环境内分泌干扰物在哮喘发生发展中的作用机制研究进展

何 洁，许 洁，俞 捷

（遵义医科大学公共卫生学院，贵州 遵义 563000）

支气管哮喘（简称哮喘）是一种慢性气道疾病，主要特征是气道慢性炎症。临床表现为反复发作的喘息、气急、胸闷或咳嗽等症状。本课题组哮喘流行病学调查显示，贵州省黔北地区成人哮喘患病率为1.8%［1］，且哮喘和哮喘相关症状城市比农村更常见［2］。由于生活方式改变，哮喘患病率逐年上升。2019年《柳叶刀》发表的一项中国横断面研究明确我国20岁以上人群哮喘患病率为4.2%，患者总数达4570万［3］。

与哮喘相关的因素有年龄、性别、过敏史［4-5］、出生体重［6］、压力、职业因素和肥胖及气候［7］等。近年来，关于环境内分泌干扰物（environmental endocrine disruptors，EED）的实验室研究以及人群调查显示，机体暴露于消费品中化学物质可导致内分泌紊乱和哮喘，引起大众的关注［8］。在过去几十年里，环境生理学和生态生理学研究等试图分析动植物在自然环境下的生理机能，在此基础上创建了环境内分泌学［9］，尝试探索人类生产生活环境中存在的EED通过某些途径（如呼吸道、消化道和皮肤接触等）进入机体后，对生物体内激素水平的改变及其他损伤作用，并探究机体如何对其干扰做出反应。

EED是一种干扰机体天然激素合成、分泌和代谢等过程，并引发一系列呼吸、生殖、神经、免疫或代谢疾病的外源性物质［10］，如邻苯二甲酸二乙基己酯（diethylhexyl phthalate，DEHP）、壬基酚（nonylphenol，NP）、双酚A（bisphenol A，BPA）、三氯生（triclosan，TCS）、多溴联苯和多氯联苯等。EED进入机体后，可影响哮喘的发生发展［11］。

DEHP是全球第一个引入塑料制品和人工营养品领域的邻苯二甲酸酯类，因其可增加塑料弹性和韧性而被广泛应用，存在于人类日常生活用品中［12］。BPA作为增塑剂广泛用于食品饮料包装和医疗器械包装等，会污染食物、空气和土壤［13］。NP具有耐降解性和生物蓄积性，可在环境中持久存在，且含量随食物链逐级升高。TCS被广泛应用于卫生香皂和卫生洗液等生活用品中。一项保加利亚儿童病例对照研究表明，患有气喘、鼻炎和（或）湿疹的儿童家庭环境中DEHP浓度高于对照组，且DEHP浓度与病例病情以及喘息症状之间存在浓度-反应关系［14］。Mendy等［15］发现，6～11岁儿童尿中BPA含量与哮喘发病率升高有关。另外，Berger等［16］的前瞻性研究也曾报道母亲产前尿TCS浓度与子女7岁时哮喘相关。关于NP对哮喘发生发展的影响更多见于实验室研究，鲜有临床研究报道。

然而，由于实验研究中模拟的接触方式和模型的局限性，无法全面模拟现实中EED接触途径和过敏性疾病的多样性，流行病学调查结果并不系统［17］。因此本文综述上述4种常见EED对哮喘病程的作用机制，以期为哮喘的防治提供新的思路。

1 DEHP引发哮喘的机制

DEHP主要用于聚氯乙烯等塑料增塑剂，许多产品中存在DEHP，如儿童玩具［18］、建筑材料［19］（乙烯基地板、墙纸）和医疗设备等。有研究者曾在马来西亚儿童玩具样品中检测出DEHP，并超过了欧盟限制的最高浓度［18］。另外有报道称患者输注2～3 L储存血液可同时传输高达200 mg DEHP，透析可能会输入更多［20］。可见DEHP可通过多种途径进入人体，影响哮喘的发生发展，危害健康。

1.1 促进气道炎症反应

气道炎症是哮喘形成的重要原因之一，许多炎症细胞或炎症因子直接或间接影响炎症的发展过程，如肥大细胞、嗜酸性粒细胞和T细胞等［21-22］。临床试验和动物实验结果表明，气道炎症可促进气道高反应性和气道重塑的发生发展［23］。暴露于环境污染物中具有免疫调节作用的物质能促进过敏性炎症反应的发展进程［24］。有研究发现，暴露于DEHP可直接损伤气道上皮细胞。小鼠吸入DEHP后，其代谢物邻苯二甲酸单-2-乙基己酯（mono-2-ethylhexyl phthalate，MEHP）可通过IgG1的介导作用促进辅助性T细胞2（T helper 2，Th2）型炎症反应［25-26］。当DEHP浓度达到300 mg·m-3时，小鼠血清IgG1水平升高，肺部炎症细胞增多［27］，促进气道炎症反应。DEHP还可通过促进Th2和Th17免疫反应，将天然变应原诱导的嗜酸性粒细胞性炎症转化为混合性粒细胞性炎症，这可能与DEHP下调气道上皮细胞中的钙黏蛋白表达，增强树突状细胞中的共刺激分子（MHCⅡ/CD86/CD40）以及促炎细胞因子〔白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）/单核细胞趋化蛋白1〕表达有关［28］。

1.2 促进气道高反应性和气道重塑

气道高反应性是指气管处于过度反应状态，受到刺激时，气管平滑肌收缩过强引起气道狭窄，是哮喘的两大病理特征之一。研究表明，卵清蛋白（ovalbumin，OVA）致敏小鼠暴露于DEHP后，气道嗜酸性粒细胞、中性粒细胞及淋巴细胞显著增加［29］。此外，临床研究发现，在患有严重哮喘儿童中，气道壁重塑与嗜酸性细胞增多有关［30］。而嗜酸性粒细胞浸润是哮喘的重要标志之一，其与哮喘的两大病理特征气道高反应性和气道重塑都有着密不可分的关系。实验研究的动物模型只是短时间暴露于DEHP环境中，已能观察到DEHP对小鼠气道的影响，而人类生存环境中的DEHP持续作用于机体，且实际环境中存在EED总和富集效应以及各EED之间的协同作用，因此，实际生活环境中的DEHP对哮喘人群有着更大的威胁和潜在作用。

1.3 干扰内分泌系统

哮喘的发病情况存在性别差异，在4～14岁之间，男童患哮喘的比例高于女童；而青春期过后，哮喘在女性人群中更加普遍，成年女性患者哮喘症状也更严重［31］。有学者认为，雌激素可能在其中发挥着关键作用［32］。Narita等［33］发现，外源或环境雌激素污染物能诱导和增强肥大细胞脱颗粒，促进变应性疾病的发生。动物研究发现，卵巢激素在IL-17α介导的气道炎症中起重要作用［34］。DEHP作为一种EED，进入体内能导致雌激素水平上升，如Akingbemi等［35］研究表明，长期暴露于DEHP会导致促性腺激素、促黄体生成素以及血清性激素和雌二醇浓度升高。在机体内，雄性激素引起Th1细胞反应，雌激素引起Th2细胞反应。有研究发现，DEHP暴露的小鼠肺组织中IL-4水平上升，免疫向着Th2型反应进行［26］（图1）。表明DEHP一方面通过干扰性激素的水平和肺组织上表达的激素受体使机体内分泌发生紊乱，另一方面破坏免疫细胞，引起免疫反应，从而影响哮喘的发病进程。

1.4 对哮喘的佐剂作用

DEHP可经皮肤、呼吸道和消化道进入体内，可见其不仅作为一种刺激物质直接作用于呼吸道，破坏和损伤气道表皮，还对哮喘存在间接作用。氧化应激是指细胞因活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生过多而被激活的防御性机制。正常情况下，细胞内ROS的产生和清除处于动态平衡状态，但外源或内源性应激原刺激会打破这种平衡，使ROS的产生超过抗氧化系统的清除能力，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加。氧化应激被认为在包括哮喘在内许多呼吸系统疾病的细胞信号级联中至关重要［36］，其可能改变Th1/Th2免疫反应，并导致促炎因子NF-κB激活，引发炎症反应［37］。研究发现，哮喘模型小鼠的肺组织存在氧化应激，且当OVA致敏与DEHP暴露共同作用时，小鼠肺组织中ROS水平会进一步升高［29］（图1），这是DEHP作为“佐剂”的进一步证据。

1.5 激活神经生长因子信号通路

神经生长因子（nerve growth factor，NGF）由在气道过敏性炎症疾病中起关键作用的细胞（如肥大细胞、嗜酸性粒细胞等）合成、储存和释放［38］。NGF在哮喘发生方面起着重要作用［39］，即NGF介导支气管嗜酸性粒细胞激活可能在过敏性哮喘嗜酸性粒细胞炎症的调节中发挥作用［40］。1996年，Bonini等［41］发现，严重过敏性哮喘患者血清中NGF和总IgE呈升高状态。实验表明，DEHP能诱导免疫性炎性细胞和动物呼吸器官中NGF表达增加，从而促进免疫细胞增殖［42］。而炎性介质和细胞因子分泌可激活Th2细胞系统，诱发Ⅰ型变态反应。NGF还可诱导转化生长因子释放，促进纤维细胞表达，导致收缩蛋白α-平滑肌肌动蛋白增加，进一步推进气道重塑的发生、发展［43］（图1）。DEHP激活NGF信号通路后，可启动级联反应，最终导致哮喘发生。

图1 邻苯二甲酸二乙基己酯（DEHP）引发哮喘的作用机制.a：此通路为作者推断，DEHP促进致敏小鼠体内胸腺基质淋巴生成素（TSLP）表达的报道至今有限；IL：白细胞介素；OX40L：OX40配体；Th：辅助T细胞因子.粉色：DEHP通过影响气道重塑促进哮喘发病进程；蓝色：DEHP通过干扰内分泌系统促进哮喘发病进程；绿色：DEHP通过影响神经因子促进哮喘发病进程；黑色：DEHP诱导气道炎症促进哮喘发病进程；↑：表达上升.

1.6 影响胸腺基质淋巴生成素（thymic stromal lymphopolietin，TSLP）的表达

近年来，TSLP被认为是Th2型反应启动的重要因素［44］，其与多种包括哮喘在内的炎症性疾病有关［45-46］。Th2应答是TSLP启动的发病机制中必要的下游组成部分［47］。TSLP可对树突状细胞（dendritic cell，DC）的极化产生影响，从而导致Th2的产生。TSLP作为一种调控分子，主要通过2种方式作用于DC：①通过上调DC上的OX40配体（OX40 ligand，OX40L）调控Th2体液免疫，驱动Th2淋巴细胞发挥作用［48］；②诱导外围祖细胞群分化为巨噬细胞、树突状细胞和粒细胞等效应细胞，参与Ⅱ型细胞反应，从而促进过敏性炎症发展［49］。此外，TSLP可促进Th9细胞产生IL-9，与Th2细胞协同作用于气道炎症［50］。邻苯二甲酸二异壬酯（diisononyl phthalate，DINP）与DEHP有相似理化性质，二者皆能加重小鼠皮炎病变，TSLP在此恶化过程中起着关键作用；DINP这种效应可能是通过促进TSLP表达，从而影响过敏性炎症发生发展［51］。但DEHP能否促进致敏小鼠体内TSLP表达相关研究仍然不足（图1）。

2 NP引发哮喘的机制

NP是一种由壬烯与苯酚在酸性条件下催化缩合而成的化工原料和中间体，被用于制备合成洗涤剂、增湿剂、润滑油添加剂及增塑剂等，是一种普遍存在的EED，在世界各地的水、沉积物、空气和土壤中均有检出［52］。研究发现，NP可通过下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）和炎症等途径影响哮喘的发生发展。

2.1 影响下丘脑-垂体-肾上腺轴的负反馈机制

HPA控制糖皮质激素（glucocorticoid，GC）的释放。有研究表明，GC对炎症发展过程有促进作用［53］。HPA功能紊乱往往是哮喘发生发展的重要因素，主要表现为2个方面：一是激素分泌相对缺乏或绝对不足，二是激素分泌无昼夜节律［54］。De Falco等［55］发现，暴露于NP后，肾上腺素细胞增加而去甲肾上腺素细胞减少，同时HPA的负反馈机制受到破坏，从而影响哮喘的发生发展进程（图2）。

2.2 诱导炎症细胞浸润和气道重塑

哮喘发病机制较多，目前认为主要是因炎症细胞如肥大细胞、T细胞等相互作用导致气道炎症、气道重塑、气道平滑肌功能受损而引起。机体内雌激素本身并不会影响T细胞发育过程，而机体暴露于NP后，NP可不依赖其他机制而直接抑制Th1并促进Th2细胞发育［56］，进一步引起Th2型反应，引起哮喘发生。本课题组近年来研究发现，母鼠围产期暴露于NP可诱发子代气道炎症，其原因可能是NP诱导炎症细胞浸润，气道结构发生病理改变［57］，同时我们的另一研究结果表明，母鼠妊娠期和哺乳期暴露于NP 100 mg·kg-1可加重OVA诱发哮喘幼鼠气道炎症，且NP与OVA之间存在交互作用［58］。Kuo等［59］研究发现，NP处理支气管上皮细胞系BEAS-2B和HBE细胞不仅导致炎症细胞因子IL-6和IL-8的产生，NP还可通过Fas/Fas配体凋亡系统抑制支气管上皮细胞凋亡，从而使支气管平滑肌细胞增殖和迁移。支气管平滑肌上皮细胞增殖是气道重塑主要特征，提示NP可通过抑制上皮细胞凋亡及促进平滑肌细胞增殖而促进哮喘发生发展（图2）。

图2 壬基酚（NP）引发哮喘的机制.Th：辅助性T细胞；FasL：Fas配体.粉色：NP破坏下丘脑-垂体-肾上腺轴负反馈促进哮喘发病进程；蓝色：NP诱导气道炎症促进哮喘发病进程；黑色：NP诱导气道重塑促进哮喘发病进程；绿色：NP经FasL/Fas诱导气道上皮细胞凋亡，促进哮喘发病进程；↑：表达上升；↓：表达下降.

3 BPA引发哮喘的机制

世界范围内BPA年产量≥380万吨，是环境中最常见的EED之一，通常用作环氧树脂生产中的增塑剂［60-61］。在正常使用条件下BPA会从食品和饮料的容器及牙科密封剂中渗出［62］。因此，BPA在生活环境中无处不在，且持续存在。

BPA可引起呼吸道过敏性疾病，在动物研究中已被证实其与幼年啮齿动物哮喘的发展和过敏性气道炎症有关［63-64］。丝裂原活化蛋白激酶1（mitogenactivated protein kinase1，MAPK1）是细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，与患哮喘的高风险有关，暴露于较高浓度的BPA后，MAPK1甲基化水平降低，增加儿童患哮喘的风险［65］。另外，信号转导转录激活因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）和MAPK家族、细胞外信号调节激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和c-Jun N端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）可诱导NF-κB表达，从而增加促炎介质产生［66］。原代人巨噬细胞暴露于BPA后，BPA可依赖雌激素受体/ERK/NF-κB信号转导增加炎症细胞因子肿瘤坏死因子α及IL-6表达［67］。因此，BPA可能通过抑制MAPK1甲基化及雌激素受体/ERK/NF-κB通路促进哮喘的发生发展（图3）。

妊娠期暴露于BPA也会对哮喘患病率产生影响，尤其是妊娠中期接触BPA会对儿童哮喘患病率产生显著影响［68］，产后BPA暴露也会增加儿童哮喘风险［69］。Lin等［70］发现，尿BPA葡醛酸水平升高与哮喘密切相关，且氧化应激基因谷胱甘肽硫转移酶P1可能调节BPA暴露对哮喘的影响。Kim等［71］研究也发现，7～8岁儿童尿BPA水平升高与哮喘发病率呈正相关。此外，全国健康和营养调查结果显示，尿BPA水平与女性过敏性哮喘显著相关［72］。

4 TCS引发哮喘的机制

1972年，TCS作为抗菌剂在医院首次使用，后来被用于日常消费品中，包括肥皂、洗手液、牙膏和漱口水等［73］。2008至2009年期间，消费产品中TCS含量逐渐增多，每年TCS的消费量达1.32亿升［74］。尽管TCS作为抗菌剂可在临床发挥有利作用，但其作为EED之一，也可促进过敏性哮喘的发生发展。

单独暴露于TCS不会诱导过敏，但可增加机体对其他环境过敏原的过敏反应，如OVA致敏小鼠暴露于TCS后，OVA特异性IgE和IL-13水平及肺嗜酸性粒细胞数量均有所增加，且相比于对照组，TCS共暴露组的OVA特异性和非特异性气道高反应性均有增加［75］（图3）。机体可经消化道和皮肤接触摄入TCS，而TCS可干扰免疫系统，更容易引发呼吸道过敏，尤其是吸入性和季节性变应原物质的过敏反应［76］。甚至随着儿童尿中的TCS浓度增加，气道过敏性反应也会增加［63］。

图3 双酚A和三氯生引发哮喘机制.ER/ERK/NF-κB：雌激素受体/细胞外信号调节激酶/核因子κB；OVA：卵清蛋白；IgE：免疫球蛋白E.紫色：双酚A降低DNA甲基化，促进哮喘发病进程；蓝色：双酚A经ER/ERK/NF-κB通路促进哮喘发病进程；黑色：三氯生诱导气道高反应性，促进哮喘的发病进程；↑：表达上升；↓：表达下降.

5 结语

哮喘一直是社会高度关注的问题，随着化工产业的发展及人类对塑料制品需求的上升，人群暴露EED风险随之增加。EED可通过损伤气道结构、参与免疫调节、促进氧化应激、干扰内分泌系统功能以及HPA轴等多种途径促进哮喘的发病进程。而目前的研究都是单一EED暴露，并不能真正模拟实际环境中EED的联合作用。未来的研究应集中于模拟机体长期低剂量暴露于非单一EED，从系统到器官、细胞、分子进行整合研究，更全面了解EED在哮喘发生发展中的作用，为临床哮喘的防治提供新思路。同时，重视哮喘与EED之间的关联，避免危险因素，预防和降低哮喘的发病风险。