重症哮喘气道炎症机制的新进展
2019/12/03
黄茂 吉宁飞 吴超杰
江苏省人民医院（南京医科大学第一附属医院）呼吸与危重症医学科 210029
江苏省人民医院（南京医科大学第一附属医院）呼吸与危重症医学科 210029
全球支气管哮喘防治创议(GINA)的推广使大多数支气管哮喘(哮喘)患者得到良好控制，但5％～10％的哮喘患者需要采取第4级和第5级治疗才能够维持控制或者仍表现为未控制。这些重症哮喘患者的治疗花费甚至超过全球哮喘费用支出的50％。哮喘是以慢性气道炎症为特征的异质性疾病，而GINA推荐的1～5级治疗方案仍以覆盖过敏性哮喘为主。气道炎症的异质性主要体现于重症哮喘，除了重症嗜酸粒细胞性哮喘外，中性粒细胞性哮喘也表现为重症哮喘。而少炎症细胞性哮喘可见于一些哮喘表型，比如哮喘伴肥胖和哮喘伴胃食管反流，对糖皮质激素(激素)治疗反应较差。因此哮喘可能并非是一种单独的疾病，而是一种复杂的、有不同症状的重叠综合征。近年来靶向抗IgE和抗IL-5治疗对嗜酸粒细胞性哮喘有较好的疗效，而拮抗其他炎症细胞或炎性因子的疗效仍不确切。重症哮喘的气道炎症机制尚不清楚，梳理现有研究方向，有助于促进科研的深入以及向精准治疗的转化。
一、炎症细胞、结构细胞与重症哮喘
1．嗜酸粒细胞与重症哮喘：过敏性哮喘患者表现为气道和(或)血液嗜酸粒细胞增高，大多对激素及白三烯受体调节剂(LTRA)反应良好，但一些嗜酸粒细胞性哮喘患者即使采用大剂量吸入激素联合长效β2受体激动剂(ICS／LABA)或者口服激素等治疗，病情仍很难控制，嗜酸粒细胞性炎症持续存在。目前，气道嗜酸粒细胞数量与特应性(atopy)的关系仍不清楚，气道嗜酸粒细胞与患者肺功能及临床表现的相关性也不确定。动物模型研究结果显示，即使是有嗜酸粒细胞缺陷的小鼠也可以与野生型小鼠表现出相同的表型，而嗜酸粒细胞在屋尘螨诱导的过敏免疫或气道高反应中的作用可能极其轻微[1]。现有研究结果显示，针对嗜酸粒细胞靶点的抗IL-5单抗可减轻重症哮喘患者的急性加重，但对日间症状及维持治疗方案并无改善[1]。嗜酸粒细胞在重症哮喘中的研究任重而道远。
2．中性粒细胞与重症哮喘：25％～50％的成年人哮喘是非嗜酸粒细胞性炎症，其中50％是职业性哮喘。非嗜酸粒细胞性炎症包括中性粒细胞性炎症和少炎症细胞性炎症。中性粒细胞性哮喘患者病情难控制，并且存在激素抵抗。研究结果显示，中性粒细胞性哮喘患者的基底膜厚度正常，而嗜酸粒细胞性哮喘患者的气道壁增厚；气道中性粒细胞与重症哮喘患者的持续气流受限相关，而嗜酸粒细胞性炎症与可逆性气流阻塞相关[2]。吸烟是哮喘患者罹患慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)的高危因素，哮喘-慢阻肺重叠(ACO)可导致不完全可逆性气流阻塞外，还致使气道中性粒细胞增多和气道重塑[3]。环境中的非过敏性因素，如臭氧、不溶性颗粒物(PM)、内毒素、烟草烟雾、职业刺激物、病毒及细菌感染等，可诱导哮喘的中性粒细胞性气道炎症和气道阻塞。细菌或病毒感染以及非感染损伤可触发气道损伤，同时刺激Toll样受体(TLR)信号和固有炎症应答，TLRs可识别病毒和细菌的核酸，存在PM及烟草烟雾时可修饰此过程；伴高内毒素水平的中性粒细胞性哮喘患者，痰液TLR2、TLR4和CD14明显增加；气道巨噬细胞可加强暴露于臭氧的过敏性哮喘患者的TLR4表达，协同增加中性粒细胞数量并产生IL-8、IL-6和IL-1β。中性粒细胞释放的基质金属蛋白酶9(MMP-9)导致FEV1下降，IL-8、IL-6及致癌蛋白M增加，并致使不完全性气道阻塞。中性粒细胞性炎症还可通过中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、髓过氧化物酶(MPO)和MMP-9导致气道重塑[4]。
3．CD4+T淋巴细胞亚群与重症哮喘：除了Th2细胞外，CD4+T淋巴细胞的其他细胞亚群也在哮喘发病中起重要作用。Th9细胞以产生IL-9为特征，IL-9可诱导肥大细胞增殖、杯状细胞化生。地塞米松虽然抑制Th2介导的反应，但并不能抑制Th9介导的气道炎症，Th9细胞参与了激素抵抗性哮喘的发病[5]。Th17细胞分泌IL-17(即IL-17A)和IL-17F等，介导中性粒细胞浸润与激素抵抗。尽管地塞米松治疗后哮喘模型中的Th2细胞明显抑制，但经由Th17细胞的中性粒细胞浸润并无改善[6]。抑制信号转导和转录活化蛋白3(STAT3)磷酸化可阻断中性粒细胞产生IL-17，提示STAT3可能是潜在的、可调控重症哮喘中性粒细胞型炎症的靶点[7]。IL-22是Th17／Th22分泌的细胞因子，哮喘发作时表达增加。对于哮喘患者外周血单个核细胞(PBMCs)的研究结果显示，多环芳香烃可抑制IL-22及IL-17产生[8]。遗憾的是，完成IIa期临床试验阶段的IL-17单抗Brodalumab和Secukinumab，证实对重症哮喘无效。
4．气道上皮细胞与重症哮喘：气道上皮细胞不仅作为物理屏障参与固有免疫，也参与适应性免疫，同时与炎症维持相关。抗原、微生物和抗原来源的蛋白酶可激活树突细胞，也可通过TLR激活气道上皮细胞。而下调上皮-间质营养单元(EMTU)可导致气道炎症放大，促进气道重塑[9]。近年发现一些气道上皮细胞的新基因，如原钙黏蛋白1(PCDH1)、骨膜蛋白、丝氨酸蛋白酶抑制剂家族B成员2(SERPINB2)和氯化物通道附件1(CLCA1)等，都与哮喘表型相关[1]。
二、其他因素与重症哮喘
1．炎症小体与重症哮喘：炎症小体是胞内固有免疫的多蛋白复合物，在外界信号刺激后激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1(caspase-1)。活化的caspase-1可调控促炎细胞因子IL- 1β、IL-18和细胞焦亡(pyroptosis)。衣原体和嗜血菌属呼吸道感染介导、卵清白蛋白(OVA)诱导的重症并激素抵抗性哮喘(SSIAAD)模型的研究结果显示，衣原体和嗜血菌属感染可增加核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族、pyrin结构域3(NLRP3)炎症小体、caspase-1及IL-1β表达，导致激素抵抗性、中性粒细胞性炎症和气道高反应性。中性粒细胞性气道炎症水平、哮喘患者的病情严重程度以及激素抵抗，都与NLRP3及IL-1β表达相关[10]。纳米颗粒吸入可引起细胞和组织损伤，导致局部和全身炎症应答。二氧化钛纳米颗粒引起OVA致敏大鼠的IL-1β和IL-18表达增加，增强NLRP3和caspase-1表达，提示炎症小体可被纳米颗粒激活[11]。
2．表观遗传调控与重症哮喘：表观遗传在哮喘发病中的作用日益受到关注。哮喘患者PBMCs的研究结果显示，miR-323-3p可对产IL-22／IL-17的T细胞产生IL-22的作用具有负反馈作用，提示miR323-3p可能参与了哮喘时的T细胞应答[12]。miR-21／PI3K／HDAC2轴在SSIAAD模型中起着重要作用，miR-21有望成为新的靶点[13]。本研究团队近来也发现了与哮喘相关的8个全新LncRNA以及11个miRNA，功能分析及鉴定正在进行中。
3．肥胖与重症哮喘：肥胖人群罹患哮喘的比例较高，并且对激素疗效较差。哮喘伴肥胖可分为早发过敏性哮喘和晚发非过敏性哮喘2种表型[14]。瘦素和脂联素是连接肥胖和哮喘的2个重要因子，内脏脂肪组织及肠道微生物群也可能在哮喘与肥胖中起重要作用。脂联素由脂肪细胞合成和分泌，调节血糖和脂肪酸代谢，并具有抗炎作用。肥胖患者的脂肪组织肥大并被促炎的巨噬细胞浸润。脂肪细胞和活化的巨噬细胞产生促炎的脂肪因子和细胞因子，并减少脂联素水平，导致“代谢性炎症”。晚发哮喘伴肥胖患者内脏脂肪组织的巨噬细胞浸润程度、瘦素表达均显著高于对照组，气道反应性与内脏脂肪的瘦素表达呈正相关[15]。
三、总结与展望
重症哮喘的气道炎症机制复杂，除炎症细胞、结构细胞、临床表型及表观遗传等以外，许多机制如信号通路、炎症因子、炎症介质、转录因子和自噬等还在不断探讨中，遗传学如候选基因、基因多态性等的研究正在继续，相关组学如基因组学、蛋白组学、转录组学及代谢组学等研究也日益受到重视。相信随着研究的深入，重症哮喘气道炎症机制能够进一步阐明，也有望因此设计出更多针对重症哮喘特定表型和内型(endotype)的靶向药物。
参考文献
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