嗜酸性粒细胞的生物学特征及其在变态反应性疾病中的作用

王怡洁 陈瑶君 罗嘉莹 黄昕昀 孙宝清

1广州医科大学金域检验学院（广州510180）；2广州医科大学附属第一医院变态反应科（呼吸疾病国家临床医学研究中心，呼吸疾病国家重点实验室，广州呼吸健康研究院）（广州510120）

嗜酸性粒细胞（eosinophils，EOS）来源于骨髓造血干细胞，在骨髓内分化成熟后释放到外周血中。它的发育取决于多种细胞因子，包括白细胞介素（interleukin，IL）5、IL-33 和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）等［1］。

嗜酸性粒细胞在外周血中数量很少，但在人体的免疫系统中起重要作用，它可通过嗜酸性粒细胞胞外陷阱细胞死亡（eosinophil extracellular trap cell death，EETosis）释放有毒的颗粒蛋白，作为效应细胞参与机体天然免疫［2］；也可以与中性粒细胞一同参与抗体依赖细胞介导的细胞毒性作用，引起组织损伤和炎症。随着对变态反应性疾病研究的增多，嗜酸性粒细胞已成为指导变态反应性疾病治疗的观察性指标和潜在靶点［3-4］，本文主要从嗜酸性粒细胞在变态反应性疾病中的分化、成熟、迁移、活化、延迟凋亡及其在三个常见变态反应性疾病的作用机制阐明嗜酸性粒细胞在变态反应性疾病中的作用，为临床治疗变态反应性疾病提供新的思路。

1 嗜酸性粒细胞与变态反应性疾病的关系

过敏通常是对身体无害的刺激（过敏原）引起的变态反应，变态反应是个体的遗传易感性和导致炎症的环境暴露之间复杂的相互作用下的机体反应。常见的变态反应性疾病包括变应性鼻炎、哮喘、特应性皮炎等。变态反应的机制主要包括T细胞分化偏倚，辅助型T 细胞2（helper T cell，Th2）和免疫球蛋白E（immunoglobulin E，IgE）增多［5］、肥大细胞和嗜酸性粒细胞的活化，过敏的炎症过程始于肥大细胞脱颗粒和激活炎症细胞的介质（嗜酸性粒细胞、单核细胞和中性粒细胞）释放细胞因子和毒性物质，影响特定的器官。

2 嗜酸性粒细胞在变态反应性疾病中的募集过程

在变态反应性疾病中，嗜酸性粒细胞需经过发育、黏附、迁移和活化等多个阶段才能募集到炎症部位起作用，该阶段涉及以下几个过程。

2.1 嗜酸性粒细胞在骨髓中发育成熟 嗜酸性粒细胞在骨髓中由粒细胞-巨噬细胞祖细胞（小鼠）或骨髓祖细胞（人）分化而成。机体接触过敏原后，在抗原呈递细胞参与下，IL-5 和IL-33 参与诱导EOS 的生长发育。IL-5 由致病性的Th2 细胞（the pathogenic Th2，Tpath2）、2 型固有淋巴样细胞（type 2 innate lymphoid cell，ILC2）、自然杀伤T 细胞（natural killer T cell，NKT）和肥大细胞产生，经过血液循环到达骨髓，在骨髓中刺激骨髓祖细胞，使其发育为嗜酸性粒细胞（图1）。同时，IL-33 除了可以诱导ILC2 等细胞分泌IL-5［6］，也可以直接作用于嗜酸性粒细胞前体（eosinophil Precursor，EoPre）和嗜酸性粒细胞谱系定向祖细胞（eosinophil progenitor，EoP），促进嗜酸性粒细胞发育成熟（图1）［7］；EoPre、EoP 和EOS 三种细胞IL-5 受体的表达，也都会受到IL-5 的自调节（图1）。因此，在EOS 的发育过程中，IL-33 的增加既可以促进骨髓中IL-5 的生成，又可以使EoPre 的数量增多。

2.2 嗜酸性粒细胞的黏附和迁移 成熟的嗜酸性粒细胞受IL-5 调节，从骨髓向血液迁移。当机体受过敏原刺激，在炎症部位的肥大细胞和内皮细胞会产生多种细胞因子（IL-1、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-4 和IL-13 等）参与变态反应；细胞因子会同时反作用于内皮细胞和白细胞，促进其合成并释放黏附分子，使EOS向炎症部位迁移。如IL-1 和TNF-α 诱导血管内皮细胞产生细胞间黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）、ICAM-2和血管内皮细胞黏附因子1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）［8］等，黏附因子可以激活嗜酸性粒细胞表面的整合素（β1、β2 和β7 等），从而促使嗜酸性粒细胞聚集到炎症部位。ICAM-1 通过与嗜酸粒细胞上的β2整合素作用，促进EOS 通过内皮细胞间隙迁移［9］。另外，IL-4 和IL-13 能诱导上皮细胞、气道平滑肌细胞甚至气道成纤维细胞产生趋化因子［血小板活化因子、白三烯B4、前列腺素D2 和半胱氨酰白三烯（cysteinylleukotrienes，CysLTs）等］［10］和黏附分子VCAM-1，VCAM-1 通过与嗜酸性粒细胞表面的α4 整合素相互作用，增强EOS 的黏附能力［9］；一旦嗜酸性粒细胞通过整合素黏附于上皮细胞的配体，其信号级联反应会被激活，释放出嗜酸性细胞的特异性细胞毒性颗粒［11］［包括主要碱性蛋白（major basic protein，MBP）、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（eosinophil cationic protein，ECP）、嗜酸性粒细胞衍生的神经毒素（eosinophil-derived neurotoxin，EDN）和嗜酸性粒细胞过氧化物酶（eosinophil peroxidase，EPO）］，同时在趋化因子的协同作用下EOS 向炎症部位迁移［12］（图1）。

图1 嗜酸性粒细胞在骨髓中成熟、迁移至外周血、在微脉管系统中黏附和迁移并招募至炎症部位Fig.1 Eosinophils mature in the bone marrow，migrate to the peripheral blood，adhere and migrate in the microvasculature and recruit to inflammation sites

2.3 嗜酸性粒细胞的活化、脱颗粒和嗜酸性细胞外陷阱形成 嗜酸性粒细胞被激活迁移到炎症部位后，它会利用多种脱颗粒的方式释放其细胞内容物，参与变态反应［13］。在过敏原激发试验中，血清ECP 水平在30 min 内开始升高，并在24 h 内维持高水平，这是嗜酸性粒细胞活化后产生的结果［14］。在外周血中，活化后的嗜酸性粒细胞释放的MBP-1 会聚集在炎症部位发挥毒性作用［15］。

在过敏的炎症部位，嗜酸性粒细胞脱颗粒的方式［16］包括经典的是胞吐途径（单个或几个颗粒，甚至于结合成块与质膜融合并释放），该途径涉及很多小且移动快速的分泌囊泡与细胞膜融合；另一种是嗜酸性粒细胞溶解，细胞破裂释放出所有完整的颗粒。这些过程到底是如何起作用的，仍在进一步研究。与其他含有颗粒的白细胞不一样，在多种与嗜酸性粒细胞相关疾病的组织和痰［17］中都能检测到完整的嗜酸性粒细胞颗粒，通过免疫染色和/或通过超微结构研究证实，这些颗粒具有膜结构。这种由活化的嗜酸性粒细胞向基质环境中释放的线粒体DNA 与颗粒蛋白结合形成的网状结构是EETosis，属于天然免疫，可以防止病原体的传播，抵抗病原体的感染［18］，是嗜酸性粒细胞诱导炎症的一个重要现象。迄今为止，已在多种变应性疾病中发现EETosis，如嗜酸性慢性鼻窦炎，嗜酸性中耳炎和过敏性支气管肺曲霉病［19］，它与疾病进展相关［19］，但具体作用机制仍未明确，临床上加强对EETosis 的监测，有利于获取更多靶向嗜酸性粒细胞的治疗方式。

2.4 嗜酸性粒细胞延迟凋亡 在发生过敏性炎症的部位，嗜酸性粒细胞凋亡被延迟，从而加重炎症状态。在细胞凋亡的研究中，Fas 及其配体是近年来研究较为深入的一条途径，Fas 作为一种普遍表达的受体分子，也存在于EOS 上。因此，正常情况下嗜酸性粒细胞也会发生凋亡。但有研究［20］指出，在部分变态反应性疾病患者提供的血液和组织中，尽管嗜酸性粒细胞正常表达Fas 蛋白，但其中约30%出现功能障碍，使其凋亡被延迟，患者的嗜酸性粒细胞凋亡率比正常人低。

3 嗜酸性粒细胞在不同变态反应性疾病中的作用

3.1 变态反应性鼻炎 变应性鼻炎（allergic rhinitis，AR），是机体接触致敏原后，由IgE 介导，肥大细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞等多种免疫活性细胞参与的鼻黏膜的Ⅰ型变态反应。患者会出现鼻塞、流鼻涕、鼻痒、打喷嚏等过敏症状［21］。

在AR 患者的鼻部炎症部位，嗜酸性粒细胞计数以及嗜酸性粒细胞与淋巴细胞的比值都有所增高。虽然外周血嗜酸性粒细胞在AR 中有升高，但增幅并不大，可能是因为在趋化因子的作用下，嗜酸性粒细胞向炎症部位聚集，使鼻腔分泌物中嗜酸性粒细胞的数量增加，所以外周血中嗜酸性粒细胞的数目升高并不明显［22］。

患者吸入过敏原后，过敏原被聚集在鼻黏膜中，经抗原呈递细胞（树突细胞）的处理，被特定淋巴结中CD4+T 细胞表面的主要组织相容性复合体Ⅱ分子呈递给T 细胞受体。T 细胞受到刺激后分化为Th2 细胞，并且分泌IL-3、IL-4、IL-5、IL-13和其他的细胞因子。这些细胞因子引起级联反应：鼻部上皮和鼻黏膜、肥大细胞的增殖和活化的嗜酸性粒细胞释放有毒颗粒，最终引起气道炎症［23］。同时，嗜酸性粒细胞活化后的产物如ECP和MBP，会引起肥大细胞和嗜碱性粒细胞释放组胺，组胺可增加血管通透性和黏液分泌，导致呼吸道黏膜上皮损伤，加重局部炎症反应。

3.2 哮喘 哮喘的特征是慢性气道炎症后，粘液过度分泌，气道高反应性（airway hyperresponsiveness，AHR）和可逆的气道阻塞［24］。通常，骨髓、血液和组织中嗜酸性粒细胞的增加是大多数哮喘表型的标志，嗜酸性粒细胞计数与哮喘恶化的发生率有直接关系［20］。嗜酸性粒细胞诱导的炎症介质，例如活性氧（reactive oxygen species，ROS）、细胞因子和脂质介质，会损伤气道上皮细胞和神经，并与AHR 一起诱发哮喘的气道炎症［25］。IL-33 诱导Tpath2 细胞产生双调蛋白，双调蛋白介导的信号可以活化EOS，并增加了可以促进组织纤维化的骨桥蛋白的产生［26］，针对该通路，可以为治疗由慢性变态反应性疾病引起组织纤维化提供新思路。

嗜酸性粒细胞被招募到支气管或气道，激活并脱颗粒释放细胞毒性蛋白，这对气道重塑有重要作用。气道重塑是持续炎症和修复的结果。越来越多的证据表明，不论是变应性哮喘还是非变应性哮喘，嗜酸性粒细胞均在该过程的病理生理中起到重要作用［27］。ECP 结合H1、H2受体使平滑肌收缩，气道阻力增加，引起呼吸困难，哮喘患者尤其敏感。MBP 是M2 受体异构拮抗剂，它可以通过引起迷走型M2 毒蕈碱受体功能障碍，直接加强平滑肌反应性的能力，从而间接参与AHR。在严重哮喘患者中，气道腔内嗜酸性粒细胞的存在与黏液增多有关，嗜酸性粒细胞颗粒蛋白产生的氧化剂可能介导黏液高分泌。

在哮喘患者气道中，嗜酸性粒细胞一方面直接诱导组织内的CD4+T 细胞产生IL-5，提高自身存活率；另一方面以自分泌方式释放IL-5，通过上调Bcl-2 表达来阻止凋亡的发生。尽管使用IL-5 的单抗，嗜酸性粒细胞仍然会在哮喘患者的气道中聚集和激活［28］。有研究报告指出，使用IL-5 的单抗治疗可能不足以抑制气道中的EOS 活化［29］。为了在哮喘气道中聚集，循环中的EOS 可以黏附在内皮细胞上，随着细胞迁移，选择性募集EOS 的关键步骤可能是嗜酸性粒细胞通过VCAM-1 与内皮细胞黏附［8，29］，当内皮细胞中VCAM-1 的表达被IL-4和IL-13 上调后，嗜酸性粒细胞会与VCAM-1 黏附［8］，诱导嗜酸性粒细胞超氧阴离子的生成和脱颗粒，这可能是嗜酸性粒细胞活化的第一步［30］。

除了IL-5 参与调节嗜酸性粒细胞凋亡，GMCSF、TNF-α 和CysLTs 也在抑制嗜酸性粒细胞凋亡方面起一定作用。当EOS 和纤维连接蛋白相互作用，IL-3 和GM-CSF 自分泌增多，嗜酸性粒细胞在体外中的存活时间延长；TNF-α 可以通过激活肿瘤坏死因子受体亚型和核因子κB 延长嗜酸性粒细胞的存活，但该过程不涉及GM-CSF 的产生；CysLTs 的产生是嗜酸性粒细胞引发哮喘加重的原因之一，CysLTs 可以直接引起哮喘患者气道中的嗜酸性粒细胞浸润和活化［10］，导致血管通透性增加，黏液分泌增加和平滑肌收缩程度加重［20］。

3.3 变态反应性皮肤病 变态反应性皮肤病又称为过敏性皮肤病，是临床中一种常见的皮肤病，由变态反应介导一系列相应症状，比如特应性皮炎、荨麻疹、湿疹、过敏性紫癜等。近年来，过敏性皮肤病的发病率日益升高，给患者生活带来很大的影响，但该病的发病机制仍不清楚。有研究表明，过敏性皮肤病患者的EOS 计数和总IgE 的阳性率都高于健康人［31］。过敏原会引起过敏性反应并且导致嗜酸性粒细胞计数增高。过敏原通过皮肤或者呼吸道经抗原呈递细胞处理后，呈递给Th2 细胞，被刺激后的Th2 细胞分泌多种细胞因子，诱导IgE 的产生并且刺激骨髓生成嗜酸性粒细胞［13］。嗜酸性粒细胞分泌一系列引起炎性和促纤维化的递质，比如细胞毒性颗粒蛋白、细胞因子、酶、脂质递质、白三烯和氧化代谢产物等引起皮肤黏膜损伤，引发瘙痒［32］；也可引起组织的修复反应和组织重构，同时促进成纤维细胞合成胶原，导致胶原过量沉积进而使皮肤增厚。IL-4 和IL-13 刺激成纤维细胞增殖和胶原合成的能力，并能通过上调VCAM-1 表达促进嗜酸性粒细胞迁移至炎症反应处，进而起间接促进胶原沉积的作用［33］。

变态反应性疾病的发病过程仍是一个未知的复杂过程，嗜酸性粒细胞在其中的重要作用，需要进一步研究。嗜酸性粒细胞在炎症部位聚集并发挥其毒性作用，这个过程涉及在骨髓中增殖、在微脉管系统中黏附并迁移、进一步活化并脱颗粒和嗜酸性粒细胞延迟凋亡等，也需要多种细胞因子、黏附分子和趋化因子的参与。通过研究嗜酸性粒细胞在变态反应性疾病的作用和机制，可以寻找更多的治疗变态反应性疾病靶目标，对指导临床诊断和治疗有重要意义。