维生素A缺乏对免疫细胞的影响及其在哮喘中作用的研究进展①

2020-01-14刘闪闪闫东梅崔巍巍

中国免疫学杂志 2020年7期

刘闪闪朱迅李冬闫东梅崔巍巍

(吉林大学基础医学院免疫学系,长春 130021)

现代人类的生活方式影响下，维生素A缺乏仍然是全球范围内最为常见的一种营养素失衡，是威胁人类健康的严重公共卫生问题[1]。维生素A和其代谢产物视黄酸(retinoic acid,RA)对免疫系统发挥其生理和病理功能有着全方面的影响。维生素A的缺乏可以导致机体获得性免疫应答的能力严重受损[2]。Ⅰ 类(IL-12、IFN-γ等)与 Ⅱ 类细胞因子(IL-4、5、13 等) 的平衡在呼吸道黏膜免疫应答中发挥重要作用，其失衡与许多免疫性疾病相关，例如哮喘[3]。

哮喘属呼吸系统常见病，严重威胁人类健康。据世界卫生组织(World Health Organization，WHO)统计，目前全球约有 2.35 亿人罹患哮喘。而我国调查数据显示，2010年14岁以下儿童的哮喘患病率较十年前上升32.70%，全国33个城市儿童哮喘总患病率达2.1%。由于哮喘病因尚不明确，现有治疗手段不足，给患者本人和家庭带来沉重负担，已成为全球性的公共卫生问题[4]

1 哮喘

根据哮喘的发病机制把哮喘分为两种类型，嗜酸性哮喘和非嗜酸性哮喘。嗜酸性哮喘，当过敏原(花粉、灰尘、冷空气等)入侵机体，呼吸道上皮细胞释放胸腺基质淋巴细胞生成素，作用于树突状细胞，然后激活Th2细胞释放IL-5、IL-4、IL-13[5]。IL-4和IL-13作用于B细胞，使其成熟分化，释放IgE。IgE与肥大细胞表面相应的受体结合，使机体处于对该抗原的致敏状态，当相应抗原再次进入机体时通过与致敏肥大细胞表面两个或两个以上相邻IgE抗体特异性结合，使膜表面FcεR交联活化，从而形成肥大细胞脱颗粒的起始信号，使肥大细胞脱颗粒，释放组胺、蛋白酶、细胞因子、白三烯和前列腺素等，导致支气管收缩和气道高反应等一系列哮喘症状[6]。非嗜酸性哮喘的发病机制，目前还是不太清楚。现在的研究认为，在巨噬细胞和中性粒细胞趋化因子CXCL-8作用下，激活Th1和Th17释放细胞因子发挥作用[7]。

2 维生素A的获取、储存和代谢

维生素A以类胡萝卜素的形式，广泛存在于各种植物中，例如胡萝卜、生菜、红薯和红辣椒，以视黄醇的形式存在于金枪鱼、肝、牛奶、鸡蛋等[8]。膳食来源的维生素A被肠上皮细胞吸收，在卵磷脂视黄醇酰基转移酶作用下代谢成视黄醇酯，或者进一步代谢成视黄醛或者视黄酸(RA)[9]。肠上皮细胞可以把视黄醇酯包裹成乳糜微粒，然后输送到淋巴系统或门静脉[10]。其中一部分到达肝脏，变成视黄醇。在肝脏中视黄醇与视黄醇结合蛋白结合，一部分通过血液循环到达消化道和皮肤中，另一部分随胆汁进入小肠中，到达细胞。在视黄醇脱氢酶的作用下，代谢成视黄醛[11]。树突状细胞、上皮细胞和基质细胞等表达视黄醛脱氢酶(RALDH)，它有三种表现形式RALDH1、RALDH2和RALDH3，把视黄醛变成RA[12]。

RA在人体中至少存在六种异构体，在生物学上最普遍的形式all-trans RA。在细胞核中，RA可以激活视黄酸受体(RARs α、β和γ)和视黄酸类受体(RXRs)，视黄酸受体与RA结合，形成异二聚体(RXR)。它可以与DNA上视黄酸反应元件(RAREs)结合，诱导基因表达。RA和RAR结合可以影响转录和翻译[13]。

3 RA在免疫细胞中的作用

3.1RA在巨噬细胞和树突状细胞中的作用巨噬细胞和树突状细胞(dendritic cells，DCs)存于肠道固有层，RA通过调控肠道归巢分子，诱导树突状细胞前体迁徙到肠道。进一步研究发现，当RA缺乏时，会影响树突状细胞数量，说明RA会影响树突状细胞的转录和翻译[14]。RA可以影响DCs细胞分化，DCs细胞可以激活幼稚T细胞DCs表达RAR三种同型，特别是RARα，可以直接与RA结合。RA可以调节脾脏和肠道里的DCs细胞[15]。除此之外，RA可以影响DCs的功能，RA可以影响DCs细胞分泌TGF-β和IL-6的分泌，T细胞表面受体表达[16]。RA可以增加DCs的迁移。DCs可以直接产生RA，这些细胞表达RALDH酶，特别是RALDH2产生RA的细胞主要是CD103+DCs，主要在固有层，也和Peyer′s patches、肠系膜淋巴结有关(MLNs)[17]。在肠道里巨噬细胞表达RALDH1和RALDH2，产生RA[18]。

3.2RA在T细胞中的作用

3.2.1T细胞归巢 RA可以增加CD4+T细胞上α4β7和CCR9的表达，促进其迁徙到肠道固有层和GALT RA/RARα途径可以直接控制整合素α4的表达，当维生素A缺乏时T细胞表面的α4β7 和α4β1减少，会影响T细胞迁徙到组织中[19]。RA可以影响T细胞迁徙，在肠道和GALT中DCs和巨噬细胞都可以代谢产生RA，RA可以促进幼稚CD4+T细胞分化为调节T细胞[18，20]。RA可以增加调节T细胞上α4β7和CCR9，使其具有介导细胞归巢的功能。

3.2.2T细胞激活大量实验研究表明，RA主要是在肠道里产生[21]。但是最近研究表明，在免疫反应中，其他部位也可以产生RA[22]。在肠道可以发现RA信号，皮内给予LPS刺激，在炎症反应部位也发现了RA信号[23]。在T细胞激活过程中，T细胞RARα缺乏时，PLCγ 和ERK磷酸化降低，RA信号减弱[24]。这些结果表明，在免疫反应中RA发挥着重要的作用。

3.2.3调节性T细胞分化调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)在维持肠道内的免疫稳态和对共生菌群和食物蛋白的耐受性方面起着至关重要的作用[25]。调节性T细胞是CD4+T细胞的一个子集，负责诱导和维持外周耐受性[26]。RA通过增加Smad3的表达和磷酸化,然后增强TGF-β信号，影响转录因子调节Foxp3的表达。Foxp3表达的增加，会影响Th17细胞产生IL-6或者IL-21[23]。在肠道相关淋巴组织中，树突状细胞产生RA，RA在幼稚T细胞分化为Treg发挥重要作用[27]。RA通过与Treg受体RARα结合，影响Treg分化[28]。RA通过抑制记忆T细胞产生细胞因子，间接地阻断幼稚T细胞分化为Treg[29]。在体外实验中，CD44+T细胞通过产生IL-4、IL-21和IFN-γ，抑制Treg分化。补充RA可以抑制记忆T细胞产生细胞因子，促进Treg分化。

3.2.4RA在Th17和Th1细胞分化中的作用大量证据表明，在体外实验中，高剂量RA诱导Treg分化，同时抑制Th17细胞反应[30,31]。此外，在体外培养中，加入高剂量RA会抑制Th17和Th1细胞的分化[32]。其他研究表明，RA可能对Th17细胞的分化具有剂量依赖性，较低或生理浓度的RA不能抑制Th17细胞的分化[33]。总之，在高剂量RA通过影响Treg分化，抑制Th17和Th1细胞的分化。肠道树突状细胞和巨噬细胞可以通过产生RA引起不同的T细胞反应。在稳态时，DCs产生的RA通过阻断幼稚T细胞的白细胞介素IL-6、IL-21和IL-23信号，抑制幼稚T细胞向Th17细胞的分化[34]。

3.3RA在ILCs细胞中的作用 Innate lymphoid cells(ILCs)不表达特异性抗原受体，但可以像T细胞一样，产生效应细胞因子的。ILCs在宿主对病原体的防御中发挥重要作用，并可介导组织炎症。ILCs分为三种类型ILC1s、ILC2s和ILC3s。ILC1s表达T-bet和产生IFN-γ，在病原体的胞内感染中发挥作用。ILC2s表达GATA-3和产生IL-5 、IL-13，在寄生虫感染中发挥作用。ILC3s表达RARγt、GATA-3和产生IL-17和IL-22，在细菌的胞外感染发挥作用[35]。

RA对于ILCs的发育和成熟也有着至关重要的影响[36]。ILCs表达归巢受体CCR6、CCR7、CCR9、CXCR6和α4β7，迁徙到肠道里。在ILC1s和ILC3s中，RA可以调控CCR9和α4β7，进而影响它们迁徙到肠道里。但是在ILC2s中CCR9的表达不受RA调控。研究发现当维生素A缺乏时，ILC1s和ILC3s减少，ILC2s增加[37]。

总之，维生素A的缺乏会使机体的适应性免疫应答的功能严重受损。

4 维生素A缺乏与哮喘

4.1Ⅱ 类细胞因子在哮喘疾病发生中的重要作用 Ⅰ 类(IL-12、IFN-γ 等)与 Ⅱ 类细胞因子(IL-4、5、13 等)的平衡在呼吸道黏膜免疫应答中发挥重要作用，其失衡与许多免疫性疾病相关，例如哮喘[3]。尽管在不同类型的哮喘中，Ⅰ 类与 Ⅱ 类细胞因子发挥的功能并不相同，但是目前认为 Ⅱ 类细胞因子在哮喘的发生中起主导作用。其发生机制：由于Th1细胞和ILC1s功能相对抑制,Th2细胞和ILC2s功能相对亢进,使Th2细胞的数量及其分泌的 Ⅱ 类细胞因子增多，IgE大量合成，最终导致哮喘气道改变[38]。

4.2维生素A缺乏促进了Ⅱ类细胞因子的产生机体的营养状态对免疫细胞的数量及其因子的分泌有重要影响。在营养缺乏条件下，免疫功能会受到抑制，辅助性T细胞数量减少、功能严重受损，无法正常分泌Ⅱ类细胞因子[39]。但是，在哮喘中发现，维生素A缺乏促进了Ⅱ类细胞因子的产生和其介导的Ⅱ型免疫应答，从而加重了哮喘疾病的炎症程度[40]。除辅助性T细胞外，同样可以产生Ⅱ类细胞因子的新细胞亚型ILC2s[41]。

4.3维生素A缺乏诱导ILC2s的产生 ILC2在肺部的免疫应答中，起到了至关重要的作用。在OVA诱导的哮喘模型中ILC2的主要诱导因子IL-33的水平有所增高。因此，可以证实ILC2s能够分泌IL-5、IL-13、IL-4等Th2细胞因子，且其表达Ⅱ类细胞因子的能力与呼吸道黏膜免疫关系密切，可能在哮喘疾病的发生发展中具有特殊意义。由此可推测，在维生素A缺乏条件下，加重哮喘疾病程度的Ⅱ类细胞因子的可能来源是ILC2s[40]。

总而言之，维生素A缺乏会导致Ⅱ类细胞因子增加，进而加重哮喘，但是其作用机理还有待研究。