Th1/Th2失衡及相關(guān)細(xì)胞因子與慢性阻塞性肺疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

陳 爍 于凡珍 史家欣 李家樹

慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一種以炎癥為中心，多種復(fù)雜機(jī)制共同參與的慢性氣道炎癥性疾病。Th1、Th2細(xì)胞是兩種重要的輔助性T細(xì)胞(T helper cell, Th)，有著不同的細(xì)胞因子產(chǎn)生模式，協(xié)調(diào)參與各種免疫炎性反應(yīng)。近年來，多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，COPD與Th1/Th2失衡及相關(guān)細(xì)胞因子變化有關(guān)，然而目前對其中炎癥機(jī)制分析的研究相對較少。本文將重點(diǎn)綜述Th1/Th2失衡以及相關(guān)細(xì)胞因子在COPD中的作用，以期更好了解COPD免疫炎癥變化規(guī)律，為COPD診治提供新思路。

一、COPD的發(fā)病機(jī)制

COPD 是當(dāng)前威脅全人類健康的慢性病之一，其病死率和發(fā)生率逐年上升，據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)估，2030年COPD將成為造成死亡的第三大疾病[1]。隨著該病造成社會及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的日益增加，人們對COPD的發(fā)病機(jī)制有了進(jìn)一步認(rèn)識，但其詳細(xì)機(jī)制還未被完全闡明。氧化-抗氧化失衡、胰蛋白酶-抗胰蛋白酶失衡、神經(jīng)紊亂、炎癥損傷等多種原因均可促進(jìn)COPD的發(fā)生與發(fā)展，但慢性氣道炎癥和上皮修復(fù)缺陷仍是該疾病的核心所在[2]。香煙煙霧及其他有毒、有害氣體的吸入，誘導(dǎo)包含中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞在內(nèi)的多種炎性細(xì)胞在肺組織、氣道及肺血管等處聚集，引起多種炎性細(xì)胞因子釋放，導(dǎo)致急性慢性炎性反應(yīng)，繼而破壞上皮損傷-修復(fù)機(jī)制，導(dǎo)致肺組織損傷。然而這些炎性細(xì)胞及促炎性細(xì)胞因子的增加，不僅維持著該人群體內(nèi)慢性低度炎癥，還引起全身損害[3]。由此可見，提高對COPD炎癥機(jī)制的了解，有針對性的進(jìn)行分析和干預(yù)，對COPD的防治有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、Th1、Th2細(xì)胞的生物學(xué)特征

T淋巴細(xì)胞來源于骨髓組細(xì)胞，在胸腺中發(fā)育并成熟，隨后通過淋巴和血液循環(huán)輸送到淋巴結(jié)及外周組織中發(fā)揮效能[4]。根據(jù)T淋巴細(xì)胞表面表達(dá)糖蛋白的不同，可以分為CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞等。CD8+T細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，在感染和抗移植反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用；而CD4+T細(xì)胞有著不同的群體，故其功能存在異質(zhì)性[5]。在特定環(huán)境中T淋巴細(xì)胞受體被激活，原始CD4+T細(xì)胞可以分化成Th1、Th2、Th17等不同的Th細(xì)胞。其中Th1、Th2細(xì)胞產(chǎn)生相互拮抗的細(xì)胞因子譜，而這些細(xì)胞因子增強(qiáng)自身表型的Th細(xì)胞分化并且抑制其他Th細(xì)胞分化[6]。

1.Th1細(xì)胞生物學(xué)特征：Th1細(xì)胞主要分泌干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ)，T-bet是其主轉(zhuǎn)錄因子；T-bet可與多種不同轉(zhuǎn)錄因子合作，進(jìn)一步促進(jìn)IFN-γ的產(chǎn)生。IFN-γ通過激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)劑和激活劑1(signal transducer and activators of transcription 1, STAT1)進(jìn)一步誘導(dǎo)T-bet表達(dá)，促進(jìn)Th1分化[7]；而T-bet通過抑制GATA3轉(zhuǎn)錄因子，拮抗Th2的分化[8]?；罨腡h1細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-2(interleukin-2, IL-2)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)、IFN-γ等，參與細(xì)胞免疫應(yīng)答。

2.Th2細(xì)胞生物學(xué)特征：Th2細(xì)胞主要分泌IL-4，GATA3是其主轉(zhuǎn)錄因子。IL-4通過激活STAT6，誘導(dǎo)GATA3的表達(dá)，促進(jìn)Th2分化；而表達(dá)增多的GATA3又可以通過抑制T-bet的表達(dá)減少Th1分化?；罨腡h2細(xì)胞分泌IL-4、IL-6和IL-10等，通過刺激B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生IgG1和IgE等，參與體液免疫應(yīng)答[6,10]。

三、Th1/Th2失衡及相關(guān)細(xì)胞因子與COPD

1.Th1/Th2失衡與COPD：Th1細(xì)胞與Th2細(xì)胞的比例通常被稱為Th1/Th2平衡，Th1/Th2平衡一旦建立，往往比較穩(wěn)定。當(dāng)機(jī)體受到外來刺激時(shí)，出現(xiàn)Th1/Th2失衡，而這種免疫失衡與多種疾病相關(guān)。有研究表明，COPD氣道的高炎性反應(yīng)可能是由Th細(xì)胞失衡引起的[10]。Th1細(xì)胞在機(jī)體防御中發(fā)揮重要的保護(hù)作用，通過激活巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞等促進(jìn)病原體清除。但這種促炎機(jī)制過度激活，可能會加重炎性反應(yīng)，引起組織損傷。多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為COPD傾向Th1型免疫反應(yīng)，增多的Th1細(xì)胞通過表達(dá)活化STAT-1、STAT-4，進(jìn)一步促進(jìn)自身產(chǎn)生，分泌相關(guān)促炎性細(xì)胞因子，放大炎性反應(yīng)，引起肺炎癥損傷。Chen等[11]在香煙煙霧誘導(dǎo)的COPD小鼠模型中發(fā)現(xiàn)Th1/Th2比值升高，經(jīng)水解海水珍珠片干預(yù)后，Th1/Th2比值下降，提示Th1型免疫過度激活加重氣道炎癥，而早期抗炎干預(yù)治療可以緩解氣道炎癥。但也有部分研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者Th1免疫反應(yīng)受損，IFN-γ減少，對病原體的清除能力下降[12]。既往觀點(diǎn)認(rèn)為，Th2表型免疫是哮喘的特征性炎癥模式[3]。然而近年來研究發(fā)現(xiàn)，Th2細(xì)胞在COPD中也發(fā)揮重要作用[13]。部分COPD患者傾向于Th2型免疫應(yīng)答，而這些患者血嗜酸性粒細(xì)胞升高，且對吸入糖皮質(zhì)激素及支氣管擴(kuò)張劑治療更敏感，提示筆者部分COPD患者存在著Th2細(xì)胞介導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞炎癥，而針對特征性炎癥的精準(zhǔn)治療或許能給患者帶來更大的好處[10]。

隨著研究的深入，有部分研究觀察到COPD疾病不同階段，存在著不同的Th1/Th2平衡狀態(tài)。COPD穩(wěn)定期患者Th1/Th2升高，而慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease, AECOPD)患者Th1/Th2降低，即COPD穩(wěn)定期患者Th1/Th2平衡向Th1轉(zhuǎn)移，AECOPD患者Th1/Th2平衡向Th2轉(zhuǎn)移[14]。AECOPD患者的這種Th2偏移，可能是病原微生物感染，誘導(dǎo)Th2細(xì)胞激活和增殖。為了進(jìn)一步探索其內(nèi)在機(jī)制，Jiang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，作為早期Th2型免疫反應(yīng)的主要效應(yīng)細(xì)胞，2型固有淋巴樣細(xì)胞(type 2 innate lymphoid cells, ILC2)在AECOPD患者中表達(dá)增加，ILC2通過高表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ，起抗原遞呈細(xì)胞的作用，促進(jìn)Th1/Th2向Th2轉(zhuǎn)移。Th1/Th2失衡的內(nèi)在機(jī)制還需要進(jìn)一步研究，但或許可以通過觀察這種免疫失衡結(jié)局，來判斷COPD的急性加重。此外Th1/Th2相關(guān)細(xì)胞因子在COPD不同階段的表達(dá)似乎也有一些規(guī)律可循，部分細(xì)胞因子對COPD急性加重有較好的診斷價(jià)值[15]。

2. Th1相關(guān)細(xì)胞因子與COPD：多數(shù)研究認(rèn)為COPD患者Th1細(xì)胞增多。作為Th1細(xì)胞特征性細(xì)胞因子，IFN-γ在COPD患者中的表達(dá)也被發(fā)現(xiàn)增多，且與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)[16]。IFN-γ促進(jìn)和維持多種促炎性介質(zhì)的表達(dá)和釋放，引起肺組織損傷，進(jìn)一步導(dǎo)致肺功能下降。誘導(dǎo)型一氧化氮合酶是一種殺菌分子，IFN-γ可以通過上調(diào)其表達(dá)來促進(jìn)巨噬細(xì)胞清除病原體[17]。IFN-γ還可以通過促進(jìn)干擾素誘導(dǎo)蛋白10和單核細(xì)胞因子的表達(dá)，從而促進(jìn)肺巨噬細(xì)胞分泌金屬彈性蛋白酶-12(matrix metalloproteinase-12, MMP-12)，進(jìn)一步引起肺組織破壞，促進(jìn)肺氣腫形成[18]。TNF-α作為一項(xiàng)重要的促炎性細(xì)胞因子，其產(chǎn)生可導(dǎo)致肺部炎性反應(yīng)進(jìn)展[19]。TNF-α通過消耗細(xì)胞內(nèi)的重要抗氧化劑-谷胱甘肽，刺激肺組織及非肺組織活性氧的產(chǎn)生，加劇氧化-抗氧化失衡，參與COPD的發(fā)生。此外，TNF-α也是多種MMP的生產(chǎn)驅(qū)動因素，可以促進(jìn)MMP-9、MMP-12等產(chǎn)生，進(jìn)一步引起肺氣腫形成。

研究表明，穩(wěn)定期COPD患者誘導(dǎo)的痰和血清中TNF-α水平均升高，在急性加重期進(jìn)一步升高，TNF-α水平與COPD病情嚴(yán)重程度密切相關(guān)[20]。Zhang等[21]在COPD小鼠模型中發(fā)現(xiàn)TNF-α等炎性細(xì)胞因子水平的升高，其中一種機(jī)制可能是通過HMGB1激活核因子-κB通路實(shí)現(xiàn)的。IL-2作為一種多效細(xì)胞因子，通過增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞溶解活性、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等多種方式參與COPD發(fā)生與發(fā)展。IL-2還促進(jìn)T-bet的表達(dá)，誘導(dǎo)Th1細(xì)胞分化，使IFN-γ、TNF-α產(chǎn)生增加，進(jìn)一步加重氣道炎癥。此外IL-2似乎也與COPD的氣道梗死程度有一定相關(guān)性[22]?？偟膩碚f，多數(shù)研究認(rèn)為在COPD患者體內(nèi)存在Th1型免疫亢進(jìn)，Th1細(xì)胞的增多，伴隨著IFN-γ、TNF-α、IL-2等細(xì)胞因子的產(chǎn)生增加，通過多種機(jī)制進(jìn)一步加重氣道及全身炎性反應(yīng)，參與COPD的發(fā)生與發(fā)展。

3.Th2相關(guān)細(xì)胞因子與COPD：IL-4作為免疫系統(tǒng)多功能調(diào)節(jié)因子，可以通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞激活和成纖維細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞增殖，增加肺部炎性細(xì)胞招募，破壞正常氣道防御機(jī)制。Tsao等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在α-半乳糖神經(jīng)酰胺(α-galactosylceramide, α-GalCer)誘導(dǎo)的COPD小鼠模型中，反復(fù)給予α-GalCer的小鼠具有高水平的IL-4和肺氣腫特征，而抗IL-4抗體可以降低MMP12的表達(dá)，減少肺氣腫形成，推測IL-4還可以促進(jìn)MMP12的產(chǎn)生和肺組織的破壞。Wei等[24]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與COPD組及健康對照組比較，AECOPD組IL-4水平顯著升高。IL-4的升高，誘導(dǎo)GATA3表達(dá)增加，進(jìn)一步促進(jìn)Th2分化，抑制Th1分化，這似乎也解釋了AECOPD患者免疫偏向Th2的現(xiàn)象。IL-6是一種具有放大炎癥作用的多效細(xì)胞因子，在誘導(dǎo)及維持COPD患者體內(nèi)慢性炎癥中起重要作用。IL-6通過促進(jìn)Th17及抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化，引起基質(zhì)、抗體復(fù)合物和蛋白酶在肺組織的沉積，導(dǎo)致肺實(shí)質(zhì)破壞[25]。

有研究表明，COPD患者血液及痰液中IL-6水平升高，而IL-6高表達(dá)不僅引發(fā)COPD全身效應(yīng)，加重其合并癥，還與COPD患者預(yù)后不良相關(guān)[3,10，26]。在一項(xiàng)為期1年的隨訪研究中，發(fā)現(xiàn)高IL-6是AECOPD的高危因素[27]。上述觀點(diǎn)均提示著IL-6可能是重要的COPD生物學(xué)標(biāo)志物。IL-10是一種具有抗炎作用的細(xì)胞因子，在調(diào)節(jié)呼吸道免疫平衡中起重要作用。IL-10可以抑制Th1細(xì)胞分化，進(jìn)而減少TNF-α、IL-2等促炎性細(xì)胞因子表達(dá)，減少肺組織損傷。此外IL-10還可以通過抑制IL-5及粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子等多方式，緩解氣道嗜酸性粒細(xì)胞炎性反應(yīng)[28]。Jiang等[29]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，COPD穩(wěn)定期患者IL-10水平較對照組明顯降低，且IL-10與吸煙狀態(tài)、GOLD分級、mMRC評分等呈負(fù)相關(guān)，與FEV1/FVC及FEV1%呈正相關(guān)，提示IL-10可以作為評估疾病的重要指標(biāo)。而觀察到的IL-10水平的下調(diào)，可能導(dǎo)致COPD炎癥消除受阻，加重COPD進(jìn)展。但也有其他研究發(fā)現(xiàn)COPD患者IL-10水平升高[24]。

四、展 望

綜上所述，多數(shù)研究認(rèn)為在COPD疾病的不同階段，存在著不同的Th1/Th2狀態(tài)，其相關(guān)細(xì)胞因子也有類似表現(xiàn)。COPD穩(wěn)定期主要是由Th1免疫主導(dǎo)的，而AECOPD則更傾向Th2型免疫；但也有不同的報(bào)道認(rèn)為COPD患者Th1細(xì)胞減少，部分COPD患者傾向于Th2介導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞炎性反應(yīng)。相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)，也有部分矛盾的結(jié)論。炎性反應(yīng)是一系列炎性細(xì)胞及因子相互作用的結(jié)果，有著復(fù)雜的機(jī)制，這可能是出現(xiàn)這些矛盾結(jié)論的原因之一，關(guān)于Th1/Th2失衡及相關(guān)細(xì)胞因子在COPD的作用還需進(jìn)一步研究。

根據(jù)Th1/Th2失衡及相關(guān)細(xì)胞因子在COPD不同階段中的變化，或許能夠預(yù)測AECOPD的發(fā)生。研究提示部分Th1/Th2相關(guān)細(xì)胞因子似乎還與COPD患者臨床特征有著良好的相關(guān)性，提示筆者研究或許可以通過相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)水平評估COPD患者病情。細(xì)胞因子驅(qū)動COPD慢性氣道炎癥，引起小氣道損傷，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子實(shí)現(xiàn)肺組織再生或許可以成為治療COPD的新策略。根據(jù)免疫失衡及相關(guān)細(xì)胞因子變化規(guī)律，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)氣道炎癥的治療手段，不僅為COPD患者帶來了新希望，也為COPD的預(yù)防和治療提供新的研究思路。