嗜酸性粒细胞与慢性气道疾病
2021/06/30
重庆医科大学附属第三医院呼吸内科 401120
嗜酸性粒细胞（EOS）由Paul Ehrlich于1879年首次描述，因为细胞具有被嗜酸性染料染色的特点而得名。100多年过去了，但是对EOS在健康和疾病中的生物学和病例生理意义仍远没有完全阐明。
一、嗜酸性粒细胞生物学
1、EOS的生成及组织聚集 嗜酸性粒细胞在骨髓生成，需要多种T细胞来源的细胞因子和生长因子，如IL-3，GM-CSF和IL-5的作用下，使干细胞来源的CD34 +多能性髓系祖细胞（CD34+ multipotential myeloid progenitors ）分化成为EOS。IL-3和GM-CSF都是多能细胞因子，对其他造血谱系也具有活性，只有IL-5对EOS谱系具有选择性作用，在驱动嗜酸性粒细胞祖细胞增殖，终末分化以及活化中起着至关重要的作用。
EOS在骨髓成熟后，迁移进入外周血循环。除IL-5外，EOS趋化因子1（CCL11））在此过程中起有重要的作用。EOS在外周血中停留时间很短，半衰期约为18-24h。然后，它们迁移到血管外的组织，EOS最大的组织聚集地是胃肠道。EOS一旦进入组织，存活时间取决组织内影响EOS凋亡的细胞因子IL-5、GM-CSF等的浓度。通常EOS在组织中仅能存活数天至数周。在过敏性哮喘肺内的IL-5水平升高，可以导致EOS凋亡减少，延长EOS存活时间。
EOS从骨髓及血循环向肺组织聚集、因肺内Th2过度活化，产生了高浓度的IL-5、趋化因子、粘附因子（VCAM-1、ICAM-1）等。EOS就会借助粘附分子的作用，粘附于肺血管壁，沿趋化因子浓度梯度离开血循环进入肺组织和气道。哮喘患者肺内的EOS趋化因子还有LTB4、Eotaxin-1、2、3等。
通常，在健康人的外周血中成熟EOS少于400/mm3 。美国国立卫生研究院临床中心实验室的血液EOS正常范围为40-360细胞/ml，或占白细胞总数的0.7%-5.8％。临床EOS增多症定义为> 500细胞/ml。而对EOS减少的意义尚没有充分认识。EOS减少的定义是少于10细胞/ml或为0。
2、EOS的产物 人EOS颗粒包含四种主要蛋白质：EOS过氧化物酶，主要碱性蛋白质（MBP）、EOS阳离子蛋白（ECP）和EOS来源的神经毒素（EDN）。颗粒还存储许多细胞因子，酶和生长因子。EOS的其他突出特征包括含有Charcot-Leyden晶体蛋白（也称为半乳糖凝集素和EOS溶血磷脂酶）和脂质体的初级颗粒，它们是半胱氨酰白三烯，血栓烷和前列腺素的合成位点。
3、EOS的生物学作用
（1）局部组织和器官的免疫调节 EOS表达Th2细胞因子（例如，IL-4，IL-5，IL-9，IL-13和IL-25），Th1细胞因子（IL-12和IFN-γ），炎性细胞因子（TNF- α，IL-1β，IL-6和IL-8）和免疫抑制细胞因子（例如TGF-β和IL-10）等。EOS也表达先天免疫的模式识别受体Toll样受体1-5、7和9。此外，EOS 表达大量的免疫调节趋化因子和粘附分子、补体受体和脂质及其受体。EOS通过这些细胞因子及细胞产物参与局部组织和器官的免疫调节。
（2）组织修复和重塑 EOS通过表达和释放上皮-间质转化的因子TGF-β，碱性成纤维细胞生长因子等参与组织炎症的修复和重塑。
(3) 抗感染 EOS有介导先天性和获得性免疫的功能，EOS这些免疫功能参与抗寄生虫、病毒、真菌和细菌等感染的作用。
外周EOS被认为是终末期效应细胞。大量的研究已经证明了EOS组织修复/重塑，组织体内平衡和发展功能等起重要作用。由于EOS的多种有益作用，有学者提出EOS在“健康和疾病中的局部免疫和/或重塑/修复起调节作用，保护宿主、维持组织稳态。
二、EOS与慢性气道疾病
1、哮喘 哮喘是一种慢性炎症性疾病，其重要的特征之一是气道的EOS炎症。除EOS表型外，哮喘还有非EOS表型。不同的研究报道EOS炎症表型的比例也有所不同，大多在50%左右。Schleich等的大型队列研究【1】显示，46%的患者痰EOS≥3%。Gibson等【2】报道 41% 非吸烟哮喘患者的痰EOS计数 >2.5%。Louis等【3】对轻至中度未使用类固醇的哮喘患者的研究发现，69%的哮喘组患者的痰EOS显着升高（> 2%）。在重症哮喘中超过60%的患者为2型炎症（痰EOS>1.9%）。因为重症哮喘是经规律使用ICS/LABA仍不能控制的哮喘。所以，不能用非重症患者的EOS判断标准。GINA重症哮喘指南将痰EOS≥2%作为2型哮喘的临界点。
大多数健康人的诱导痰EOS<1%。通常将EOS>3%作为哮喘气道EOS炎症的标志。因为诱导痰的检查不太普及。许多研究探讨了血与痰EOS之间的关联，研究血EOS预测哮喘2型炎症的敏感性和特异性。有研究【4】显示，哮喘血液EOS计数（以百分比或绝对值表示）与痰EOS计数百分比呈显着正相关（r = 0.6，p < 0.0001；r = 0.6，p < 0.0001）。用血EOS预测痰EOS增多（≥3%）的ROC 曲线显示，血EOS临界值为 220/mm 3 (AUC = 0.79, p < 0.0001) 或 3% (AUC = 0.81, p < 0.0001)。
EOS作为哮喘气道炎症标志物，因此，Green等【6】研究了EOS作为调整控ICS剂量的参考指标的作用。结果显示EOS作为调整ICS剂量的指标比参照临床指标可以更好的控制哮喘，减少急性加重。
在欧洲开展的U-BIOPRED大型重症哮喘临床特征研究中[5]，发现痰EOS与 FEV 1（预测值或实际值百分比）之间存在显着的负相关。血液EOS%与 FEV 1 /FVC 比值 (p=0.002) 之间之间存在显着负相关。这些提示EOS可能参与哮喘的气道阻塞。
过去，关于EOS在哮喘发病中的作用大多数来自临床观察性研究和动物实验。真正确定EOS与哮喘疾病的关系，需要观察特异性地去除哮喘EOS后对疾病有何影响。近年来开发的抗IL-5/受体单抗，提供了这样一个很好的机会。目前已经有3种抗IL-5/受体的单克隆抗体上市。美泊珠单抗、瑞利珠单抗和贝纳利珠单抗。在早期的临床研究中，针对轻中度哮喘，美泊珠可以显著减少血和气道中的EOS。然而，却没有获得预期的临床益处，不能改善肺功能和气道高反应性。 以后，在针对EOS增多的难治性哮喘，抗IL-5/受体的单克隆抗体治疗可以显著地减少哮喘急性加重，大幅度减少重症哮喘患者对口服激素的剂量。然而，对临床指标，如肺功能、哮喘症状仅有边缘性的统计学改善或无改善。
抗IL-5/受体的特异性单抗可以降哮喘患者血EOS降至0或接近0的水平。虽然显著地减少急性加重，减少口服激素依赖，但是并不能完全控制哮喘或停用ICS等控制用药，说明EOS在2型哮喘中起有重要作用，但并不是哮喘发病机制的全部。除EOS外，还要许多其它的机制参与哮喘的病理生理过程。
2、慢阻肺：近年发现部分慢阻肺病人也有EOS性的气道炎症。这类病人被称为“EOS性COPD”，其定义为痰中EOS≥3%。这与EOS性哮喘的定义一样。 国外文献报道，大约20%-40%的COPD患者EOS增多。
慢阻肺EOS增多的机制不太清楚。一些研究显示，EOS性与非EOS慢阻肺相比，其临床特征差别并不显著。许多研究都发现EOS性慢阻肺使用ICS比非EOS性慢阻肺可以显著地降低急性加重，相对风险可以减少近40%。然而，血EOS增高是否可以预测慢阻肺急性加重却有不同结果的报道。
因为痰EOS检查不普及，许多学者研究了慢阻肺患者血EOS预测气道EOS炎症的作用。结果显示，血EOS与痰EOS有中、低度的显著性相关。检查血EOS可以在临床中一定程度上代替痰EOS。因此，目前GOLD也推荐以血EOS>300/ml作为判断EOS性慢阻肺使用ICS治疗的标志物。
抗IL-5/IL-5R单抗在治疗EOS性重症哮喘获得了较好的疗效。自然地使人想起是否抗EOS治疗对EOS性慢阻肺有益。然而，用抗IL-5单抗（美泊利珠）和抗IL-5R（贝那利珠）单抗治疗慢阻肺的结果却不太让人满意。
美泊利珠治疗EOS性慢阻肺的结果显示，治疗组调整后的ITT人群（462例），主要终点指标年中度/重度加重率治疗组和安慰剂组分别为1.40和1.71（RR：0.82 ； 95％CI：0.68-0.98；调整后的P = 0.04）；在总体的意向治疗人群（836例患者）中两组之间无差异（比率，0.98； 95％CI，0.85至1.12；校正后P> 0.99）。次要终点指标为首次发生中度/重度恶化的时间，结果为治疗组显著优于安慰剂。两组的中位时间：192 vs. 141天，风险比：0.75，P=0.04。乐观看这个结果，抗IL-5单抗具有减少EOS性慢阻肺急性加重的作用，刚好达到了显著性差异。如果从比较挑剔的观点看，总体ITT人群两组之间则没有显著性差异。
另一种抗IL-5受体贝拉单抗（benralizumab）用于预防慢阻肺急性加重的试验中，却没有验证可以减少急性加重。治疗组和安慰剂组的年急性加重率没有显著差异。
3、非哮喘性EOS性支气管炎 过去称为“EOS性支气管炎（EB）”。这也是一种气道内EOS增多的疾病。Brightling等[]比较了一组EB与哮喘临床特征的区别，发现EB患者诱导痰平均EOS比例为9.7%，显著高于哮喘的3.4%。但是EB患者没有气道高反应性。
为什么在EB和哮喘患者中，相似的气道炎症模式，却有不同的生理功能异常？ 在抗IL-5单抗治疗哮喘的临床研究中发现，美泊利珠可以将患者血EOS降至接近0的水平，但却不能降低气道高反应性，提示EOS并不是哮喘气道高反应存在必须的条件。EB的EOS炎症主要发生在气道上皮，所以以咳嗽为主要症状。而哮喘具有气道平滑肌功能的异常，是产生气道痉挛和高反应的原因，也是与EB不同之处。
EOS作为一种组织局部性的免疫调节和炎症细胞参与了哮喘、慢阻肺和EB的病理生理过程。EOS在哮喘中的作用研究比较多，在慢阻肺和EB中的作用仍不完全清楚。虽然，气道EOS增多常常都预示着对皮质类固醇激素治疗反应良好。但是，针对哮喘和慢阻肺EOS增多的特异性治疗，其获益似乎主要与减少急性加重有关。
参考文献
1、Schleich FNet al. Distribution of sputum cellular phenotype in a large asthma cohort: predicting factors for eosinophilic vs neutrophilic inflammation. BMC Pulm Med. 2013; 13: 11.
2、Gibson P G ，et al. Heterogeneity of airway inflammation in persistent asthma : evidence of neutrophilic inflammation and increased sputum interleukin-8. Chest, 2001 May;119(5):1329-36
3、Louis R et al. Sputum eosinophil count in a large population of patients with mild to moderate steroid-naive asthma: distribution and relationship with methacholine bronchial hyperresponsiveness. Allergy, 2002 Oct;57(10):907-12.
4、Zhang XY et al. Full blood count parameters for the detection of asthma inflammatory phenotypes，Clin Exp Allergy. 2014 Sep;44(9):1137-45.
5、Dominick E. Shaw et al.Clinical and inflammatory characteristics of the European U-BIOPRED adult severe asthma cohort, Eur Respir J 2015; 46: 1308–1321
6、Green RH et al. Lancet. 2002 Nov 30;360(9347):1715-21. Asthma exacerbations and sputum eosinophil counts: a randomised controlled trial.
7、Brightling C E，Comparison of airway immunopathology of eosinophilic bronchitis and asthma，Thorax 2003;58:528–532
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