哮喘发病机制的新认识

郑涛 教授赵顺英 教授

赵顺英教授 2009年7～10月作为访问学者在Johns Hopkins医学院学习，学习期间得到了郑涛教授的热情接待和悉心指导。郑涛教授对哮喘发病机制做了很有意义的研究。行前受《中国循证儿科杂志》编辑部的委托，以儿童哮喘发病机制为题做一期专家对谈录，感谢郑涛教授欣然接受邀请。

近年发现Th1/Th2细胞失衡机制不能完全阐明哮喘的发生，越来越多的研究证实哮喘是异质性疾病。最近国外一项对哮喘患者支气管黏膜表达细胞因子的研究发现, 某些哮喘患者并非由Th2细胞驱动，这些患者对糖皮质激素的治疗反应不佳。首都医科大学附属北京儿童医院曾对哮喘患儿痰液细胞进行了分析，结果发现哮喘患儿痰液中嗜酸粒细胞增多，而非哮喘患儿痰液的中性粒细胞增多。根据这一研究结果以及Th1和Th2细胞各自不同的免疫作用，我们非常赞成哮喘是异质性疾病，因病毒感染、过敏原接触以及运动等不同诱因或在哮喘发病的不同阶段，机体的免疫应答各异，并非所有哮喘患者均为Th2细胞驱动的气道慢性炎症或在哮喘的发生和发展过程中并非均为Th2细胞免疫反应占优势。目前，中国儿科医生对有关哮喘发病机制的研究仍围绕着Th1/Th2细胞失衡机制，郑教授对哮喘发病机制尤其是Th1/Th2细胞失衡的研究颇有造诣，您是如何评价Th1/Th2 细胞在哮喘发病中的作用及有何新的发现？

郑涛教授 尽管目前对于哮喘发病机制的研究和理解取得了很大进展，但对于哮喘尤其是哮喘不同亚群的发生机制仍然了解不透彻，哮喘的病因和发生机制的确具有异质性，传统认为哮喘是气源性致敏原诱导，Th2细胞免疫反应驱动，由细胞因子包括IL-4、IL-5及 IL-13介导的气道炎症，其中IL-13由Th2细胞、嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞以及肥大细胞等产生。基于哮喘动物模型的研究以及IL-13在哮喘患者气道黏膜表达升高的证据，认为IL-13是引起哮喘气道炎症的中心介质。随之针对Th2细胞分泌的细胞因子如何引起像哮喘样的病理和生理机制进行了许多基础研究，并由此研发Th2细胞因子抑制剂作为新型哮喘治疗的药物。但目前更多的证据表明在人类哮喘中，有很大部分的病例可能由其他类型的炎症驱动，特别是对哮喘气道炎症细胞组分的研究提示存在独特的嗜酸粒细胞和非嗜酸粒细胞的表型。

近年来，认识到在哮喘气道慢性炎症中积聚的CD4淋巴细胞由Th1或Th2 细胞构成，最近已发现第3组产生IL-17的CD4+T细胞亚群，称Th17细胞。由于认识到Th17细胞因子家族具有炎症前细胞因子的特性，使得对特应性炎症调节机制的认识更加复杂化(图1)。Th17细胞的发现导致了Th1/Th2细胞平衡观念的修正以及影响了对慢性组织炎症发生机制的认识和展望。Th17细胞的许多炎症效应是因为其分泌的细胞因子IL-17而发挥的。如IL-17可上调许多CXCR2趋化因子，包括CXCL1、CXCL6、CXCL8及促中性粒细胞生存因子(单系集落刺激因子和粒细胞集落刺激因子)在上皮细胞的表达，提示Th17细胞对于严重哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)患者出现的以中性粒细胞为主的气道炎症，起促进和维持中性粒细胞炎症发展的作用。

图1 特应性炎症调节机制

目前，研究发现T细胞亚群Th17在调节肺部炎症中性粒细胞和巨噬细胞中起作用，在严重的抗类固醇哮喘的Th17细胞表达中有潜在作用，这种严重的抗类固醇哮喘与肺部炎性中性粒细胞相关。临床研究发现哮喘患者中IL-17水平升高，IL-17水平与中性粒细胞的存在及肺功能损伤的程度相关。Th17细胞是产生IL - 17的细胞，形成了独特的系谱RORγT表达淋巴细胞，T细胞在TGF-β、IL-6、IL-1β和IL-23作用下产生两极分化。IL- 17是重要的细胞因子，通过聚集中性粒细胞和肺结构细胞的直接影响抵抗种类繁多的病原体(包括细菌、真菌和病毒)。

儿童哮喘不同于成人。哮喘在不同年龄阶段，从婴儿期至青春期也可能出现明显不同的表现型。人们正在从肺功能、肺生理以及免疫病理的角度揭示和定义这些差异，可能在很大程度上促进了儿童哮喘异质性的研究发现。环境暴露与基因易感性共同造成了哮喘的异质性。这些环境因素包括微生物产物、室内外过敏原、不良的空气质量以及吸烟环境。这些不同的环境因素最终决定了哮喘患儿的预后，使得某些儿童患过敏性哮喘。呈现气道嗜酸粒细胞炎症以及Th2细胞免疫反应占优势，气道结构发生的一些变化与气道重塑一致，患儿对吸入糖皮质激素治疗有良好的反应；当暴露于不良的空气环境、吸烟环境以及感染时，可能呈现气道中性粒细胞炎症，患儿对吸入糖皮质激素的治疗反应不佳。半胱氨酸白三烯是儿童哮喘的重要介质之一，但在不同人群，其与哮喘严重性的关系并不一致。

赵顺英教授 已公认过敏性鼻炎和哮喘有共同的促发因素和免疫病理途径，两者都是以嗜酸粒细胞为主的炎症，存在着内在的相互作用机制，在治疗上也推行统一治疗。特应性皮炎与哮喘有关联，如某些哮喘患儿同时合并特应性皮炎，或既往有特应性皮炎病史。GINA提出特应性皮炎是预测喘息婴幼儿发展为哮喘的主要高危因素之一。您通过对“特应性前进过程”( The atopic march) 的研究，提出早期干预特应性皮炎有助于阻止哮喘的发生。目前您的研究发现在表皮角质细胞和气道上皮细胞同时高表达的胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)在特应性皮炎和哮喘发病中具有重要作用，即TSLP将特应性皮炎和哮喘的发生联系在一起。有研究认为皮肤表皮角质细胞(皮肤屏障损害)在特应性皮炎发病中起重要作用。通过国内外大量研究，目前认为支气管上皮细胞(气道屏障损害)在哮喘发病中也起重要作用。有关上皮细胞在过敏性疾病发生和发展中的作用受到美国过敏、哮喘和免疫协会(AAAAI)2009年会议的高度重视，因此从上皮细胞在特应性皮炎以及哮喘发病中的重要作用而言，可否认为特应性皮炎和哮喘为机体内外同一屏障，同一种疾病？

郑涛教授 “特应性前进过程”是对特应性疾病进展过程的描述，即从小婴儿特应性皮炎(过敏性湿疹)到过敏性鼻炎，最终在年长儿发展为哮喘的过程。湿疹是哮喘发生的高危因素，纵向研究证实湿疹与哮喘的发生有关。但有湿疹的儿童以后发展为哮喘的比例有25%～80%的差别。湿疹的发生率正在增加，类似于其他特应性疾病，包括过敏性鼻炎和哮喘，支持了这些疾病分享共同的环境和基因诱因。同样，过敏性鼻炎也是哮喘的危险因素，在“特应性前进过程”中，能够先于哮喘发生。

过敏性鼻炎和哮喘是气道炎症性疾病，通常合并存在。在哮喘患者中鼻炎的发生率为80%～95%，50%的鼻炎患者合并哮喘。对室内外的过敏原均过敏的鼻炎患者比仅对室内或室外过敏原过敏者更容易患哮喘。哮喘和鼻炎似乎是由于致敏个体存在上下气道的过敏原诱发的类似炎症过程。鼻和肺应被看作连续性气道结构，而不应看作两个独立的结构，“信息”可从两个方向相互传播，从这一层面上提出了同一种气道的概念。有过敏性鼻炎而无哮喘的个体，在自然接触过敏原或经试验暴露过敏原后，均可出现下气道炎症；在哮喘出现症状之前，下气道炎症可能已存在。

近年来，认为哮喘与特应性皮炎是上皮细胞性疾病，Th2细胞炎症起重要作用。TSLP是皮肤和气道上皮细胞产生的细胞因子，可通过上皮细胞Toll-like受体活化诱导产生。TSLP对树突细胞极性分化的调控作用强大，使其形成有利于Th0细胞向Th2细胞分化的微环境，引导以Th2细胞为主的炎症反应，将上皮细胞活化和过敏性炎症从根本上联系在一起或作为天然免疫和过敏性疾病之间的重要桥梁。另外，TSLP可与肥大细胞产生直接相互作用，启动Th2细胞因子产生，并可提供非T细胞途径信号，介导过敏前效应。尽管早些时候认为上皮细胞纯粹是屏障结构，现认为通过分泌许多细胞因子、趋化因子和生长因子，上皮细胞引导慢性炎症和重塑过程，其中上皮细胞产生的TSLP的作用已被人类哮喘、特应性皮炎以及小鼠模型研究证实。我们发现TSLP在IL-13转基因小鼠特应性皮炎模型中明显升高，极大促进了IL-13诱导的特应性皮炎的发生。

赵顺英教授 哮喘和特应性皮炎均为上皮细胞性疾病，在发病机制和治疗方面有何差异?

郑涛教授 特应性皮炎和哮喘在其他发病机制方面以及在治疗方法上是存在差异的。迄今尚未见文献正式提出“机体内外同一屏障，同一种疾病”的概念。对上皮细胞作用分析，尤其是目前发现TSLP在特应性皮炎和哮喘发病中的作用分析结果提示，两者存在共同的屏障障碍机制，近期有人提出除了早期治疗原发性皮肤屏障缺陷外，选择性抑制TSLP的作用，可能是阻止特应性皮炎发展为哮喘的关键。究竟“机体内外同一屏障，同一种疾病”的概念对于特应性皮炎和哮喘发病机制的理解及总结是否恰当或者对治疗有何指导价值，有待于进一步深入研究明确。

赵顺英教授 已公认病毒、支原体感染可导致或诱发哮喘发作，多数人认为细菌感染不诱发哮喘发作。我们在临床注意到细菌感染，如化脓性扁桃体炎或细菌性肺炎可诱发哮喘急性发作。近来有学者提出细菌超抗原在特应性皮炎和内源性哮喘发病中起作用，您正在从事金黄色葡萄球菌超抗原和特应性皮炎方面的研究，如何认识细菌超抗原在特应性皮炎和哮喘发病中的作用机制以及对哮喘防治的重要性？

郑涛教授 超抗原由细菌和病毒蛋白家族构成，能够诱导免疫系统的广泛活化。多数患者气道黏膜广泛存在的金黄色葡萄球菌，可以感染特应性皮炎的皮肤。在气道和皮肤存在的金黄色葡萄球菌超抗原，强烈提示与特应性皮炎和气道疾病的发生有关。>90%的特应性皮炎患者皮肤上存在金黄色葡萄球菌的慢性定植，导致过敏原的致敏、皮肤炎症以及对局部糖皮质激素治疗的抵抗。超抗原在哮喘发生中可能起一定作用，因为金黄色葡萄球菌和其他产生超抗原(超过敏原)的微生物可能在气道上皮细胞定植。在特应性皮炎的皮肤和哮喘的气道局部，超抗原刺激多克隆T、B细胞增殖，导致经典的B细胞向IgE转型以及黏膜B细胞产生超抗原特异性IgE。超抗原特异性IgE抗体自身可引起慢性炎症，并引起皮炎、鼻炎以及哮喘患者黏膜肥大细胞和抗原呈递细胞对常存在过敏原的持续致敏。另外，金黄色葡萄球菌超抗原能够抑制T调节细胞的活性(T调节细胞在正常情况下能抑制炎症反应)，并引起激素抵抗状态，使过敏性疾病和气道疾病复杂化。应用抗体祛除产超抗原的微生物或抗生素治疗可能将极大增强抗哮喘以及抗皮炎的治疗效果。

赵顺英教授 肠道微生态环境在免疫发展中起重要作用，近十年来，过敏性疾病发病率上升，可能与环境因素有关。卫生学假说认为，婴儿期缺乏某些微生物刺激，婴儿期使用益生菌，改变肠道微生态环境以及塑造宿主免疫反应，为预防过敏性疾病提供了合理性。有研究发现应用益生菌或益生元可预防特应性皮炎，但对预防哮喘的研究结论似乎并不一致，您预测这些方法在临床应用的前景如何？

郑涛教授 一些临床研究显示应用益生菌或益生元调节肠内菌群，可以改善肠道微生物环境，能够有效地预防患儿湿疹。益生菌主要包括乳酸杆菌以及双歧杆菌，而益生元为低聚糖，可以促进肠道内双歧杆菌的生长。它们通过多种不同的机制发挥功能，例如：降低肠道pH值，减少致病原的定植和入侵，改善机体的免疫功能等。应用益生菌预防儿童特应性皮炎的临床试验显示，对于有个人或家族过敏史的孕妇来说，产期应用益生菌可以预防其婴儿患特异性皮炎。对于哮喘的预防来说，近期的Meta分析文章结论有冲突，可能与菌株选择、干预时间和入选人群特征等因素有关。 临床将益生菌或益生元用于过敏性疾病尚需要充分的研究，如需要确定剂量、细菌菌株、干预时机以及有关不良反应等证据。目前有关湿疹的研究结论令人鼓舞，特殊的益生菌或益生元可能会成为预防和处理过敏性疾病的有价值方法。

赵顺英教授 谢谢郑教授介绍了您对哮喘发病机制的研究和丰富认识，受益匪浅。

郑涛教授 非常感谢编辑部提供了这次对话的机会，更希望这个对谈能对中国儿科医生有所裨益。