基于免疫学发病机制的哮喘靶向治疗
2013/04/18
第四军医大学西京医院呼吸与危重症医学科 710032
经典免疫学理论认为，由DC驱动的Th2、Th9、Th17等适应性免疫应答细胞的功能紊乱促成了变应性哮喘的发生发展过程[1]。以IL-3、IL-4、IL-5、IL-13、GM-CSF等典型Th2类细胞因子为靶点的基础研究，已经初步证实了拮抗上述细胞因子的功能可有效防治变应性哮喘[2]。我们也在前期的工作中，构建了可溶性IL-5α受体[3]和可溶性IL-13受体[4, 5]，并证实二者均可下调哮喘小鼠表型[6-10]，而二者的联合应用具有更强的抑制作用[8-10]。但多项相关临床药物研究并未能取得令人满意的疗效[2]。究其原因，一方面与多种Th2类细胞因子的功能效应之间存在代偿机制有关；另一方面，更在于变应性哮喘的发病机制仍未阐明。近期的研究表明，nuocytes等2型固有免疫细胞可不依赖于T细胞、B细胞直接诱导小鼠产生哮喘表型，其中IL-25、IL-33、TSLP等细胞因子在2型固有免疫细胞的功能调控中起到关键作用且很可能成为新的变应性哮喘防治靶点[11, 12]。针对多个Th2类细胞因子靶点进行哮喘干预治疗的有效性已得到我们前期工作的证实[8-10]。但是，基于细胞因子水平同时拮抗哮喘固有及适应性免疫应答的联合治疗模式有待进一步研究。而变应性哮喘发病过程中适应性免疫应答和固有免疫应答之间的crosstalk关系更是未来哮喘应用基础研究的一个重要方向。本文拟综述变应性哮喘发病中适应性免疫应答及固有免疫应答方面的新进展，阐述变应性哮喘的靶向治疗方面的新思路。
一、变应原诱发的适应性免疫应答功能紊乱与哮喘的发生发展密切相关
变应原进入气道后，气道上皮内DCs识别变应原，处理并提呈给naive T细胞，诱导Th2方向的分化及过度的Th2免疫应答，合成并释放大量的IL-3、IL-4、IL-5、IL-9、IL-13及GM-CSF等Th2类细胞因子，从而产生嗜酸性粒细胞性气道炎症、气道高反应性、气道重塑等一系列哮喘表型，这是哮喘发病的经典免疫学机制[1]。
近10年来，免疫学基础研究领域不断发现了多个T细胞亚群，其中Th9[13]、Th17[14]、iNKT[15]等可诱导小鼠产生哮喘表型。而Tr1、Th3、adaptive CD4+CD25+ Treg多个调节性T细胞亚群可以下调气道变应性炎症。总之，变应原诱发的异常适应性免疫应答在哮喘发病中起到重要作用。
二、Th2类细胞因子通过2型效应细胞介导了哮喘病理生理学改变
Th2类细胞因子可以募集、活化嗜酸性粒细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞等2型免疫应答效应细胞，导致杯状细胞化生、气道黏液高分泌以及巨噬细胞的活化。其中，IL-4可以促进B细胞发生表型转换产生IgE；IL-5活化了嗜酸性粒细胞并募集至肺；IL-13主要介导了气道重塑和气道高反应性[1, 2]。
三、Th2类细胞因子拮抗剂在变应性哮喘治疗中的有效性和局限性
鉴于Th2类细胞因子在变应性发病中的重要作用，众多基础及临床研究观察了Th2类细胞因子拮抗剂对变应性哮喘的防治作用[2]。已有的相关研究主要集中在IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α、IL-9、GM-CSF少数几个靶点上。
基于IL-5-Tg、IL-5-/-、IL-5抗体的多项动物实验研究表明，IL-5在哮喘嗜酸性气道炎症、气道高反应性及气道重塑的形成过程中有重要的调控作用[1]。近年的两项临床研究证实了人IL-5抗体治疗伴有诱导痰嗜酸性粒细胞计数增高的激素抵抗型哮喘患者的有效性和安全性[16, 17]。但鉴于IL-5抗体仅对具有上述特定表型的哮喘患者有效，未来的相关研究已转向IL-5受体这一靶点[1]。
动物实验研究表明，抗IL-13治疗可以有效下调小鼠哮喘表型，包括嗜酸性气道炎症、气道黏液高分泌、气道高反应性及气道重塑[1, 2]。多个人IL-13单抗治疗哮喘的Ⅱ期临床研究正在进行中[1, 2]。IL-13很有希望成为下一个能够推向临床应用的哮喘治疗靶点。
充分的基础及临床研究证实单独的抗IL-4治疗是无效的[1, 2]。抗TNF-α治疗的副作用较多[2]。IL-9单抗治疗哮喘的Ⅱ期临床及GM-CSF单抗的Ⅰ期临床研究正在进行中[2]。
总体上说，IL-5及IL-13拮抗剂在变应性哮喘治疗中有较好的应用前景，是较为重要的一类治疗哮喘的分子靶向药物。此类药物的成功研发必将促成以表型、内在型及基因型为基础的治疗策略，改写现有的哮喘治疗模式。但是，相关临床药物研究的结果目前尚不能令人满意。其原因一方面与多种Th2类细胞因子的功能效应之间存在代偿机制有关；另一方面，更在于可能还存在其他导致哮喘表型的机制。
四、固有免疫应答在变应性哮喘发病中的作用
近期基础免疫领域的一项重要进展就是nuocytes等2型固有免疫细胞可直接诱导2型免疫应答表型[1]。在变应性哮喘发病中，变应原可直接作用于气道上皮细胞，促使其合成分泌IL-25、IL-33、TSLP等细胞因子，进而诱导肺组织中nuocytes数量增加[18]。Nuocytes是一群lineage -ICOS+CD45+的固有免疫细胞，表达IL-25、IL-33的受体IL-17BR、T1/ST2[19,20]。在IL-25、IL-33的作用下，Nuocytes可以合成分泌IL-4、IL-5、IL-13等，进而不依赖于CD4+T细胞直接促成哮喘表型[18]。RORα是nuocytes发育分化过程中的关键转录因子，其基因RORA的遗传多态性与人群哮喘发病密切相关[21]。上述发现是哮喘免疫学发病机制方面理论上的一次重大突破[1]。哮喘固有免疫应答机制的进一步阐明以及相应的干预治疗策略也是未来一段时期内的研究热点[19, 20]。
五、IL-25在哮喘发病中的重要作用
IL-25主要由气道上皮细胞受到具有蛋白酶活性的变应原刺激后合成和分泌[19]。有文献报道嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞也可以释放IL-25[2, 19]。IL-25诱导nuocytes的发育分化及2型固有免疫应答并在哮喘发病中起到重要作用[22,23]；虽然IL-33、TSLP也可诱导nuocytes的发育，但是IL-25单抗可以完全阻断上皮细胞分泌IL-33、TSLP[22]。Il-25还可通过扩增Th2、Th9介导的免疫应答效应促进哮喘表型的形成[24]。因此，IL-25一方面可以诱导哮喘2型固有免疫应答，另一方面可以增强哮喘2型适应性免疫应答的效应。相关动物实验研究表明，IL-25单抗可以下调哮喘小鼠气道炎症和气道高反应性[25]。IL-25单抗可以下调哮喘小鼠支气管管周胶原的沉积、气道平滑肌的增生以及新生血管的形成，从而抑制哮喘气道重塑[22]。因此，IL-25是新近发现的一个极为重要的哮喘防治靶点。
六、可溶性IL-5α受体、可溶性IL-13受体联合IL-25单抗治疗变应性哮喘的可能意义
来自T细胞、固有免疫细胞和气道结构细胞的多种细胞因子通过不同的通路共同促成了变应性哮喘的发生发展[2]。鉴于变应性哮喘发病机制的复杂性，针对不同细胞因子的联合治疗有助于获得更好的效果。哮喘的异质性已得到共识，针对不同的表型、内在型和基因型，分子靶向联合治疗将是未来哮喘治疗的新模式[2]。
我们在前期工作中，自行构建了可溶性IL-5α受体和可溶性IL-13受体[3-5]，并证实二者均可下调哮喘小鼠嗜酸性粒细胞性气道炎症及气道高反应性，而二者的联合应用具有更强的抑制作用[6-10]。但近期研究证实，IL-25可以不依赖于Th2类细胞因子直接诱导il4-/-il5-/-il9-/-il13-/-小鼠形成气道高反应性[25]。而单独的IL-25单抗治疗仅能中等程度的下调气道嗜酸性粒细胞性炎症[22]。因此，从机制互补的角度分析，联合应用可溶性IL-5α受体、可溶性IL-13受体及IL-25单抗可以更有效的下调哮喘小鼠的表型。而表型下调的基础必然是固有及适应性免疫应答水平的下调，进一步的分析这种联合治疗对不同T细胞亚群及nuocytes数量、表型及功能的影响，将一方面对同时拮抗固有及适应性免疫应答相关细胞因子的联合治疗模式给出机制上的分析解释，另一方面很有可能进一步明确变应性哮喘发病中固有免疫应答和适应性免疫应答之间的交互作用关系，并有可能发现新的分子治疗靶点。
综上所述，在哮喘的异质性已得到充分认知的今天，基于免疫学发病机制的分子靶向联合治疗是变应性哮喘防治领域未来一段时间内的重要研究方向。
主要参考文献
1.Holgate ST. Innate and adaptive immune responses in asthma. Nat Med. 2012 May 4;18(5):673-83.
2.Hansbro PM, Kaiko GE, Foster PS. Cytokine/anti-cytokine therapy-novel treatments for asthma? Br J Pharmacol. 2011 May;163(1):81-95.
3.宋爱玲,蔡累,杨怡,王伟华,王增禄,张英起,李志奎. 小鼠可溶性IL-5受体α胞外区基因的克隆及原核表达. 中国生物制品学杂志. 2009; 24(4):327-30.
4.蔡累,宋爱玲,岳燕,王伟华,秦鑫,张英起,李志奎. 小鼠sIL-13Rα2基因的克隆及在毕赤酵母中的表达. 中国生物制品学杂志. 2009; 22(1):41-4.
5.蔡累,宋爱玲,岳燕,王伟华,秦鑫,张英起,李志奎. 小鼠sIL-13Rα2在毕赤酵母菌中的表达及初步活性分析. 中国免疫学杂志. 2009; 25:483-6.
6.史海广,杨学敏,成家军,李志奎. 白细胞介素-13可溶性受体对支气管哮喘小鼠嗜酸粒细胞凋亡的影响. 中华结核和呼吸杂志. 2012; 35(1):66-8.
7.万琪,吴朔,宋爱玲,李运明,张英起,李志奎. 可溶性IL-13受体α2对支气管哮喘小鼠气道炎症的影响. 国际呼吸杂志. 2010; 30(23):1413-6.
8.万琪,吴朔,宋爱玲,李运明,张英起,李志奎. 可溶性白细胞介素-5与白细胞介素-13受体联合应用对哮喘小鼠气道高反应性及气道炎症的影响. 中国生物制品学杂志. 2011; 24(4):452-9.
9.杨学敏,史海广,成家军,李志奎. 联合应用sIL-5Ra及sIL-13Ra2对支气管哮喘小鼠VCAM-1、STAT6水平的影响. 国际呼吸杂志. 2012; 32(1):6-8.
10.史海广,杨学敏,成家军,李志奎. 联合应用重组可溶性IL-13受体α2及可溶性IL-5受体对支气管哮喘小鼠BALF嗜酸粒细胞凋亡及Eotaxin的影响. 国际呼吸杂志. 2012; 32(3):172-6.
11.Hams E, Fallon PG. Innate type 2 cells and asthma. Curr Opin Pharmacol. 2012 Aug;12(4):503-9.
12.Scanlon ST, McKenzie AN. Type 2 innate lymphoid cells: new players in asthma and allergy. Curr Opin Immunol. 2012 Dec;24(6):707-12.
13.Veldhoen M, Uyttenhove C, van Snick J, Helmby H, Westendorf A, Buer J, Martin B, Wilhelm C, Stockinger B. Transforming growth factor-beta 'reprograms' the differentiation of T helper 2 cells and promotes an interleukin 9-producing subset. Nat Immunol. 2008 Dec;9(12):1341-6.
14.Nembrini C, Marsland BJ, Kopf M. IL-17-producing T cells in lung immunity and inflammation. J Allergy Clin Immunol. 2009 May;123(5):986-94.
15.Meyer EH, Goya S, Akbari O, Berry GJ, Savage PB, Kronenberg M, Nakayama T, DeKruyff RH, Umetsu DT. Glycolipid activation of invariant T cell receptor+ NK T cells is sufficient to induce airway hyperreactivity independent of conventional CD4+ T cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Feb 21;103(8):2782-7.
16.Castro M, Mathur S, Hargreave F, Boulet LP, Xie F, Young J, Wilkins HJ, Henkel T, Nair P; Res-5-0010 Study Group. Reslizumab for poorly controlled, eosinophilic asthma: a randomized, placebo-controlled study. Am J Respir Crit Care Med. 2011 Nov 15;184(10):1125-32.
17.Spergel JM, Rothenberg ME, Collins MH, Furuta GT, Markowitz JE, Fuchs G 3rd, O'Gorman MA, Abonia JP, Young J, Henkel T, Wilkins HJ, Liacouras CA. Reslizumab in children and adolescents with eosinophilic esophagitis: results of a double-blind, randomized, placebo-controlled trial. J Allergy Clin Immunol. 2012 Feb;129(2):456-63, 463.e1-3.
18.Barlow JL, Bellosi A, Hardman CS, Drynan LF, Wong SH, Cruickshank JP, McKenzie AN. Innate IL-13-producing nuocytes arise during allergic lung inflammation and contribute to airways hyperreactivity. J Allergy Clin Immunol. 2012 Jan;129(1):191-8.e1-4.
19.Hams E, Fallon PG. Innate type 2 cells and asthma. Curr Opin Pharmacol. 2012 Aug;12(4):503-9.
20.Scanlon ST, McKenzie AN. Type 2 innate lymphoid cells: new players in asthma and allergy. Curr Opin Immunol. 2012 Dec;24(6):707-12.
21.Wong SH, Walker JA, Jolin HE, Drynan LF, Hams E, Camelo A, Barlow JL, Neill DR, Panova V, Koch U, Radtke F, Hardman CS, Hwang YY, Fallon PG, McKenzie AN. Transcription factor RORα is critical for nuocyte development. Nat Immunol. 2012 Jan 22;13(3):229-36.
22.Gregory LG, Jones CP, Walker SA, Sawant D, Gowers KH, Campbell GA, McKenzie AN, Lloyd CM. IL-25 drives remodelling in allergic airways disease induced by house dust mite. Thorax. 2013 Jan;68(1):82-90.
23.Barlow JL, Bellosi A, Hardman CS, Drynan LF, Wong SH, Cruickshank JP, McKenzie AN. Innate IL-13-producing nuocytes arise during allergic lung inflammation and contribute to airways hyperreactivity. J Allergy Clin Immunol. 2012 Jan;129(1):191-8.e1-4.
24.Iwakura Y, Ishigame H, Saijo S, Nakae S. Functional specialization of interleukin-17 family members. Immunity. 2011 Feb 25;34(2):149-62.
25.Ballantyne SJ, Barlow JL, Jolin HE, Nath P, Williams AS, Chung KF, Sturton G, Wong SH, McKenzie AN. Blocking IL-25 prevents airway hyperresponsiveness in allergic asthma. J Allergy Clin Immunol. 2007 Dec;120(6):1324-31.
上一篇：
Th17细胞及其在哮喘发病中的作用
下一篇：
非病毒性呼吸道感染与哮喘
