激素抵抗性哮喘发病机制的研究进展

吴戈，兀威

(1.西安医学院全科医学院，西安 710077； 2.西安医学院第二附属医院呼吸内科，西安 710038)

随着全球化工业文明及生活方式的变化，支气管哮喘(简称哮喘)的患病率呈逐渐增加的趋势，使个体及社会的发展面临严峻的挑战[1]。虽然糖皮质激素的广泛应用使哮喘的临床症状得到有效控制，但仍有少部分患者的症状改善远未达到临床控制的标准，即为激素抵抗性哮喘(steroid resistant asthma，SRA)，SRA严重影响患者的生活质量，甚至威胁到患者的生命[2]。据统计，SRA约占哮喘的10%，但这仅是部分地区的发病率，我国和全球范围的发病率尚无准确的统计[3]。目前，糖皮质激素联合β2受体激动剂已成为治疗哮喘和控制气道炎症的主要药物，但仍有少数患者对糖皮质激素治疗的反应较差，临床症状控制效果欠佳。此类患者即使加大剂量或长期使用糖皮质激素，其症状、肺功能也无显著改善，而严重的、激素不良反应的发生率仍较高，这类对糖皮质激素敏感性低的哮喘类型即为SRA[4]。研究显示，中、重度哮喘患者中的免疫炎症反应是由非嗜酸粒细胞介导的，而且这种炎症反应与辅助性T细胞(help T cell，Th)1/Th17的免疫应答增高有关[5-6]。另外，糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)数量和结构的变化、非典型致病菌的感染等也是SRA的发病机制之一。现就SRA发病机制的研究进展予以综述。

1 Th细胞在SRA中的作用机制

1.1Th17细胞 经典的哮喘发病的主要细胞分子机制建立在Th1/Th2细胞失衡的基础上，进而导致一系列炎症因子生成失衡，从而引发哮喘。Th17细胞是一类新近发现的Th细胞，因Th17细胞主要分泌特征性的细胞因子——白细胞介素(interleukin，IL)-17，而被命名为Th17细胞。Th17由调节性T细胞在IL-6 和IL-23等细胞因子的作用下，通过级联信号转导的导引分化而成[7]。研究发现，视黄酸相关孤儿核受体γt能够特异性诱导调节性T细胞向Th17细胞分化[8]。成熟的Th17 细胞主要产生IL-17，在哮喘的发病中发挥重要作用。同时，Th17细胞通过自身分泌的数种细胞因子参与多种自身免疫性疾病的发生发展，如IL-9、IL-23、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子等，这些细胞因子具有很强的促炎作用，尤其是IL-17A/F 在炎症性疾病的发生、发展中发挥重要作用[9]。

Th17细胞及其产生的细胞因子参与SRA气道炎症和气道高反应性(airway hyperresponsiveness，AHR)的发生。临床证据表明，部分SRA患者气道黏膜炎症细胞与通常的激素敏感性哮喘明显不同，在SRA患者的气道中可见大量中性粒细胞浸润，而非经典哮喘患者通常是嗜酸粒细胞浸润[10]。IL-17对成纤维细胞、气道上皮细胞及气道平滑肌细胞等也有显著的诱导活化作用，活化后的Th17细胞可分泌大量的IL-8和粒细胞集落刺激因子等细胞因子，这些炎症因子可促进中性粒细胞的分化及成熟，同时IL-8还是目前已知的、最强的中性粒细胞趋化因子，可促进气道炎症的发生、发展[11]。IL-17和IL-17F能诱导肺上皮细胞等分泌炎症因子和趋化因子，如CXC趋化因子配体[chemokine (C-X-C motif) ligand，CXCL]1/重组人生长调节致癌基因α、CXCL2和IL-8，从而诱导中性粒细胞浸润[12]。中性粒细胞性哮喘患者的气道中核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3和胱天蛋白酶1水平均显著升高，同时存在IL-1β反应过度以及Th17细胞分化和IL-17过量产生，这些均与AHR和严重哮喘表型相关[13]。

1.2Th9细胞 Th9细胞是由Th0细胞分化而来，是哮喘发病中重要的炎症细胞[14]。经过卵蛋白激发，且经过地塞米松(examethasone，Dex)预处理后，由Th2细胞介导的哮喘气道炎性小鼠肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中的嗜酸粒细胞数量显著减少，而Th9细胞介导的气道炎症不受Dex的影响，BALF中的嗜酸粒细胞数量并未减少，提示Th9细胞可能参与类固醇抗性哮喘的发病机制[15]。有研究分别以Th2细胞和Th9细胞介导气道炎症小鼠模型，并通过卵蛋白特异性抗原诱导嗜酸粒细胞在小鼠肺内的大量积聚和AHR；通过Dex治疗后，Th2细胞介导的哮喘小鼠BALF中嗜酸粒细胞的数量显著降低，而以Th9细胞介导的哮喘小鼠BALF中嗜酸粒细胞的数量则无显著变化[16]。因此，在体外通过Dex处理可减弱Th9细胞中抗原诱导的IL-9表达，且Th9细胞介导的气道炎症不受Dex的影响。这一机制与Th17细胞相关的气道中性粒细胞募集不同，提示Th9细胞可独立诱导哮喘患者对糖皮质激素的抵抗。

2 GR异常介导SRA的分子机制

2.1GR表达减少 在变应原诱发的哮喘患者BALF中，转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)水平显著增加，而这种细胞因子由气道上皮细胞分泌；研究显示，TGF-β1能够使激素受体的表达下调，从而降低气道上皮细胞对激素的反应，但并不影响GR与激素的结合能力[17]。研究发现，GR的多态性与激素抵抗具有密切关系，核受体亚家族3C组成员1基因突变所诱发的GR功能缺陷是家族性SRA发病的重要基因特征[18]。与GR功能密切相关的维生素D受体基因，其亚型FokI和ApaI的表达在激素抵抗患者中均显著增高，且表达增高与血中维生素D水平呈负相关[19]。

2.2GR亚单位表达增加 GRα亚单位(GRα)在体内广泛分布，GRα的主要功能是诱导和抑制靶基因表达。GRβ亚单位(GRβ)是GRα介导的反式激活和反式阻抑的主要负性抑制剂。某些促炎细胞因子可上调GRβ的表达，而GRβ与GRα竞争性地结合激素反应元件，减弱了GRα的生理功能，这可能是SRA发生的主要原因之一[20]。有研究通过支气管镜行支气管组织活检取得SRA患者的上皮细胞，结果发现，GRβ信使RNA表达水平显著升高，GRβ在上皮细胞中的表达亦显著增加，提示在SRA患者中存在GR向GRβ表达明显偏移的现象[21]。有研究对健康人群、轻度哮喘患者及SRA患者血中单核细胞GRα与GRβ的检测发现，SRA患者单核细胞GRβ水平显著增高，而GRα水平与SRA患者的年龄呈负相关[22]。

2.3GR核转位及结合缺陷 GR存在较多的修饰位点，受体的异常修饰可影响糖皮质激素的活性。研究发现，IL-2和IL-4在SRA患者中的分泌显著增多，且经过IL-2和IL-4处理的单个核细胞表现出对类固醇不敏感的细胞学特征，通过抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPK)可使激素不敏感性的单个核细胞恢复对激素的敏感性，而且受损的GR核转位与皮质类固醇敏感性及疾病严重程度的丧失有关[23]。另一方面，p38 MAPK通过磷酸化未配体的GR并将其隔离在细胞质中导致了激素抵抗的发生[24]。有研究对健康人群、非重度哮喘患者以及重度哮喘患者气道平滑肌细胞的检测，发现哮喘患者GR的表达较健康人群下降49%，而且气道平滑肌细胞中核转位受损的GR表达降低，这与Dex介导的依赖核因子κB基因启动子的p65募集减弱相关，可能是严重哮喘对激素抵抗的基础[25]。对糖皮质激素作用的分子机制进行研究发现，MAPK磷酸酶-1表达降低和c-Jun氨基端激酶活性增加均可使GR的磷酸化水平升高，而肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及其他炎症细胞因子可通过活化c-Jun氨基端激酶，直接磷酸化GR上的丝氨酸，从而抑制GR与激素反应元件结合[26]。此外，GR的激活抑制了信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)5和STAT5的上游激活物——Janus激酶3信使RNA的表达，在细胞质中STAT5结合GR并阻止GR核易位，此作用可逆转类固醇激素的抵抗[27-28]。

3 感染导致的SRA

3.1真菌感染导致的SRA 真菌暴露可增强过敏原驱动的Th2型反应，促进严重过敏性哮喘的发生，但该作用与真菌致敏无关，可采用β-葡聚糖和中和IL-17A来消除。此外，真菌感染所致的SRA，其特征包含了Th2细胞和Th17细胞反应以及IL-13+IL-17+CD4+产生的双重T效应细胞，SRA依赖于真菌诱导的Th17细胞反应，因为在IL-17RC-/-小鼠中恢复了对激素的敏感性[29]。在哮喘患儿中，真菌暴露与血清IL-17A和哮喘严重程度增加有关；同时，真菌是有效的免疫调节剂，对哮喘具有强大的促进作用，而这一作用不依赖于真菌的抗原性[30]。将野生型小鼠暴露于交链孢菌，其表现出嗜酸粒细胞为主的Th2型炎症反应，暴露于交链孢菌的IL-4、IL-13和STAT6缺陷小鼠主要表现为中性粒细胞反应[31]。STAT6-/-小鼠的中性粒细胞性哮喘伴有TNF-α、CXCL1、CXCL2和CXCL5等在肺组织表达水平的升高，且具有激素抵抗性的特点[32]。这些研究表明，阻断Th17细胞信号仅部分减少了气道中性粒细胞数和炎症程度，在Rag和CD4缺陷的小鼠中可见气道中性粒细胞增多，表明抑制中性粒细胞反应依赖于T细胞产生Th2细胞因子，且气道中性粒细胞增多主要是对变应原的先天反应。

3.2非典型致病菌引发的SRA 非典型致病菌是临床感染的重要致病菌，而且在社区获得性肺炎感染中比例逐年增高[33]。研究发现，肺炎衣原体感染与哮喘的发病机制密切相关，导致哮喘免疫反应改变，类固醇抵抗和敏感哮喘患者外周血单核细胞肺炎衣原体血清状态与某些细胞因子的产生具有相关性，在肺炎衣原体血清阳性患者中可检测到明显的自发性IL-10分泌，激素抵抗的患者IL-10分泌水平显著高于激素敏感患者；此外，抗类固醇血清反应阴性的患者，在抗原刺激下产生的IL-10水平显著高于抗类固醇血清反应阳性的患者[34]。有研究采用衣原体和流感嗜血杆菌感染哮喘小鼠，然后采用克林霉素和阿莫西林给予抗感染治疗，仅克拉霉素可抑制SRA的气道炎症和AHR，这种作用是通过降低TNF-α和IL-17水平来实现的[35]。这是因为只有克林霉素可以杀灭肺炎衣原体，而阿莫西林不具有此作用。

3.3病毒感染引发的SRA 甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒可诱发哮喘小鼠1型和2型免疫反应，导致嗜酸粒细胞和中性粒细胞在气道聚集，并表现出激素抵抗及AHR的特点[36]。感染常可导致血中炎症细胞增多，而这种炎症细胞以中性粒细胞和淋巴细胞为主，而且依赖于Th1和Th17细胞反应，这可能是病毒感染诱发SRA的机制之一[5]。

4 其他因素

4.1细胞因子与SRA 研究发现，激素不敏感性哮喘患者BALF中的胸腺基质淋巴细胞生成素较激素敏感性哮喘患者显著增高，同时IL-7与胸腺基质淋巴细胞生成素通过MAPK激酶和STAT5信号通路激活对激素的抵抗[37]。IL-25和IL-33也通过不同的信号通路介导了激素治疗的敏感性[38]。一项研究表明，在柴油燃烧颗粒物诱导的哮喘小鼠模型中，那些表现出对激素不敏感的小鼠血浆中IL-33水平均显著增高，从另一方面提示IL-33与激素抵抗具有密切的关系[39]。

4.2肥胖及脂代谢 亚油酸是一种多不饱和脂肪酸，与哮喘和糖皮质激素敏感性有关。在哮喘小鼠模型中，13-S-羟基亚油酸可诱导线粒体功能障碍，同时伴有严重的气道阻塞和中性粒细胞性气道炎症，研究显示，摄入13-S-羟基亚油酸可导致原来对激素敏感的哮喘小鼠产生激素抵抗，而给予亚油酸治疗进一步增加了AHR和杯状细胞化生[40]。13-S-羟基亚油酸诱导的激素抵抗与小鼠中上皮细胞磷酸化核因子κB的增加及GRα转录物水平降低有关，由于13-S-羟基亚油酸是一种天然代谢产物，可能是肥胖或消耗高脂肪饮食哮喘患者激素抵抗的重要原因[41]。Singh等[42]研究发现，使用高脂饮食诱导的肥胖小鼠被屋尘螨致敏时显示出激素抵抗的特征，Dex治疗不能降低高脂肪喂养的哮喘小鼠的AHR、气道重构及气道炎症；此外，这些高脂肪喂养的小鼠显示出精氨酸酶活性及诱导型一氧化氮合酶表达的增加，而Dex干预的非肥胖哮喘小鼠诱导型一氧化氮合酶和精氨酸酶Ⅰ的表达均降低。由此推测，激素抵抗的肥胖哮喘患者的发病机制可能源于一氧化氮代谢的改变及其诱导的气道重构。

5 小 结

SRA的发病机制涉及多种细胞和基因调控因子，而且GR的构象改变及其基因表达的多态性也是SRA重要的发病机制。维生素D受体基因的多态性也参与SRA的发病。真菌、肺炎衣原体及病毒呼吸道感染也可诱发SRA。感染所致的SRA多与启动气道中性粒细胞募集及Th17细胞的过度反应有关。此外，IL-25、IL-33及脂质代谢与SRA密切相关，尤其是高脂饮食和肥胖将会增加哮喘患者对激素的抵抗性。总之，进一步加强对SRA发病机制的研究，有助于寻找更为有效的治疗方法。