Th1/Th2失衡及相关细胞因子与慢性阻塞性肺疾病关系的研究进展

陈 烁 于凡珍 史家欣 李家树

慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一种以炎症为中心，多种复杂机制共同参与的慢性气道炎症性疾病。Th1、Th2细胞是两种重要的辅助性T细胞(T helper cell, Th)，有着不同的细胞因子产生模式，协调参与各种免疫炎性反应。近年来，多项研究发现，COPD与Th1/Th2失衡及相关细胞因子变化有关，然而目前对其中炎症机制分析的研究相对较少。本文将重点综述Th1/Th2失衡以及相关细胞因子在COPD中的作用，以期更好了解COPD免疫炎症变化规律，为COPD诊治提供新思路。

一、COPD的发病机制

COPD 是当前威胁全人类健康的慢性病之一，其病死率和发生率逐年上升，据世界卫生组织预估，2030年COPD将成为造成死亡的第三大疾病[1]。随着该病造成社会及经济负担的日益增加，人们对COPD的发病机制有了进一步认识，但其详细机制还未被完全阐明。氧化-抗氧化失衡、胰蛋白酶-抗胰蛋白酶失衡、神经紊乱、炎症损伤等多种原因均可促进COPD的发生与发展，但慢性气道炎症和上皮修复缺陷仍是该疾病的核心所在[2]。香烟烟雾及其他有毒、有害气体的吸入，诱导包含中性粒细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞在内的多种炎性细胞在肺组织、气道及肺血管等处聚集，引起多种炎性细胞因子释放，导致急性慢性炎性反应，继而破坏上皮损伤-修复机制，导致肺组织损伤。然而这些炎性细胞及促炎性细胞因子的增加，不仅维持着该人群体内慢性低度炎症，还引起全身损害[3]。由此可见，提高对COPD炎症机制的了解，有针对性的进行分析和干预，对COPD的防治有十分重要的现实意义。

二、Th1、Th2细胞的生物学特征

T淋巴细胞来源于骨髓组细胞，在胸腺中发育并成熟，随后通过淋巴和血液循环输送到淋巴结及外周组织中发挥效能[4]。根据T淋巴细胞表面表达糖蛋白的不同，可以分为CD4+T细胞和CD8+T细胞等。CD8+T细胞具有细胞毒性，在感染和抗移植反应中发挥关键作用；而CD4+T细胞有着不同的群体，故其功能存在异质性[5]。在特定环境中T淋巴细胞受体被激活，原始CD4+T细胞可以分化成Th1、Th2、Th17等不同的Th细胞。其中Th1、Th2细胞产生相互拮抗的细胞因子谱，而这些细胞因子增强自身表型的Th细胞分化并且抑制其他Th细胞分化[6]。

1.Th1细胞生物学特征：Th1细胞主要分泌干扰素-γ(interferon-γ, IFN-γ)，T-bet是其主转录因子；T-bet可与多种不同转录因子合作，进一步促进IFN-γ的产生。IFN-γ通过激活信号转导剂和激活剂1(signal transducer and activators of transcription 1, STAT1)进一步诱导T-bet表达，促进Th1分化[7]；而T-bet通过抑制GATA3转录因子，拮抗Th2的分化[8]。活化的Th1细胞分泌白细胞介素-2(interleukin-2, IL-2)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)、IFN-γ等，参与细胞免疫应答。

2.Th2细胞生物学特征：Th2细胞主要分泌IL-4，GATA3是其主转录因子。IL-4通过激活STAT6，诱导GATA3的表达，促进Th2分化；而表达增多的GATA3又可以通过抑制T-bet的表达减少Th1分化。活化的Th2细胞分泌IL-4、IL-6和IL-10等，通过刺激B淋巴细胞产生IgG1和IgE等，参与体液免疫应答[6,10]。

三、Th1/Th2失衡及相关细胞因子与COPD

1.Th1/Th2失衡与COPD：Th1细胞与Th2细胞的比例通常被称为Th1/Th2平衡，Th1/Th2平衡一旦建立，往往比较稳定。当机体受到外来刺激时，出现Th1/Th2失衡，而这种免疫失衡与多种疾病相关。有研究表明，COPD气道的高炎性反应可能是由Th细胞失衡引起的[10]。Th1细胞在机体防御中发挥重要的保护作用，通过激活巨噬细胞、自然杀伤细胞、CD8+T细胞等促进病原体清除。但这种促炎机制过度激活，可能会加重炎性反应，引起组织损伤。多数观点认为COPD倾向Th1型免疫反应，增多的Th1细胞通过表达活化STAT-1、STAT-4，进一步促进自身产生，分泌相关促炎性细胞因子，放大炎性反应，引起肺炎症损伤。Chen等[11]在香烟烟雾诱导的COPD小鼠模型中发现Th1/Th2比值升高，经水解海水珍珠片干预后，Th1/Th2比值下降，提示Th1型免疫过度激活加重气道炎症，而早期抗炎干预治疗可以缓解气道炎症。但也有部分研究发现，COPD患者Th1免疫反应受损，IFN-γ减少，对病原体的清除能力下降[12]。既往观点认为，Th2表型免疫是哮喘的特征性炎症模式[3]。然而近年来研究发现，Th2细胞在COPD中也发挥重要作用[13]。部分COPD患者倾向于Th2型免疫应答，而这些患者血嗜酸性粒细胞升高，且对吸入糖皮质激素及支气管扩张剂治疗更敏感，提示笔者部分COPD患者存在着Th2细胞介导的嗜酸性粒细胞炎症，而针对特征性炎症的精准治疗或许能给患者带来更大的好处[10]。

随着研究的深入，有部分研究观察到COPD疾病不同阶段，存在着不同的Th1/Th2平衡状态。COPD稳定期患者Th1/Th2升高，而慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease, AECOPD)患者Th1/Th2降低，即COPD稳定期患者Th1/Th2平衡向Th1转移，AECOPD患者Th1/Th2平衡向Th2转移[14]。AECOPD患者的这种Th2偏移，可能是病原微生物感染，诱导Th2细胞激活和增殖。为了进一步探索其内在机制，Jiang等[14]研究发现，作为早期Th2型免疫反应的主要效应细胞，2型固有淋巴样细胞(type 2 innate lymphoid cells, ILC2)在AECOPD患者中表达增加，ILC2通过高表达主要组织相容性复合体Ⅱ，起抗原递呈细胞的作用，促进Th1/Th2向Th2转移。Th1/Th2失衡的内在机制还需要进一步研究，但或许可以通过观察这种免疫失衡结局，来判断COPD的急性加重。此外Th1/Th2相关细胞因子在COPD不同阶段的表达似乎也有一些规律可循，部分细胞因子对COPD急性加重有较好的诊断价值[15]。

2. Th1相关细胞因子与COPD：多数研究认为COPD患者Th1细胞增多。作为Th1细胞特征性细胞因子，IFN-γ在COPD患者中的表达也被发现增多，且与疾病严重程度相关[16]。IFN-γ促进和维持多种促炎性介质的表达和释放，引起肺组织损伤，进一步导致肺功能下降。诱导型一氧化氮合酶是一种杀菌分子，IFN-γ可以通过上调其表达来促进巨噬细胞清除病原体[17]。IFN-γ还可以通过促进干扰素诱导蛋白10和单核细胞因子的表达，从而促进肺巨噬细胞分泌金属弹性蛋白酶-12(matrix metalloproteinase-12, MMP-12)，进一步引起肺组织破坏，促进肺气肿形成[18]。TNF-α作为一项重要的促炎性细胞因子，其产生可导致肺部炎性反应进展[19]。TNF-α通过消耗细胞内的重要抗氧化剂-谷胱甘肽，刺激肺组织及非肺组织活性氧的产生，加剧氧化-抗氧化失衡，参与COPD的发生。此外，TNF-α也是多种MMP的生产驱动因素，可以促进MMP-9、MMP-12等产生，进一步引起肺气肿形成。

研究表明，稳定期COPD患者诱导的痰和血清中TNF-α水平均升高，在急性加重期进一步升高，TNF-α水平与COPD病情严重程度密切相关[20]。Zhang等[21]在COPD小鼠模型中发现TNF-α等炎性细胞因子水平的升高，其中一种机制可能是通过HMGB1激活核因子-κB通路实现的。IL-2作为一种多效细胞因子，通过增强自然杀伤细胞溶解活性、诱导细胞凋亡等多种方式参与COPD发生与发展。IL-2还促进T-bet的表达，诱导Th1细胞分化，使IFN-γ、TNF-α产生增加，进一步加重气道炎症。此外IL-2似乎也与COPD的气道梗死程度有一定相关性[22]。总的来说，多数研究认为在COPD患者体内存在Th1型免疫亢进，Th1细胞的增多，伴随着IFN-γ、TNF-α、IL-2等细胞因子的产生增加，通过多种机制进一步加重气道及全身炎性反应，参与COPD的发生与发展。

3.Th2相关细胞因子与COPD：IL-4作为免疫系统多功能调节因子，可以通过促进巨噬细胞激活和成纤维细胞及内皮细胞增殖，增加肺部炎性细胞招募，破坏正常气道防御机制。Tsao等[23]研究发现，在α-半乳糖神经酰胺(α-galactosylceramide, α-GalCer)诱导的COPD小鼠模型中，反复给予α-GalCer的小鼠具有高水平的IL-4和肺气肿特征，而抗IL-4抗体可以降低MMP12的表达，减少肺气肿形成，推测IL-4还可以促进MMP12的产生和肺组织的破坏。Wei等[24]实验发现，与COPD组及健康对照组比较，AECOPD组IL-4水平显著升高。IL-4的升高，诱导GATA3表达增加，进一步促进Th2分化，抑制Th1分化，这似乎也解释了AECOPD患者免疫偏向Th2的现象。IL-6是一种具有放大炎症作用的多效细胞因子，在诱导及维持COPD患者体内慢性炎症中起重要作用。IL-6通过促进Th17及抑制调节性T细胞的分化，引起基质、抗体复合物和蛋白酶在肺组织的沉积，导致肺实质破坏[25]。

有研究表明，COPD患者血液及痰液中IL-6水平升高，而IL-6高表达不仅引发COPD全身效应，加重其合并症，还与COPD患者预后不良相关[3,10，26]。在一项为期1年的随访研究中，发现高IL-6是AECOPD的高危因素[27]。上述观点均提示着IL-6可能是重要的COPD生物学标志物。IL-10是一种具有抗炎作用的细胞因子，在调节呼吸道免疫平衡中起重要作用。IL-10可以抑制Th1细胞分化，进而减少TNF-α、IL-2等促炎性细胞因子表达，减少肺组织损伤。此外IL-10还可以通过抑制IL-5及粒细胞巨噬细胞集落刺激因子等多方式，缓解气道嗜酸性粒细胞炎性反应[28]。Jiang等[29]实验发现，COPD稳定期患者IL-10水平较对照组明显降低，且IL-10与吸烟状态、GOLD分级、mMRC评分等呈负相关，与FEV1/FVC及FEV1%呈正相关，提示IL-10可以作为评估疾病的重要指标。而观察到的IL-10水平的下调，可能导致COPD炎症消除受阻，加重COPD进展。但也有其他研究发现COPD患者IL-10水平升高[24]。

四、展 望

综上所述，多数研究认为在COPD疾病的不同阶段，存在着不同的Th1/Th2状态，其相关细胞因子也有类似表现。COPD稳定期主要是由Th1免疫主导的，而AECOPD则更倾向Th2型免疫；但也有不同的报道认为COPD患者Th1细胞减少，部分COPD患者倾向于Th2介导的嗜酸性粒细胞炎性反应。相关细胞因子的表达，也有部分矛盾的结论。炎性反应是一系列炎性细胞及因子相互作用的结果，有着复杂的机制，这可能是出现这些矛盾结论的原因之一，关于Th1/Th2失衡及相关细胞因子在COPD的作用还需进一步研究。

根据Th1/Th2失衡及相关细胞因子在COPD不同阶段中的变化，或许能够预测AECOPD的发生。研究提示部分Th1/Th2相关细胞因子似乎还与COPD患者临床特征有着良好的相关性，提示笔者研究或许可以通过相关细胞因子表达水平评估COPD患者病情。细胞因子驱动COPD慢性气道炎症，引起小气道损伤，通过调节细胞因子实现肺组织再生或许可以成为治疗COPD的新策略。根据免疫失衡及相关细胞因子变化规律，精准调节气道炎症的治疗手段，不仅为COPD患者带来了新希望，也为COPD的预防和治疗提供新的研究思路。