黏膜表面分泌型IgA抗體在支氣管哮喘發(fā)生發(fā)展中的作用

黃婷婷，李佳，黃藝林，鄭周德，高金明

支氣管哮喘(簡稱哮喘)是一種以慢性氣道炎癥為特征的異質(zhì)性疾病，表現(xiàn)為隨時間和強(qiáng)度變化的呼吸道癥狀及可變的呼氣氣流受限[1]。目前全世界約3億人患有哮喘，其管理和治療已成為世界范圍內(nèi)重要的公共衛(wèi)生問題。近幾十年來隨著吸入性皮質(zhì)類固醇的推廣，哮喘的病死率大幅度下降，但逐年上升的發(fā)病率仍為社會造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

支氣管黏膜作為抵御外源性刺激的第一道防線，其屏障功能的完整性對維持氣道健康、預(yù)防過敏性氣道疾病的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。哮喘患者的氣道遭受過敏原攻擊時，以Th2細(xì)胞介導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞性氣道炎癥和過敏原特異性IgE升高為主[2]。相比之下，健康人群氣道對過敏原的免疫應(yīng)答以Treg細(xì)胞介導(dǎo)的抗炎和免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子釋放，以及B細(xì)胞分泌的過敏原特異性IgA/IgG4應(yīng)答為主，幾乎沒有T細(xì)胞的增殖及IgE升高[3]。但目前人們對哮喘的IgA黏膜免疫反應(yīng)仍知之甚少。已有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)哮喘患者的支氣管上皮中聚合免疫球蛋白受體(polymeric immunoglobulin receptor，pIgR)表達(dá)受損、分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin-A，sIgA)水平降低[4- 5]，提示pIgR/sIgA可能在哮喘的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，一些研究也證實(shí)了IgA水平的提高在哮喘等變態(tài)反應(yīng)性疾病中具有保護(hù)作用[6]。本文綜述目前有關(guān)哮喘病理過程中pIgR/sIgA作用的研究，并探討目前研究中通過調(diào)節(jié)sIgA分泌增強(qiáng)黏膜防御對哮喘的療效及其臨床可行性，以期為未來以pIgR/sIgA為靶點(diǎn)的哮喘新藥研發(fā)提供指導(dǎo)。

1 黏膜IgA的功能及其分泌調(diào)控

空氣中的病原體和微小顆?？梢噪S呼吸輸送到遠(yuǎn)端氣道，健康人群的氣道對外來抗原有良好的清除和耐受作用，但當(dāng)黏膜免疫受損時，外來抗原可與上皮細(xì)胞表面結(jié)合，跨越粘膜屏障，進(jìn)入靶細(xì)胞和組織，導(dǎo)致局部或全身性的免疫、感染或毒性損傷。氣道上皮是黏膜防御的第一道防線，sIgA是黏膜表面含量最豐富的免疫球蛋白，可與細(xì)菌、毒素和其他大分子結(jié)合，在不引起組織破壞性炎癥反應(yīng)的情況下阻止病原體和其他外來抗原粘附和侵襲支氣管上皮[3]。sIgA可與外來抗原競爭上皮粘附部位，阻止環(huán)境過敏原和病原體通過粘膜吸收；還可與粘膜固有層中的抗原形成復(fù)合物，被分泌到粘膜表面隨纖毛運(yùn)動清除，起到中和外來抗原的作用；或通過抑制炎癥細(xì)胞的效應(yīng)功能直接減少炎癥反應(yīng)[7]，為病原體或其他抗原的入侵提供了最初的免疫屏障。

IgA的產(chǎn)生是在出生后誘導(dǎo)的，在嬰兒早期迅速升高。血清IgA主要是由骨髓漿細(xì)胞產(chǎn)生的單體IgA，而sIgA由黏膜和腺體的漿細(xì)胞在局部產(chǎn)生[8]。sIgA由一個分泌成分(secretory component，SC)和兩個或兩個以上通過J鏈連接的IgA單體組成。IgA單體和J鏈由上皮下或腺體間質(zhì)的漿細(xì)胞合成并組裝成聚合性IgA，SC則來源于纖毛細(xì)胞和粘膜下腺漿細(xì)胞表達(dá)的pIgR。SC可保護(hù)IgA免受蛋白水解酶的降解，是sIgA的關(guān)鍵成分[9]。黏膜sIgA的產(chǎn)生可分為T細(xì)胞依賴性(T-cell-dependent，TD)和T細(xì)胞非依賴性(T-cell-independent，TI)兩種途徑(圖1)。TD途徑通過表達(dá)CD40受體的黏膜淋巴濾泡B細(xì)胞和表達(dá)CD40配體(CD40L)的CD4+Th細(xì)胞之間的抗原特異性相互作用，促進(jìn)抗體多樣化和親和力成熟；TI途徑通過樹突狀細(xì)胞表面的Toll樣受體識別高度保守的微生物信號，直接激活B細(xì)胞或誘導(dǎo)TNF家族的B細(xì)胞激活因子BAFF和增殖誘導(dǎo)配體APRIL釋放，從而啟動抗體類別轉(zhuǎn)換和IgA抗體產(chǎn)生[3]。在小氣道中，sIgA只能通過與pIgR結(jié)合的形式從基底外側(cè)間隔穿過支氣管上皮向氣道表面轉(zhuǎn)運(yùn)[10]，當(dāng)pIgR表達(dá)受損時，可伴隨嚴(yán)重的黏膜表面sIgA缺乏，導(dǎo)致黏膜免疫功能障礙。

圖1 sIgA分泌機(jī)制Fig 1 Machanism of sIgA secretionT細(xì)胞依賴途徑：樹突狀細(xì)胞(DC)表面Toll樣受體識別外來抗原，誘導(dǎo)初始T細(xì)胞分化為表達(dá)CD40配體(CD40L)的Th2細(xì)胞，Th2細(xì)胞與表達(dá)CD40的黏膜淋巴濾泡B細(xì)胞相互作用，促使B細(xì)胞分化為IgA1+漿細(xì)胞和IgA2+漿細(xì)胞(PC)；T細(xì)胞非依賴途徑：樹突狀細(xì)胞將外來抗原呈遞給B細(xì)胞，并釋放B細(xì)胞激活因子(BAFF)和增殖誘導(dǎo)配體(APRIL)，促進(jìn)B細(xì)胞分化為IgA1+漿細(xì)胞和IgA2+漿細(xì)胞；IgA由J鏈連接成為二聚體，在黏膜下與纖毛細(xì)胞及黏膜下腺漿細(xì)胞分泌的pIgR結(jié)合，向氣道表面轉(zhuǎn)運(yùn)；TI：T細(xì)胞非依賴途徑；TD：T細(xì)胞依賴途徑；DC：樹突狀細(xì)胞；PC：漿細(xì)胞；TLR：toll樣受體；BAFF：B細(xì)胞激活因子；APRIL：增殖誘導(dǎo)配體；Na?ve T cell：初始T細(xì)胞；TGF-β：轉(zhuǎn)化生長因子β；TSLP：胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素；IL-10：白細(xì)胞介素10

2 IgA在哮喘發(fā)生發(fā)展中的作用

黏膜屏障功能受損時，吸入性抗原和病原體對上皮細(xì)胞的慢性損傷可導(dǎo)致促炎信號激活和炎癥因子釋放，從而促進(jìn)氣道炎癥，而sIgA是體液黏膜免疫的主要介質(zhì)。研究報道，在選擇性IgA缺乏的患者中，過敏性疾病和哮喘的發(fā)病率有所增加[11]。Ladjemi等[4]發(fā)現(xiàn)，不同嚴(yán)重程度的哮喘患者均存在支氣管上皮pIgR蛋白表達(dá)下調(diào)，以IL- 4、IL-13為主的Th2型細(xì)胞因子激活I(lǐng)L- 4Rα/STAT6信號通路，通過自分泌的TGF-β途徑影響氣道上皮細(xì)胞的分化，從而抑制pIgR的表達(dá)和sIgA 介導(dǎo)的黏膜防御。且該研究顯示pIgR表達(dá)水平與哮喘嚴(yán)重程度無關(guān)，pIgR的下調(diào)在早期輕癥哮喘患者中即可出現(xiàn)，提示pIgR下調(diào)是哮喘氣道上皮細(xì)胞的早期異常。

腸道和呼吸道共生菌群的建立始于出生時，嬰幼兒期腸道菌群的多樣性在免疫調(diào)節(jié)和免疫系統(tǒng)的發(fā)育成熟中發(fā)揮核心作用，尤其生命的前2～3年是最關(guān)鍵的時期[12]，而sIgA可以限制選定菌種的過度生長，從而保證微生物的多樣性[13]。胎兒出生時，外分泌腺中的sIgA含量通常很低，直到出生幾年后才能達(dá)到正常成年水平，嬰兒期黏膜的免疫防御主要依靠來自母體的免疫球蛋白，母乳中豐富的免疫成分和生長因子對刺激嬰兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育至關(guān)重要[12]。對母體分娩初期乳清樣本的研究顯示乳清中的sIgA水平與1年內(nèi)嬰兒哮喘樣癥狀的發(fā)生呈負(fù)相關(guān)[14]。早期的研究也表明，嬰兒唾液和腸道中的sIgA水平降低與幼年致敏及遲發(fā)型喘息的風(fēng)險增加密切相關(guān)[15-16]，這與嬰兒期腸道微生物多樣性降低、黏膜對微生物的低IgA反應(yīng)有關(guān)。對愛沙尼亞(低過敏率國家)兒童和瑞典(高過敏率國家)兒童的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)塵螨水平、嬰兒期呼吸道感染與唾液sIgA水平呈正相關(guān)，有過敏癥狀的嬰兒在出生后3、6、12和24個月的唾液sIgA水平均低于沒有任何臨床癥狀的嬰兒，盡管兩組兒童的總IgA均在5歲時達(dá)到成人水平，但愛沙尼亞兒童唾液中的大部分IgA是sIgA，而瑞典兒童唾液中的sIgA與總IgA的比例明顯降低[17]。說明早期過敏原的暴露減少與sIgA的減少有關(guān)，盡管隨著年齡增長sIgA可達(dá)到正常成人水平，但生命早期的黏膜免疫缺陷促進(jìn)了慢性炎癥的發(fā)展，從而導(dǎo)致Th2反應(yīng)的放大和隨后的哮喘發(fā)展。嬰兒時期唾液和糞便中的sIgA水平或可間接反映粘膜免疫系統(tǒng)的成熟程度，可能代表了一種新的方法來早期識別哮喘和過敏性疾病風(fēng)險增加的嬰兒。

因降低的IgA多在4～5歲時即可達(dá)到正常成人水平，故 IgA在成人哮喘中的作用常常被忽略。但Kim等[5]對成人患者的研究表明，盡管血清IgA水平在正常參考范圍內(nèi)，但與IgA<140 mg/dL的患者相比，高IgA水平(≥280 mg/dL)顯著降低了中重度氣道高反應(yīng)的發(fā)生率及 HDM的致敏風(fēng)險。另一病例對照研究也表明，盡管各組人群的血清IgA均在正常范圍，但與正常對照組相比，重癥哮喘患者的IgA水平明顯降低，且血清IgA水平與患者肺功能呈正相關(guān)，支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中的sIgA水平與哮喘癥狀呈負(fù)相關(guān)[18]。而到目前為止，IgA在正常值范圍內(nèi)的細(xì)微變化在臨床工作中尚未引起重視。然而，一項(xiàng)對200例足月新生兒為期20年的前瞻性隨訪研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒2月齡時血清IgA濃度與兒童和青春期出現(xiàn)過敏癥狀和致敏(皮膚點(diǎn)刺試驗(yàn)陽性)呈正相關(guān)[19]，這一結(jié)論與Kim等[5]的研究結(jié)論相反；但該研究隨后發(fā)現(xiàn)，該隊(duì)列中嬰兒2月齡時的血清IgA濃度與血漿視黃醇濃度呈負(fù)相關(guān)。視黃醇水平減低可以導(dǎo)致pIgR表達(dá)減少，并可能干擾分泌IgA的漿細(xì)胞腸道歸巢，導(dǎo)致黏膜sIgA減低而血清IgA升高，這可以部分解釋為何患者血清IgA水平升高但卻出現(xiàn)過敏癥狀增加[20- 21]。

同為常見的慢性氣道疾病，pIgR/sIgA的表達(dá)減低在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者中也有一致發(fā)現(xiàn)。研究顯示在吸煙及COPD患者中存在廣泛的氣道假復(fù)層纖毛柱狀上皮細(xì)胞分化異常，而支氣管壁重塑、局部持續(xù)性炎癥細(xì)胞浸潤及小氣道氣流受限與分化異常的氣道上皮細(xì)胞表面PIgR表達(dá)減少、sIgA向黏膜表面的轉(zhuǎn)運(yùn)障礙密切相關(guān)[22]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)在sIgA缺乏的氣道上皮中，促炎轉(zhuǎn)錄因子NF-κB異常激活，炎癥因子產(chǎn)生明顯增加，而炎癥反應(yīng)進(jìn)一步推動氣道上皮重塑和進(jìn)行性纖維化改變，這可能是COPD患者戒煙數(shù)年后氣道炎癥和支氣管上皮重塑仍持續(xù)存在的原因[23]。

3 通過pIgR/sIgA 介導(dǎo)的哮喘干預(yù)策略

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、日常生活條件改善、抗生素治療等原因，過去幾十年里哮喘的流行率大大增加。如前所述，哮喘的發(fā)生發(fā)展可能與早期黏膜免疫發(fā)育異常有關(guān)，早期識別黏膜免疫缺陷，通過誘導(dǎo)充分發(fā)育的黏膜IgA譜系以加強(qiáng)小氣道粘膜屏障功能、維持黏膜免疫穩(wěn)態(tài)的干預(yù)措施可能代表著新型有效的哮喘防治策略。

3.1 在過敏源特異性免疫治療中的輔助作用

研究證明給予小鼠豚草特異性IgA滴鼻預(yù)處理可預(yù)防豚草提取物刺激氣道后的氣道高反應(yīng)，減輕嗜酸性粒細(xì)胞炎癥、降低特異性IgE水平，并抑制局部Th2細(xì)胞因子的產(chǎn)生，促使免疫反應(yīng)由Th2型向Th1型轉(zhuǎn)變，這些作用是過敏原特異性的，予非特異性IgA滴鼻的對照組小鼠中未發(fā)現(xiàn)炎癥保護(hù)作用[6]?？諝膺^敏原如花粉、動物皮屑、屋塵螨等，都在過敏性氣道疾病的誘發(fā)中起著重要作用，反復(fù)接觸變應(yīng)原會導(dǎo)致鼻腔和支氣管黏膜及其周圍組織的炎癥，誘發(fā)過敏性鼻炎和哮喘。而日常生活中要完全避免相關(guān)過敏原相當(dāng)困難，通過變應(yīng)原特異性抗體進(jìn)行免疫排斥或許是一個可行的辦法。但高濃度變應(yīng)原提取物需要長期和定期給藥，可能造成潛在的嚴(yán)重過敏反應(yīng)風(fēng)險，與合適的耐受性佐劑結(jié)合可能對提高療效和安全性有益。霍亂毒素B是目前實(shí)驗(yàn)中使用最廣泛的黏膜佐劑，且實(shí)驗(yàn)證明霍亂毒素B 在體外可誘導(dǎo)骨髓樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞反應(yīng)由Th2型炎癥反應(yīng)向以Treg細(xì)胞及IgA分泌為主的Th1型反應(yīng)轉(zhuǎn)移，減輕OVA誘導(dǎo)的小鼠嗜酸性氣道炎癥[8，24]。與霍亂毒素B結(jié)合可在增強(qiáng)黏膜耐受性的同時降低特異性免疫治療所需要的變應(yīng)原提取物濃度，降低不良反應(yīng)風(fēng)險。

3.2 靶向單克隆抗體

研究提供了2型免疫激活和sIgA肺防御呈負(fù)相關(guān)的證據(jù)[4]，以IL- 4/IL-13為靶點(diǎn)的治療可能有利于sIgA介導(dǎo)的氣道免疫保護(hù)。近年的實(shí)驗(yàn)已證明靶向IL13、IL4Rα的單克隆抗體如Tralokinumab、Dupilumab可有效改善部分哮喘患者的臨床結(jié)局[25- 26]。Ladjemi等[4]發(fā)現(xiàn)自分泌的TGF-β可通過影響氣道上皮細(xì)胞分化而抑制pIgR/sIgA水平，在COPD患者中也發(fā)現(xiàn)上皮細(xì)胞分化異常導(dǎo)致的pIgR表達(dá)下調(diào)與TGF-β1分泌增加有關(guān)，在上皮細(xì)胞分化過程中給予抗TGF-β抗體干預(yù)，可有效上調(diào)pIgR/sIgA的表達(dá)[27]。

3.3 補(bǔ)充益生菌

健康的腸道菌群對嬰兒的免疫系統(tǒng)發(fā)育至關(guān)重要，且可能會對以后的總體健康狀況產(chǎn)生影響[17]，豐富的微生物環(huán)境有助于建立粘膜耐受性和保護(hù)性IgA反應(yīng)。乳酸菌可促進(jìn)抗原特異性或非特異性抗體的產(chǎn)生以增強(qiáng)黏膜防御，研究證明口服補(bǔ)充酸乳鏈球菌K15可明顯提高兒童的唾液sIgA水平，促進(jìn)黏膜部位產(chǎn)生病原體特異性IgA[28]，這可能是通過乳酸菌中的細(xì)菌RNA誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞(主要是mDC1)分泌 IL- 6 和 IL-10，激活B細(xì)胞產(chǎn)生IgA來實(shí)現(xiàn)的[29]。

3.4 補(bǔ)充sIgA或促進(jìn)內(nèi)源性sIgA分泌

pIgR基因敲除(pIgR-)的小鼠氣道表面sIgA極度缺乏，細(xì)菌易穿透上皮屏障定植于氣道壁，誘導(dǎo)免疫反應(yīng)及NF-kB持續(xù)激活，局部炎癥細(xì)胞浸潤[30]。從人初乳中獲得的sIgA經(jīng)pIgR-小鼠氣管內(nèi)給藥可顯著減輕細(xì)菌誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)并抑制NF-κB活性[31]，提示外源性補(bǔ)充sIgA可以增強(qiáng)黏膜防御。但體外消化模型研究發(fā)現(xiàn)，重組特異性單克隆抗體經(jīng)胃腸消化后降解率很高，而天然母乳中的單克隆抗體則可在胃腸道消化過程中保持穩(wěn)定[32]。對于呼吸道給藥來說，外源性重組單克隆抗體在呼吸道黏膜的藥代動力學(xué)尚需進(jìn)一步研究，在保證黏膜吸收率的同時減少轉(zhuǎn)化過程中的藥物降解是未來需要繼續(xù)探索的新藥劑型研究方向。

由于早期視黃醇水平減低可以導(dǎo)致pIgR/sIgA表達(dá)減少，故嬰幼兒期維生素A缺乏也應(yīng)得到重視，早期識別維生素A缺乏并給予適當(dāng)補(bǔ)充或可增強(qiáng)黏膜防御。在維A酸缺乏的大鼠中，盡管分泌IgA的漿細(xì)胞數(shù)量正常，但由于維A酸缺乏引起pIgR表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致IgA轉(zhuǎn)運(yùn)減少，故盡管血清IgA水平正常或升高，但黏膜sIgA水平仍然降低[20]。研究證明補(bǔ)充維A酸可以促進(jìn)樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)的B細(xì)胞IgA抗體類別轉(zhuǎn)換，促進(jìn)黏膜IgA的產(chǎn)生，還能增強(qiáng)pIgR的表達(dá)[33]。

綜上所述，氣道黏膜免疫失調(diào)可能是哮喘發(fā)生的關(guān)鍵早期事件，正常的pIgR/sIgA表達(dá)在黏膜免疫穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。嬰兒期唾液或糞便中的sIgA水平降低可幫助早期識別黏膜免疫缺陷及哮喘風(fēng)險增加的人群。增強(qiáng)pIgR表達(dá)或sIgA分泌的措施有助于增強(qiáng)黏膜耐受性、減輕對過敏原的炎癥反應(yīng)、防止上皮結(jié)構(gòu)損傷和氣道重塑，幫助預(yù)防或緩解哮喘癥狀。但目前pIgR/sIgA與治療相關(guān)的研究大部分以動物實(shí)驗(yàn)為主，尚需要更多的臨床研究證據(jù)支持。創(chuàng)造性的特異性單克隆抗體遞送策略也有待進(jìn)一步研發(fā)，以誘導(dǎo)對黏膜B細(xì)胞的持續(xù)刺激，介導(dǎo)持久的IgA保護(hù)作用。早期補(bǔ)充益生菌及維生素A或可對促進(jìn)黏膜免疫發(fā)育有益。

過去有研究發(fā)現(xiàn)吸入過敏原后BALF中特異性IgA水平增加與嗜酸性粒細(xì)胞脫顆粒產(chǎn)物增加顯著相關(guān)，提示抗原特異性IgA可能在抗原攻擊后肺內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞激活和脫顆粒中起重要作用[34]。但BALF中IgA水平還可能受血清總免疫球蛋白水平和氣道炎癥程度的影響，IgA的增加是嗜酸性炎癥的原因還是結(jié)果尚不明確。氣道黏膜 IgA免疫系統(tǒng)具有復(fù)雜性，可能涉及更多的細(xì)胞及機(jī)制參與其中，包括B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等，未來需要進(jìn)一步的研究以更明確氣道上皮細(xì)胞維持有效黏膜免疫屏障的機(jī)制以及抗原特異性IgA在過敏性氣道炎癥中的利弊作用，助于更有效地利用黏膜途徑進(jìn)行免疫或靶向治療，避免過度的炎癥或不適當(dāng)?shù)哪褪苄?。此外，尚需要進(jìn)行更多及更大樣本的研究以確定影響?zhàn)つし烙琳系难錓gA及黏膜sIgA cut-off值，以助于更準(zhǔn)確地定位黏膜免疫受損人群，為哮喘患者制定個性化的治療干預(yù)方案。