针灸对哮喘相关免疫细胞调节作用的研究进展

张雪,程觅,史阳琳,卢进,尚盼盼,杨永清,2,徐玉东,2

(1.上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院,上海 200437;2.上海市针灸经络研究所,上海 200030)

哮喘是一种严重影响人类健康的呼吸系统疾病,具有较高的发病率,目前全球约有 3亿多人受到哮喘的影响[1],其主要病理特征是慢性气道炎症、气道高反应性、气道狭窄和重塑[2]。其中,气道炎症是最重要的病理变化,并决定气流受限和气道高反应性的程度。哮喘的发病机制非常复杂,在免疫机制方面,当机体接触到过敏原后,抗原递呈细胞包括树突状细胞、巨噬细胞等将抗原提呈给T淋巴细胞,并促使T细胞向Th2和Th17方向分化,Th2和Th17细胞通过产生和释放IL-4、IL-5、IL-13、IL-17A等细胞因子,促进B淋巴细胞合成 IgE,并诱导嗜酸性粒细胞及肥大细胞的活化,诱发气道慢性炎症。由此可见,哮喘气道炎症是由多种免疫细胞、细胞因子和炎症介质共同参与的级联免疫反应[3]。

针灸是中医治疗哮喘的独特疗法,疗效确切且无毒副作用,在临床应用广泛。现代医学研究发现针灸疗法主要通过对神经-免疫-内分泌网络的调节发挥治疗作用[4],研究表明,针灸治疗哮喘具有显著的免疫调节作用,可以对哮喘机体的抗原提呈细胞、Th细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞等免疫细胞产生多靶点和多途径的调节作用,通过整体调节保持哮喘机体的免疫自稳态。本文就针灸对哮喘炎症免疫细胞调节作用的研究进展进行综述,为进一步研究针灸抗哮喘的免疫调节作用机制提供充分的文献依据。

1 针灸对抗原提呈细胞的调节作用

抗原提呈细胞(antigen presenting cells,APC)是在机体特异性免疫应答过程中摄取、加工和处理抗原,并将抗原信息提呈给T淋巴细胞的一类免疫细胞。其中,专职APC组成性表达MHC Ⅱ类分子和T细胞活化所需的共刺激分子和黏附分子,包括树突状细胞、巨噬细胞、B淋巴细胞等;非专职APC仅在炎症因子刺激下才诱导性表达 MHC Ⅱ类分子和共刺激分子,包括内皮细胞、成纤维细胞、上皮及间质细胞等[5]。

树突状细胞(dendritic cells,DC)来源于造血干细胞,由骨髓样干细胞和淋巴样干细胞分化发育而来,广泛分布在包括肺脏在内的大多数器官中。DC作为目前已知抗原提呈能力最强的专职 APC,是联接固有免疫和适应性免疫的桥梁,参与哮喘发病以下两个阶段[6],第一阶段DC识别、摄取抗原,并移行到次级淋巴组织;第二阶段,在淋巴组织中激活初始 T细胞,使其分化成相应的效应T细胞,发挥免疫应答作用。哮喘的发病机制中,DC启动并诱发 Th2细胞优势应答,Th1/Th2功能失衡,导致嗜酸性粒细胞、肥大细胞、淋巴细胞聚集并释放促炎性细胞因子,从而引起气道炎症[7]。在炎症状态下针灸干预对DC功能具有一定调节作用,针刺联合干扰素治疗肝炎后DC表面CD86表达升高,分泌的细胞因子IL-12、IFN-γ的含量均明显增加,疗效优于单纯干扰素组,说明针刺在治疗肝炎过程中提高机体抗病毒的能力与增强 DC的功能密切相关[8]。Dong H等[9]的研究表明,针刺能够调控DC的数量、迁移和细胞因子分泌,影响小鼠子宫内膜的血管生成,说明对 DC功能的调控是针刺治疗疾病的重要作用途径之一。迄今为止,针刺对哮喘机体DC功能的调控作用模式尚不清楚,DC在针刺抑制哮喘Th2免疫炎症中的作用和机制所知甚少。这些问题的研究对于揭示针刺抑制哮喘Th2型炎症反应的免疫学机制以及发现哮喘潜在治疗靶点有重要意义。

巨噬细胞(macrophages,mφ)来源于骨髓中的前体细胞分化的单核母细胞,是一种单核细胞,通过吞噬作用杀灭和清除病原体及异物,介导炎症反应并发挥免疫调节及抗原提呈的功能[10]。针灸能够选择性调控巨噬细胞的吞噬功能,在生理状态下,针灸对巨噬细胞的吞噬功能无显著影响;病理状态下针灸能增强其吞噬能力[11]。研究表明,针刺干预免疫抑制大鼠,能增强腹腔巨噬细胞的吞噬功能,巨噬细胞分泌的血清溶菌酶水平并无显著变化,说明针刺并不影响巨噬细胞的数量[12]。艾灸治疗也能增强巨噬细胞的吞噬功能,清除病原体,减轻机体炎症反应[13]。

根据活化后细胞表面标志及功能的差异,巨噬细胞大体可分为M1(经典活化巨噬细胞)和M2(替代活化巨噬细胞)型。M1型巨噬细胞由 IFN-γ和细菌脂多糖LPS诱导和激活,分泌促炎因子驱动炎症反应;M2型巨噬细胞由Th2细胞因子IL-4和IL-13诱导和激活,可分泌抑炎细胞因子参与抗炎反应[14-15]。临床研究发现支气管哮喘患者肺内 M2型巨噬细胞的数量显著高于正常对照组[16]。Ford AQ等[17]研究表明,腹腔注射IL-4Rα＋M2型巨噬细胞可增加肺组织的过敏性炎症反应。Pai HJ等[18]开展的多中心随机对照临床试验结果显示,针灸治疗能显著改善哮喘患者的呼吸功能和临床症状,降低痰液中嗜酸性粒细胞和中性粒细胞的数量,同时,显著提高巨噬细胞数量并抑制气道炎症。另外,针灸能够调控巨噬细胞极化,通过抑制 M1细胞极化,增强M2细胞极化促进IL-10的分泌,发挥抗炎作用[19-20]。但是针灸能否调控哮喘机体巨噬细胞的极化,及其调控模式目前尚不清楚。

2 针灸对T淋巴细胞的调节作用

2.1 调节Th1/Th2细胞反应平衡

T淋巴细胞,尤其是 CD4﹢辅助性 T淋巴细胞(Th)在哮喘气道炎症病理过程中发挥了主导性作用[21],Th1和Th2细胞是最早发现的Th细胞亚群。Th1细胞主要分泌IL-2、IFN-γ和TNF-β,活化巨噬细胞和引起细胞毒作用,介导细胞免疫,调节免疫抗感染的功能;Th2细胞主要分泌 IL-4、IL-5、IL-9和 IL-13[22],活化 B细胞产生免疫球蛋白,介导体液免疫[23],促进变态反应性疾病的发生。哮喘是一种Th2型细胞占主导的Th1/Th2比例失衡的免疫疾病,Th1/Th2平衡失调在哮喘的发病、炎症形成和气道重构等过程中发挥重要作用[24]。

研究表明,针灸治疗能够抑制哮喘 Th2细胞数量和活性,调节机体Th1/Th2免疫平衡,改善哮喘Th2型免疫炎症症状。Dong M等[25]发现针刺可减轻气道高反应性,抑制炎症细胞浸润,增加肺组织中 CD4﹢Foxp3﹢的细胞数量及IFN-γ的表达,降低血清中IL-5、IL-13和IL-17A的水平,提示针刺可以通过增强Th1和Treg的活性来减轻过敏性气道炎症,调节哮喘小鼠 CD4﹢T细胞亚型的平衡。Jeong HJ等[26]研究了高丽手针疗法对哮喘患者外周血细胞因子产生的调节作用,结果发现高丽手针疗法可提高血清IFN-γ与IL-4含量,纠正Thl/Th2的失衡状态,具有良好的治疗哮喘的作用。Carneiro ER等[27]针刺肺俞、大椎、定喘等穴干预小鼠哮喘模型,结果显示电针能显著降低哮喘小鼠肺泡灌洗液(BALF)中IL-4和IL-10的分泌水平,提高IL-1和 IFN-γ的分泌水平,表明电针抑制哮喘炎症与其调控Th1/Th2平衡相关。

2.2 调节Th17/Treg细胞反应平衡

Th17细胞是以分泌细胞因子IL-17为主要特征的CD4+辅助性 T细胞,在免疫性疾病中主要发挥促炎作用;Treg细胞是一种CD4﹢T细胞新亚群,与Th17细胞共享同一信号通路[28],能分泌表达细胞毒 T淋巴细胞相关抗原4(CTLA -4),并影响树突状细胞的功能;还能分泌IL-10、TGF-β和IL-35等多种细胞因子,降低炎症反应[29]。

近年来,越来越多研究表明 Th17/Treg失衡在哮喘发病机制中发挥重要作用[30-31],而针灸可通过调节Th17/Treg平衡来抑制哮喘气道炎症。Wei Y等[32]研究表明针刺能减少BALF中Th17细胞数量及其炎症因子IL-17A、IL-17F、IL-22水平,减轻哮喘小鼠气道炎症及减少气道黏液的分泌。张伟等[33]通过制备大鼠哮喘模型,发现相比于哮喘模型组,悬灸组中性粒细胞降低且BALF、脾与外周血中的IL-17均降低,该结果提示悬灸可以抑制 Th0向 Th17的分化,降低细胞因子IL-17生成,抑制中性粒细胞的募集。Kwon Y等[34]电针足三里穴干预哮喘模型,能够增加哮喘小鼠Treg细胞数量,并抑制 IgE和 Th2类细胞因子的生成。Dong M等[25]通过针刺哮喘模型小鼠的肺俞、大椎、风门穴,证实针刺不仅抑制气道炎性细胞因子分泌,减轻气道壁黏膜水肿,还能抑制 Th17细胞的数量和上调 Treg细胞的数量,使Th17/Treg比例趋于平衡,抑制哮喘炎症。

2.3 调节CD8﹢T细胞功能

CD8﹢T细胞是一类适应性淋巴细胞亚群,分泌产生多种细胞因子,发挥促进或抑制气道炎症两方面的作用。研究表明,CD8﹢Treg细胞能够抑制气道炎症反应[35],CD8﹢T细胞还能诱导DC产生IL-12和IL-18,调节IgE的产生[36];在促炎方面,CD8﹢T细胞亚群Tc9细胞可以触发过敏性气道炎症,加重 Th2细胞介导的气道炎症[37];Tc17分泌IL-17和IL-21参与哮喘炎症病理过程,其细胞比例在哮喘患者中明显增高[38-39]。

Yang YQ等[40]研究发现针刺治疗哮喘患者外周血中CD8﹢T淋巴细胞明显增多,而活化的IL-2R﹢T细胞数量显著下降。周君[41]证实埋线疗法可能通过调节过敏性哮喘大鼠CD4﹢T细胞、CD8﹢T细胞及其比值,促进细胞免疫功能恢复,改善哮喘症状。朱英等[42]三伏天穴位贴敷减轻哮喘发作程度,并有效改善机体免疫功能,治疗后哮喘患者外周血CD4﹢T细胞数量降低,CD8﹢T细胞数量升高。而何海明[43]证实艾灸可通过降低CD8﹢T细胞数量、血清IgE和IL-1水平,升高IL-1Ra表达调节哮喘的免疫紊乱,控制炎症反应。虽然目前CD8﹢T细胞在哮喘免疫调节中发挥保护性还是病理性作用仍存在争论[44],可以肯定的是针灸能够调节哮喘患者 CD4﹢T/CD8﹢T细胞比值,在一定程度上调整Thl/Th2细胞失衡,改善机体免疫功能。

2.4 调节其他辅助性T细胞

滤泡辅助性T细胞(follicular helper T cell,Tfh)和Th9细胞等是近年来新发现的CD4﹢辅助性T细胞亚群,在哮喘免疫炎症中发挥重要作用。Tfh定位于淋巴滤泡区,特征性表达转录因子 Bcl-6和分泌IL-21[45],能帮助B淋巴细胞向滤泡区迁移并建立生发中心产生抗体,是体液免疫的重要调控细胞亚群[46]。临床研究显示哮喘患者外周血中Tfh细胞显著高于健康对照组,且与血液中总IgE呈正相关,提示Tfh细胞参与了哮喘发病[47]。Th9细胞是以分泌IL-9为主要特征的CD4﹢T细胞亚群,哮喘患者外周血中Th9细胞数量、IL-9和IL-9R的表达高于健康者[48],并且与哮喘的严重程度呈正相关[49]。实验研究表明,哮喘模型小鼠外周血中Th9细胞比例及IL-9水平明显高于对照组,肺组织中IL-9的mRNA表达也显著增高[50],IL-9升高与哮喘气道高反应、气道黏液分泌和气道重构等过程密切相关[51],说明 Th9细胞在哮喘发病机制中发挥重要作用。在炎症疾病状态下,针灸疗法能够抑制 IL-21和IL-9的表达水平,可能通过调节Tfh和Th9细胞功能发挥免疫调节作用[52-54],但是针灸对哮喘炎症中Tfh和Th9细胞的调控作用和机制仍不清楚,有待深入探究。

3 针灸对嗜酸性粒细胞的调节作用

嗜酸性粒细胞(Eosinophil,Eos)在过敏性哮喘等变态反应性疾病的发病中起着重要作用。Eos分泌的细胞毒性蛋白与活性氧类可破坏支气管上皮细胞,使其屏障保护功能受损。同时,Eos能释放白三烯C4、血小板激活因子等炎症介质,诱导支气管收缩反应。更重要的是,Eos是控制Th1和Th2免疫应答的重要开关,通过表达IL-4、IL-13和IDO等抑制Th1细胞活性并促进Th2型炎症反应[55]。Eos还通过细胞毒性和纤维化作用参与了哮喘气道重构的病理过程[56]。鉴于 Eos在哮喘发病过程中的关键作用,近年来开发出针对嗜酸性粒细胞的哮喘治疗策略。其中IL-5单克隆抗体能显著减少过敏性炎症部位中 Eos细胞数量,改善肺功能[57]。

对嗜酸性粒细胞功能的调节是针灸治疗哮喘的主要作用机制之一。研究表明针刺肺俞、风门、大椎穴,联合拔火罐治疗能改善哮喘临床症状,降低患者外周血嗜酸性粒细胞数量[58]。作为针灸效应物质载体的针灸血清同样能够降低哮喘模型气道阻力和外周血嗜酸性粒细胞计数[59]。Lin Q等[60]建立SD大鼠哮喘模型并对哮喘模型进行针刺,结果显示哮喘组 Eos数目高于正常组,且针刺之后哮喘组BALF中Eos细胞总数降低。Nurwati I等[61]研究发现针刺OVA哮喘模型小鼠的肺俞和足三里可降低肺组织中 Eos及中性粒细胞数量,进而减轻慢性哮喘小鼠的炎症反应,防止气道重塑。Carneiro ER等[27]研究显示针刺能够降低哮喘模型BALF中嗜酸性粒细胞数,而且针刺调节嗜酸性粒细胞与IL-4和IL-10呈正相关,而与IL-1与IFN-γ的产生呈负相关,提示针刺可能通过调节嗜酸性粒细胞平衡细胞间Th1/Th2免疫反应。以上研究表明,针刺抗哮喘能够显著调控Eos细胞数目,但是对气道炎症局部Eos分化发育和迁移聚集的调节作用和机制有待进一步深入研究。

4 针灸对肥大细胞的调节作用

肥大细胞(mast cells,MCs)是一种非特异性免疫细胞,在肺组织中主要分布在小支气管黏膜下层、黏膜层的微血管周围,与 IgE介导的哮喘过敏反应关系密切。在哮喘气道炎症反应中,Th2细胞因子和IgE等刺激MCs,释放组胺、肝素、类胰蛋白酶、白三烯、IL-4和IL-13等炎症介质参与气道炎症反应[62-63],且肥大细胞分布于哮喘患者气道平滑肌束中,是确定哮喘表型的重要因素[64]。研究表明肥大细胞浸润哮喘患者的气道黏液腺体,表现出脱颗粒的特征,并且与气道黏液阻塞程度呈正相关,表明肥大细胞在调节哮喘呼吸道黏液分泌中起重要作用[65]。肥大细胞蛋白酶的特异性抑制剂以及肥大细胞稳定剂被证实可以用来治疗和预防哮喘等变态反应性炎症疾病[66]。

研究表明针灸对经穴区和病灶部位的肥大细胞具有明显调节作用,在生理状态下针灸能够增加穴区局部肥大细胞数与脱颗粒[67-68],肥大细胞脱颗粒释放的组胺、5-羟色胺、类胰蛋白酶等介质与经穴敏化密切相关[69]。病理状态下针灸后病灶区肥大细胞脱颗粒率明显减少,具有负向调节作用[70],比如电针显著降低肠易激综合征大鼠结肠黏膜肥大细胞数量和脱颗粒程度[71]。有研究表明,针刺迎香穴和肺俞穴能够明显减少变应性鼻炎模型大鼠的鼻黏膜肥大细胞数目,改善炎症反应[70]。抑制肥大细胞脱颗粒可能是针刺治疗变应性鼻炎早期反应的重要作用机制之一,这种抑制可能部分通过下调SP、CGRP、VIP等促炎神经肽来实现[72]。研究显示,在哮喘的病理状态下,经穴区的肥大细胞参与了“肺俞”“定喘”等腧穴的敏化现象,这一过程主要与肥大细胞脱颗粒关系密切,并且随着疾病程度的发展,哮喘模型腧穴的敏化会出现“扩散”现象,敏化点处单位面积内的肥大细胞数量处于动态平衡状态[73]。但是针灸治疗哮喘对肥大细胞稳定性等功能的调节作用以及相关机制未见报道,尚不明确,值得进一步深入研究。

5 针灸对其他哮喘相关免疫细胞的调节作用

自然杀伤细胞(natural killer cells,NK)是机体固有免疫的一部分,可直接杀伤病原体或被感染的靶细胞,也可通过调节机体的免疫功能,促进Th1淋巴细胞介导细胞免疫。NK细胞能够分泌促炎细胞因子IL-13、GM-CSF和TNF-α等诱发哮喘炎症反应。但NK细胞也分泌 IL-10、IFN-γ等抗炎因子,抑制气道炎症的发生和发展[74]。在免疫低下时,电针足三里穴能提高脾脏β-内啡肽的水平,通过调节内源性 IFN-γ 的生成增强NK细胞的功能活性[75]。

固有淋巴细胞(innate lymphoid cells,ILCs)是一类不同于T细胞和B细胞的新的淋巴细胞亚群,其中Ⅱ型固有淋巴细胞(ILC2s)可以促使适应性 Th2细胞诱发肺部过敏性炎症反应[76],能够分泌 IL-5和IL-13等Th2类细胞因子[77],启动和维持Ⅱ型免疫反应,在哮喘发病机制中扮演重要角色。哮喘患者的痰、外周血与BALF中ILC2s数量显著增加,且与患者呼吸能力下降显著相关,可能是潜在的哮喘治疗靶向细胞[78-80]。近年来,ILC2s在哮喘免疫炎症中的作用受到越来越多的关注,成为新的研究热点[81-84],其在针灸抗哮喘中的作用有待深入探索。

6 总结与展望

综上所述,哮喘气道炎症发病机制涉及到固有免疫和获得性免疫,细胞免疫和体液免疫等的变化,其中树突状细胞、巨噬细胞等抗原提呈细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞等多种免疫细胞均扮演重要角色,并且这些免疫细胞在功能上相互作用、相互联系,形成引发哮喘气道炎症的复杂的免疫细胞作用网络。免疫调控作用是针灸抗哮喘的重要作用机制,研究表明针灸能够促进哮喘患者气道 Th1/Th2和Treg/Th17免疫反应趋于平衡,抑制Th2类细胞因子的水平,调节嗜酸性粒细胞、巨噬细胞的数量,减少 B淋巴细胞分泌 IgE等,说明针灸可对哮喘相关免疫细胞作用网络进行多靶点和多环节的动态调控,从而发挥抑制哮喘气道炎症反应的治疗效应。但是,目前大部分研究只是关注针灸对某一特定哮喘相关免疫细胞的调节作用,忽略了这些免疫细胞功能上的相互作用和相互联系。后续的研究需要在哮喘气道炎症复杂的免疫细胞作用网络背景下,综合整体地探讨针灸对不同免疫细胞及它们参与的多免疫环节的关联调节作用与机制。

另一方面,针灸对树突状细胞、肥大细胞、NK细胞等在哮喘炎症反应中的关键效应细胞的调节作用与分子机制研究较少或尚未开展。而且,随着哮喘免疫机制研究快速发展,一些新型的免疫细胞,比如滤泡辅助性T细胞、Th9、ILC2s等,在哮喘发病中的作用被发现并证实,成为哮喘研究新的前沿热点,但是针灸抗哮喘研究中尚未关注对这些新型免疫细胞的调节作用。明确上述免疫细胞在针刺抗哮喘中的作用机制,可以更全面深入地认识和理解针灸抗哮喘的免疫调节功能,并且可能基于针灸免疫效应机制发掘新的哮喘免疫治疗靶点。