哮喘联盟

西安，第四军医大学西京医院呼吸内科   710032

 

    哮喘AEC与炎性细胞之间存在相互影响关系。一方面，AEC通过产生多种细胞因子趋化和活化炎性细胞。另一方面，炎性细胞分泌活性物质影响AEC的结构和功能。人们观察到，哮喘AEC表达IL-8、CCR3配体、CCR4配体、胸腺激活和调节趋化因子（TARC）、嗜酸性粒细胞趋化因子（eotaxin）和单核细胞趋化因子（MCP-4）均显著升高。这与Th2细胞在哮喘气道炎症中的反应特点相似[Lamkhioued B,2000]。Minshall[Minshall E,2000]报道哮喘患者AEC还高表达IL-11，而IL-11转基因小鼠中气道壁增厚也明显增加[Kuhn C,2000]。但Wang[Wang J,2000]对IL-11转基因小鼠制备哮喘模型时发现，IL-11过表达反而抑制嗜酸性粒细胞、Th2细胞的聚集及其相关因子的释放，减轻气道炎症反应。此外，体外研究对AEC与炎性细胞的相互作用也提供了直接证据。譬如，结合于AEC膜表面的CD40分子，能调节该细胞中RANTES、IL-8、MCP-1及ICAM-1的表达，增强细胞对TNF和IL-1作用的敏感性。这些结果支持哮喘中激活的T细胞、嗜酸性细胞及肥大细胞高表达CD40分子，从而能直接粘附并影响AEC功能的观点[Propst SM,2000]。反过来，与AEC粘附的嗜酸性细胞反应性增强，释放LT-4增多。AEC还能通过ICAM-1粘附途径，加强嗜酸性粒细胞的迁移活性[Dent G,2000;Gonzalez RR,2000]。AEC产生的IL-6和干细胞因子(CSF)，能诱导肥大细胞成熟。肥大细胞分泌大量的胰酶又能反馈性调节AEC的功能[Cairns JA,1996]。IL-4和IL-13等Th2细胞因子能促进培养人支气管AEC合成GM-CSF，后者是趋化与激活嗜酸性粒细胞的重要因子[Nakamura,1996]。Th2细胞因子还能促进小鼠气道上皮和培养人气道粘膜上皮细胞系NCI-H292合成黏蛋白。

    在哮喘AEC与炎性细胞的相互作用中，也展示了AEC对外界刺激的反应特征及其参与哮喘发病的机制。许多实验都表明，多种吸入性刺激因素都能直接引起在体和离体AEC具有炎性特征的反应。这种反应出现在正常AEC，是机体对刺激物的保护性应答。而在哮喘易感人群，这种反应却能引起过度的气道炎症和气道高反应性。因此，弄清哮喘患者AEC为何对同样的环境刺激产生异样反应的分子机制，以及这一反应又怎样影响了Th2细胞或接受Th2细胞影响，是研究哮喘发生机制的重要课题。

    在AEC产生的炎性介质中，最受关注的是细胞因子。这些细胞因子在哮喘中发挥趋化和活化炎性细胞的作用。AEC合成和释放的主要细胞因子包括集落刺激因子、造血生长因子、趋化因子和生长因子（见表1）。

    GM-CSF是气道上皮分泌的细胞因子中第一个被发现的，并证实AEC组成性合成和释放该因子。由于GM-CSF有广泛的生物活性，如延长嗜酸性粒细胞的存活时间，加强中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和巨噬细胞的细胞毒性、介质释放及吞噬能力。GM-CSF被认为是哮喘潜在的炎症调节因子。哮喘患者气道活检已证实GM-CSF 表达水平增高。此外，AEC还能释放G-CSF、M-CSF、CSF-1等集落刺激因子。

    在AEC产生的造血生长因子中，研究最多的是 IL-6和IL-11。Kuhn C[Kuhn C,2000]分别研究IL-6和IL-11转基因小鼠，发现两者的气道壁均增厚，上皮下组织出现明显纤维化。与正常小鼠比较，IL-6转基因小鼠的气道阻力不变，气道对乙酰甲胆碱的反应性下降；而IL-11转基因小鼠的这两种肺功能指标均上升。在哮喘患者气道活检及BALF检测中，已证实IL-6表达增加。IL-6能协同IL-4促进B淋巴细胞分化，促其高效合成和分泌IgE抗体，参与哮喘气道变态反应性炎症的形成。最近还发现IL-6以时间和剂量依从方式，促进体外培养的豚鼠气道平滑肌细胞增生、肥大，这种作用可被PDGF-β抗体阻断。提示IL-6可能通过诱导PDGF-β等生长因子产生来参与哮喘气道重塑[Swades DE,1995]。当AEC受到IL-1、TGF-β、呼吸道病毒等作用时，便会产生IL-11。在上呼吸道感染儿童的鼻部分泌物中，也检测到IL-11高表达。而哮喘患者症状发作时，鼻部IL-11达到表达高峰。其表达程度与哮喘患者的临床严重程度、气道重塑程度成正比[Kuhn C,2000;Minshall E,2000]。IL-11还能诱发小鼠出现气道高反应性，也有报道，某些情况下AEC还能产生其它pleiotropic细胞因子，如IL-1、IL-10、TNF-α等。

    目前，人们逐渐认识到趋化性细胞因子在过敏和慢性炎症过程发挥着重要作用。AEC分泌的趋化性细胞因子在过敏性疾病中，主要作用是将炎性细胞招募到气道局部。趋化性细胞因子是一个分泌型超家族，主要包括C-X-C（或α）组、C-C（或β）组。在C-X-C组中，IL-8是AEC分泌较多的因子之一，特别在哮喘气道和季节性过敏的鼻部上皮都可发现IL-8高表达。这与疾病的病理特点相一致。IL-8主要趋化中性粒细胞、T细胞亚型及激活的嗜酸性细胞。C-X-C组中GRO-α和GRO-β是由AEC产生的另外两种趋化因子。

    AEC产生的C-C组趋化因子主要是招募嗜酸性粒细胞至气道。这些因子包括 RANTES、eotaxin和 MCP-4等。正常情况下，AEC对RANTES或eotaxin的基础分泌量是极低的。但当上皮受到呼吸道病毒、TNF-α或IFN-γ刺激时释放就会增加。在鼻息肉和鼻窦炎都可分别检测到RANTES、eotaxin高表达。在哮喘BALF中也发现RANTES和eotaxin的含量增加。有研究认为RANTES是哮喘气道重要的嗜酸性细胞趋化因子之一[Venge J,1996]。

    IL-16是不归属于C-X-C组和C-C组的趋化性细胞因子，它的主要功能是招募CD4+T细胞（包括Th细胞）和嗜酸性粒细胞。有报道，哮喘气道上皮合成及BALF中IL-16量增加。因此IL-16可能在促进哮喘气道粘膜炎症中发挥作用。

    AEC还能产生TGF-α、TGF-β、干细胞因子（SCF）和成纤维细胞生长因子等生长因子家族成员。但各因子在哮喘中的角色还需深入探讨。

 

表1 气道上皮细胞分泌的各类细胞因子

 

Tab 1 Various sorts of cytokines secreted by airway epithelial cells 

Colony-stimulating factor	Interleukin	Growth	Chemokine
		factor	C-X-C/α	C-C/β
GM-CSF	IL-1	TGF-α	IL-8	RANTES
G-CSF	IL-6	TGF-β	GRO-α	eotaxin
M-CSF	IL-10	b-FGF	GRO-β	MCP-1
CSF-1	IL-11	SCF		MCP-4
	TNF-α			MIP-1α

 

    AEC能将花生四烯酸分解成一组脂质介质，这主要通过15-脂质过氧化物酶途径[Holtzman MJ,1992]。该酶在正常人体活性很低，并局限在鼻部和气管上皮。花生四烯酸可分解为15-羟甘碳四烯酸、过氧化氢、（环氧氢氧）和二氢氧酸。哮喘的病理性炎症反应，可提高15-脂质过氧化物酶活性。15-羟甘碳四烯酸作为主要的代谢产物，能够通过多种后续效应影响炎症过程，包括激活肥大细胞产生5-脂质过氧化物酶，促进气道粘膜分泌黏液糖蛋白，从而增强机体对变应原的早期反应。

    AEC也能通过环氧化物酶途径代谢花生四烯酸，产生几乎等量的PGE2和PGF2α。PGE2具有舒张气管平滑肌的特性，并有报道认为PGE2在哮喘发病过程中发挥抵制气管收缩的作用。但花生四烯酸的过氧化物酶分解途径在AEC中占主导地位，这是由花生四烯酸的高浓度决定的；环氧化物酶途径主要在低浓度底物时发挥作用。

    血小板激活因子（PAF）也是脂类介质，人AEC合成较少。PAF能通过趋化中性粒细胞和嗜酸性粒细胞，增加血管的通透性，加重炎症反应。

    在AEC产生的众多肽类介质中，内皮素（ET）的研究最为透彻。ET-1、ET-2和ET-3均具有收缩血管及气道平滑肌的功能。哮喘患者BALF中已经检测到ET-1、ET-3含量增加，并且与临床症状的严重程度成正比[Mattoli S,1991]。ET还能刺激气道上皮分泌黏液及平滑肌细胞增生，而且能进行自我分泌的调节。

    AEC释放的其它脂质介质包括vasopressin、P物质、降钙素基因相关肽。最近发现的人β-defensin-1值得关注，因为它可能在粘膜抗微生物活性中发挥作用[McCray PB,1997]。

    过去的观点认为巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞，是产生活性氧的主要效应细胞，现在发现AEC也能释放这些介质。PAF和醋酸佛波豆蔻酯刺激可引起AEC产生过氧化氢。虽然单个细胞相比，AEC的释放量只是巨噬细胞的百分之一，但数量巨大的AEC将构成过氧化氢的丰富源泉。此外，过氧化氢还能刺激上皮产生IL-8、GM-CSF。

    AEC产生的一氧化氮（NO）被认为是一种信号转导分子，具有扩张血管、松弛气道和免疫调节作用，近年来倍受到人们关注。研究发现AEC有三种NO合成酶（NOS），但其中的诱导型NOS（如NOS-2）在NO合成中发挥主导作用。哮喘患者气道NOS-2表达明显升高，同时呼出气体中的NO量，也比非哮喘人群高出许多。目前仍不能笼统地判断NO增多在哮喘发病中的利弊，人们常将NO比作“双刃剑”。在哮喘的不同病理阶段，NO扮演的角色不同。据报道，NO能促进病灶终末血管渗出血浆，并与过氧化物阴离子相互作用产生硝酸盐而损伤气道，从而加重局部炎症反应。也有研究认为NO能抑制Th1的产生，间接促进T细胞向Th2方向极化。这些特点都有利于哮喘的发展。另一方面，NO也具有扩张气道的作用。NO能够抗病毒，抑制前炎症因子的产生，特别在病毒引起的哮喘恶化中发挥抗炎作用[Sander SP,1998]。

    尽管AEC能产生多种前炎症因子，但该细胞也具有一定的抗炎作用。细胞表面的数种肽酶，如中性金属内肽酶24.11和氨基酸肽酶 M等，能降解肽类介质，减轻后者对平滑肌细胞、血管等周围组织的损害。中性金属内肽酶24.11的主要底物是速激肽、缓激肽和内啡肽。此外，上皮还能产生一系列蛋白酶抑制剂，包括白细胞蛋白酶抑制剂、elafin、cystatinC、α1-抗蛋白酶和α1-抗凝乳蛋白酶等，后者可抑制弹性蛋白酶、肥大细胞糜蛋白酶、cathepsins B和G等引起的组织损伤。