过敏性哮喘中Th2免疫反应的作用和相关机制

王希，姜晓峰

(哈尔滨医科大学附属第四医院检验科，哈尔滨 150001)

哮喘是一种全球常见的慢性疾病，全世界约有3亿人受到困扰，且发病率逐年增高，对患者的身心健康带来损害的同时，也对社会造成了巨大的经济负担；在过去20多年中，由于皮质类固醇等药物的使用，成人和儿童哮喘患者的病死率有所降低，但全世界仍有很多患者因为哮喘而失去生命[1]。过敏性哮喘是最常见的哮喘类型，临床表现为反复发作的喘息、气促、胸闷、咳嗽等症状，但大多可自行或经治疗缓解。气道对多种刺激因子反应性增高，其变应原主要为卵清蛋白、尘螨、宠物皮屑、花粉等物质。过敏性哮喘通常被归类为T细胞介导的疾病，与辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)2和Th2细胞因子[如白细胞介素(interleukin，IL)-4、IL-5和IL-13]作用于免疫细胞和黏膜屏障有关；从免疫学角度分析，过敏性气道炎症主要是由于上皮细胞和免疫细胞被变应原激活，引发随后的免疫反应促使组织修复的过程[2]；病理特征一般表现为反复发作的Th2免疫反应及其导致的嗜酸粒细胞(eosnophils，EOS)性气道炎症和气道重塑变窄[3]。这种由炎症反应导致的气道结构变化不仅在轻度哮喘患者中存在，在重度患者体内气道重塑的程度也更加严重[4]。现就过敏性哮喘中Th2免疫反应的作用及相关机制予以综述。

1 Th2免疫反应与哮喘的关系

在过敏性哮喘发病阶段，Th2免疫反应一直占据着主导地位，大多数哮喘的典型症状由Th2细胞及其分泌的细胞因子的激活导致，包括EOS增多、气道高反应性(hyperresponsiveness，AHR)和高免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)等反应的发生。以往研究认为，Th2细胞诱导的免疫反应是过敏性哮喘发病的主要原因[4]，Th2细胞分泌的高水平致炎因子作用于呼吸道，炎症介质联合并导致平滑肌收缩、杯状细胞增生、黏液分泌增加、血管通透性增高以及EOS浸润，慢性炎症持续进展会破坏气道上皮完整性，所以Th2免疫反应是驱动气道过敏反应的关键因素[5]。

2 参与过敏性哮喘Th2免疫反应的主要细胞的功能

树突状细胞(dendritic cells，DCs)在Th2免疫反应引发的过敏反应和T细胞分化中起关键作用，DCs呈递变应原后会促使CD4+T细胞激活[6-7]，而这一过程是DCs与其他类型细胞通过复杂的相互作用，决定机体对环境变应原的反应是耐受还是过敏性炎症。CD4+T细胞能够协调多种病原体引起的免疫反应，同时也能调节哮喘等疾病，未成熟的CD4+T细胞可向Th细胞分化[如Th1、Th2、Th17和滤泡辅助T细胞(follicular helper T cell，Tfh)][8]。CD4+T细胞在Th2免疫反应中起到至关重要的作用，另外，还有许多非免疫细胞也参与调节该反应。

2.1DCs的作用 DCs是专职抗原呈递的细胞，在适应性免疫应答的发生和发展中起关键作用，许多免疫途径需要DCs及其亚型的参与，基于不同的抗原类型并与之相互作用来调节T淋巴细胞的功能[9]。根据起源不同，DCs可分为3种主要类型，即常规DCs(conventional DCs，cDCs)、浆细胞样DCs和单核细胞衍生DCs，其中cDCs常参与T细胞的启动(如变应原特异性CD4+T细胞的激活)[10]。

根据功能和表型，cDCs又可以进一步分为1型(cDC1s)和2型(cDC2s)，cDC1s为CD103+、cDC2s为CD11b+的cDCs[11]。cDC2s经尘螨诱导可引起Th2免疫反应[12]。通过小鼠模型发现，能够表达干扰素调节因子(interferon regulatory factor，IRF)4/CD11b的cDCs在受到尘螨刺激后会调节Th2细胞因子IL-12和IL-10的生成[13]。IRF4的表达对cDC2s的生物学功能起关键作用，转录因子IRF4可调节cDC2s在皮肤中的迁徙功能[14]、cDC2s主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ类分子的抗原呈递功能[15]以及抗原与Toll样受体(Toll like receptors，TLRs)共同上调IL-10和IL-33的能力[16]。但抑制IRF4的表达是否会影响Th2免疫反应还需进一步研究。另一方面，Nakano等[17]发现，吸入卵清蛋白后表达IRF8/CD103的cDC1s也可以引起Th2免疫反应。因此，诱导Th2免疫反应的能力可能与DCs亚群无关，而是取决于接触的抗原类型。

DCs虽然能够引发Th2免疫反应，但DCs并不能独立激活Th2细胞，因为DCs不分泌Th2炎症极化所必需的IL-4[18]，所以可能还有其他因子共同参与。Hammad等[19]通过制作TLR4-/-小鼠模型，发现气道上皮中的TLRs与DCs成熟有关，用脂多糖刺激后TLR4-/-小鼠体内抗原不能与受体结合，活化DCs的因子如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、IL-1β以及能够驱动Th2免疫反应的IL-25、IL-33、胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphogenin，TSLP)的表达均降低，导致DCs成熟障碍。由此可见，上皮中的TLRs是促进DCs激活引起过敏反应的先决条件。

2.2上皮细胞的作用 气道中DCs的功能与气道上皮细胞有着紧密联系，变应原的水解酶破坏了上皮细胞的完整性并进入组织中影响气道上皮细胞的激活和介质的释放，为DCs活化提供了促炎环境；在上皮细胞中，变应原β-葡聚糖模体的识别，TLR2、TLR4或蛋白酶激活受体2的激活，引起细胞因子和CC趋化因子配体[chemokine(C-C motif) ligand，CCL]释放，而CCL-2、CCL-20、IL-1α、IL-33、IL-25、TSLP和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子均可导致DCs的迁移和激活[20]。

研究发现，当上皮干细胞再次受到相同抗原刺激后，会产生免疫记忆增强对后续抗原的敏感性，但这种增强的敏感性可能会导致自身免疫和过度增殖性疾病[21]。传统观点认为，免疫记忆是由于T/B淋巴细胞参与的适应性免疫反应，再次受到相同或相似抗原刺激导致免疫反应增强的过程[22-23]。研究发现，这种现象不仅存在于免疫细胞中，气道上皮细胞在抗原反复刺激下，其细胞本身也会因转录调控以及代谢的长期改变而出现记忆现象[24]。Schuijs等[25]认为，幼年时期的反复感染能够导致Th2反应下降，降低过敏性疾病的发生率，研究人员用脂多糖反复感染小鼠后再用尘螨致敏，与未感染小鼠相比，感染后的小鼠上皮细胞中趋化和促进DCs成熟的细胞因子含量降低，主要是脂多糖诱导了肺上皮细胞中的泛素化修饰酶A20导致的，A20通过使下游信号分子去泛素化减弱Th2免疫反应，从而预防过敏。气道上皮细胞在反复感染的过程中会形成免疫耐受，引起Th2免疫反应的阈值升高，脂多糖或其他微生物干预上皮细胞产生免疫抑制，使Th2的活性和功能大幅度减弱，能够对过敏性哮喘的预防起到积极作用。

2.3B细胞及Tfh细胞的作用 在过敏性哮喘中，DCs首先可以携带变应原从肺部转移至局部淋巴结，其次可以通过MHCⅡ类分子呈递抗原肽激活抗原特异性CD4+T细胞，但仅由DCs的抗原呈递还不足以发生Th2免疫反应，还需要抗原呈递B细胞的参与[26]。目前普遍认为Tfh可与B细胞相互作用，在浆细胞形成以及抗体类别的转换中发挥关键作用，Tfh能够产生高亲和力的IgE，并能够调节IL-4、IL-13等因子的生成[27]。而Ballesteros-Tato等[26]的研究发现，尘螨致敏小鼠的抗原特异性Tfh细胞在诱导哮喘发作时可以快速分化为浸润肺组织的Th2效应细胞，在B细胞滤泡附近的DCs细胞启动了Tfh细胞反应，而抗原呈递B细胞对抗原的持续呈递是Tfh细胞完成分化的关键步骤，因此，在尘螨致敏阶段，DCs和B细胞的协同作用使Tfh细胞分化为效应Th2细胞的功能加强。

2.42型固有淋巴细胞(type 2 innate lymphoid cells，ILC2s)的作用 上皮分泌的细胞因子IL-25、IL-33和TSLP不仅能促进DCs成熟，也可以在人类和小鼠体内引发ILC2s反应[28]。固有淋巴细胞是不表达抗原受体的效应淋巴细胞家族，根据不同的转录因子和其分泌的细胞因子进行分类，ILC2s缺乏Th2细胞特异性的抗原受体，但可以产生2型细胞因子，因此是Th2免疫反应和过敏性哮喘的重要参与者[29]。此外，上皮细胞分泌的降钙素基因相关肽不仅能够促进ILC2s成熟，而且可使其分泌更多的IL-5，募集EOS，引起一系列Th2免疫反应[30]。另外，ILC2s也可以表达MHCⅡ类分子和共刺激分子[31]，表明其可能也具有抗原呈递的能力，并可以调节CD4+T细胞的活性。参与过敏性哮喘Th2免疫反应的细胞及其在过敏性哮喘中的作用见表1。

表1 参与过敏性哮喘Th2免疫反应的细胞

3 过敏性哮喘中关键细胞因子的作用

过敏性哮喘是由多种细胞(如肥大细胞、EOS和T淋巴细胞、DCs、ILC2s)共同参与的慢性气道炎症，这些炎症细胞增殖和活化离不开自身分泌的细胞因子。参与Th2免疫反应的Th2型细胞因子主要包括IL-4、IL-5和IL-13等。

3.1IL-4 IL-4是由肥大细胞、Eos、DCs和巨噬细胞等产生的多效细胞因子，在IgE炎症反应中起重要作用[32]。IL-4能够促进Th0细胞向Th2细胞方向分化，抑制Th0细胞向Th1细胞分化[33]。通过制作小鼠模型，发现尘螨刺激小鼠体内IL-4生成增多，促进了巨噬细胞极化和杯状细胞黏液分泌增多[34]。在适应性免疫应答中，Th2细胞分泌的IL-4刺激B细胞产生IgE，并结合于肥大细胞和嗜碱粒细胞表面的高亲和性IgE Fc受体，引起组胺及白三烯等的释放[35]。因此，IL-4是调节哮喘气道炎症的关键点。

3.2IL-5 IL-5是Th2细胞衍生的造血细胞因子，在EOS增殖、成熟、迁移和存活中起关键作用，IL-5血清水平与哮喘患者外周血EOS数量相关[36]。IL-5对IL-5受体α亚基具有高亲和力，IL-5受体在EOS表面高表达，表达IL-5受体α的水平是嗜碱粒细胞的3倍，因此IL-5与EOS高度相关[37]。针对严重的过敏性哮喘患者，可以通过阻断IL-5与其受体的结合来进行治疗，而且在过敏性哮喘患者体内EOS增多和高IgE状态常需要IL-5与IL-4协同上调，IL-5与IL-4同时刺激B细胞与单独应用IL-5相比，B细胞产生IgE的能力提高9～14倍，缺乏IL-4的小鼠表现出IL-5生成减少，IL-5依赖性EOS也随之减少[38]。因此，在治疗哮喘过程中IL-5与IL-4联合应用可能会有更好的效果。

3.3IL-13 当变应原进入机体后，IL-13不仅可以由Th2细胞分泌，还可以由肥大细胞、支气管平滑肌细胞等非免疫细胞生成，激活的IL-13可以促进变应原诱导的AHR、增强Ca2+动员导致的气道严重收缩[39]。IL-13长期以来被认为是过敏性哮喘的一个重要调节靶点，有研究发现，IL-13与硫酸酯酶修饰因子2(sulfate-modifying factor 2，SUMF2)有密切的关系，如果用小干扰RNA特定剔除支气管平滑肌细胞中的SUMF2，细胞悬液中的IL-13含量会显著升高，但在瞬时转染过表达SUMF2的淋巴细胞中，IL-13的含量会显著降低，说明SUMF2能阻止IL-13的分泌[40]。因此，SUMF2可以作为新的治疗靶点来阻断IL-13，缓解和治疗哮喘。

3.4其他细胞因子 除上述导致过敏性哮喘症状产生的主要Th2细胞因子外，变应原入侵机体启动了宿主的免疫防御，上皮细胞衍生的细胞因子也参与其中，在细胞损伤或变应原暴露期间，上皮细胞衍生的细胞因子从上皮细胞中释放[41]，包括TSLP、IL-33、IL-25趋化ILC2s[30]并募集和激活DCs进一步对机体造成影响。因此，过敏性哮喘不是由单一细胞因子造成的，而由一个复杂的细胞网络共同参与形成的。参与过敏性哮喘Th2免疫反应的细胞因子及其在过敏性哮喘中的作用见表2。

4 针对过敏性哮喘Th2细胞因子的靶向治疗药物

Th2免疫启动后适应性免疫阶段的炎症因子随之释放，T细胞衍生的IL-4、IL-13可以诱导肺部过敏性炎症(如效应细胞募集、杯状细胞增生)的典型特征[42]。目前，抑制Th2细胞因子的靶向抗体药物取得了良好的疗效。靶向IL-4受体的单克隆抗体Dupilumab，使大多数患者的第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in the first second，FEV1)和哮喘恶化程度得到改善[43]。Tralokinumab是靶向IL-13的单克隆抗体，可显著改善中重度难治性哮喘患者的FEV1，减少短效β2受体激动剂的使用量[44]。Lebrikizumab也是阻断IL-13的单克隆抗体，能够有效减少黏液的生成和平滑肌的收缩，缓解IL-13诱导的AHR以及胶原蛋白沉积和纤维化[45]。

表2 参与过敏性哮喘Th2免疫反应的细胞因子

除了阻断IL-4和IL-13的细胞因子拮抗剂，Mepolizumab 和Reslizumab是以IL-5为靶点的单克隆抗体，Mepolizumab能够有效降低严重的EOS哮喘患者病情的恶化率，延缓恶化速度[46]；Reslizumab能使EOS显著减少并能够维持16周以上[47]。Benralizumab是抗IL-5受体的单克隆抗体[37]，能够安全、有效地减缓哮喘加重[48]。此外，Tezepelumab可以特异性阻断上皮细胞来源的细胞因子TSLP与其受体结合，降低患者FEV1的最大百分比，显著减少患者血液中EOS的数量[49]。参与哮喘Th2免疫反应的细胞因子拮抗剂见表3。以上药物能不同程度地缓解哮喘，但许多药物仍在临床试验阶段或Ⅲ期临床试验，并不能达到预期效果，针对Th2免疫药物的开发仍需继续进行，寻找更适合的靶点以更好地治疗过敏性哮喘。

表3 参与哮喘的Th2免疫反应细胞因子拮抗剂

5 小 结

过敏性哮喘的治病机制错综复杂，参与反应的细胞和炎症因子众多，在疾病不同发展阶段临床症状表现各异。过敏性哮喘Th2免疫反应的启动过程可以概括为：变应原进入呼吸道被DCs细胞呈递，经过一系列反应分化为Th2细胞发挥免疫效应；Tfh也可分化为Th2细胞发挥免疫效应，进而引起过敏性哮喘的相关症状。目前对于过敏性哮喘的治疗主要是缓解气道平滑肌痉挛等症状，不能从根本上遏制气道炎症反应的反复发生。未来是否可以通过提高导致气道炎症Th2免疫反应的阈值或者减弱免疫记忆功能，使其更容易进入适应性免疫抑制阶段，以延缓哮喘病程进展速度和预防哮喘，还有待于进一步的研究。