過敏性支氣管哮喘免疫發病機制的最新研究進展

本文原載於《國際呼吸雜誌》2015年第3期

過敏性支氣管哮喘(簡稱哮喘)是一種慢性氣道炎症性疾病，與氣道高反應性(AHR)有關，可以導致反覆發作的喘息、呼吸困難、胸悶和咳嗽，尤其在夜間或早晨更為嚴重，這些發作通常與可變氣流阻塞肺部有關。目前全球哮喘患者約3億人，發病率為7％～10％，在全球範圍內地區差異很大，發達國家和西方國家的發病率是發展中國家的20～60倍[1]。哮喘是一種涉及多種細胞的異質性炎症疾病，根據臨床癥狀的發病頻率、FEV1和呼氣峰值流量等分為急性發作期、慢性持續期和臨床緩解期。目前沒有很好的方法針對不同階段的哮喘對症治療，因此，尋找不同階段哮喘的有效治療方法是未來研究的一個重要目標。

人們最初認為肥大細胞和嗜酸粒細胞在哮喘的氣道炎症過程中起著重要作用，而後來研究表明輔助性T(Th)細胞才是這個過程的關鍵。「Th2哮喘假說」是基於IgE和嗜酸粒細胞在哮喘發病機制中的作用的假設，該假說認為Th2細胞調節IgE的合成，以及嗜酸粒細胞的數量和活性在該機制中起關鍵作用。另外，有人認為對Thl反應的免疫偏差可以保護機體免受哮喘，因為Thl細胞可以抑制Th2細胞的功能[2]。然而，誘導痰或者支氣管肺泡灌洗技術表明很多嚴重的哮喘患者存在一種明顯不同於「Th2哮喘假說」的病理機制[3]，在這些患者中，由Thl和Thl7細胞誘導的中性粒細胞比嗜酸粒細胞更佔優勢。因此，各種T細胞亞型之間的相對平衡在過敏性哮喘中起著重要作用。

1內毒素脂多糖(LPS)是過敏性哮喘的一個危險因素

內毒素LPS是革蘭陰性菌細胞壁的組成部分，雖然人類接觸內毒素是不可避免的，但是氣道接觸內毒素是高度可變的，這與室內顆粒和空氣污染程度相關。研究發現內毒素暴露與哮喘的增加率和嚴重程度呈正相關，且中性粒細胞哮喘患者氣道內更易於細菌增殖，因而會產生更高水平的內毒素[4]。許多研究顯示灰塵內LPS的濃度而不是灰塵本身與肺功能的降低量呈正相關[I]。

在小鼠氣道中單獨應用過敏原不會引起過敏性哮喘，而加入LPS的過敏原則可以引起過敏性哮喘反應。Eisenbarth等利用不加LPS、加入小劑量(100 ng／mouse)及大劑量(100 ug／mouse)LPS的卵清蛋白(OVA)鼻內滴注小鼠3次，結果顯示不加LPS的OVA不能誘導小鼠肺部炎症反應．加入小劑量LPS的OVA誘導典型的Th2細胞反應，包括BALF和肺組織中嗜酸粒細胞的增加，黏液的產生，血清中OVA特異性IgE和IgGl的升高以及引流淋巴結(DLN)中Th2細胞因子的產生；加入大劑量LPS的0VA誘導很強的Thl炎症反應，包括中性粒細胞的增加，血清中IgG2a的增加和DLN中Thl細胞因子的產生但是沒有黏液的產生。這項研究為炎症產生依賴LPS提供了實驗證據。

Kim等[7]同樣證明了不同劑量的LPS導致不同類型的哮喘。該研究小組發現，含有小劑量(100 ng／mouse)LPS的OVA導致Th2細胞反應，伴隨嗜酸粒細胞的增高和過敏源特異性IgE的產生，而含有大劑量(10 bLg／mouse)LPS的OVA導致了Thl細胞反應，伴隨肺泡灌洗液中中性粒細胞的增加。更重要的是，在含LPS的0VA刺激下，AHR對乙醯甲膽鹼的反應大大增強，而乙醯甲膽鹼是過敏性哮喘表型的一個重要組成部分。近年來，研究又發現含高劑量LPS的OVA可導致Thl7細胞的高表達和中性粒細胞炎症，而在1L一17缺乏小鼠中這種現象被破壞[8]。因此，高劑量LPS所導致的中性粒細胞炎症實際上是Thl和Thl7炎症的混合物。

動物模型為研究過敏性哮喘的發病機制提供了基礎，是藥物治療臨床前實驗的關鍵，動物模型研究表明過敏性哮喘反應了固有性和適應性免疫系統的相互作用。適應性免疫反應起始於原始型T細胞，而原始型T細胞通過各種途徑分化為不同的調節免疫與炎症反應的Th細胞。不同亞型的Th細胞如Thl、Thl7和Th2由他們所分泌的細胞因子而命名。Thl和Thl7分別由IL-12和IL一6促進產生，而Th2是在IL一4存在的條件下產生的(圖1)。

長久以來，人們認為氣道中的嗜酸粒細胞與過敏性哮喘有關，Th2細胞因子如IL一4、IL 5和IL一13參與了嗜酸粒細胞炎症凹]。儘管許多細胞因子可以促使B細胞產生抗體，但只有IL一4和IL一13才能使抗體同型轉換成IgE。

Thl細胞因子r干擾素(IFN一r)在哮喘患者的血清、肺組織和誘導痰中高表達。誘導痰中IFN一7的表達水平在重度患者比輕中度患者中高，並與痰中中性粒細胞的數量有關。轉基因小鼠實驗證明了氣道中IFN一7的高表達可導致肺部中性粒細胞炎症、肺氣腫和AHR，且IFN一7可以抑制過敏源誘導的嗜酸粒細胞募集到小鼠肺組織中。轉化生長因子8。(TGF。)是嗜酸粒細胞炎症和組織重建如氣道纖維化發展過程中的重要調節因子，研究表明在IFN一7缺乏的小鼠中，過敏源刺激使TGF-fl。和嗜酸粒細胞炎症水平增高[7]。而且，Wenzel等發現重度嗜酸粒細胞哮喘患者比非嗜酸粒細胞哮喘患者有更厚的基底膜和更多數量的TGF—B。產生細胞。這些研究表明IFN 7是重度非嗜酸粒細胞型哮喘發展過程中的重要調節因子。

Thl7細胞作為一種新的CD4 T細胞亞型，需要在TGF-13和IL 6共同存在下被分化。Thl7細胞主要產生IL一17，其次是IL一22和IL一21，再次是少量的IFN一7，但並不產生IL一4。IL一17在發炎的肺部被檢測到，它也許有助於小鼠氣道炎症的發展，然而，IL 17的出現降卻低了嗜酸粒細胞的數量。Thl7細胞的過繼轉移可誘導中性粒細胞的表達，且對甾類激素的治療產生抗性，表明IL一17也許可以募集中性粒細胞並在甾類激素抵抗中性粒細胞型哮喘中起著重要作用。另外，研究表明IL一17干擾上皮細胞產生嗜酸粒細胞活化趨化因子，而該因子在嗜酸粒細胞的募集和活化過程中起著重要作用。因此，IL一17也許在肺部的嗜酸粒細胞一中性粒細胞平衡中起著重要的調節作用。

3．1 Th2細胞分化的免疫機制

眾所周知，通過信號轉導和轉錄激活子6(STAT6)信號通路的IL一4是Th2細胞分化的重要調節劑，應用小劑量LPS(100 ng／mouse)可以提高II。一4的表達並誘導過敏源特異性的Th2細胞反應。研究發現若小鼠中缺乏STAT6，則小劑量LPS誘導的Th2細胞反應被破壞[7]，表明在T細胞分化過程中，STAT6信號通路是Th2細胞發生髮展的重要因素。Eisenbarth等[6]發現TNF-a和吸人性過敏源共同導致了Th2細胞反應，在過敏源致敏過程中，小劑量LPS可以誘導Th2細胞反應並使TNF-a表達量升高。若小鼠缺乏TNFR一1，過敏源特異性小劑量LPS增強的Th2型炎症反應以及AHR將被破壞。這些結果表明小劑量LPS誘導的TNF—a主要通過IL一4和sTAT6信號通路調節Th2細胞反應的發生髮展。

3．2 Thl細胞分化的免疫機制

固有性免疫反應產生的IL一12是Thl細胞發生髮展過程中的重要調節因子。LPS劑量依賴性過敏源可以增強IL-12的表達，且IL-12主要通過STAT4信號通路誘導Thl細胞分化。在STAT4缺乏小鼠中，含有高劑量LPS(10 ttg／mouse)的OVA誘導產生的AHR和中性粒細胞型炎症將會被抑制，Thl細胞的肺浸潤功能也被完全破壞。Thl細胞分化依賴於在高劑量LPS存在下產生的IL-12，然後通過STAT4信號通路產生IFN一7。可溶性二聚體IFN一7，是Ⅱ型干擾素的唯一成員，在固有免疫和適應性免疫反應中起著非常重要的角色。IFN一7作為固有免疫反應的一部分主要由自然殺傷(NK)細胞和NKT細胞產生，而在適應性免疫反應中則由Thl細胞和細胞毒型T效應細胞產生。IFN一7通過上調轉錄因子T—bet的表達促進Thl細胞分化，T—bet可以抑制Th2細胞的分化。這些結果表明高劑量LPS誘導產生的IFN一7可以上調IL一12的表達，而STAT4信號通路通過正反饋迴路調節IL一12和IFN一7。

3．3 Thl7細胞分化的免疫機制

Thl7細胞在過敏性哮喘中發病機制中的作用近年來廣泛研究，IL一6、IL一1G和II，一23等通過STAT3一RORTt信號通路誘導IL一17的表達。過敏性哮喘小鼠模型表明高劑量LPS(10 ug／mouse)可以增強IL一6的表達，而小劑量LPS(100 ng／mouse)卻不能增強IL一6的表達，然而，在IL 6缺乏小鼠中，高劑量LPS誘導的Thl7細胞反應則被阻止，表明IL一6是Thl7細胞分化過程中的重要調節劑。血管內皮生長因子(VEGF)最初由於其產生組織水腫而被命名為血管滲透因子，研究發現哮喘患者的組織和生物學樣本中VEGF表達量升高。肺特異性VEGF轉基因實驗顯示氣道高水平VEGF誘導肺部炎症並增強T細胞啟動。在過敏性哮喘小鼠模型中，暴露於高劑量I．PS(10 ug／mouse)中的氣道可以上調VEGF的表達，此外，用VEGFRl抑製劑處理小鼠後，T細胞啟動將會被阻止，如樹突狀細胞(DC)共刺激分子的過表達、DC向DLN區域的遷移以及DLN中原始T細胞的增殖等。然而，VEGFR-2抑製劑則阻止IL一6的表達以及隨後的過敏源特異性Thl7細胞反應[23 24]。這些研究表明LPS誘導的VEGF在T細胞啟動和Thl7細胞分化過程中起著重要作用，並且T細胞啟動依賴於VEGFRl信號途徑，而隨後的Thl7細胞分化則依賴於VEGFR2信號途徑。

室內生物污染物可以誘導免疫功能障礙和炎症反應，並導致炎症性肺部疾病，如哮喘和COPD。最新的一項調查顯示LPS暴露率是哮喘發病率增加的重要危險因子。更好的治療方法來自於對哮喘發病機制的更多了解，輕中度哮喘也許和嗜酸粒細胞型炎症有關，而重度哮喘也許和中性粒細胞型炎症有關。就發病機制而言，嗜酸粒細胞型哮喘表現了Th2細胞因子依賴型炎症，而中性粒細胞型哮喘是IFN一7和IL一17依賴型炎症。基於過敏性哮喘不同的免疫和炎症類型，抗炎症治療策略也是不同的：輕中度嗜酸粒細胞型哮喘患者常常對吸入性類皮質甾酮療法反應強烈，而中性粒細胞型哮喘(重度哮喘)患者則反應較差。未來針對中性粒細胞型哮喘患者的治療方法也許在於抑制患者對皮質醇的抵抗，因而抑制Thl和Thl7細胞反應也許是一種有效的免疫治療策略。

參考文獻（略）

(收稿日期：2014—01—07)