嗜酸性粒细胞哮喘的研究进展

林慧敏 符昱 方章福,2 谢佳星,3

哮喘是常见的慢性异质性疾病，全球范围内患者人数高达3.58亿，且每年约有25万例死于哮喘[1]。嗜酸性粒细胞哮喘(eosinophilic asthma，EA)是哮喘最常见的表型(依据诱导痰细胞学分类)，高达80%的重症哮喘可归类为EA表型[2]。EA的发病机制复杂，过敏因素介导的EA通常为儿童早发型，非过敏因素介导的EA多为成人迟发类型[3-4]。但是无论何种表型，EA都以气道嗜酸性粒细胞炎症作为病理基础，并介导了气道重塑、气道黏液高分泌及气道高反应性(airway hyperresponsiveness，AHR)，最终严重影响患者的生活质量及生命健康。笔者将对EA的发病机制、诊断及治疗进展进行综述。

EA的发病机制

EA的气道炎症类型可分为变应性或非变应性，多种炎症细胞及细胞因子参与了EA的发病进程，包括2型辅助性T淋巴细胞(T helper lymphocytes 2，Th2)、2型固有淋巴细胞(type 2 innate lymphocytes，ILC2)、嗜酸性粒细胞(eosinophils，Eos)、树突状细胞(dendritic cell，DC)、肥大细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞及2型细胞因子[4]。Eos是EA的核心炎症效应细胞，外周血及气道组织Eos增多是EA的重要标志[5-6]。

一、Eos在哮喘中的病理生理作用

Eos是起源于骨髓的一类先天性免疫细胞，稳态下占外周血的1%～3%，参与了机体对抗微生物(如寄生虫、病毒和结核分枝杆菌)及过敏原的免疫反应[7-8]；此外，Eos还在组织形态发生、维持黏膜稳态和调节新陈代谢等生理过程中发挥非免疫调节功能[9-10]。气道Eos增多及异常活化是EA的核心病理改变。Eos具有多种亚型，在变应性哮喘中以炎症性Eos为主(小鼠：Siglec-FhiEos亚型；人类：低密度Eos亚型)，处于稳态时以调节性Eos为主(小鼠：Siglec-F+Eos亚型；人类：正常密度Eos亚型)[11]。变应性EA中Eos主要浸润支气管和肺组织，而在非变应性EA中Eos浸润范围主要集中在肺组织，提示不同表型EA的Eos效应机制可能不尽相同[12]。

活化的Eos通过脱颗粒释放毒性蛋白颗粒，例如主要碱性蛋白、嗜酸性阳离子蛋白、Eos衍生的神经毒素和嗜酸性粒细胞过氧化物酶，以及其他炎性介质如半胱氨酸白三烯(cysteinyl leukotriene，cysLT)、血小板激活因子和前列腺素D2(prostaglandin D2，PGD2)，从而发挥免疫调节或病理损伤作用[13]。近期的一项临床研究显示，哮喘患者血浆中高水平嗜酸性粒细胞衍生神经毒素(eosinophil derived neurotoxin，EDN)与疾病的急性发作、喘息及呼吸困难程度呈显著正相关[14]。Eos释放的脱颗粒蛋白与DNA纤维交互作用形成嗜酸性粒细胞胞外陷阱(eosinophil extracellular trap，EET)，具有抗细菌和抗病毒感染的作用，参与了呼吸道病毒诱导的哮喘急性发作[15-16]。国内学者最近的一项研究显示，EET能够通过CCDC25-ILK-PKCα-CRTC1通路激活肺神经内分泌细胞，从而加重变应性哮喘的气道炎症[17]。此外，Eos可发生非凋亡形式的细胞溶解，释放大量半乳糖凝集素-10，在气道内形成夏科-雷登结晶(Charcot-Leyden crystal，CLC)[18]。已有研究表明，外源性CLC能够加重哮喘小鼠气道黏液高分泌、AHR，并促使免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)合成增加[19]。

二、2型细胞因子在EA中的病理作用

2型细胞因子，包括白细胞介素(interleukin，IL)-5、IL-4和IL-13，是参与到EA病理进程的重要炎症因子。IL-5是骨髓Eos分化、成熟、存活的关键细胞因子。IL-5通过上调骨髓Eos前体细胞分化相关转录因子，如GATA1，进而驱动Eos分化和成熟[20]。IL-5还能够抑制Eos凋亡，延长组织中Eos寿命至数周[21]。IL-4和IL-13可共同作用于IL-4受体α亚基(IL-4Rα)，依赖于转录激活因子-6发挥作用[22]。在卵清蛋白诱导的哮喘模型中，IL-4通过IL-4Rα诱导B细胞IgE类别转换、ICAM-1和VCAM1等黏附分子的表达增多，促使Eos募集至肺部炎症部位，进而导致AHR[23]。IL-13 起初被认为不参与变应原诱导B细胞产生特异性IgE的过程，但近期的一项研究发现，小鼠和人体IL-13阳性滤泡辅助性T细胞亚群能够促使变应原诱导的B细胞分泌抗原特异性IgE增多[24]。此外，IL-13能够增强平滑肌细胞钙调蛋白的敏感性，诱导上皮细胞和单核细胞产生转化生长因子并破坏气道上皮细胞的紧密连接，导致哮喘基底膜增厚、气道重塑及AHR[22,25]。

三、变应性EA

变应性EA主要由环境变应原诱导产生。变应原作用于支气管上皮细胞(bronchial epithelial cell，BEC)后，诱导气道黏膜屏障功能损伤；变应原进入气道黏膜层与DC接触，携带变应原后的DC进而迁徙至次级淋巴组织，促使Th2通路活化。此外，变应原还能够通过激活Toll样受体或蛋白酶激活受体，诱导上皮源性警报素，如胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)、IL-33和IL-25[26-27]；以上细胞因子(TSLP、IL-33及IL-25)能够激活DC，进而促进Th2细胞激活，导致Eos向气道募集以及2型细胞因子的产生[4,27]。以上为变应原经由DC介导的Th2通路激活的经典途径。在变应性EA速发阶段，变应原与附着在肥大细胞、嗜碱性粒细胞IgE高亲和力受体上的IgE交联，引起细胞脱颗粒，释放组胺、cysLT、PGD2等炎症介质，介导血管扩张、水肿和支气管痉挛等；在变应性EA迟发阶段(变应原刺激3～4 h后)，活化的Th2细胞释放IL-5、IL-4和IL-13等2型细胞因子，介导Eos向气道募集、浸润，引起AHR、黏液分泌过多、组织损伤和气道重塑等病理表现[4,7]。变应性EA除了上述由变应原特异性Th2介导的途径，还存在变应原引起的不依赖警报素激活的ILC2介导的分子途径。例如，近期的一项研究结果显示，轻度哮喘患者在变应原激发后，气道嗜酸性粒细胞性炎症与肿瘤坏死因子样蛋白1A/死亡受体3(tumor necrosis factor-like protein 1A/death receptor 3，TL1A/DR3)轴的上调及ILC2活化增加有关[28]。

四、非变应性EA

注 图中黑色虚线左侧为变应性嗜酸性粒细胞哮喘(eosinophilic asthma，EA)的免疫学机制通路，即变应原被树突状细胞(dendritic cell，DC)识别，并诱导DC分化，DC通过释放白细胞介素(interleukin，IL)-4诱导CD4+T细胞分化为2型辅助性T淋巴细胞(T helper lymphocytes 2，Th2)；此外，变应原可通过刺激气道上皮细胞释放警报因子，如IL-33、IL-25及胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)，警报因子能够促进Th2细胞的活化。活化的Th2通过释放IL-4、IL-5、IL-13、IL-9等2型炎症因子，其中IL-4和IL-13能够促进B细胞分化为浆细胞，最后产生免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)；IgE与肥大细胞表面受体结合后形成致敏状态，当再次暴露于变应原时，肥大细胞通过脱颗粒释放多种炎症介质，如组胺、半胱氨酸白三烯(cysteinyl leukotriene，cysLT)和前列腺素D2(prostaglandin D2，PGD2)，诱导变应性气道炎症；黑色虚线右侧概括了非变应性EA的发生机制，即环境中的非变应原(PM2.5、臭氧及病原体等)刺激气道上皮细胞释放警报素，后者能够与2型固有淋巴细胞(type 2 innate lymphocytes，ILC2)相应的受体结合，激活的ILC2能够释放大量IL-5、IL-13、IL-9等炎症因子，介导气道嗜酸性粒细胞炎症发生。两种表型EA都是以IL-5作为关键炎症因子，IL-5能够促进Eos的存活及分化，并诱导Eos释放主要碱性蛋白(major basic protein，MBP)、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白(eosinophil cationic protein，ECP)、嗜酸性粒细胞过氧化物酶(EPO)和嗜酸性粒细胞衍生神经毒素(eosinophil derived neurotoxin，EDN)、cysLT、PDG2和血小板激活因子(platelet activating factor，PAF)等炎症介质，引起气道黏液分泌增加、平滑肌细胞增生、气道高反应性(airway hyperresponsiveness，AHR)、气道重塑等病理改变；此外，Eos释放的毒性蛋白颗粒(如MBP、ECP、EPO及EDN)能形成嗜酸性粒细胞胞外陷阱(eosinophil extracellular trap，EET)，而Eos发生细胞溶解时可在气道内形成夏科-雷登结晶(Charcot-Leyden crystal，CLC)，以上因素进一步加重了哮喘气道炎症；TCR：T细胞受体(T cell receptor)；HLA：人白细胞抗原(human leukocyte antigen)图1 变应性EA与非变应性EA发病机制

非变应性EA主要由非变应原依赖的ILC2介导。ILC2在驱动非变应性EA相关嗜酸性粒细胞炎症过程中发挥核心作用[29]。PM2.5、臭氧及微生物等非变应性因素能够引起BEC释放警报素(IL-25、IL-33、TSLP等)[30-33]。警报素能够直接与ILC2上的相应受体结合，从而激活ILC2；活化的ILC2通过介导适应性免疫反应释放大量IL-13和IL-5等2型细胞因子，以及介导独立于Th2途径的气道嗜酸性粒细胞炎症[34]。由于ILC2不生成IL-4，因此变应原特异性IgE在非变应性EA中通常不升高。活化的ILC2还能够分泌IL-9，促使气道黏液分泌和肥大细胞富集，后者通过自分泌IL-9激活自身及ILC2，使得气道炎症持续存在[35]。此外，一项动物实验结果显示，3型固有淋巴细胞(ILC3)与ILC2，而非CD4+T淋巴细胞，介导了柴油尾气颗粒物诱发的非变应性EA[36]。非变应性EA还包括特殊哮喘亚型-阿司匹林加剧的呼吸道疾病(aspirin exacerbated respiratory disease，AERD)[37]。非甾体抗炎药物，例如阿司匹林，通过抑制环氧化酶-1合成，增加花生四烯酸经由5-脂氧化物酶介导途径代谢，导致cysLT、cysLT受体及PGD2表达增加，继而激活肥大细胞，引起持续性气道嗜酸性粒细胞炎症，而AERD患者血清变应原特异性IgE水平通常并不升高[38]。变应性EA与非变应性EA的发病机制总结如图1所示。

EA的临床特征及诊断

生物标记物是联系内源型与表型的可测量指标，是诊断和鉴别EA不同表型的关键。常用的生物标记物包括诱导痰和外周血Eos计数、呼出气一氧化氮、血清IgE、皮肤点刺测试等[2]。诱导痰细胞分类计数是诊断Eos表型哮喘的主要依据，重复诱导痰Eos比例大于2%可诊断为EA表型，并能客观反映气道嗜酸性粒细胞炎症程度[39]。外周血Eos计数大于150个/μl支持EA的诊断[40]，是监测EA治疗和预后的最佳选择。FeNO具有预测EA气道嗜酸性粒细胞炎症的能力，配合其他指标用于EA辅助诊断、指导治疗及监测EA预后。另外，IL-13能够介导机体骨膜素水平升高，继而促进气道Eos募集和纤维重塑，血清骨膜素与外周血Eos水平相关[41]，因此，血清骨膜素是辅助诊断EA的潜在生物标记物。

变应性EA是EA常见的亚型，通常在儿童时期起病，伴有过敏史或其他变应性疾病(湿疹、变应性鼻炎)[3]。变应性EA患者血清IgE通常会升高(总IgE：30～1300 IU/ml、特异性IgE>0.35 IU/ml)或者皮肤点刺试验阳性[42]。非变应性EA多为迟发性哮喘(成年发病，无性别差异)，但外周血Eos大于300个/μl的患者以男性居多[43]。非变应性EA易发展为重症哮喘，需要依赖(连续或间歇)口服糖皮质激素，易频繁发作(每年≥2次)且肺功能较差；多数患者合并慢性鼻-鼻窦炎伴有鼻息肉，常伴有气流受限及气道黏液栓形成，且患者血清IgE通常为正常水平[40,43]。两种表型EA临床特征如表1所示。

表1 变应性EA与非变应性EA临床特征比较

EA的生物靶向治疗

EA的常规治疗为吸入性糖皮质激素(ICS)和支气管扩张剂[39]。部分EA患者常规治疗时症状难以控制(发作次数≥2次/年、发作住院次数≥1次/年)、依赖口服激素维持治疗或治疗无效，在这些未控制、难治性重症EA中加用靶向药物能取得一定疗效[39]。目前已经批准用于治疗EA的临床靶向药物包括奥马珠单抗、美泊利单抗、瑞利珠单抗、贝那利珠单抗及度普利尤单抗[40]。奥马珠单抗通过中和血清IgE抑制变应性炎症效应，能减少变应性哮喘患者气道和血液Eos，可用于治疗6岁以上的中重度变应性哮喘患者[44]；而接受了奥马珠单抗治疗后，约70%的EA患者能够获得良好疗效[45]。抑制Eos和IL-5的靶向药物：针对IL-5的美泊利单抗和瑞利珠单抗，用于持续性嗜酸性粒细胞炎症的哮喘患者，能减少患者外周血和诱导痰的Eos并减少哮喘发作，目前用于重症哮喘和外周嗜酸性粒细胞增多症[40]；针对IL-5α受体的贝那利珠单抗，除了抑制IL-5炎症通路，还可以通过抗体依赖的细胞毒性作用快速耗竭外周Eos，有效降低重症EA的急性发作次数，减少口服激素用量，研究证明长期(2年)用于治疗EA患者具有较好的有效性和安全性[46]。度普利尤单抗与IL-4Rα结合，同时抑制IL-4和IL-13的炎症通路，能有效改善EA患者肺部症状，减少哮喘急性发作，对于合并变应性疾病(慢性鼻炎鼻窦炎、变应性鼻炎)的哮喘患者是一个不错的选择[47]。上述几种药物均能降低重症哮喘急性发作，其中美泊利单抗、贝那利珠单抗及度普利尤单抗能减少哮喘患者口服激素用量，改善哮喘控制[48]。此外，针对IL-13、IL-33、IL-25及TSLP靶点的生物制剂目前正处于临床试验阶段。Tezepelumab(TSLP单克隆抗体)的3期临床研究结果提示，该药物能够有效改善未控制重症哮喘患者的肺功能、哮喘控制情况及生活质量[49-50]。

总 结

EA是临床最常见的哮喘表型。依据EA发病机制和临床特征，可分为变应性和非变应性两种表型，嗜酸性粒细胞炎症是其发病的病理基础。EA的发病机制较为复杂，多种炎症细胞及细胞因子参与了EA的发病进程。目前，基于EA发病机制的多种生物标记物及生物靶向药物已经在临床诊疗中得到应用并取得一定效益，但在不同个体间存在差异。未来应聚焦于EA分子机制的研究，寻找EA特异性分子靶点，用于识别疾病表型和实现个体化靶向治疗，推动临床EA的精准化诊疗。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献林慧敏、符昱、方章福：负责文章起草、撰写；谢佳星：对文章的重要学术性内容做出关键性修改，对拟发表文章作最后审阅及定稿