肺炎支原体引起哮喘发病机制的研究

苑鑫 柏长青

支气管哮喘是呼吸系统患者就诊最常见原因之一。目前发现哮喘是一种异质性疾病，可分多种表型，主要特点为气道慢性炎症，早期气道呈可逆性损伤，随着炎症渐进性进展，晚期气道损害呈不可逆性[1]。

关于哮喘的发病机制，目前进行了多方面的研究，包括感染因素、基因易感性、环境因素等。其中由于哮喘主要表现为气道的慢性炎症，感染性因素一直是关注的热点之一。临床发现鼻病毒、呼吸道合胞病毒、肺炎支原体(mycoplasma pneumoniae, MP)和衣原体是引起哮喘发生、发展和急性加重最常见的病原体[2-3]。肺炎支原体由于黏附在呼吸道上皮细胞表面，不易被清除，常引起气道的慢性炎症，临床症状以慢性咳嗽或喘息最为常见，因此MP与哮喘的关系日益受到了人们的重视。一项长达8年、大规模的临床数据分析发现，感染MP患者的哮喘发病率明显高于非MP感染患者，早发或迟发型哮喘均与MP感染关系密切[4]。也有多项临床研究提示哮喘首发或急性加重均与MP有关[5-6]。

一、肺炎支原体引起哮喘的相关性研究

MP经飞沫进入呼吸道后，通过以P1蛋白为主的黏附复合体黏附在呼吸道上皮细胞表面，对组织细胞造成损害，并通过信号转导通路等途径引起炎性反应，进一步产生气道内慢性炎症、气道高反应性和气道结构改变。目前关于MP与哮喘的研究，已建立了成熟的体外细胞培养模型、小鼠MP感染诱发哮喘模型，发病机制研究主要体现在以下几个方面。

1. 细胞损伤和功能影响: MP侵入呼吸道后，可造成对气道和外周血中多种细胞的影响：①呼吸道上皮细胞：MP黏附在呼吸道上皮细胞表面，由于MP自身不能合成营养要素，需从上皮细胞汲取，同时在局部产生的代谢产物如过氧化氢和氧自由基等导致对上皮细胞的损害。MP还可产生一种独特的使细胞ADP核糖基化和空泡化的毒素-即社区获得性呼吸窘迫综合征(community acquired respiratory distress syndrome, CARDS)毒素，直接损害上皮细胞。上皮细胞受损后，可释放多种炎性因子和黏液素[5]。通过体外人呼吸道上皮细胞培养，发现MP感染对不同部位气道上皮细胞的影响不一样，大气道产生转化生长因子-b1(transforming growth factor-b1, TGF-b1)增多，小气道产生趋化因子RANTES增多[7]；②呼吸道巨噬细胞：巨噬细胞通过MyD-88 NF-κβ通路可清除MP[8]，MP反过来可通过自噬和Toll样受体4(Toll-like receptors-4, TLR-4)引起巨噬细胞内部较强的炎症反应[9]； ③呼吸道肥大细胞：MP感染后，P1蛋白可诱发呼吸道肥大细胞增多，释放白介素-4(interleukin-4, IL-4)、IL-6和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)炎症因子，可导致气道高反应性；肥大细胞在敏感状态下也有清除MP的作用[10]；④呼吸道其他炎性细胞：MP感染后，肺内嗜酸细胞细胞增多，T细胞、B细胞聚集，主要表现为Th2为主的炎性反应[11]；⑤外周血中细胞的变化：树突状细胞增多，树突细胞上TLR-2、TLR-4增加[12]；特应性体质儿童合并MP感染后血中嗜酸细胞在愈合期和随访期升高[13]。

2. 分子和蛋白的影响: MP感染后，喘息患者肺泡灌洗液中IL-4、IL-4/干扰素(interferon- γ, IFN-γ)、免疫球蛋白E(immunoglobulin E, IgE)升高[14];外周血中发现IL-5、IL-9、IL-17、TNF-α，IgE、白三烯B4、嗜酸细胞阳离子蛋白(eosinophil cationic protein, ECP)、血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial cell growth factor, VEGF)、血管内皮素-1(endothelin-1, ET-1)升高[13，15-16]。难治性哮喘患者血中CARDS毒素升高[17]。体外人呼吸道上皮细胞实验和小鼠试验发现，MP感染后肺泡灌洗液中CARDS毒素和黏液素生成增多。CARDS毒素是一个相对分子量为68×103的蛋白质，由基因 MPN372编码，具有ADP核糖基转移活性、表面活性物质黏附能力、使上皮细胞空泡化退化的能力。在MP不同生长的时间段CARDS毒素产生量不同。CARDS毒素mRNA在MP早期指数生长期时是最大量表达，在中后期表达量下降。免疫荧光共聚焦显微镜提示MP在感染不同正常人呼吸道上皮细胞时就开始产生CARDS毒素[18]。所以CARDS毒素的产生和调节与感染的周围环境以及MP自身生长的时间有关。CARDS毒素可通过与存在于呼吸道上皮细胞表面或内部的膜联蛋白A2结合， 产生空泡化来发生作用。CRARDS毒素能导致小鼠的Th-2型炎性因子IL-4、IL-13升高30倍，Th-2型趋化因子CCL17、CCL22 升高70～80倍，导致一系列混合性细胞炎性反应，包括嗜酸细胞增多、T细胞、B细胞聚集，黏液化生[11]。这些炎性反应又可导致气道高反应性和顺应性下降。黏液素的产生是哮喘急性加重的一个环节。黏液素增多的机制主要是MP通过二酰化脂蛋白与TLR-2结合，激活上皮细胞的NF-κB通路，使黏液素MUC5AC产生增加[19]；也有研究发现MP通过上游IL-4、IL-6和IL-13的升高，上调STAT-6/STAT-3和EGFR信号通路，使黏液素产生增多[20]。可溶性MP抗原可使分布在气道平滑肌和嗜酸细胞表面的白三烯受体I型表达增加[21]，血中白三烯B4浓度升高，推测白三烯通路也可能在MP导致的气道高反应性中发挥了作用。SHP-1是一种蛋白质酪氨酸磷酸酶，在哮喘或宿主保护反应中起负反馈调节作用。MP感染时，发现非哮喘患者SHP-1明显升高，但哮喘患者没有明显升高。敲除SHP-1后，非哮喘患者呼吸道上皮细胞表达IL-8、NF-Kb等明显升高，而在哮喘患者中则没明显改变。说明SHP-1在哮喘患者呼吸道上皮MP感染后的炎性反应中起重要的负反馈调节作用[22]。SPLUNC1是大气道上皮细胞产生的一种蛋白，能下调自身浓度，降低由于MP脂蛋白引起的IL-8升高。IL-13能降低SPLUNC1的表达，减少MP的清除。哮喘患者SPLUNC1表达下降，可能会容易引起气道细菌感染[23]。MP感染后IFN-γ被抑制，也会加重气道炎症和气道高反应性[24]。肺泡上皮细胞培养和小鼠动物试验证实，MP感染可增加 TGF-b[7]，使胶原蛋白在气道管壁沉积增多[25]，并参与气道结构重建。

3. 基因相关性: 关于MP感染、哮喘与基因相关性方面的研究较少。有研究发现表面蛋白SP-A2等位基因多态性可影响宿主与MP的结合以及宿主免疫反应。敲除SP-A基因的小鼠对支原体膜片段更敏感，更易产生较多的黏液素和造成中性粒细胞聚集。将人hSP-A2 223K基因转给小鼠，与敲除SP-A基因的小鼠比较，其黏液素和中性粒细胞聚集减少。但如果将人hSP-A2 223Q基因转给小鼠，黏液素的产生和中性粒细胞聚集就等同于SP-A敲除的小鼠。表面蛋白SP-A主要通过EGFR信号通路抑制支原体膜片段刺激黏液素产生[26]。RANTES趋化因子也叫CCR5，是一种在过敏性和感染性疾病中产生的趋化因子，与哮喘存在一定的相关性。目前发现CCR5受体基因如果存在CCR5Δ32等位基因缺失性突变，可降低哮喘发生的概率[27]。

二、我国肺炎支原体感染引起哮喘发病机制的研究现状和意义

MP是呼吸道感染最常见的病原菌之一。由于MP体外培养相对困难，培养周期长(2～4周)，国内大多实验室不常规开展；MP血清学检测阳性率低，且需要至少7～10 d的时间，临床应用可行性差；分子聚合酶链反应(Polymerase chain reaction, PCR)技术快速灵敏，但在大部分基层医院不能常规开展。因此MP相关生物学信息的研究和与哮喘关系的研究，在我国相对滞后，国内只有少数团队开展。但MP作为我国社区获得性肺炎的首位致病菌，且对大环内酯类耐药性居全球第一，在我国及时开展MP与哮喘的相关性研究还是具有很好的临床指导意义。在我国这种特定的背景下，了解MP是否是导致感染性哮喘最常见的直接病因，或者近些年来我国哮喘发病率升高是否与之有关，都是值得临床探究的问题。研究MP与哮喘的关系，特别是研究MP感染如何诱发哮喘发作，有可能找到早期预测MP引起哮喘发作的Marker，以及早期干预减少MP感染诱发哮喘发作新方法，并为加深哮喘发病机制的理解及加强哮喘防范提供新的思路和防治措施。

参 考 文 献

1 王长征. 改善支气管哮喘控制现状，需要重视患者的长期管理[J/CD]. 中华肺部疾病杂志(电子版), 2013, 6(4): 296-298.

2 Darveaux JI, Lemanske RF Jr. Infection-related asthma[J]. J Allergy Clin Immunol Pract, 2014, 2(6): 658-663.

3 Carr TF, Kraft M. Chronic infection and severe asthma[J]. Immunol Allergy Clin North Am, 2016, 36(3): 483-502.

4 Yeh JJ, Wang YC, Hsu WH, et al. Incident asthma and Mycoplasma pneumoniae: A nationwide cohort study[J]. J Allergy Clin Immunol, 2016, 137(4): 1017-1023.

5 Watanabe H, Uruma T, Nakamura H, et al. The role of Mycoplasma pneumoniae infection in the initial onset and exacerbations of asthma[J]. Allergy Asthma Proc, 2014, 35(3): 204-210.

6 Giavina-Bianchi P, Kalil J. Mycoplasma pneumonia infection induces asthma onset[J]. J Allergy Clin Immunol, 2016, 137(4): 1024-1025.

7 Dakhama A, Kraft M, Martin RJ, et al. Induction of regulated upon activation, normal T cells expressed and secreted (RANTES) and transforming growth factor-beta 1 in airway epithelial cells by Mycoplasma pneumoniae[J]. Am J Respir Cell Mol Biol, 2003, 29(3 Pt 1): 344-351.

8 Lai JF, Zindl CL, Duffy LB, et al. Critical role of macrophages and their activation via MyD88-NFκB signaling in lung innate immunity to Mycoplasma pneumonia[J]. PLoS One, 2010, 23, 5(12): e14417.

9 Shimizu T, Kimura Y, Kida Y, et al. Cytadherence of Mycoplasma pneumonia induces inflammatory responses through autophagy and toll-like receptor 4[J]. Infect Immun, 2014, 82(7): 3076-3086.

10 Michels NM, Chu HW, LaFasto SC, et al. Mast cells protect against airway Mycoplasma pneumoniae under allergic conditions[J]. Clin Exp Allergy, 2010, 40(9): 1406-1413.

11 Medina JL, Coalson JJ, Brooks EG, et al. Mycoplasma pneumoniae CARDS toxin induces pulmonary eosinophilic and lyMPhocytic inflammation[J]. Am J Respir Cell Mol Biol, 2012, 46(6): 815-822.

12 Shao L, Cong Z, Li X, et al. Changes in levels of IL-9, IL-17, IFN-γ, dendritic cell numbers and TLR expression in peripheral blood in asthmatic children with Mycoplasma pneumoniae infection[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2015, 8(5): 5263-5272.

13 Kim JH, Cho TS, Moon JH, et al. Serial Changes in Serum Eosinophil- associated Mediators between Atopic and Non-atopic Children after Mycoplasma pneumoniae pneumonia[J]. Allergy Asthma Immunol Res, 2014, 6(5): 428-433.

14 Koh YY, Park Y, Lee HJ, et al. Levels of interleukin-2, interferon-gamma, and interleukin-4 in bronchoalveolar lavage fluid from patients with Mycoplasma pneumonia: iMPlication of tendency toward increased immunoglobulin E production[J]. Pediatrics, 2001, 107(3): E39.

15 Wang L, Chen Q, Shi C, et al. Changes of serum TNF-α, IL-5 and IgE levels in the patients of mycoplasma pneumonia infection with or without bronchial asthma[J]. Int J Clin Exp Med, 2015, 8(3): 3901-3906.

16 Jeong YC, Yeo MS, Kim JH, et al. Mycoplasma pneumonia infection affects the serum levels of vascular endothelial growth factor and interleukin-5 in atopic children[J]. Allergy Asthma Immunol Res, 2012, 4(2): 92-97.

17 Peters J, Singh H, Brooks EG, et al. Persistence of community acquired respiratory distress syndrome toxin-producing Mycoplasma pneumonia in refractory asthma[J]. Chest, 2011, 140: 401-407.

18 Kannan TR, Musatovova O, Balasubramanian S, et al. Mycoplasma pneumoniae Community Acquired Respiratory Distress Syndrome toxin expression reveals growth phase and infection-dependent regulation[J]. Mol Microbiol, 2010, 76(5): 1127-1141.

19 Chu HW, Jeyaseelan S, Rino JG, et al. TLR2 signaling is critical for Mycoplasma pneumoniae-induced airway mucin expression[J]. J Immunol, 2005, 174(9): 5713-5719.

20 Hao Y, Kuang Z, Jing J, et al. Mycoplasma pneumoniae modulates STAT3-STAT6/EGFR-FOXA2 signaling to induce overexpression of airway mucins[J]. Infect Immun, 2014, 82(12): 5246-5255.

21 Watanabe H, Uruma T, Tsunoda T. Influence on the respiratory tract of the Mycoplasma pneumoniae pneumonia as a manifestation factor of bronchial asthma[J]. Jpn J Mycoplasmol, 2012, 38: 33.

22 Wang Y, Zhu Z, Church TD, et al. SHP-1 as a critical regulator of Mycoplasma pneumoniae-induced inflammation in human asthmatic airway epithelial cells[J]. J Immunol, 2012, 188(7): 3371-3381.

23 Chu HW, Thaikoottathil J, Rino JG, et al. Function and regulation of SPLUNC1 protein in Mycoplasma infection and allergic inflammation[J]. J Immunol, 2007, 179(6): 3995-4002.

24 Martin RJ, Chu HW, Honour JM, Harbeck RJ. Airway inflammation and bronchial hyperresponsiveness after Mycoplasma pneumoniae infection in a murine model[J]. Am J Respir Cell Mol Biol, 2001, 24(5): 577-582.

25 Chu HW, Rino JG, Wexler RB, et al. Mycoplasma pneumoniae infection increases airway collagen deposition in a murine model of allergic airway inflammation[J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2005, 289(1): L125-133.

26 Ledford JG, Voelker DR, Addison KJ, et al. Genetic variation in SP-A2 leads to differential binding to Mycoplasma pneumoniae membranes and regulation of host responses[J]. J Immunol, 2015, 194(12): 6123-6132.

27 Ungvári I, Tölgyesi G, Semsei AF, et al. CCR5 Delta 32 mutation, Mycoplasma pneumoniae infection, and asthma[J]. J Allergy Clin Immunol, 2007, 119(6): 1545-1547.