YKL-40在2型炎癥性疾病中的研究進(jìn)展*

范家明 周培媚

1 成都中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,四川省成都市 610032; 2 成都市第二人民醫(yī)院皮膚科

2型炎癥是以2型輔助性T細(xì)胞(T helper type 2 cell,Th2)、2型固有淋巴樣細(xì)胞(Innate lymphoid cell 2,ILC2)及相關(guān)細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素(IL)-4、IL-5、IL-13、IL-31等]為主介導(dǎo)的炎癥[1]。2型炎癥性疾病是以2型免疫應(yīng)答和2型炎癥反應(yīng)為共同特征的一大類疾病的統(tǒng)稱,其涉及了皮膚、呼吸、消化系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域[2]。YKL-40是一種哺乳動(dòng)物糖蛋白,近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)YKL-40在多種2型炎癥性疾病(如特應(yīng)性皮炎、哮喘等)中發(fā)揮重要作用,本文綜述了有關(guān)YKL-40的作用及其與2型炎癥性疾病的關(guān)系。

1 YKL-40概述

YKL-40是一種肝素和幾丁質(zhì)結(jié)合且分子量為40kDa的糖蛋白,又叫幾丁質(zhì)酶3樣蛋白1(Chitinase-3-like-1,CHI3L1)、人類軟骨糖蛋白-39(Human cartilage glycoprotein-39,HCgp-39),是幾丁質(zhì)酶的衍生物,屬于幾丁質(zhì)酶樣蛋白家族成員之一,但其不具有幾丁質(zhì)酶的活性[3],在小鼠中也被稱為乳腺退化蛋白39(Breast regression protein 39,BRP-39)[4]。YKL-40是由位于染色體1q31-q32的CHI3L1基因編碼,包含383個(gè)氨基酸。于1992年首次在培養(yǎng)的人成骨細(xì)胞分泌中被發(fā)現(xiàn),因其分泌形式上的3個(gè)N端氨基酸為:酪氨酸(Y)、賴氨酸(K)和亮氨酸(L)以及其相對(duì)分子質(zhì)量約40kDa,故命名為YKL-40[3]。YKL-40是目前研究最充分的人糖基水解酶18家族(GH18)幾丁質(zhì)酶,它能在Th2型相關(guān)炎癥疾病中發(fā)揮作用[5]。

YKL-40是一種分泌蛋白,可由多種免疫細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞)和結(jié)構(gòu)細(xì)胞(如軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞)表達(dá)與釋放[6]。其確切的病理生理學(xué)功能和作用機(jī)制目前尚不清楚,前期研究認(rèn)為,YKL-40對(duì)于細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖、血管生成、組織纖維化有促進(jìn)作用,并且可調(diào)節(jié)基質(zhì)重構(gòu)和參與炎癥反應(yīng)[7]。YKL-40可參與固有免疫系統(tǒng)的激活、使CD14+單核細(xì)胞向CD14-和CD16+巨噬細(xì)胞分化,并在抗原誘導(dǎo)的Th2細(xì)胞應(yīng)答、抗原致敏和誘導(dǎo)免疫球蛋白E(IgE)以及固有免疫細(xì)胞活化中發(fā)揮重要作用[3]。血清YKL-40水平在健康人群中相對(duì)穩(wěn)定,年齡的增加可影響其分泌水平增加,而性別、運(yùn)動(dòng)不影響其分泌水平[7]。目前針對(duì)YKL-40與疾病的研究涉及廣泛,如免疫系統(tǒng)疾病(類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、銀屑病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、白塞氏病、炎癥性腸病等)、呼吸系統(tǒng)疾病(哮喘、慢性阻塞性肺疾病等)、腫瘤疾病(乳腺癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、肺癌等)、阿爾茨海默病、皮肌炎/多發(fā)性肌炎等[3,8-12]。多項(xiàng)研究表明,YKL-40可被認(rèn)為是部分疾病診斷、預(yù)后、疾病活動(dòng)度和嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[3]。因此,可以推測(cè)YKL-40可能成為急性或慢性炎癥、細(xì)胞外基質(zhì)重塑、纖維化和癌癥等疾病的潛在治療靶點(diǎn)。

2 2型炎癥性疾病概述

2型炎癥性疾病是2型免疫應(yīng)答過(guò)強(qiáng)所致的一類炎癥性疾病[2]。2型免疫主要由Th2細(xì)胞和ILC2細(xì)胞及相關(guān)細(xì)胞因子IL-4、IL-5、IL-13和IL-31等參與,其異常表達(dá)可以誘導(dǎo)肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞活化,產(chǎn)生IgE抗體,導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生。由于IL-25、IL-33和胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(Thymic stromal lymphopoietin,TSLP)可以誘導(dǎo)ILC2細(xì)胞的生長(zhǎng)和細(xì)胞因子的產(chǎn)生,因此也歸類為2型炎細(xì)胞因子。目前研究認(rèn)為,2型免疫應(yīng)答有Th2和ILC2細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的2條通路[13]。當(dāng)機(jī)體暴露在粉塵、細(xì)胞、寄生蟲(chóng)等不同環(huán)境或動(dòng)植物過(guò)敏原為啟動(dòng)點(diǎn)時(shí),樹(shù)突細(xì)胞等抗原提呈細(xì)胞被激活,從而使CD4+初始T細(xì)胞向Th2細(xì)胞分化,繼而分泌2型細(xì)胞因子(如IL-4、IL-5、IL-13、IL-31等);或者通過(guò)刺激上皮細(xì)胞分泌預(yù)警素(IL-25、IL-33、TSLP等),促進(jìn)ILC2細(xì)胞產(chǎn)生2型細(xì)胞因子(如IL-5、IL-9、IL-13)[1-2]。

IL-4和IL-13是介導(dǎo)典型2型免疫應(yīng)答的關(guān)鍵因素,IL-4可啟動(dòng)和促進(jìn)初始T輔助(Th)細(xì)胞向Th2細(xì)胞表型分化和增殖,而IL-13對(duì)2型炎癥具有多效性作用,包括與IL-4結(jié)合以及降低屏障功能。這兩種細(xì)胞因子均參與B細(xì)胞同種型類別轉(zhuǎn)換,導(dǎo)致IgE產(chǎn)生、組織纖維化和瘙癢。IL-5是嗜酸性粒細(xì)胞的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,負(fù)責(zé)嗜酸性粒細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、存活和遷移[14]。IL-4、IL-13、IL-31不僅可作為2型炎癥反應(yīng)的促炎介質(zhì),還是導(dǎo)致強(qiáng)烈瘙癢的細(xì)胞因子,可通過(guò)直接激活與瘙癢相關(guān)的感覺(jué)神經(jīng)元,從而誘發(fā)瘙癢[1]。

2型炎癥性疾病涉及廣泛,常見(jiàn)的2型炎癥性疾病包括:皮膚疾病(特應(yīng)性皮炎、慢性自發(fā)性蕁麻疹、結(jié)節(jié)性癢疹、大皰性類天皰瘡、疥瘡等)、呼吸系統(tǒng)疾病(哮喘、慢性鼻竇炎伴或不伴鼻息肉、過(guò)敏性鼻炎、過(guò)敏性支氣管肺曲霉菌病、慢性阻塞性肺疾病、嗜酸性肉芽腫性多血管炎等)、消化系統(tǒng)疾病(食物過(guò)敏、嗜酸性粒細(xì)胞性食管炎等)等多個(gè)領(lǐng)域。

3 YKL-40與2型炎癥性疾病

YKL-40分泌的增加被認(rèn)為與許多2型炎癥性疾病相關(guān),如特應(yīng)性皮炎、哮喘、慢性自發(fā)性蕁麻疹、過(guò)敏性鼻炎、尋常型天皰瘡等[6,8,15-17]。既往研究證實(shí),YKL-40在抗原誘導(dǎo)的Th2炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[18]。

3.1 YKL-40在AD發(fā)生發(fā)展中的作用 特應(yīng)性皮炎(Atopic dermatitis,AD)是一種與遺傳、環(huán)境、心理等因素相關(guān)以反復(fù)出現(xiàn)的濕疹樣皮損和劇烈瘙癢為特征的常見(jiàn)慢性炎癥性疾病[19]。影響全球15%～20%的兒童及高達(dá)10%的成人[20]。WHO疾病負(fù)擔(dān)研究顯示,全球范圍內(nèi)AD患病人數(shù)高達(dá)2.3億(全球年度患病率為3.5%),是非致命性疾病中疾病負(fù)擔(dān)排行第一的皮膚疾病[21]。而我國(guó)AD患者在2019年已達(dá)約3 558萬(wàn)人[22]?？梢?jiàn)其作為全球性的公共衛(wèi)生問(wèn)題,嚴(yán)重影響了人類整體生活質(zhì)量。

目前對(duì)于AD確切的病因與發(fā)病機(jī)制還未完全清楚,但目前大量研究顯示皮膚屏障功能障礙、免疫異常、皮膚菌群紊亂是其發(fā)病的重要環(huán)節(jié),三者之間并非完全獨(dú)立,而是互為誘因,相互影響。有研究認(rèn)為,Th2型炎癥是其發(fā)病主要驅(qū)動(dòng)因素,Th2型炎癥導(dǎo)致皮膚屏障功能缺陷,使得過(guò)敏原/病原體進(jìn)入并被表皮的朗格漢斯細(xì)胞和其他抗原提呈細(xì)胞攝取[14]。皮膚屏障被破壞從而刺激了角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生大量TSLP、IL-25和IL-33,并通過(guò)OX40L/OX40信號(hào)通路促進(jìn)Th2型炎癥反應(yīng),這種炎癥反過(guò)來(lái)又會(huì)下調(diào)角質(zhì)形成細(xì)胞中聚絲蛋白(filaggrin,FLG)的表達(dá),加重表皮屏障功能障礙[23]。Th2型炎癥的極化可促進(jìn)皮膚金黃色葡萄球菌定植增加,而其主要分泌的細(xì)胞因子IL-4和IL-13能抑制皮膚產(chǎn)生抗菌肽,使AD患者皮膚易患金黃色葡萄球菌感染,這又反過(guò)來(lái)進(jìn)一步加劇皮膚炎癥和皮膚屏障缺陷[24]。這使得三者之間可以造成惡性循環(huán),使AD反復(fù)發(fā)作、遷延不愈。

近年來(lái)研究表明,AD具有異質(zhì)性,其特征是基于年齡、疾病病程、種族、FLG和IgE水平以及潛在的分子機(jī)制/內(nèi)型的不同,而表現(xiàn)為不同的亞型/表型;但是所有患者均表現(xiàn)為過(guò)度激活的Th2型炎癥反應(yīng)[25]。在AD患者非皮損期時(shí),由于皮膚屏障被破壞,激活了表皮的朗格漢斯細(xì)胞和真皮的樹(shù)突狀細(xì)胞,導(dǎo)致了多種Th(Th1、Th2、Th17、Th22)細(xì)胞浸潤(rùn)和低水平激活,Th2分泌的IL-4等炎癥因子可下調(diào)屏障蛋白的表達(dá),影響屏障功能;在AD患者皮損急性期,Th2、Th22細(xì)胞顯著增加,釋放多種炎癥分子(IL-4、IL-5、IL-13等)和致癢原(IL-31等)導(dǎo)致皮膚急性炎癥和瘙癢加劇;在AD患者皮損慢性期Th2、Th22細(xì)胞持續(xù)激活,同時(shí)Th1、Th17細(xì)胞顯著增加,Th2細(xì)胞及其分泌的IL-4、IL-13與Th1共同導(dǎo)致了表皮重塑、苔蘚化和持續(xù)瘙癢[26]。可見(jiàn),Th2型炎癥反應(yīng)貫穿AD發(fā)病全程,可通過(guò)影響皮膚屏障功能、瘙癢、表皮增生、皮膚菌群等來(lái)影響AD[27]。有研究發(fā)現(xiàn),AD患者血清中YKL-40的水平較健康人群升高,并與疾病嚴(yán)重程度有一定相關(guān)性[6]。YKL-40可促進(jìn)Th2型炎癥影響AD的發(fā)生發(fā)展[4]。

3.1.1 YKL-40上調(diào)2型炎癥。AD不僅表現(xiàn)為Th1/Th2失衡,還存在包括巨噬細(xì)胞在內(nèi)的多種免疫細(xì)胞的失調(diào),巨噬細(xì)胞發(fā)揮著吞噬、組織愈合和適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)的作用。雖然Th2細(xì)胞因子誘導(dǎo)的M2型巨噬細(xì)胞的作用尚未完全清楚,但已知它有助于保護(hù)機(jī)體免受寄生蟲(chóng)感染,促進(jìn)Th2免疫應(yīng)答,誘導(dǎo)AD發(fā)生,并抑制過(guò)度炎癥作用[4,28]。YKL-40被廣泛認(rèn)為是M2型巨噬細(xì)胞活化和Th2炎癥的重要調(diào)節(jié)因子,前期研究發(fā)現(xiàn),YKL-40在卵清蛋白(OVA)誘導(dǎo)的AD小鼠和AD患者的皮膚巨噬細(xì)胞中表達(dá),并參與M2巨噬細(xì)胞活化[4]。M2巨噬細(xì)胞可通過(guò)CCL17和CCL22驅(qū)動(dòng)Th2型炎癥[29]。而另一項(xiàng)研究表明,M2型巨噬細(xì)胞也在銀屑病等炎癥性皮膚病中發(fā)揮作用[30]。

在OVA誘導(dǎo)的AD小鼠模型中,同樣觀察到其真皮中有表達(dá)BRP-39的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。通過(guò)檢測(cè)真皮中浸潤(rùn)的炎癥細(xì)胞(CD4+T細(xì)胞和MBP+嗜酸性粒細(xì)胞)數(shù)量,觀察到OVA致敏的BRP-39-/-小鼠數(shù)量顯著低于OVA致敏的野生型(WT)小鼠。OVA致敏的BRP-39-/-小鼠中血清總IgE和OVA特異性IgE血清水平以及Th2細(xì)胞因子(如IL-4、IL-5和IL-13)的皮膚mRNA水平較均降低。此外通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)分析,與OVA致敏的WT小鼠相比,OVA致敏的BRP-39-/-小鼠的皮膚引流淋巴結(jié)和脾臟中CD4+效應(yīng)T細(xì)胞群減少。這些發(fā)現(xiàn)表明,BRP-39介導(dǎo)了OVA誘導(dǎo)AD的發(fā)展,部分是通過(guò)上調(diào)Th2炎癥反應(yīng)[4]。與此一致的是,最近的一項(xiàng)研究表明,YKL-40在活化的T細(xì)胞和Th2細(xì)胞中表達(dá),然后通過(guò)增加IFN-γ信號(hào)調(diào)節(jié)Th1和Th2的分化,而YKL-40缺陷可使CD4+T細(xì)胞易于向Th1分化,并且通過(guò)IFN-γ信號(hào)通路減少Th2分化[31]。

3.1.2 YKL-40破壞皮膚屏障功能。YKL-40不僅影響Th2型免疫反應(yīng),還影響皮膚屏障完整性,BRP-39-/-小鼠中,編碼表皮分化復(fù)合體和緊密連接的基因功能障礙減弱。YKL-40缺陷減輕了FLG、兜甲蛋白、外皮蛋白、緊密連接蛋白的失調(diào),從而影響皮膚屏障完整性。但是FLG缺陷不影響YKL-40的表達(dá),反之亦然[4]。這些結(jié)果表明,YKL-40、FLG這兩種蛋白的表達(dá)是獨(dú)立的,表明YKL-40缺陷減輕的皮膚炎癥主要與Th2炎癥減少和M2型巨噬細(xì)胞活化有關(guān),而不是FLG缺陷影響的皮膚屏障功能。

3.1.3 YKL-40促進(jìn)表皮角質(zhì)形成細(xì)胞增殖。研究表明,YKL-40通過(guò)激活ERK1/2通路誘導(dǎo)HaCaT細(xì)胞增殖,而HaCaT細(xì)胞為表皮角質(zhì)形成細(xì)胞系之一,因此YKL-40可能通過(guò)促進(jìn)表皮角質(zhì)形成細(xì)胞增殖參與AD的發(fā)病[32]。而另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明,靜息和TNF-α/FN-γ處理的HaCaT細(xì)胞中,YKL-40過(guò)表達(dá)促進(jìn)NF-κB信號(hào)活化,YKL-40通過(guò)調(diào)控NF-κB依賴的整合素α5(ITGA5)表達(dá)介導(dǎo)AD樣皮膚炎癥,此外,YKL-40抗體可通過(guò)調(diào)控YKL-40、NF-κB/ITGA5軸抑制AD樣癥狀和炎癥反應(yīng),該研究為開(kāi)發(fā)靶向YKL-40的AD治療策略提供了依據(jù)[33]。

3.2 YKL-40在哮喘發(fā)生發(fā)展中的作用 哮喘是一種常見(jiàn)的慢性呼吸道疾病,伴隨氣道炎癥。哮喘的臨床表現(xiàn)包括喘息、呼吸急促、胸悶和可逆性氣道受限引起的間歇性咳嗽。雖然臨床癥狀相似,但不同類型哮喘的血清標(biāo)志物和治療敏感性存在差異。Th2免疫應(yīng)答相關(guān)標(biāo)志物如IgE不能完全反映中性粒細(xì)胞性哮喘和肥胖性哮喘的嚴(yán)重程度和預(yù)后[8]。前期大量研究證實(shí),哮喘患者血清YKL-40水平顯著高于健康人群,且可以作為診斷、鑒別、活動(dòng)性和(或)嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[8]。研究顯示,YKL-40通過(guò)刺激樹(shù)突狀細(xì)胞的聚集和M2巨噬細(xì)胞的激活來(lái)增強(qiáng)Th2過(guò)敏性炎癥[34]。在哮喘中氣道重塑和炎癥是其重要發(fā)病機(jī),而YKL-40可以加速支氣管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移,抑制Ⅰ型膠原的降解,形成膠原纖維,刺激促纖維化因子和炎性細(xì)胞因子的釋放,參與組織重塑;Th1/Th2免疫失衡參與了哮喘氣道炎癥的發(fā)病過(guò)程;而YKL-40可增強(qiáng)Th2應(yīng)答中關(guān)鍵細(xì)胞因子IL-13的效應(yīng)反應(yīng),并與抗原致敏和LgE產(chǎn)生有關(guān),參與炎癥反應(yīng)[8]。

3.3 YKL-40在其他2型炎癥性疾病中的作用 前期有臨床研究顯示,血清YKL-40水平在慢性自發(fā)性蕁麻疹患者中升高[15]。也有研究顯示,在過(guò)敏性鼻炎患者中,YKL-40可增強(qiáng)嗜酸性粒細(xì)胞作用而誘導(dǎo)炎癥,過(guò)敏性鼻炎患者中血清YKL-40水平與疾病嚴(yán)重程度和嚴(yán)重標(biāo)志物增加相關(guān),尤其是特應(yīng)性IgE和浸潤(rùn)鼻黏膜的嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量[16]。尋常型天皰瘡(PV)是一種嚴(yán)重的自身免疫性大皰性皮膚病,研究認(rèn)為PV是一種以Th2免疫反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的自身免疫性疾病[35]。Th2淋巴細(xì)胞可通過(guò)其分泌的細(xì)胞因子促進(jìn)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體,同時(shí)外周血清中IL-4、IL-5、IL-6分泌增加,從而參與了PV的發(fā)病。有研究發(fā)現(xiàn),血清中YKL-40水平與PV病情嚴(yán)重程度有強(qiáng)烈的相關(guān)性,其可以作為一種具有潛在價(jià)值的預(yù)測(cè)PV嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[17]。

綜上所述,YKL-40參與介導(dǎo)了多種疾病的發(fā)生發(fā)展,并在大量2型炎癥性疾病中起著重要的作用。隨著精準(zhǔn)及個(gè)性化醫(yī)療逐漸成為疾病治療的主流方向和目標(biāo),不斷探究2型炎癥性疾病發(fā)病機(jī)制及新的潛在治療靶點(diǎn),是目前2型疾病研究的重點(diǎn)、熱點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著深入探究YKL-40在2型炎癥性疾病中的表達(dá)及其作用機(jī)制研究,將有助于給2型炎癥性疾病帶來(lái)新的治療選擇,也有助于人類公共衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。