nèi)皮細(xì)胞黏附［8，29］，當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞中VCAM-1 的表達(dá)被IL-4和IL-13 上調(diào)后，嗜酸性粒細(xì)胞會(huì)與VCAM-1 黏附［8］，誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞超氧陰離子的生成和脫顆粒，這可能是嗜酸性粒細(xì)胞活化的第一步［30］。

除了IL-5 參與調(diào)節(jié)嗜酸性粒細(xì)胞凋亡，GMCSF、TNF-α 和CysLTs 也在抑制嗜酸性粒細(xì)胞凋亡方面起一定作用。當(dāng)EOS 和纖維連接蛋白相互作用，IL-3 和GM-CSF 自分泌增多，嗜酸性粒細(xì)胞在體外中的存活時(shí)間延長(zhǎng)；TNF-α 可以通過(guò)激活腫瘤壞死因子受體亞型和核因子κB 延長(zhǎng)嗜酸性粒細(xì)胞的存活，但該過(guò)程不涉及GM-CSF 的產(chǎn)生；CysLTs 的產(chǎn)生是嗜酸性粒細(xì)胞引發(fā)哮喘加重的原因之一，CysLTs 可以直接引起哮喘患者氣道中的嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和活化［10］，導(dǎo)致血管通透性增加，黏液分泌增加和平滑肌收縮程度加重［20］。

3.3 變態(tài)反應(yīng)性皮膚病 變態(tài)反應(yīng)性皮膚病又稱為過(guò)敏性皮膚病，是臨床中一種常見(jiàn)的皮膚病，由變態(tài)反應(yīng)介導(dǎo)一系列相應(yīng)癥狀，比如特應(yīng)性皮炎、蕁麻疹、濕疹、過(guò)敏性紫癜等。近年來(lái)，過(guò)敏性皮膚病的發(fā)病率日益升高，給患者生活帶來(lái)很大的影響，但該病的發(fā)病機(jī)制仍不清楚。有研究表明，過(guò)敏性皮膚病患者的EOS 計(jì)數(shù)和總IgE 的陽(yáng)性率都高于健康人［31］。過(guò)敏原會(huì)引起過(guò)敏性反應(yīng)并且導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)增高。過(guò)敏原通過(guò)皮膚或者呼吸道經(jīng)抗原呈遞細(xì)胞處理后，呈遞給Th2 細(xì)胞，被刺激后的Th2 細(xì)胞分泌多種細(xì)胞因子，誘導(dǎo)IgE 的產(chǎn)生并且刺激骨髓生成嗜酸性粒細(xì)胞［13］。嗜酸性粒細(xì)胞分泌一系列引起炎性和促纖維化的遞質(zhì)，比如細(xì)胞毒性顆粒蛋白、細(xì)胞因子、酶、脂質(zhì)遞質(zhì)、白三烯和氧化代謝產(chǎn)物等引起皮膚黏膜損傷，引發(fā)瘙癢［32］；也可引起組織的修復(fù)反應(yīng)和組織重構(gòu)，同時(shí)促進(jìn)成纖維細(xì)胞合成膠原，導(dǎo)致膠原過(guò)量沉積進(jìn)而使皮膚增厚。IL-4 和IL-13 刺激成纖維細(xì)胞增殖和膠原合成的能力，并能通過(guò)上調(diào)VCAM-1 表達(dá)促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞遷移至炎癥反應(yīng)處，進(jìn)而起間接促進(jìn)膠原沉積的作用［33］。

變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)病過(guò)程仍是一個(gè)未知的復(fù)雜過(guò)程，嗜酸性粒細(xì)胞在其中的重要作用，需要進(jìn)一步研究。嗜酸性粒細(xì)胞在炎癥部位聚集并發(fā)揮其毒性作用，這個(gè)過(guò)程涉及在骨髓中增殖、在微脈管系統(tǒng)中黏附并遷移、進(jìn)一步活化并脫顆粒和嗜酸性粒細(xì)胞延遲凋亡等，也需要多種細(xì)胞因子、黏附分子和趨化因子的參與。通過(guò)研究嗜酸性粒細(xì)胞在變態(tài)反應(yīng)性疾病的作用和機(jī)制，可以尋找更多的治療變態(tài)反應(yīng)性疾病靶目標(biāo)，對(duì)指導(dǎo)臨床診斷和治療有重要意義。