支气管哮喘的生物靶向治疗机制、现状及展望

王艳泓 邱玉英

支气管哮喘，简称哮喘，是由多种细胞(嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、气道上皮细胞等)和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病，具有明显的异质性。许多症状难以控制的哮喘患者主要的治疗方法是口服糖皮质激素，但是口服糖皮质激素有一系列的副作用。靶向生物制剂可以作为吸入糖皮质激素(inhaled corticosteroid, ICS)和长效β2受体激动剂(long acting beta-agonists, LABA)的附加治疗，为难治性哮喘及重症哮喘患者带来了新的希望。目前开发出的大多数生物制剂都以Th2细胞因子，如白介素-5(interleukin，IL-5)、IL-4、IL-13为靶点，现对在哮喘发病中起重要作用的免疫球蛋白(immunoglobulin, IgE)、IL-5、IL-4、IL-13以及相关单克隆抗体作一综述。

一、IgE及相关单克隆抗体

当外源性变应原通过吸入、食入或接触等途径进入机体后被抗原提呈细胞(如树突状细胞、巨噬细胞)内吞并激活T细胞。活化的辅助性Th2细胞产生IL， 如IL-4、IL-5、IL-13等激活B淋巴细胞，使之合成特异性IgE抗体，后者附着于肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面而致敏。当过敏原再次进入体内，可与结合在细胞表面的IgE交联，使该细胞合成并释放多种活性介质导致平滑肌收缩、黏液分泌增加、炎症细胞浸润，产生哮喘的临床症状(早发相反应)[1]。过敏原特异性IgE也可促使Th2细胞分化并分泌IL-4和IL-5等细胞因子，促进以嗜酸性粒细胞为主的炎症细胞的附着和浸润，级联扩大炎症反应，导致气道收缩、组织损伤以及气道重塑，患者再次出现喘息等症状(迟发相反应)。此外，IgE可直接激活气道平滑肌细胞(airway smooth muscle cells, ASMCs)产生细胞因子(IL-4，IL-5，IL-13，TNF-α), 胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic matrix lymphocytes poietin, TSLP)，趋化因子(CCL5，CCL11，CXCL8, CXCL10)和传统介质，并导致ASMCs增殖和收缩[2]。在IgE的刺激下，ASMCs还产生和分泌细胞外基质蛋白，这是气道壁重构的关键因素。总的来说，IgE广泛的功能使其成为过敏性炎症过程致病机制的核心。

奥马珠单抗(Omalizumab)： Omalizumab是一种重组的人源化IgG1单克隆抗体，是哮喘领域的第一个靶向治疗药物。Omalizumab选择性地与游离IgE的CH3结构域结合，阻止其与效应细胞(肥大细胞、嗜碱性粒细胞、抗原提呈细胞)表面的高亲和力受体FceR Ⅰ相结合，减少炎症细胞的激活(如肥大细胞的脱颗粒)和多种炎性介质释放，从而阻断诱发过敏性哮喘的级联炎症反应。Omalizumab还可使FceR Ⅰ受体表达下调52%～83%，减少外周血和组织中嗜酸性粒细胞的数量[3]。多项国外Ⅲ期临床研究结果显示，已接受ICS治疗的中重度哮喘患者使用Omalizumab治疗28～52周后，能够显著减少急性发作次数、急诊就诊率和住院率，有效改善哮喘症状，还可减少口服激素和急救药物的使用量[4-5]。Li等[6]发表的Ⅲ期临床研究结果显示，对于我国规律使用中高剂量ICS+LABA(GINA第4级治疗)后部分控制或未控制的过敏性重症哮喘患者，使用Omalizumab治疗24周后肺功能、哮喘症状及生活质量等均得到明显改善。最近几年的国内外对比研究显示，Omalizumab的疗效及安全性相仿[6-7]。Omalizumab常见的不良反应包括注射部位反应、关节痛、鼻咽炎和头痛。上市后监测数据表明，有0.09%的患者出现过敏反应。Omalizumab最早于2002年被澳大利亚首次批准上市，至今已在全球超过90个国家批准用于临床。2017年8月诺华集团的茁乐(Omalizumab)正式在中国国家食品药品监督管理总局批准后上市，是目前国内唯一上市的治疗哮喘的单克隆抗体。Omalizumab已作为哮喘的第5级治疗被列入我国的哮喘指南中，适应证为：经过3级或4级规范化治疗后仍不能控制的血清IgE增高的成人(≥18岁)或青少年(12～18岁)哮喘患者。

二、IL-5及相关单克隆抗体

IL-5是一种细胞因子，它接触抗原后，能促进活化的B细胞向产生抗体的浆细胞分化，诱导骨髓干细胞向嗜酸性粒细胞增殖分化，并对嗜酸性粒细胞的成熟、活化和外周血中嗜酸性粒细胞的存活起着核心作用。嗜酸性粒细胞(eosinophile granulocyte, EOS)和IL-5在哮喘发病中发挥极其重要的作用，急性加重的哮喘患者体内IL-5水平显著高于非哮喘患者，EOS被选择性趋化并延长其存活时间，被活化的EOS还提高了抗体依赖细胞介导的细胞毒作用(antibody dependent cell mediated cytotoxicity, ADCC)和抗体诱导的EOS脱颗粒等。以小鼠为模型的动物实验研究显示，IL-5缺乏的小鼠对甲胆碱或吸入过敏原不产生气道高反应性[8]，IL-5还参与气道重塑。这些结果均证明了IL-5和嗜酸性粒细胞与哮喘反复急性加重有密切的关联。

1. 美泊利单抗(Mepolizumab)： Mepolizumab是一种针对IL-5的人源化IgG1单克隆抗体，与IL-5具有高度亲和力与特异性，能有效阻止IL-5与嗜酸性粒细胞表面的IL-5受体复合物的A链结合，选择性抑制嗜酸性炎症，减少痰液和血液中嗜酸性粒细胞数量。2014年Bel等[9]进行为期24周的Ⅲ期临床研究，研究招募了135例难治性哮喘患者(口服糖皮质激素或高剂量ICS和至少另一种控制药物无法控制症状)。研究显示，与安慰剂组相比，每4周皮下注射100 mg的Mepolizumab受试者口服糖皮质激素(oral corti costeroids, OCS)剂量平均下降基线总体50%，并能改善哮喘症状的控制。在减少OCS剂量的情况下，治疗组患者年急性加重率减少32%。其他关键性Ⅲ期试验中，同时使用高剂量ICS和另一种控制药物的576例严重哮喘患者随机接受每4周一次100 mg皮下注射或静脉注射75 mg Mepolizumab或安慰剂治疗。结果表明，与安慰剂组相比，无论是静脉注射还是皮下注射，治疗组均能显著降低需要住院或急诊就诊的平均加重率(分别为32%和61%)，并改善了FEV1和生活质量[10]。这些研究证明使用Mepolizumab是一种临床有效的治疗手段。Mepolizumab最常见的副作用包括头痛、注射部位反应(红肿热痛、瘙痒)、上呼吸道感染、恶心、疲劳等，但是治疗组与安慰剂组不良反应发生率比较差异无统计学意义[9-10]。Mepolizumab是第一种抗IL-5单克隆抗体，并于2015年被FDA批准用于治疗12岁及以上的严重嗜酸性哮喘患者，用法为每4周皮下注射100毫克。

2. 瑞利珠单抗(Reslizumab)： Reslizumab是一种人源型IgG4单克隆抗体，与Mepolizumab在针对IL-5方面具有相似的作用机制。2015年Castro等[11]就Reslizumab是否可以减少迟发性哮喘患者的发作频率进行了为期52周的Ⅲ期临床试验。实验数据显示，治疗组(3 mg/kg，静脉注射，4周1次)与安慰剂组相比，Reslizumab降低早发性哮喘患者42%的发作率和迟发型哮喘患者75%的发作率， 同时FEV1和ACQ评分改善，以及痰嗜酸性粒细胞的减少。2016年两项Ⅲ期研究数据表明[12-13]，与安慰剂组相比，接受Reslizumab治疗的哮喘患者FEV1有明显的改善，还提高了ACQ和哮喘生活质量问卷(AQLQ)的得分。与Mepolizumab相比，使用Reslizumab的受试者中0.3%发生过敏反应，但经过临床标准治疗可完全缓解。基于这些有利的研究， Reslizumab于2016年3月获FDA批准，其商品名为Cinqair，是继Mepolizumab之后全球第二个获批上市的抗IL-5单克隆药物。对于难以控制的迟发性嗜酸性粒细胞性哮喘患者，Reslizumab是辅助治疗的理想选择。

3. 苯拉丽珠单抗(Benralizumab)： Benralizumab是一种人源性IgG1单克隆抗体,它通过与IL-5受体α亚基的抗原表位特异性结合发挥作用。与其他IL-5拮抗剂相比，它通过一种完全不同的机制降低血嗜酸性粒细胞及其前体。该单克隆抗体的研制是考虑到仅靶向IL-5可能不会充分耗尽组织内嗜酸性粒细胞，因为嗜酸性粒细胞可能从IL-5以外的细胞因子，如IL-33和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)获得生存信号。Benralizumab的恒定区(Fc)与肥大细胞,嗜碱性细胞和自然杀伤细胞表面的受体 (FcγRIIIa)紧密结合，最后在嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞上诱导ADCC。其结果是痰和组织中的嗜酸性粒细胞几乎完全耗尽(分别为90%和96%)，骨髓和血液中的嗜酸性粒细胞也几乎完全耗尽[14]。2016年5月SIROCCO和CALIMA两项Ⅲ期临床试验结果发表。SIROCCO[15]试验纳入了1 204例使用高剂量ICS和长效β2-激动剂(LABA)后在过去一年里出现了两次或两次以上的病情恶化的哮喘患者。他们随机接受每4周30 mg，每4周服用前三剂后改为每8周30 mg和安慰剂治疗。在每8周使用30 mg的治疗组数据显示肺功能及哮喘评分有改善，在4周和8周剂量组中，FEV1分别升高106 ml(95% CI)和159 ml(95% CI)。一个类似的试验， CALIMA也得出相似的结论[16]。此外,这两个试验都显示恶化率(与安慰剂组对比，SIROCCO试验组降低45%，CALIMA组降低36%)与外周血嗜酸性粒细胞计数降低。Nair等[17]为评估Benralizumab在减少哮喘患者口服糖皮质激素用量中的作用而进行了一项名为ZONDA的临床随机对照研究，该研究纳入220例需要口服糖皮质激素来控制症状的重症哮喘患者。研究结果显示，治疗组受试者使用OCS剂量的中位数比基线降低了75%，其中基线强的松剂量小于或等于12.5 mg/d的受试者大约有一半可完全停止口服糖皮质激素，而安慰剂组患者使用OCS剂量的中位数仅比基线降低了25%。Benralizumab诱导的嗜酸性粒细胞的持续组织耗竭可能引起对肿瘤、感染和自身免疫性疾病的理论风险的关注。然而，一些数据已经证实哺乳动物中嗜酸性粒细胞的缺失与任何病理学无关。现有数据表明，目前的抗嗜酸性粒细胞治疗是安全的，尽管需要长期研究来证实其安全性。由阿斯利康制药公司研发的Benralizumab(前三次30 mg每4周，然后每8周一次)于2017年11月被FDA 批准用于12岁以上重症EOS型哮喘的辅助治疗。

三、IL-4/IL-13及相关单克隆抗体

IL-4与IL-13的基因紧密连接，两者氨基酸序列有20%～25%的同源性，蛋白结构具有一定的相似性，他们共享IL-4Rα受体，与之结合形成复合体激活下游分子通路。IL-4和IL-13由2型辅助性T淋巴细胞和2型固有淋巴细胞产生。IL-4和IL-13均能促进杯状细胞过度表达，增加黏液分泌，以及气道高反应性。IL-4对Th0细胞向Th2细胞分化至关重要，是驱动Th2细胞分化和产生下游细胞因子(包括IL-5和IL-13)的主要细胞因子，同时可诱导B细胞产生IgE的类别转换[18]。IL-13可促进B细胞合成IgE抗体，增强嗜酸性粒细胞作用，促进肥大细胞增殖和活化，增加上皮细胞的渗透性，促使纤维母细胞转化为肌成纤维细胞。

1. 利布里卡珠单抗(Lebrikizumab)和特洛基单抗(Tralokinumab)： Lebrikizumab和Tralokinumab是两种针对IL-13的IgG4单克隆抗体，可结合游离IL-13。Ⅱ期研究显示[19]，对于血清骨膜蛋白高的中重度哮喘患者，Lebrikizumab对肺功能及症状控制有一定的改善。随后进行两个平行的Ⅲ期RCT(LAVOLTA Ⅰ和Ⅱ)研究[20]，以评估Lebrikizumab对难治性哮喘患者的有效性和安全性。LAVOLTA Ⅰ达到了它的主要终点，表明在血清骨膜蛋白或血嗜酸性粒细胞水平较高的人群中，哮喘发作率显著降低，并显示出肺功能有显著改善。不幸的是，LAVOLTA Ⅱ研究没有证实同样的结果，Lebrikizumab似乎降低了IL-13，但哮喘发作没有显著降低，进一步的试验已经暂停。另一个抗IL-13的单克隆抗体为Tralokinumab，一项Ⅱb期研究[21]未能显示出其对中重度哮喘患者具有临床疗效。Chung等[22]对几项研究(MESOS、STRATOS 1和2)进行了分析，证实Tralokinumab对哮喘无效，推测抗IL-13的作用可能对控制嗜酸性气道炎症并不重要。因此，仅以IL-13为靶点可能不足以对这些患者的病情恶化和哮喘控制提供有临床意义的改善。

2. 度匹鲁单抗(Dupilumab)： Dupilumab是一种完全人源性抗IL-4Ra的单克隆抗体，抑制IL-4Ra与IL-4和IL-13结合，从而阻断Th2炎症的关键驱动因子IL-4和IL-13介导的信号通路。一项Ⅱb期研究发现[23]，Dupilumab能够降低接受中-高剂量ICS和LABAs的未控制持续性哮喘患者重度急性发作的发生率，同时能够改善其肺功能和生活质量。Castro等[24]在Ⅲ期临床试验中表明，接受单抗治疗的患者哮喘严重恶化率显著降低，且肺功能及哮喘症状控制明显改善，嗜酸性粒细胞基线水平高的患者获益更大。近期的荟萃分析也显示[25]，未控制的哮喘患者给予 Dupilumab 作为附加治疗，可显著减少重症哮喘的急性发作并改善FEV1，除注射部位反应外并未增加其他不良事件的风险。Dupilumab似乎是一种很有前途的治疗严重哮喘的候选药物，一项迄今为止规模最大的Ⅲ期临床试验正在进行，以进一步证明Dupilumab对无控制、中度至重度哮喘患者的疗效和安全性。最近，美国食品和药物管理局(FDA)批准Dupilumab作为附加治疗用于12岁及以上难以控制的EOS表型或皮质类固醇依赖性的中重度哮喘患者。

四、 IL-17及相关单克隆抗体

Th17细胞通过分泌IL-17A、IL-17E、IL-17F、IL-22等，促进中性粒细胞活化和募集，促进气道炎症的发生和发展。中性粒细胞性哮喘与难治性哮喘、重症哮喘密切相关，提高了患者的住院率和病死率。人类体外实验[26]支持IL-17A 在激素抵抗型重度哮喘中发挥重要作用，它能上调糖皮质激素受体β的表达并在外周单核细胞诱导类固醇抵抗。哮喘患者痰中 IL-17A 蛋白表达与中性粒细胞募集及气道高反应性呈正相关。此外，气道平滑肌细胞药物可以表达 IL-17RA、IL-17RC 和IL-22R1， 经 IL-17A、IL-17F、IL-22 刺激后，ASMC 可发生增殖和迁移，这是气道重塑的重要机制，越来越多的证据显示，哮喘患者气道 IL-17 的存在与中性粒细胞性气道炎症、哮喘严重程度有关。

苏金单抗(Secukinumab)和 布洛鲁单抗(Brodalumab)针对哮喘患者IL-17A或IL-17RA信号的生物制剂目前正在临床试验中。Secukinumab是一种以IL-17A为靶点的单克隆抗体，在减轻其他Th17介导的疾病如银屑病和类风湿关节炎的临床症状中显示出疗效，但是针对无控制哮喘患者进行的Ⅱ期研究初步数据显示，哮喘质量控制问卷评分没有差异，故终止试验。 Brodalumab是一种人源性单克隆抗体，可与IL-17RA结合，从而阻断IL-17A、IL-17B和IL-25的活性。Ⅱ期临床试验显示对于中重度哮喘患者[27]，使用单抗治疗后其哮喘质量控制问卷(ACQ)与安慰剂组无显著性差异，虽然Brodalumab能改善FEV1，但是这种药物导致了精神健康问题，包括临床试验中的自杀，从而导致进一步试验的终止。临床上还需要进一步的研究来明确评估抗IL-17抗体在哮喘治疗中的疗效，尤其是症状难以控制的中性粒细胞性哮喘。

五、其他生物靶向治疗药物的进展

1. 胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)： 许多过敏原，包括屋尘螨，能够通过病原体识别受体(pathogen recognition receptor, PAR)和toll样受体(toll like receptors, TLR)直接激活气道上皮细胞(Airway epithelial cells, AECs)，产生TSLP、IL-25和IL-33等细胞因子。TSLP能通过活化固有淋巴细胞、T细胞和B细胞来调节Th2型反应。Tezepelumab是一种针对TSLP的人源性IgG2单克隆抗体，目前尚处于研究阶段。Corren等[28]进行的一项随机双盲安慰剂对照的Ⅱ期临床研究发现，接受中-高剂量吸入性糖皮质激素及长效支气管扩张剂治疗后哮喘症状未控制的患者使用Tezepelumab治疗52周后，与安慰剂组相比，哮喘年急性发作率明显降低，并且与患者基线血嗜酸性粒细胞计数无关。低、中、高三种不同剂量的单抗治疗52周后，FEV1均有增加。此外，Tezepelumab 能减少呼出气一氧化氮水平、血液嗜酸性粒细胞计数和血清总 IgE 水平。安全性方面，Tezepelumab 组和安慰剂组的不良事件发生率相似。因此，Tezepelumab有望成为一种有效治疗难治性哮喘的新策略。

2. 前列腺素D2(PGD2)： 活化的肥大细胞分泌前列腺素D2(prostaglandin D2, PGD2)，促进Th2细胞释放2型细胞因子IL-2，IL-4，IL-5，IL-13等，促进嗜酸性粒细胞趋化及脱颗粒。PGD2通过三个G蛋白偶联受体起效，主要为DP2/Th2细胞上表达的化学趋向性受体同种分子(CRTH2)。DP2受体(CRTH2)的拮抗剂，已被证明可减轻中度至重度哮喘患者的嗜酸性气道炎症。包括OC000459、QAW039 (fevipiprant)、ARRY-602、AMG853和Setipiprant在内的几项受体拮抗剂的研究结果喜人。在一项随机对照试验中，使用OC000459(2次/d，每次200 mg)治疗患者FEV1的平均改善率为9.2%，而不使用安慰剂治疗的患者FEV1的平均改善率为1.8%[29]。Fevipiprant (QAW039)是Th2细胞上表达的趋化受体同源分子(CRTH2)的拮抗剂。该药物可以结合血液和组织中嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和T淋巴细胞表面的受体，抑制这些细胞在气道组织中的迁移和活化，阻断PGD 2驱动的Th2细胞因子的释放。2期和3期的随机对照试验[30]已经在难治性哮喘患者中进行。初步数据证实了良好的安全性，改善了哮喘控制和FEV1。

部分哮喘患者在现有的常规治疗下，即使加大剂量其症状仍难以控制，反而暴露于药物不良反应中。生物制剂为那些对传统规范化治疗无效的哮喘患者提供个体化治疗。目前已有临床试验证实了部分靶向药物的安全性及有效性，Omalizumab, Mepolizumab, Benralizumab等药物已上市，在临床治疗中得到良好疗效，并显示副作用较少，但仍然需要更多的研究来进一步证实，Dupilumab, Tezepelumab, Fevipiprant等单抗正在进行Ⅱ期或Ⅲ期临床试验并取得了可靠结果。同时，随着对哮喘发病机制有了更深层次的了解，可能会逐渐开发出抑制特定信号通路的其他药物，从而进一步减轻哮喘患者的负担。