上皮源性細(xì)胞因子在共同氣道疾病中的作用及其研究進(jìn)展

杜昱聰，劉環(huán)海

(海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)征醫(yī)院 耳鼻咽喉科，上海 200003)

臨床上，變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis，AR)、慢性鼻-鼻竇炎(chronic rhinosinusitis，CRS)和哮喘是耳鼻咽喉科和呼吸科疾病。呼吸道以聲帶水平為界限分為上呼吸道和下呼吸道，但從鼻孔到肺泡，在解剖學(xué)上是連續(xù)的，且均由呼吸道上皮覆蓋。已有研究表明，AR、CRS和哮喘在流行病學(xué)上可能是共病，有一些共同的免疫致病機(jī)制，如2型輔助性T細(xì)胞(T helper cells2，Th2)型炎癥反應(yīng)，由此產(chǎn)生了共同氣道疾病(united airway diseases，UAD)的概念[1]。本文據(jù)此，將上下呼吸道中最常見(jiàn)的氣道上皮源性細(xì)胞因子—白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-25、IL-33和胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)在UAD疾病中的表達(dá)及其臨床意義進(jìn)行綜述。

1 慢性氣道炎癥流行病學(xué)研究

我國(guó)AR的發(fā)病率一般在4%～38%，其中40%伴有哮喘[2]。CRS是另一種在世界范圍內(nèi)常見(jiàn)的慢性氣道疾病，我國(guó)CRS平均發(fā)病率在8%左右，其他國(guó)家的發(fā)病率為5.51%～14%，CRS患者合并哮喘的概率是無(wú)CRS患者的兩倍以上[3]。在全球過(guò)敏與哮喘歐洲網(wǎng)絡(luò)中，大量受試者表現(xiàn)出哮喘與CRS、CRS和AR有較強(qiáng)的相關(guān)性[4]。

2 常見(jiàn)免疫病理機(jī)制

AR、CRS和哮喘有許多共同的病理特征，最終都是變應(yīng)原暴露引起肥大細(xì)胞活化和脫顆粒、嗜酸性粒細(xì)胞募集和浸潤(rùn)、Th2細(xì)胞的活化和極化，以及特異性免疫球蛋白E的產(chǎn)生。同時(shí)，Th2型炎癥反應(yīng)中的細(xì)胞因子主要是在上下氣道中均有高表達(dá)的IL-4、IL-5、IL-13[5]。而且有研究[5-6]發(fā)現(xiàn)不合并哮喘的AR患者在鼻變應(yīng)原暴露試驗(yàn)下，上下氣道黏膜以及外周血嗜酸性粒細(xì)胞會(huì)增多。這表明上下氣道之間存在一定聯(lián)系。

3 常見(jiàn)慢性炎癥損傷和氣道重塑異常

AR、CRS和哮喘的基本病理表現(xiàn)都是慢性炎癥損傷和異常組織重塑。有研究表明[7]：在反復(fù)發(fā)作的變應(yīng)性炎癥中，上皮損傷、成纖維細(xì)胞胞外基質(zhì)蛋白沉積增加、血管生成、杯狀細(xì)胞和黏膜或黏膜下腺體增生以及氣道平滑肌增厚增強(qiáng)造成了哮喘患者的支氣管壁增厚。同樣的，對(duì)CRS的研究顯示：伴鼻息肉的CRS(chronic sinusitis with nasal polyps，CRSwNP)患者表現(xiàn)出上呼吸道杯狀細(xì)胞增生、黏液分泌過(guò)多、基底細(xì)胞增生和基底膜增厚[8]；上呼吸道的組織重塑過(guò)程與上皮下纖維化、基底膜增厚和疾病嚴(yán)重程度有關(guān)，同樣下呼吸道也有類似的表現(xiàn)[9]。

4 上皮源性3種細(xì)胞因子在氣道疾病中的作用

以上所述內(nèi)容均支持UAD的概念，但是對(duì)于調(diào)節(jié)氣道通暢度的共同因素仍然無(wú)法明確。有研究認(rèn)為刺激物逆行至骨髓，刺激骨髓祖細(xì)胞或刺激物介導(dǎo)的鼻-支氣管反射是可能的機(jī)制[10]。也有一種假說(shuō)更加強(qiáng)調(diào)上皮源性細(xì)胞因子，即IL-25、IL-33和TSLP，是連接上皮間充質(zhì)細(xì)胞通訊和誘導(dǎo)氣道病理生理變化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[11]。近年來(lái)基于全基因組關(guān)聯(lián)研究結(jié)果，證明了多個(gè)與IL-25、IL-33和TSLP相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)與氣道疾病相關(guān)[12-14]。

氣道上皮細(xì)胞排列在整個(gè)氣道的表面，它作為第一道防線來(lái)保護(hù)氣道免受病原體的侵害。上皮細(xì)胞表面表達(dá)Toll樣受體(toll-like receptors,TLR)和核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體(toll-like receptors,NLR)，可以識(shí)別病原體中結(jié)構(gòu)保守的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP)，并通過(guò)誘導(dǎo)免疫應(yīng)答對(duì)這些外源性危險(xiǎn)信號(hào)做出反應(yīng)；上皮細(xì)胞對(duì)PAMP-TLR/NLR相互作用的重要反應(yīng)就是分泌各種細(xì)胞因子，特別是IL-25、IL-33和TSLP，可誘導(dǎo)先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，并導(dǎo)致向Th2型免疫反應(yīng)的偏倚[15-16]。

4.1 上皮源性IL-25

4.1.1 IL-25的細(xì)胞來(lái)源和生物學(xué)特性 IL-25，也被稱為IL-17E，是IL-17細(xì)胞因子家族的一員，通常具有促炎癥功能。雖然IL-25在結(jié)構(gòu)上與IL-17同源，但I(xiàn)L-25的生物活性與IL-17家族的其他成員有顯著差異[17]。IL-17家族的大多數(shù)成員通常導(dǎo)致中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，誘導(dǎo)Th1型炎癥，促進(jìn)腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-γ和IL-1β的產(chǎn)生，而IL-25導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞增多，誘導(dǎo)Th2偏性炎癥，并誘導(dǎo)IL-4、IL-5和IL-13的過(guò)度表達(dá)[17]。

Kouzaki等[18]證實(shí)IL-25在氣道上皮細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中形成、儲(chǔ)存；當(dāng)暴露于常見(jiàn)的含有蛋白酶活性的變應(yīng)原(如屋塵螨)時(shí)，上皮源性IL-25迅速釋放，從而導(dǎo)致變應(yīng)性炎癥的發(fā)生。這種特征使上皮細(xì)胞能夠介導(dǎo)先天免疫，對(duì)傳入的變應(yīng)原迅速作出反應(yīng)。IL-25的下游應(yīng)答者也很多，包括上皮細(xì)胞本身、TSLP激活的樹(shù)突狀細(xì)胞激活的記憶Th2細(xì)胞、產(chǎn)生IL-9的Th9細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和2型固有淋巴細(xì)胞(type 2 innate lymphoid cells,ILC2)，其上表達(dá)IL-25的異二聚體受體，即IL-17RA/IL-17RB[19]。

IL-25和IL-17RA/IL-17RB之間的相互作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、STAT6、GATA3和NF-ATC1的激活和上調(diào)，從而導(dǎo)致記憶Th2細(xì)胞的激活和極化，這歸因于IL-4、IL-5和IL-13的分泌[20]。一方面，IL-25抑制Th1/Th17相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，如T-bet和STAT4，并減少TNF-α、干擾素-γ(interferon -γ，IFN-γ)和IL-17A的分泌，進(jìn)一步加重Th2反應(yīng)偏倚[17,20]。從人外周血中分離的嗜酸性粒細(xì)胞進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，IL-25處理后嗜酸性粒細(xì)胞的活性增強(qiáng)，表明了IL-25通過(guò)直接結(jié)合嗜酸性粒細(xì)胞上的IL-17RB對(duì)延緩嗜酸性粒細(xì)胞凋亡和維持變應(yīng)性氣道炎癥中的嗜酸性粒細(xì)胞的活性具有重要作用[21]。

由于ILC2表達(dá)IL-17RA/IL-17RB，這些非B或T細(xì)胞也是IL-25的靶細(xì)胞，有證據(jù)表明：對(duì)缺乏T細(xì)胞和B細(xì)胞的小鼠鼻內(nèi)給予IL-25會(huì)導(dǎo)致變態(tài)反應(yīng)，ILC2在長(zhǎng)期的IL-25刺激下產(chǎn)生的IL-13可以引起肺纖維化[22]。在人類氣道中，在CRSwNP患者的鼻息肉中觀察到ILC2對(duì)IL-25的強(qiáng)烈反應(yīng)[23]。并且，在哮喘患者中，糖皮質(zhì)激素可以通過(guò)MEK/JAK-STAT信號(hào)通路抑制IL-25引起的ILC2活性增加；IL-25可以通過(guò)支氣管平滑肌上的受體發(fā)揮降低氣道阻力和誘導(dǎo)支氣管痙攣的作用[24]。

4.1.2 上皮源性IL-25在氣道疾病中的作用 IL-25可以通過(guò)聯(lián)合激活I(lǐng)LC2和Th2細(xì)胞來(lái)介導(dǎo)固有的和適應(yīng)性的免疫反應(yīng)，從而引起持續(xù)的Th2傾向的黏膜炎癥[25]。Meng等[26-27]發(fā)現(xiàn)鼻腔IL-25在促進(jìn)NP中Th2偏倚的炎癥反應(yīng)中起著重要作用，并根據(jù)鼻腔IL-25蛋白水平將CRSwNP患者分為高IL-25和低IL-25兩型。

Hong等[27]的研究發(fā)現(xiàn)CRSwNP組人群的息肉組織中的IL-25的mRNA表達(dá)水平明顯更高，并且高Il-25的CRS患者表現(xiàn)出更高的CT評(píng)分、內(nèi)鏡評(píng)分和Th2反應(yīng)。Tang等[28]發(fā)現(xiàn)變態(tài)反應(yīng)性哮喘患者血漿IL-25水平升高，嗜酸性粒細(xì)胞IL-17RA和IL-17RB表達(dá)增強(qiáng)。此外也有研究發(fā)現(xiàn)哮喘人群中高Il -25亞群有更高的氣道高反應(yīng)性、嗜酸性粒細(xì)胞在氣道和血液的浸潤(rùn)、免疫球蛋白E、上皮下增厚幅度和Th2特征基因的表達(dá)[29]。Kouzaki等[30]發(fā)現(xiàn)AR患者鼻腔分泌物中IL-25水平明顯高于正常人群。

4.2 上皮細(xì)胞源性IL-33

4.2.1 IL-33的細(xì)胞來(lái)源和生物學(xué)特性 IL-33是IL-1家族的一員，它通過(guò)與肥大細(xì)胞、Th2細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞上的受體ST2來(lái)誘導(dǎo)Th2炎癥[31-32]。IL-33不僅在誘導(dǎo)抗原依賴性Th2相關(guān)的局部氣道炎癥中起重要作用，而且是天然免疫的重要放大器，抗原依賴性Th2細(xì)胞活化和分化主要是通過(guò)IL-33的誘導(dǎo)完成[33]。

全基因組關(guān)聯(lián)研究將IL-33和IL-1受體樣1基因確定為主要易感基因，并表明IL-33和IL-1受體樣1基因通路多態(tài)性通過(guò)致敏作用在兒童早期哮喘和哮喘的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[34]。在小鼠和體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，IL-33已被證明是變應(yīng)性氣道疾病嚴(yán)重程度的重要因素[35]。而在呼吸道合胞病毒誘導(dǎo)的氣道高反應(yīng)性小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，用重組IL-33刺激小鼠從而激活I(lǐng)LC2，可以增強(qiáng)呼吸道合胞病毒觸發(fā)的氣道高反應(yīng)性和嗜酸性粒細(xì)胞增多癥[36]。

4.2.2 上皮源性IL-33在氣道疾病中的作用 據(jù)報(bào)道，在AR模型小鼠中的淋巴管內(nèi)注射卵清蛋白和鞭毛蛋白混合物可減少IL-25和IL-33的產(chǎn)生，從而改善變應(yīng)性炎癥[37]。此外，已有研究發(fā)現(xiàn)：早產(chǎn)新生兒在高氧環(huán)境下IL-33的升高可以誘發(fā)哮喘的發(fā)生[38]。而CRSsNP患者和健康人相比，CRSwNP患者的篩竇炎性黏膜中IL-33和ST2的表達(dá)水平均升高[39]；而肺組織在接觸變應(yīng)原后會(huì)出現(xiàn)IL-33誘導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞前體和骨髓中的成熟嗜酸性粒細(xì)胞[40]。雖然IL-33被認(rèn)為可以誘導(dǎo)Th2型炎癥反應(yīng)，促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞的募集，但是Baba等[41]發(fā)現(xiàn)嗜酸性CRS和非嗜酸性CRS息肉中的IL-33蛋白水平和mRNA表達(dá)水平與對(duì)照黏膜相比無(wú)顯著差異。

Ro等[42]提出了一種“MyD88-5-/12-LO-BLT2-NF-κB”級(jí)聯(lián)效應(yīng)，通過(guò)IL-33誘導(dǎo)肥大細(xì)胞產(chǎn)生IL-13促進(jìn)哮喘的加重。此外，有研究在哮喘模型中發(fā)現(xiàn)，肥大細(xì)胞從基底層往上皮層的遷移受到IL-33的調(diào)控[43]。IL-33可通過(guò)上調(diào)肥大細(xì)胞源性IL-13間接促進(jìn)ASM收縮造成氣道高反應(yīng)性[44]。

4.3 上皮來(lái)源的TSLP

4.3.1 TSLP的細(xì)胞來(lái)源和生物學(xué)特性 TSLP是一種IL-7樣細(xì)胞因子，可以作用于IL-7受體鏈-α和TSLPR受體鏈-γ組成的異二聚體受體，從而影響B(tài)和T細(xì)胞的功能[45]。TSLP在皮膚、氣道和眼組織的表皮、上皮和黏膜下層的組織細(xì)胞中產(chǎn)生，這對(duì)過(guò)敏的發(fā)生、發(fā)展以及過(guò)敏的加重有重要意義[46]；并且TSLP可以作用于氣道上皮細(xì)胞、肥大細(xì)胞、支氣管平滑肌細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和成纖維細(xì)胞[47]。

而TSLP的產(chǎn)生可由多種因素觸發(fā)，包括環(huán)境刺激因子、微生物、原型蛋白酶、柴油廢氣顆粒物和香煙煙霧提取物等外源性觸發(fā)因子[46]。促炎細(xì)胞因子、Th2-相關(guān)細(xì)胞因子和免疫球蛋白E也誘導(dǎo)或增加TSLP產(chǎn)生，產(chǎn)生正反饋效應(yīng)。例如，TNF-α、IL-1β、IL-4、IL-13和IL-25單獨(dú)或多種組合(如TNF-α與Th2細(xì)胞因子的組合)都是誘發(fā)TSLP產(chǎn)生的觸發(fā)因素，而IFN-γ和IL-17A抑制TSLP的釋放[46]。此外，TSLP和IL-33相互促進(jìn)彼此在肺組織中的表達(dá)和以及在ILC2上受體的表達(dá)，從而增強(qiáng)先天2型氣道炎癥[33]。

4.3.2 氣道疾病中上皮來(lái)源TSLP TSLP在包括AR、CRS、哮喘和慢性阻塞性肺疾病在內(nèi)的炎癥性氣道疾病的發(fā)病機(jī)制中均有一定的作用[48]。在小鼠模型中，TSLP可以主要通過(guò)激活樹(shù)突狀細(xì)胞來(lái)促進(jìn)2型氣道炎癥[49]。

有研究發(fā)現(xiàn)，IL-17RB、ST2、TSLPR聯(lián)合信號(hào)可增強(qiáng)樹(shù)突狀細(xì)胞的Th2極化功能，并與AR患者病情嚴(yán)重程度相關(guān)[50]。連續(xù)塵螨滴鼻引起的氣道嗜酸性炎癥和氣道高反應(yīng)性與小鼠模型氣道TSLP水平呈正相關(guān)。而TSLP信號(hào)阻滯劑后，屋塵螨提取物誘發(fā)的哮喘模型中氣道上皮的E-鈣黏蛋白功能障礙減輕了[51]。

對(duì)持續(xù)性中重度AR患者使用屋塵螨提取物舌下免疫治療可以通過(guò)TSLP-OX40L信號(hào)通路下調(diào)Th2型免疫反應(yīng)[52]。而一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在接受長(zhǎng)效β受體激動(dòng)劑和中高劑量吸入糖皮質(zhì)激素治療的患者中，接受替塞單抗治療的患者比接受安慰劑治療的患者的哮喘急性加重率更低，并且這與基線血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)無(wú)關(guān)[53]。也有研究發(fā)現(xiàn)，與安慰劑相比，無(wú)論基線生物標(biāo)記物狀態(tài)如何，在52周內(nèi)，替塞單抗對(duì)71%的嚴(yán)重的、未控制哮喘患者的哮喘加重有明顯改善作用，并改善肺功能、哮喘控制和患者生活質(zhì)量[54]。

5 小結(jié)

綜上所述，TSLP、IL-25和IL-33是氣道上皮細(xì)胞抵抗感染和刺激的重要調(diào)控因子，可導(dǎo)致變應(yīng)性炎癥的增強(qiáng)，并發(fā)揮連接先天性和適應(yīng)性氣道黏膜免疫之間的“橋梁”作用。對(duì)上皮源性的3種細(xì)胞因子的深入研究將揭示2型呼吸道炎癥機(jī)制的更深層的機(jī)制，并且可能通過(guò)應(yīng)用這些細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)AR、CRS和哮喘的更好的臨床治療和管理方法。