嗜酸性粒细胞型慢性阻塞性肺疾病的研究进展

曾子航 陈燕 龙颖姣

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，简称“慢阻肺”) 由于其高患病率、高致残率及高病亡率已成为世界公共卫生的挑战。全球疾病负担研究显示，2017年和2018年全球约有2.994亿成年人罹患慢阻肺，估计造成323万例患者死于慢阻肺及其相关疾病[1-2]。而在我国20岁以上的人口中，慢阻肺的患病率已达8.6%，患病数接近1亿例[3]。且随着发展中国家吸烟率的上升和高收入国家人口的老龄化，慢阻肺的患病率将在未来40年内进一步上升。

慢阻肺的发病机制十分复杂，目前对其细胞和分子机制尚不完全清楚，使得以“慢阻肺”或“哮喘”等诊断标签进行治疗的局限性正变得越来越明显。因此，Agusti等[4]提出了一种基于“可治疗特征”的精准医学策略，即不依靠慢阻肺或哮喘的诊断标记去进行治疗，而是根据存在的可治疗特征来治疗气道疾病。气道炎症是慢阻肺可治疗的病理特征之一，可导致慢阻肺患者持续的气道症状和不可逆转的气流阻塞[5]，与慢阻肺的发生发展和病亡率密切相关[6]。但目前的诊断方法不能体现出慢阻肺患者气道炎症异质性的特点，导致针对气道炎症的治疗效果不佳。近年来，流行病学研究及大量临床试验表明，血嗜酸性粒细胞水平不仅与吸入性糖皮质激素治疗慢阻肺的反应相关，也与疾病恶化的风险、病亡率和住院时间有关[5,7]，但仍无法准确定位诊治嗜酸性粒细胞炎症的方法如何在慢阻肺诊治过程中发挥作用。因此，笔者从以下几个方面为嗜酸性粒细胞作为慢阻肺潜在生物标志物和可治疗特征为慢阻肺诊治提供参考。

一、嗜酸性粒细胞型慢阻肺

慢阻肺存在多种炎症表型，分别为中性粒细胞型、嗜酸性粒细胞型、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞混合型、粒细胞缺乏型[8-9]。由于嗜酸性粒细胞的分布和范围因研究人群而异，并受年龄、吸烟史和合并症等因素影响，使得嗜酸性粒细胞型慢阻肺并没有统一的定义，但已有大量的研究证实其较高的发病率及对患者的健康危害。研究显示，有10%～40%的慢阻肺患者被证实在痰液、支气管肺泡灌洗液和支气管活检样本或血液标本中存在嗜酸性粒细胞数量增加及2型(T2)气道炎症转录组增加的特征[5,10]，并通常与非感染性恶化相关[11]。另外，约1/5的急性加重期慢阻肺与嗜酸性粒细胞增多相关[12-13]，患者的气道活检组织和痰液检查均显示嗜酸性粒细胞数量明显高于稳定期慢阻肺，并且急性期水平升高的患者发生并发症、再次急性发作、肺炎、住院时间延长和病亡率升高的风险可能更高[13-18]。同时，气道嗜酸性粒细胞增多症还会增加气道重塑的风险[11]。尽管有研究认为，血嗜酸性粒细胞和慢阻肺之间相关性较小[19]，但可能与研究对象纳入了轻度和已经接受治疗的慢阻肺患者，低估了嗜酸性粒细胞与慢阻肺的相关性有关。进一步对“COPD的遗传流行病学队列(COPD Gene)”[16]和“纵向评估慢阻肺以确定预测性替代终点队列(ECLIPSE)”[10]进行分层研究证实，有慢阻肺频繁急性加重发作史的受试者血液中的嗜酸性粒细胞计数较无频繁急性加重史的慢阻肺患者增加。因此，了解嗜酸性粒细胞是如何参与慢阻肺气道炎症的机制对于理解并利用慢阻肺嗜酸性粒细胞表型进行个体化治疗至关重要。

嗜酸性粒细胞是由Heinrich Caro在1874年首次发现，由双叶核和大的嗜酸细胞质颗粒组成，是CD34+髓系祖细胞在健康骨髓中产生的[20]。嗜酸性粒细胞炎症的发生机制尚不完全清楚，可能是先天免疫和适应性免疫的结果，包括：(1)过敏性嗜酸性粒细胞炎症：由 CD4+辅助型T细胞2(T helper 2 cell，Th2)和细胞因子[如白细胞介素-4(IL-4)、IL-5和IL-13]驱动，这种表型通常可以由糖皮质激素控制。(2)非过敏性嗜酸性粒细胞炎症：可能归因于Ⅱ型天然免疫细胞(ILC2)产生IL-5的结果[21-22]。IL-5是嗜酸性粒细胞存活和成熟的专性细胞因子，能够促进造血干细胞向成熟的嗜酸性粒细胞分化[23]。一旦成熟，嗜酸性粒细胞就进入体循环，并主要迁移到胃肠道和胸腺，使得体循环中的嗜酸性粒细胞数量通常很低，仅占白细胞计数的1%～4%[23]。正常状况下，嗜酸性粒细胞沿血流流动并仅接触支气管血管内皮细胞，只有在炎症反应的背景下，炎症信号才会诱导支气管血管内皮和上皮间的黏附分子激活，体循环中的嗜酸性粒细胞才能被免疫调节细胞和趋化因子募集到气道中[24]，导致嗜酸性粒细胞浸润气道，并释放嗜酸性阳离子蛋白(eosinophil cationic protein, ECP)和嗜酸性粒细胞过氧化物酶(EPO)等细胞毒性颗粒产物，以及多种趋化因子及细胞因子[25-26]，进一步加重气道炎症[27]。此外，IL-13能够与IL-4共同诱导产生免疫球蛋白(IgE)和趋化因子，从而将嗜酸性粒细胞募集到疾病部位。Doyle等[28]研究表明，Th2产生的IL-13能够促进肺泡巨噬细胞分泌基质金属蛋白酶-12(MMP-12)增加，导致肺泡腔增大和肺气肿形成。同样，在慢性气道疾病患者中，肺泡嗜酸性粒细胞增多也与MMP-12的水平升高相关[29]。而对于IL-33来说，虽然其不能直接导致嗜酸性粒细胞增多，但IL-33是一种由“受损”的内皮细胞和上皮细胞产生的细胞因子，可作为Th2型反应的诱导剂激活肥大细胞，并能刺激嗜酸性粒细胞趋化蛋白的释放和IL-13的产生，也可能参与了嗜酸性粒细胞型慢阻肺的发病过程[30]。

二、嗜酸性粒细胞型慢阻肺的诊断

慢阻肺的异质性给疾病诊断及预后管理带来了很大的挑战。一个可以识别慢阻肺表型、方便测量的生物标志物对于改善患者预后有着积极的作用。正确使用生物标志物有助于精准治疗慢阻肺患者，改善患者预后。起初，人们对于气道炎症的了解来源于手术切除获得的肺标本，现在可以通过支气管镜直接在气管壁上采样，或者通过近端支气管冲洗在大气道腔中或者通过支气管肺泡灌洗在较小的远端气道中采样。但这些方法均是侵入性的，易对患者气道造成刺激及损伤，不适宜慢阻肺患者的常规气道炎症评估[31]。

自从Brown[32]在临床上使用痰细胞学来探索气道炎症以来，便被认为是评估气道嗜酸性粒细胞炎症最可靠的方法，并确定了人群中正常痰液中嗜酸性粒细胞计数范围。但是评估患者痰液样本在技术上具有挑战性且耗时，结果也可能缺乏可重复性。也就是说，一些患者不能自发生痰，可能需要高渗盐水诱导而获得样本[33]。然而，痰液诱导可能会导致一些患者的支气管收缩，这对于气流受限非常严重的患者和急性加重期慢阻肺患者绝对是不可行的。因此，使用血液嗜酸性粒细胞计数作为识别嗜酸性粒细胞型慢阻肺表型的替代指标获得了临床医生的广泛支持[34]。

血嗜酸性粒细胞的量化具有无需额外资源、时间或设备，且可常规化检测的特点，其外周血水平与加重期的风险存在相关性[10,33,35]。流行病学研究数据和大量临床试验事后分析表明，血嗜酸性粒细胞水平不仅可以预测糖皮质激素的治疗效果，还与慢阻肺患者急性加重的风险、病亡率及住院时长相关[7,17,36-37]。Singh等[38]引入了血嗜酸性粒细胞计数作为生物标志物，以指导吸入性糖皮质激素治疗预防急性加重，观察效果良好。但在ECLIPSE研究中发现，只有37%的慢阻肺患者在3年的随访过程中血嗜酸性粒细胞计数一致[11]，说明个体血嗜酸性粒细胞水平并不是持续稳定的，会受到药物和合并症等因素的影响，但总体研究结果仍支持使用重复测量血嗜酸性粒细胞水平来识别嗜酸性粒细胞型慢阻肺表型[39]。

除了血嗜酸性粒细胞外，还有其他替代标志物可以检测气道嗜酸性粒细胞。如呼出气一氧化氮分数(FeNO)是哮喘中2型气道炎症常用的非侵入性标志物，是指导皮质类固醇治疗的工具[40]，但由于吸烟和氧化应激可能明显降低FeNO值，使其在慢阻肺中的效用受到限制[41]。ECP的血液水平也可能是气道嗜酸性粒细胞增多的另一个标志物。有研究发现，较高的血浆ECP水平与慢阻肺加重的负担密切相关[42]，但其他研究并未发现血液ECP浓度与血嗜酸性粒细胞计数之间的关系[43]，故ECP能否作为新的标志物仍需进一步探索。

三、嗜酸性粒细胞型慢阻肺的治疗

(一)吸入性糖皮质激素

吸入性糖皮质激素已用于治疗慢阻肺40余年，当与其他药物如长效β受体激动剂(LABA)联合使用时，在改善患者肺功能、总体健康状况、6 min步行距离和恶化频率方面均具有一定的益处[38]。然而，长期进行吸入性糖皮质激素治疗可能会产生一些药物不良反应，诱发骨质疏松症、糖尿病和白内障等疾病[44]，还会增加慢阻肺患者罹患肺炎的风险[45]。但对嗜酸性粒细胞气道炎症为主的慢阻肺患者可能获益最多[10，46-47]，并且还可以根据痰嗜酸性粒细胞计数指导糖皮质激素治疗，达到减少患者住院时间的目的[46]。GOLD指南[48]推荐吸入性糖皮质激素适用于有明显恶化风险和血嗜酸性粒细胞增加的患者，这种关联的证据来自对随机对照试验的一系列事后分析[38]。Pavord等[49]对持续时间至少为1年的3项随机对照研究进行了事后分析，发现与使用安慰剂或长效抗胆碱能拮抗剂(LAMA)相比较，对于治疗前血嗜酸性粒细胞水平升高的患者，吸入性糖皮质激素联合长效β受体激动剂的治疗效果更好，表明血嗜酸性粒细胞计数可用于预测急性加重风险及急性期对于皮质类固醇治疗的反应。尽管糖皮质激素治疗后的获益大于风险，但仍不能低估这些风险，尤其是对治疗诱发肺炎的风险。此外，现有证据均基于事后研究，目前并没有开展随机对照试验以评估嗜酸性粒细胞引导的吸入性糖皮质激素治疗慢阻肺的效果。

(二)靶向治疗

由于嗜酸性粒细胞气道炎症是由致病因子刺激细胞分泌IL-4、IL-5及IL-13等细胞因子介导产生，因此，针对这些细胞因子开放的单克隆抗体的靶向治疗引起了学界的重视。

1.抗IL-5治疗：目前，有3种美国食品药品监督管理局(FDA)批准的抗IL-5治疗的单克隆抗体，分别是美泊利珠单抗、贝那利珠单抗及瑞利珠单抗。但目前仅开展了对美泊利珠单抗、贝那利珠单抗在慢阻肺治疗中的研究。

美泊利珠单抗是一种针对IL-5 的完全人源化的免疫球蛋白，可防止其与嗜酸性粒细胞表面的IL-5受体α亚基(IL-5Rα)的α链结合[50]，还可防止IL-5受体复合物的形成并阻断信号通路的激活，减少嗜酸性粒细胞的产生或使其不能完全成熟。其药代动力学与剂量和时间无关，半衰期约为20 d。Dasgupta等[51]对18例40～80岁中重度慢阻肺患者进行了一项为期6个月的单中心、双盲、随机、安慰剂对照试验，以评估美泊利珠单抗注射液(750 mg/月)或安慰剂对伴有持续性痰/血嗜酸性粒细胞增多的慢阻肺患者的影响。研究发现，使用美泊利珠单抗治疗组的痰/血嗜酸性粒细胞计数较安慰剂组明显减少，但是并没有改善肺功能急性加重频率。另有两项大型队列研究评估了美泊利珠单抗与安慰剂对频繁急性加重慢阻肺嗜酸性粒细胞表型患者的疗效和安全性[52-53]，这两项Ⅲ期临床试验分别是“美泊利珠单抗与安慰剂作为频繁急性加重慢阻肺患者的附加治疗(METREX)研究”和“美泊利珠单抗与安慰剂作为以嗜酸性粒细胞水平增高为特征的频繁急性加重慢阻肺患者的附加治疗(METREO)研究”，但两项研究的结果并未发现美泊利珠单抗的预期疗效[54]。

贝那利珠单抗是人源化非岩藻糖基化抗IL-5Rα单克隆抗体，既可以通过与IL-5Rα受体结合来阻止IL-5的信号传导[55]，也可以与释放促凋亡蛋白(如颗粒酶和穿孔素)的自然杀伤细胞结合，使嗜酸性粒细胞直接消耗。一项在101例40～85岁伴有痰嗜酸性粒细胞增高的中重度气道疾病患者中开展的Ⅱ期、双盲、随机、安慰剂对照研究评估了贝那利珠单抗对慢阻肺的治疗效果，发现贝那利珠单抗并未明显改善慢阻肺的急性加重频率，也没有观察到使用贝那利珠单抗和未使用贝那利珠单抗患者健康状况方面的差异[56]。

最近，循证医学(Cochrane)数据库分析了6项研究，其中5542例慢阻肺受试者被随机分配接受了抗IL-5治疗，结果表明美泊利珠单抗可能降低了嗜酸性粒细胞计数>150个/μl 患者的中重度急性加重的年发生率，贝那利珠单抗降低了嗜酸性粒细胞计数>220 个/μl 患者的住院率[57]。因此，尽管在抗IL-5治疗的个别研究中未能显示出明显的益处，但总的研究数据表明，通过适当的患者选择，一组高度特异性的慢阻肺患者可能会受益于抗IL-5治疗。

2.抗IL-4/IL-13治疗：由于IL-4和IL-13的受体共享相同的α链，因此，针对IL-4和IL-13受体的α链的抗体会明显影响两者水平[58]。目前，已经开发了3种抗IL-4/IL-13抗体，分别为杜匹鲁单抗、雷布利珠单抗及曲洛金单抗[59]。这几种治疗抗体在哮喘中的治疗效果已得到肯定，但在慢阻肺中评价其治疗效果的研究还较少。例如，一项评估杜匹鲁单抗在伴发气道疾病2型炎症的中重度慢阻肺患者中的疗效、安全性和耐受性的关键研究(BOREAS研究)(NCT03930732)， 以及最近在慢阻肺频繁急性加重的患者中进行的一项用雷布利珠单抗治疗的Ⅱ期、双盲、随机、安慰剂对照试验(NCT02546700)等，这些研究将为慢阻肺治疗提供一些新的见解[60]。

小 结

慢阻肺是一种具有多种表型异质性的疾病，这一事实导致了针对特定病理机制的新治疗靶点的研究成为可能。为了探讨此类治疗的效果，需要生物标志物来识别最适合患者。血液嗜酸性粒细胞计数已成为确定慢阻肺嗜酸性粒细胞表型患者的标志物。尽管存在相互矛盾的证据，但血液嗜酸性粒细胞似乎可以预测慢阻肺的急性加重和对一些抗炎药物(如吸入性糖皮质激素)的反应。IL-5、IL-4及IL-13是在哮喘和慢阻肺中驱动嗜酸性粒细胞气道炎症的重要效应细胞因子，并已在哮喘靶向治疗中证实了此类药物在严重嗜酸性粒细胞性哮喘中的有效性和安全性。故一些大型临床试验已经开始评估这些靶向药在嗜酸性粒细胞型慢阻肺中的作用。但这些研究的初步数据令人失望，可能是由于招募的慢阻肺患者血嗜酸性粒细胞的临界值与哮喘研究中使用的临界值相似。因此，未来的研究需要对入组患者的纳入标准更为严格，以便更好地选择对此类治疗有效的慢阻肺患者。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突