上皮源性细胞因子在共同气道疾病中的作用及其研究进展

杜昱聪，刘环海

(海军军医大学附属长征医院 耳鼻咽喉科，上海 200003)

临床上，变应性鼻炎(allergic rhinitis，AR)、慢性鼻-鼻窦炎(chronic rhinosinusitis，CRS)和哮喘是耳鼻咽喉科和呼吸科疾病。呼吸道以声带水平为界限分为上呼吸道和下呼吸道，但从鼻孔到肺泡，在解剖学上是连续的，且均由呼吸道上皮覆盖。已有研究表明，AR、CRS和哮喘在流行病学上可能是共病，有一些共同的免疫致病机制，如2型辅助性T细胞(T helper cells2，Th2)型炎症反应，由此产生了共同气道疾病(united airway diseases，UAD)的概念[1]。本文据此，将上下呼吸道中最常见的气道上皮源性细胞因子—白细胞介素(interleukin，IL)-25、IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)在UAD疾病中的表达及其临床意义进行综述。

1 慢性气道炎症流行病学研究

我国AR的发病率一般在4%～38%，其中40%伴有哮喘[2]。CRS是另一种在世界范围内常见的慢性气道疾病，我国CRS平均发病率在8%左右，其他国家的发病率为5.51%～14%，CRS患者合并哮喘的概率是无CRS患者的两倍以上[3]。在全球过敏与哮喘欧洲网络中，大量受试者表现出哮喘与CRS、CRS和AR有较强的相关性[4]。

2 常见免疫病理机制

AR、CRS和哮喘有许多共同的病理特征，最终都是变应原暴露引起肥大细胞活化和脱颗粒、嗜酸性粒细胞募集和浸润、Th2细胞的活化和极化，以及特异性免疫球蛋白E的产生。同时，Th2型炎症反应中的细胞因子主要是在上下气道中均有高表达的IL-4、IL-5、IL-13[5]。而且有研究[5-6]发现不合并哮喘的AR患者在鼻变应原暴露试验下，上下气道黏膜以及外周血嗜酸性粒细胞会增多。这表明上下气道之间存在一定联系。

3 常见慢性炎症损伤和气道重塑异常

AR、CRS和哮喘的基本病理表现都是慢性炎症损伤和异常组织重塑。有研究表明[7]：在反复发作的变应性炎症中，上皮损伤、成纤维细胞胞外基质蛋白沉积增加、血管生成、杯状细胞和黏膜或黏膜下腺体增生以及气道平滑肌增厚增强造成了哮喘患者的支气管壁增厚。同样的，对CRS的研究显示：伴鼻息肉的CRS(chronic sinusitis with nasal polyps，CRSwNP)患者表现出上呼吸道杯状细胞增生、黏液分泌过多、基底细胞增生和基底膜增厚[8]；上呼吸道的组织重塑过程与上皮下纤维化、基底膜增厚和疾病严重程度有关，同样下呼吸道也有类似的表现[9]。

4 上皮源性3种细胞因子在气道疾病中的作用

以上所述内容均支持UAD的概念，但是对于调节气道通畅度的共同因素仍然无法明确。有研究认为刺激物逆行至骨髓，刺激骨髓祖细胞或刺激物介导的鼻-支气管反射是可能的机制[10]。也有一种假说更加强调上皮源性细胞因子，即IL-25、IL-33和TSLP，是连接上皮间充质细胞通讯和诱导气道病理生理变化的关键调节因子[11]。近年来基于全基因组关联研究结果，证明了多个与IL-25、IL-33和TSLP相关的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)与气道疾病相关[12-14]。

气道上皮细胞排列在整个气道的表面，它作为第一道防线来保护气道免受病原体的侵害。上皮细胞表面表达Toll样受体(toll-like receptors,TLR)和核苷酸结合寡聚结构域样受体(toll-like receptors,NLR)，可以识别病原体中结构保守的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP)，并通过诱导免疫应答对这些外源性危险信号做出反应；上皮细胞对PAMP-TLR/NLR相互作用的重要反应就是分泌各种细胞因子，特别是IL-25、IL-33和TSLP，可诱导先天性和适应性免疫反应，并导致向Th2型免疫反应的偏倚[15-16]。

4.1 上皮源性IL-25

4.1.1 IL-25的细胞来源和生物学特性 IL-25，也被称为IL-17E，是IL-17细胞因子家族的一员，通常具有促炎症功能。虽然IL-25在结构上与IL-17同源，但IL-25的生物活性与IL-17家族的其他成员有显著差异[17]。IL-17家族的大多数成员通常导致中性粒细胞浸润，诱导Th1型炎症，促进肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-γ和IL-1β的产生，而IL-25导致嗜酸性粒细胞增多，诱导Th2偏性炎症，并诱导IL-4、IL-5和IL-13的过度表达[17]。

Kouzaki等[18]证实IL-25在气道上皮细胞的细胞质中形成、储存；当暴露于常见的含有蛋白酶活性的变应原(如屋尘螨)时，上皮源性IL-25迅速释放，从而导致变应性炎症的发生。这种特征使上皮细胞能够介导先天免疫，对传入的变应原迅速作出反应。IL-25的下游应答者也很多，包括上皮细胞本身、TSLP激活的树突状细胞激活的记忆Th2细胞、产生IL-9的Th9细胞、气道平滑肌细胞、内皮细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和2型固有淋巴细胞(type 2 innate lymphoid cells,ILC2)，其上表达IL-25的异二聚体受体，即IL-17RA/IL-17RB[19]。

IL-25和IL-17RA/IL-17RB之间的相互作用导致转录因子NF-κB、STAT6、GATA3和NF-ATC1的激活和上调，从而导致记忆Th2细胞的激活和极化，这归因于IL-4、IL-5和IL-13的分泌[20]。一方面，IL-25抑制Th1/Th17相关转录因子，如T-bet和STAT4，并减少TNF-α、干扰素-γ(interferon -γ，IFN-γ)和IL-17A的分泌，进一步加重Th2反应偏倚[17,20]。从人外周血中分离的嗜酸性粒细胞进行的实验表明，IL-25处理后嗜酸性粒细胞的活性增强，表明了IL-25通过直接结合嗜酸性粒细胞上的IL-17RB对延缓嗜酸性粒细胞凋亡和维持变应性气道炎症中的嗜酸性粒细胞的活性具有重要作用[21]。

由于ILC2表达IL-17RA/IL-17RB，这些非B或T细胞也是IL-25的靶细胞，有证据表明：对缺乏T细胞和B细胞的小鼠鼻内给予IL-25会导致变态反应，ILC2在长期的IL-25刺激下产生的IL-13可以引起肺纤维化[22]。在人类气道中，在CRSwNP患者的鼻息肉中观察到ILC2对IL-25的强烈反应[23]。并且，在哮喘患者中，糖皮质激素可以通过MEK/JAK-STAT信号通路抑制IL-25引起的ILC2活性增加；IL-25可以通过支气管平滑肌上的受体发挥降低气道阻力和诱导支气管痉挛的作用[24]。

4.1.2 上皮源性IL-25在气道疾病中的作用 IL-25可以通过联合激活ILC2和Th2细胞来介导固有的和适应性的免疫反应，从而引起持续的Th2倾向的黏膜炎症[25]。Meng等[26-27]发现鼻腔IL-25在促进NP中Th2偏倚的炎症反应中起着重要作用，并根据鼻腔IL-25蛋白水平将CRSwNP患者分为高IL-25和低IL-25两型。

Hong等[27]的研究发现CRSwNP组人群的息肉组织中的IL-25的mRNA表达水平明显更高，并且高Il-25的CRS患者表现出更高的CT评分、内镜评分和Th2反应。Tang等[28]发现变态反应性哮喘患者血浆IL-25水平升高，嗜酸性粒细胞IL-17RA和IL-17RB表达增强。此外也有研究发现哮喘人群中高Il -25亚群有更高的气道高反应性、嗜酸性粒细胞在气道和血液的浸润、免疫球蛋白E、上皮下增厚幅度和Th2特征基因的表达[29]。Kouzaki等[30]发现AR患者鼻腔分泌物中IL-25水平明显高于正常人群。

4.2 上皮细胞源性IL-33

4.2.1 IL-33的细胞来源和生物学特性 IL-33是IL-1家族的一员，它通过与肥大细胞、Th2细胞和树突状细胞上的受体ST2来诱导Th2炎症[31-32]。IL-33不仅在诱导抗原依赖性Th2相关的局部气道炎症中起重要作用，而且是天然免疫的重要放大器，抗原依赖性Th2细胞活化和分化主要是通过IL-33的诱导完成[33]。

全基因组关联研究将IL-33和IL-1受体样1基因确定为主要易感基因，并表明IL-33和IL-1受体样1基因通路多态性通过致敏作用在儿童早期哮喘和哮喘的发生发展中起重要作用[34]。在小鼠和体外细胞培养实验的基础上，IL-33已被证明是变应性气道疾病严重程度的重要因素[35]。而在呼吸道合胞病毒诱导的气道高反应性小鼠模型中发现，用重组IL-33刺激小鼠从而激活ILC2，可以增强呼吸道合胞病毒触发的气道高反应性和嗜酸性粒细胞增多症[36]。

4.2.2 上皮源性IL-33在气道疾病中的作用 据报道，在AR模型小鼠中的淋巴管内注射卵清蛋白和鞭毛蛋白混合物可减少IL-25和IL-33的产生，从而改善变应性炎症[37]。此外，已有研究发现：早产新生儿在高氧环境下IL-33的升高可以诱发哮喘的发生[38]。而CRSsNP患者和健康人相比，CRSwNP患者的筛窦炎性黏膜中IL-33和ST2的表达水平均升高[39]；而肺组织在接触变应原后会出现IL-33诱导的嗜酸性粒细胞前体和骨髓中的成熟嗜酸性粒细胞[40]。虽然IL-33被认为可以诱导Th2型炎症反应，促进嗜酸性粒细胞的募集，但是Baba等[41]发现嗜酸性CRS和非嗜酸性CRS息肉中的IL-33蛋白水平和mRNA表达水平与对照黏膜相比无显著差异。

Ro等[42]提出了一种“MyD88-5-/12-LO-BLT2-NF-κB”级联效应，通过IL-33诱导肥大细胞产生IL-13促进哮喘的加重。此外，有研究在哮喘模型中发现，肥大细胞从基底层往上皮层的迁移受到IL-33的调控[43]。IL-33可通过上调肥大细胞源性IL-13间接促进ASM收缩造成气道高反应性[44]。

4.3 上皮来源的TSLP

4.3.1 TSLP的细胞来源和生物学特性 TSLP是一种IL-7样细胞因子，可以作用于IL-7受体链-α和TSLPR受体链-γ组成的异二聚体受体，从而影响B和T细胞的功能[45]。TSLP在皮肤、气道和眼组织的表皮、上皮和黏膜下层的组织细胞中产生，这对过敏的发生、发展以及过敏的加重有重要意义[46]；并且TSLP可以作用于气道上皮细胞、肥大细胞、支气管平滑肌细胞、树突状细胞和成纤维细胞[47]。

而TSLP的产生可由多种因素触发，包括环境刺激因子、微生物、原型蛋白酶、柴油废气颗粒物和香烟烟雾提取物等外源性触发因子[46]。促炎细胞因子、Th2-相关细胞因子和免疫球蛋白E也诱导或增加TSLP产生，产生正反馈效应。例如，TNF-α、IL-1β、IL-4、IL-13和IL-25单独或多种组合(如TNF-α与Th2细胞因子的组合)都是诱发TSLP产生的触发因素，而IFN-γ和IL-17A抑制TSLP的释放[46]。此外，TSLP和IL-33相互促进彼此在肺组织中的表达和以及在ILC2上受体的表达，从而增强先天2型气道炎症[33]。

4.3.2 气道疾病中上皮来源TSLP TSLP在包括AR、CRS、哮喘和慢性阻塞性肺疾病在内的炎症性气道疾病的发病机制中均有一定的作用[48]。在小鼠模型中，TSLP可以主要通过激活树突状细胞来促进2型气道炎症[49]。

有研究发现，IL-17RB、ST2、TSLPR联合信号可增强树突状细胞的Th2极化功能，并与AR患者病情严重程度相关[50]。连续尘螨滴鼻引起的气道嗜酸性炎症和气道高反应性与小鼠模型气道TSLP水平呈正相关。而TSLP信号阻滞剂后，屋尘螨提取物诱发的哮喘模型中气道上皮的E-钙黏蛋白功能障碍减轻了[51]。

对持续性中重度AR患者使用屋尘螨提取物舌下免疫治疗可以通过TSLP-OX40L信号通路下调Th2型免疫反应[52]。而一项临床试验中发现，在接受长效β受体激动剂和中高剂量吸入糖皮质激素治疗的患者中，接受替塞单抗治疗的患者比接受安慰剂治疗的患者的哮喘急性加重率更低，并且这与基线血嗜酸性粒细胞计数无关[53]。也有研究发现，与安慰剂相比，无论基线生物标记物状态如何，在52周内，替塞单抗对71%的严重的、未控制哮喘患者的哮喘加重有明显改善作用，并改善肺功能、哮喘控制和患者生活质量[54]。

5 小结

综上所述，TSLP、IL-25和IL-33是气道上皮细胞抵抗感染和刺激的重要调控因子，可导致变应性炎症的增强，并发挥连接先天性和适应性气道黏膜免疫之间的“桥梁”作用。对上皮源性的3种细胞因子的深入研究将揭示2型呼吸道炎症机制的更深层的机制，并且可能通过应用这些细胞因子的调节剂来实现AR、CRS和哮喘的更好的临床治疗和管理方法。