三种典型上皮因子在治疗过敏性哮喘中的研究进展

彭博 汤葳

上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科200025

目前对于支气管哮喘 (哮喘)的表型和内型研究是哮喘个体化治疗的基础，2019 年开始，全球哮喘防治创议(Global Initiativefor Asthma，GINA)指南[1]已经将重症哮喘的治疗作为单独的章节进行了阐述，其中针对这些重症哮喘的内型是区分不同重症哮喘的基础。哮喘根据其发病机制分为T2型和非T2型，而上皮细胞源性细胞因子胸腺基质淋巴生成素 (thymic stromal lymphopoietin，TSLP)、IL-33和IL-25为典型的T2型免疫的重要调控因子，是过敏性哮喘的重要发生、发展促进因子[2]。

上皮细胞衍生的细胞因子 (上皮因子)通常被认为是屏障上皮应对外界刺激所释放的 “警报素”，这些上皮因子警示免疫系统外界的损伤，并参与组织损伤后的调节修复。对于这些细胞因子作用的理解最初主要集中在2型炎症的早期，但近年来的研究发现，这3种细胞因子为固有免疫和适应性免疫细胞群提供了重要的组织特异性信号。例如，出生时IL-33在肺部的释放有助于建立肺免疫环境，可能通过在围产期肺中建立免疫环境而影响哮喘的易感性，从而影响哮喘的风险和日后的发展；TSLP 可直接作用于树突状细胞，促进Th2 细胞的发育；IL-25 也可以直接促进Th2细胞的分化。TSLP、IL-33 和IL-25 作用于多种天然免疫细胞，在诱导和激活Ⅱ型先天淋巴细胞中尤为重要；在哮喘的神经源性炎症中，TSLP和IL-33可作用于感觉神经元，刺激瘙痒反应[3]。

上皮因子都有特异性受体，分布在先天免疫细胞、获得性免疫细胞、结构细胞表面。通过与这些细胞的结合，活化上述细胞，参与哮喘气道的慢性、急性炎症和重塑过程。与此同时，这些细胞部分也能够正反馈，刺激上皮细胞产生更多的上述上皮因子，促进哮喘气道炎症的加剧。在最常见的嗜酸粒细胞性哮喘的发生、发展中，无论是过敏性的还是非过敏性的嗜酸粒细胞性哮喘 (即可能以Ⅱ型先天淋巴细胞活化为起始)都有上皮因子作为始动因素的参与。在获得性免疫细胞中，IL-33、IL-25 和TSLP 均可作用于树突状细胞、嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞、Th0细胞、Th2细胞、Th9细胞，自然杀伤细胞，促进这些细胞在过敏性炎症中分泌更多的趋化因子和细胞因子，加剧过敏性炎症的反应。总体上，TSLP、IL-33 和IL-25 可通过记忆性Th2细胞亚群促进适应性2 型反应，这些亚群具有TSLP、IL-33和IL-25高受体表达的特征。在过敏性哮喘患者的气道抗原激发研究中发现，吸入过敏原后气道上皮和黏膜下这3种上皮因子的表达均增加[4]。现对这3种上皮因子及其在治疗过敏性哮喘方面的进展分述如下。

1 IL-33

1.1 概述 IL-33是IL-1家族的核细胞因子，表达于上皮屏障组织和淋巴器官[5]。它是参与2型免疫和过敏性气道疾病的关键细胞因子。IL-33在肺上皮细胞中大量表达，在黏膜器官的先天性和适应性免疫反应中发挥着重要作用[6]。在先天免疫中，IL-33与Ⅱ型先天淋巴细胞的相互作用为快速免疫反应和组织稳态提供了一个重要的轴心。在适应性免疫中，IL-33与树突状细胞、Th2 细胞、滤泡T 细胞和调节性T 细胞相互作用，影响慢性气道炎症和组织重塑的发展。IL-33在黏膜免疫反应中的作用机制为：当暴露于过敏原、微生物或环境压力时，上皮细胞会释放IL-33，IL-33激活固有免疫细胞，包括Ⅱ型先天淋巴细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞和肥大细胞，从而驱动2型炎症。同时，IL-33还激活树突状细胞和CD4+T 细胞，促进Th2、滤泡辅助性T 细胞和调节性T 细胞增殖和分化以及B细胞产生抗体[7]。

1.2 IL-33的结构及其细胞外释放机制 人类IL-33蛋白由两个进化保守结构域 (核结构域和细胞因子结构域)组成，两者由高度分化的中心结构域分开，包含染色质结合基序和炎性蛋白酶以及凋亡蛋白酶的裂解位点。IL-33的释放存在特殊的机制：当上皮损伤和应激时，细胞质膜和核膜失去完整性，IL-33在坏死过程中被被动释放。当细胞凋亡时，IL-33保留在细胞内，并被凋亡蛋白酶如caspase-3和caspase-7灭活。当暴露于抗原或受外界环境因素刺激时，全长的IL-33会在组织损伤和细胞死亡 (或细胞应激)时在胞外释放，招募并活化上述先天性和获得性免疫细胞，启动气道过敏性炎症反应。炎症反应产生的蛋白酶又可以反向作用于全长的IL-33，降解其中心结构域，释放IL-1样细胞因子域，从而使其失活[5]。由于IL-33 始终处于一个自动调节的稳态，因此以抗体阻断IL-33 可导致稳态失衡从而诱发其他疾病，而阻断ST2又可能导致游离ST2被阻断，从而影响其他细胞的功能。这也是目前在开发IL-33靶向治疗中的难点。

1.3 IL-33与过敏性哮喘 那么，IL-33与过敏性哮喘之间的临床研究进行的如何? 从患者哮喘表型来看，在Gasiuniene等[8]2019年发表的研究中，观察了IL-33 与哮喘表型之间的关系。研究纳入了哮喘患者 (n=115)和健康受试者 (n=85)，将哮喘患者按表型分为过敏性/非过敏性、嗜酸性/非嗜酸性、肥胖/非肥胖、使用/未使用吸入性糖皮质激素 (inhaled corticosteroids，ICS)、严重程度(根据GINA 分为轻、中、重度)，用酶联免疫吸附试验法测定血清中IL-33的浓度。结果显示，过敏性哮喘患者的血清IL-33水平高于非过敏性哮喘患者和健康受试者，嗜酸粒细胞性哮喘患者高于非嗜酸粒细胞性哮喘患者，未用ICS的哮喘人群高于已经使用了ICS的患者，在肥胖与否和严重程度方面没有获得有统计学差异的结果[8]。在人群年龄方面的差异也有一篇2019年发表的临床研究，该研究发现非老年性哮喘患者的血清IL-33水平低于老年性哮喘患者[9]。

在哮喘急性加重的相关研究中发现，在急性加重期，患者上呼吸道 (鼻咽拭子采样后测定)的IL-33 水平与上呼吸道IL-5 和IL-13 水平相关 (R =0.84、0.76，P 值均＜0.01)，也与下呼吸道 (通过诱导痰样本测定)的IL-13水平相关(R =0.49，P =0.03)，都较非急性加重显著增高[10]。m RNA 表达也有同样的相关性。下呼吸道IL-13水平与下呼吸道IL-33 水平也呈正相关 (R =0.84，P ＜0.01)，IL-13、IL-33 水平与呼出气一氧化氮呈正相关，IL-5水平与嗜酸粒细胞呈正相关。而且，这种IL-33和T2型细胞因子之间的相关性即使在急性加重4 周后仍然存在[10]。另一篇研究证明了支气管纤毛细胞是IL-33在病毒驱动下的哮喘恶化过程中的一个主要的局部来源[11]。在病毒感染时，IL-33通过抑制固有免疫反应和获得性免疫反应削弱了抗病毒能力，是导致病情恶化的必要因素。通过尘螨致敏小鼠模型发现，IL-33减弱了哮喘小鼠上皮细胞和树突状细胞产生可以抗病毒的干扰素-β的水平，也降低了树突状细胞产生Th1型抗感染免疫的活性，但对Th2型免疫反应没有影响，故导致气道高反应性和过敏性气道炎症的长时间存在，从而促进病毒诱发过敏性哮喘炎症的发生、发展[11]。

2 IL-25

2.1 概述 IL-25是一种多源化的上皮因子。它可以由多种细胞产生，包括结构细胞——上皮细胞、内皮细胞；先天免疫细胞——如嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞、肥大细胞和巨噬细胞；获得性免疫细胞——Th2 细胞，是典型的T2炎症因子。它的受体也分布在以上这些细胞上，此外还包括一些近年来发现或证实的细胞亚类，如Th9细胞，先天淋巴细胞Ⅱ型，Ⅱ型髓样细胞。另外，自然杀伤性T 细胞、树突状细胞、成纤维细胞上也发现其受体的存在。这些细胞和IL-25之间形成互动，导致过敏性炎症和组织过度修复，从而促进Th2型气道炎症和气道重塑，促进了哮喘的发生、发展[12]。

2.2 IL-25与过敏性哮喘 Beale 等[13]研究发现，哮喘恶化时鼻病毒诱导的IL-25促进Th2型炎症和过敏性肺部炎症的发生。鼻病毒感染后，健康个体和哮喘患者的鼻黏液中IL-25蛋白表达均显著增加，在哮喘患者中，IL-25表达水平增加更高。我们之前的研究也证实，IL-25及其受体的两个部分——IL-17RA 和高亲和力受体IL-17RB 在过敏性哮喘患者嗜酸粒细胞中较过敏性非哮喘患者和正常人群的表达增高[14]，抗原激发试验可导致哮喘患者嗜酸粒细胞表面的IL-25受体在抗原刺激后7 h和24 h动态增高[15]。团队的其他成员所进行的研究也证实在嗜碱粒细胞和树突状细胞中也存在同样的情况。而且，随着抗原激发的过程，过敏性哮喘患者的血浆IL-25 水平也呈动态的增高[16-17]。我们近期的研究还发现，对尘螨过敏的过敏性鼻炎合并过敏性哮喘患者进行尘螨特异性免疫治疗，血浆IL-25 水平在治疗后第12个月较治疗基线显著下降，同时伴随着尘螨特异性IgG4 水平 (即特异性免疫治疗阻断抗体)的明显增高。

IL-25作为T2炎症的成员之一，也可以作为一种哮喘内型进行患者临床特征的探索。来自武汉同济甄国华教授的团队在2014年的Blue Journal中发表了有关IL-25内型哮喘的研究结果[18]：他们发现，哮喘患者支气管黏膜的上皮因子转录水平IL-25显著高于健康对照组，黏膜下IL-25阳性的细胞数目在哮喘患者显著增多，支气管刷检标本中IL-25特异性高亲和力受体IL-17RB 的转录体水平也在哮喘患者中较对照组显著增高，两者具有相关性。以支气管黏膜IL-25表达中位水平进行划分，将哮喘患者分为IL-25高表达内型组和IL-25 低表达内型组。分析的结果显示，相较于低表达内型，高IL-25 表达内型组的诱导痰、支气管内膜上皮中嗜酸粒细胞的比例更高、基底膜增厚更为明显、皮肤点刺试验阳性的过敏原种类更多，血清IgE 水平和外周血嗜酸粒细胞计数也更高。但也看到了IL-25 高表达内型的优点，即患者对吸入激素的治疗敏感性更好：高IL-25 内型组治疗4 周后第1 秒用力呼气容积 (forced expiratory volume in one second，FEV1)和气道高反应性(PD20水平)的改善值较低内型组显著增高，且疗效持续至第8周，提示IL-25高表达内型是一种更为良性的哮喘内型[18]。

3 TSLP

3.1 概述 TSLP是一种多效性细胞因子，最初被认为是淋巴细胞生长因子。它是一种上游细胞因子，通过与由TSLPR 和IL-7受体 (IL-7R)组成的高亲和力异构体受体复合物结合而发挥其生物学活性。TSLP 主要由活化的肺和肠上皮细胞、角化细胞和成纤维细胞表达。然而，树突状细胞、肥大细胞和其他免疫细胞也可能产生TSLP[19]。

3.2 TSLP在过敏性哮喘中的作用机制 在肺内，不同表型/内型哮喘的发病机制中涉及的广泛的刺激，如过敏原、细胞因子、呼吸道病毒、细菌和真菌产物、机械应激和香烟烟雾提取物等，都可诱导肺上皮细胞释放TSLP。释放的TSLP与效应细胞表面的TSLP高亲和力受体TSLPR 结合，同时与其受体的另一部分IL-7Rα形成异二聚体，启动效应细胞的活化。TSLP 的效应细胞和后续的效应反应包括：肥大细胞、活化后释放细胞因子和趋化因子；树突状细胞和Ⅱ型先天淋巴细胞，活化后促进Th2型炎症反应的极化；嗜酸粒细胞和嗜碱粒细胞，活化后促进细胞活化脱颗粒[20]。而且，不同的细胞信号转导途径有所不同，TSLP/TSLPR/IL-7Rα形成三聚体后，激活JAK1和JAK2激酶，通过丝裂原活化蛋白激酶途径促进嗜酸粒细胞的趋化和存活；通过核因子κB 的活化促进树突状细胞的Th2细胞极化；通过信号转导和转录激活因子5以及信号转导和转录激活因子3的磷酸化途径导致细胞增殖、抗凋亡和迁移功能[21]。

3.3 TSLP抗体的临床应用研究 对于上皮因子抗体的研究最为成熟的是抗TSLP抗体，2014年的新英格兰医学杂志就发表了加拿大Mc Master哮喘研究中心的TSLP 抗体临床研究数据：治疗前，过敏性哮喘患者在特异性过敏原激发后均产生典型的气道速发相和迟发相反应 (即吸入过敏原后7 h和24 h内的双向FEV1的降低)，抗TSLP抗体治疗后的第1个月和第2个月，再次进行过敏原激发后治疗组的FEV1降低明显减弱，与安慰剂组比较差异有统计学意义。同时还伴随着外周血嗜酸粒细胞计数、诱导痰嗜酸粒细胞计数和呼出气一氧化氮减少[22]。目前，全球有5种抗TSLP抗体进入临床研究阶段[21]，绝大多数都是重组的IgG1单克隆抗体，其中美国食品药品监督管理局已经批准Amgen公司的Tezepelumab已经进入Ⅲ期临床研究，属于IgG2γ单克隆抗体。

4 展望

目前，针对于上皮因子表型的治疗方面还仅仅处于起步阶段，很多针对T2 类型的抗体理论上可以通过负反馈的机制改善上皮因子的过度表达。新近对于奥马珠单抗的研究就证实了这一点，来自气道上皮因子高表达的患者奥马珠单抗治疗的有效性比低表达患者更好。气道上皮既是哮喘炎症的受累靶点，也是参与哮喘启动和发生、发展的重要源头[23]。上皮因子是各类亚型哮喘的重要始动和促进因子，尤其是过敏性哮喘。上皮因子与过敏性哮喘之间的相关靶细胞 (先天免疫细胞和获得性免疫细胞)之间都存在密切的作用，从不同的机制 (抗原依赖性和非抗原依赖性)促进过敏性哮喘的发病，分析上皮因子的内型可能对今后的个体化治疗产生影响。目前针对上皮因子内型哮喘的研究主要还集中在动物、细胞体外研究和体内前研究阶段，对于不同上皮因子内型在不同哮喘表型中的分布尚不清楚。针对上皮因子的靶向治疗研究也正在不断深入。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突