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胸腺基质淋巴细胞生成素在哮喘发病机制和治疗中的研究进展

2022-12-07周巧徐尤年赵睿含崔楠雪张诗海

医学综述 2022年1期
关键词:等位基因亚型气道

周巧,徐尤年,赵睿含,崔楠雪,张诗海

(华中科技大学同济医学院附属协和医院麻醉科,武汉 430022)

支气管哮喘(简称哮喘)是一种以气道高反应性、气道重塑为特征的高度流行的呼吸道炎症性疾病,尚没有治愈和既定的预防手段[1]。严重哮喘患者占全球人口的5%~10%,此类患者肺功能受损明显,生活质量降低,且病死率高,卫生保健利用率增加,个人和社会治疗成本高昂[2]。因此,探究哮喘的发生机制对于控制和治疗严重哮喘具有重要作用。

轻中度哮喘患者经β受体激动剂及吸入性皮质醇激素治疗后可痊愈,但用于严重哮喘患者治疗仅改善症状,哮喘引起的辅助性T细胞(helper T cell,Th细胞)2型炎症不能被完全控制,有研究提出,若哮喘炎症相关生物标志物水平升高,提示潜在的哮喘复发,可以使用生物制剂[3]。哮喘患者体内胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin,TSLP)的表达水平升高,是哮喘发病机制中启动过敏性炎症反应的重要因子[4]。TSLP有多个等位基因,可以调控不同的TSLP亚型,影响TSLP蛋白的表达水平,且等位基因能够调节哮喘发生的易感性或降低哮喘的患病风险[5]。现已开发多种针对哮喘炎症反应的生物制剂,其中以TSLP为治疗靶点的生物制剂在重症哮喘的治疗中取得了一定进展,有望在哮喘治疗中起重要作用。现对TSLP参与哮喘发生发展的机制与抗TSLP生物制剂治疗重症哮喘的研究进展予以综述,以期为有效控制重症哮喘提供帮助。

1 TSLP的概述

胸腺基质细胞株Z210R胸腺基质细胞系产生的140个氨基酸大小的白细胞介素(interleukin,IL)-7样生长因子——TSLP于1994年首次被鉴定出来[6]。TSLP是一种炎症细胞因子,最初由上皮细胞、皮肤角质细胞产生,对TSLP深入研究发现,其在各种类型的细胞[如肥大细胞、气道平滑肌细胞、成纤维细胞、树突状细胞(dendritic cell,DC)、滋养层细胞、癌细胞]中均可表达[7]。TSLP可受环境因素,如模式识别受体Toll样受体2/核苷酸结合寡聚化结构域样受体2配体、病毒、微生物、变应原、蠕虫、柴油废气、香烟烟雾和化学物质等刺激产生,Th2细胞炎症因子和免疫球蛋白(immuneglobulin,Ig)E也可诱导或增强TSLP[7-8]。TSLP受体(TSLP receptor,TSLPR)是一种二聚体,序列分析发现,TSLPR与细胞因子受体亚单位IL-7受体α(interleukin-7 receptor α,IL-7Rα)的亲缘关系最为密切,TSLP首先通过与细胞表面同源TSLPR的高保真相互作用在细胞表面被捕获,随后IL-7Rα再以高保真的方式被招募到TSLP-TSLPR复合体中,以诱导进一步的细胞内信号[9]。TSLPR亚基单独与TSLP结合的亲和力低,TSLPR与IL-7Rα及TSLP共同结合则能产生高亲和力的结合位点[10]。TSLP可促进B淋巴细胞和T淋巴细胞的发育,在人体中还可以活化DC,促进DC的分化、成熟与迁移,并诱导B细胞和T细胞的分化与增殖,促进肥大细胞和自然杀伤细胞产生Th2细胞炎症因子[11]。可见,TSLP通过上述细胞参与了机体多种病理生理过程。

人类TSLP具有两种受独立启动子编码的亚型,这两种亚型与两种相反的免疫功能有关。短亚型TSLP(short-form TSLP,sfTSLP)是在稳态条件下表达的主要异构体,具有抗炎和调节动态平衡的功能,而长亚型TSLP(long-form TSLP,lfTSLP)呈促炎性,只在炎症时表达;lfTSLP由4个外显子组成,其编码的序列与lfTSLP的C端相同,由63或60个氨基酸组成[12]。但目前尚无小鼠体内发现sfTSLP的报道[13]。TSLP的表达与炎症反应有极大的相关性,炎症状态下TSLP的表达上调。虽然相关文献中未强调,但检测到的TSLP表达增加很可能是lfTSLP,且研究发现只有lfTSLP才能与TSLPR结合,而sfTSLP发挥抗炎作用的机制与TSLPR无关[13-14]。总之,TSLP的正常功能可维持屏障表面的Th2细胞稳态,TSLP的异常表达和信号见于哮喘、过敏性疾病和癌症等炎症环境[15]。

2 TSLP参与哮喘的发生发展

在呼吸道上皮中,Th2型炎症反应是哮喘的病理标志,其特征性细胞包括固有淋巴细胞、Th2细胞、CD4+T细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞和嗜碱粒细胞[16]。有研究表明,Th2型炎症反应发生的最早阶段是上皮刺激,TSLP作为一种上皮衍生细胞因子是Th2型炎症反应的关键调节剂,可能由于支气管上皮细胞的结构改变和功能障碍导致支气管的持续激活,最终引发哮喘[17]。因此,明确哮喘发生时调控TSLP的因素以及TSLP激活Th2型炎症反应的过程是更全面了解哮喘发病机制的关键。

2.1TSLP基因单核苷酸多态性 关于TSLP基因与哮喘易感性以及哮喘相关表型之间关系的研究表明,TSLP基因启动子区域的单核苷酸多态性rs3806933与儿童特应性哮喘和成人哮喘的疾病易感性显著相关[18]。研究显示,TSLP rs1837253的A等位基因(位于该基因转录起始点上游5.7 kb)与哮喘、特应性哮喘和气道高反应性呈正相关[5]。近年研究发现,伊朗人群中rs2289276与哮喘风险呈显著负相关,推测TSLP基因启动子中T等位基因的存在导致了TSLP基因的低水平表达[19]。Moorehead等[20]对TSLP基因的rs1837253基因型进行测定发现,rs1837253的纯合主要等位基因组(C等位基因)和纯合次要等位基因组(T等位基因)比较差异有统计学意义,即C等位基因与TSLP蛋白水平升高有关,T等位基因与TSLP蛋白水平下降有关,认为TSLP基因表达结果由不同等位基因调控不同的TSLP亚型表达所致,即lfTSLP与sfTSLP之间的差异表达所致。提示探究TSLP基因变异对哮喘的影响非常重要,现已确定TSLP亚型的差异表达对TSLP转录水平的调节作用不同,因此研究T等位基因调控的具体机制以及发现更多的具有哮喘保护作用的等位基因,有助于对哮喘进行更好的临床治疗。

2.2TSLP促进Th2型炎症反应 哮喘是一种由Th2细胞炎症因子和介质驱动的变态反应过程,哮喘患者气道中TSLP表达增加,且其表达水平与Th2型炎症反应的严重程度相关,故认为Th2型炎症反应是哮喘的病理标志[16]。因此,阐明上皮来源TSLP介导Th2型炎症反应的机制有助于更全面了解哮喘的发病机制。根据Th2型炎症反应参与途径的不同,可以分为适应性免疫介导的Th2型炎症反应和先天性免疫介导的Th2型炎症反应,两种途径通过激活不同的细胞诱导Th2型炎症反应。

2.2.1TSLP与适应性免疫介导的Th2型炎症反应 在适应性免疫中,TSLP在致敏阶段可通过激活机体引流淋巴结中的DC以及CD4+T细胞启动Th2型炎症反应[21]。在DC上,TSLP通过增加Th细胞上的OX40配体,使DC成熟,从而促进Th2细胞的分化,TSLP必须首先诱导DC上的OX40配体,才能触发初始CD4+T细胞产生IL-4、IL-5和IL-13[22]。根据TSLP激活DC的基因表达分析,TSLP-DC通路诱导以高肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和低IL-10为特征的Th2型炎症反应(Th2型炎症反应还包括以低TNF-α和高IL-10为特征的调节性Th2型炎症反应),而高TNF-α和低IL-10特性是诱发过敏性哮喘的重要微环境[23]。除DC外,一种由CD11c表达的间质巨噬细胞可能在TSLP直接引起Th2型炎症反应中发挥与DC相似的抗原呈递作用。在没有DC的情况下,TSLP可激活CD11c表达的间质巨噬细胞,促进肺部Th2型炎症反应,表明CD11c表达的间质巨噬细胞与单核细胞来源的DC具有相似的特性,可作为抗原呈递细胞为调节或激活炎症提供基本的治疗靶点[24]。

在CD4+T细胞上,使用被广泛用于过敏性哮喘研究的屋尘螨过敏性气道炎症模型。CD4+T细胞上的TSLP信号是有效Th2型炎症反应所必需的,CD4+T细胞上的TSLP通过JAK激酶1/2途径激活信号转导及转录激活因子5,进而促进Th2细胞炎症因子(IL-4、IL-5、IL-13等)的表达,且IL-4与TSLP形成了一个特殊的正反馈系统,一方面IL-4可由 TSLP诱导分泌,另一方面IL-4可促进CD4+T细胞上TSLP诱导的Th2型炎症反应[25]。Rochman等[26]的实验表明,在没有IL-4信号的情况下,TSLP可以激活Th2细胞,诱导IL-4、IL-5和IL-13的基因表达,与有IL-4信号时相比,上述细胞因子的基因表达水平降低,且不能持续表达。另有研究显示,lfTSLP以信号转导及转录激活因子5依赖的方式诱导气道上皮损伤,参与哮喘发病,而sfTSLP可防止屋尘螨诱导的气道上皮损伤[27]。

2.2.2TSLP与先天性免疫介导的Th2型炎症 既往研究证实,2型固有淋巴细胞(group 2 innate lymphoid cell,ILC2)参与了先天性免疫介导的Th2型气道炎症[28],但最近发现这种细胞是TSLP的应答因子。木瓜蛋白酶是一种蛋白水解酶,可以引起职业性哮喘[29]。有学者对TSLPR缺失小鼠模型的研究表明,ILC2是TSLP的主要应答因子,TSLP在体内可以直接刺激ILC2,并增强木瓜蛋白酶诱导的先天性免疫介导的2型气道炎症[30]。在哮喘发病过程中,ILC2被TSLP激活,产生大量的Th2细胞炎症因子,包括IL-4、IL-5、IL-13和IL-9,同时引起气道平滑肌细胞内Ca2+动态平衡紊乱,气道平滑肌细胞收缩[31]。目前,先天性免疫介导2型炎症模型中参与炎症反应的TSLP尚不明确,需要进一步探究。

综上,TSLP(尤其是lfTSLP)在先天性或适应性免疫介导的Th2型气道炎症中均发挥重要作用。TSLP引起哮喘的机制可能是外部刺激导致lfTSLP表达量增加,lfTSLP通过各级联细胞(如CD4+T细胞、DC、间质巨噬细胞、ILC2)引起Th2型炎症反应,导致气道大量炎症细胞浸润,气道反应性增强,最终发生哮喘。因此,以TSLP为靶点是治疗气道过敏性炎症的一种有前途的选择,而区分不同背景下两种亚型TSLP对不同免疫细胞级联的激活有利于寻找临床哮喘的针对性治疗方案。

3 抗TSLP药物治疗重症哮喘

按照传统治疗方法,皮质类固醇和长效β2受体激动剂治疗大多数轻中度哮喘的疗效较好,但其治疗重症哮喘的作用效果不太明显,且其长期大剂量使用所引发的不良反应是亟待解决的问题。对于严重哮喘,需要辅助生物疗法治疗。现已批准的用于重度哮喘的生物制剂只针对哮喘炎症反应的个别下游因素,包括抗IgE(奥马珠单抗)、抗IL-5(美波利珠单抗、瑞利珠单抗)、抗IL-5受体α(苯丙珠单抗)和阻断IL-4和IL-13通路的抗IL-4受体α(杜匹单抗)单克隆抗体,适用于嗜酸粒细胞增多或过敏性表型哮喘患者,但这些制剂仅降低了约50%的恶化发生率,对血嗜酸粒细胞计数较低的患者治疗效果较差[32]。有文献表明,大剂量吸入或口服糖皮质激素治疗后,部分重症哮喘患者的TSLP表达仍增加[33]。故TSLP作为炎症反应的上游介质被广泛关注。

以TSLP为靶点的生物制剂目前正在研制中,抗TSLP疗法已进入临床试验。其中抗TSLP单克隆抗体替塞单抗(Tezepelumab)是哮喘的警报因子中研究最多的药物,已证明其对哮喘的多种Th2型炎症介质具有广泛的抑制作用,在未来2型严重哮喘治疗中具有广阔的前景[34]。

3.1Tezepelumab Tezepelumab是一种人源性单克隆抗体,是临床开发的第一个在哮喘治疗中进行测试的抗TSLP抗体[11]。Tezepelumab可通过特异性结合TSLP阻断TSLP与其异二聚体的相互作用,在体外可抑制TSLP诱导的人DC成熟和趋化因子的产生,从而阻止通过TSLPR进行结合的信号传递;此外,Tezepelumab与TSLP上TSLPR结合位点的一个关键区域竞争,这种竞争与TSLP螺旋束另一侧的IL-7Rα结合位点无关[35]。

目前,关于Tezepelumab的疗效和安全性正在进行第2阶段和第3阶段的研究。临床评估Tezepelumab有效性和安全性第2阶段的随机、双盲、安慰剂对照试验已经开展,Corren等[36]的研究显示,在长效β受体激动剂和中高剂量吸入性糖皮质激素无法控制的中重度哮喘患者中,与安慰剂组相比,低剂量、中剂量、高剂量Tezepelumab治疗组的哮喘恶化率均降低,且低剂量、中剂量、高剂量Tezepelumab治疗组的年哮喘恶化率均低于安慰剂组。Ⅱ期试验显示,与支气管扩张剂治疗组相比,Tezepelumab组的Th2型炎症生物标志物水平降低,表明其对非嗜酸粒细胞增多的低Th2型炎症个体有重要意义[37]。目前,除Tezepelumab外,治疗严重哮喘的生物制剂包括奥马珠单抗、杜匹单抗等,不同生物制剂对哮喘炎症相关生物标志物(血嗜酸粒细胞计数、IgE和呼出气一氧化氮)的影响各不相同,而Tezepelumab是第一个对上述炎症相关生物标志物均有积极作用的生物制剂[38]。TSLP在哮喘的发生发展中起重要作用,它位于导致气道炎症的细胞和分子通路复杂网络的上游水平,Tezepelumab可作用于该上游靶点,从而抑制哮喘的多个炎症通路[39]。正在进行的Ⅲ期试验显示,在重度、不受控制的哮喘患者中,Tezepelumab组的恶化率低于安慰剂组,且Tezepelumab组不良反应未见增加,患者肺功能、哮喘控制情况以及与健康相关的生活质量均更好[40]。

Tezepelumab主要通过静脉方式给药,皮下给药方式正在测试,另一种将在哮喘中测试的吸入型抗TSLP药物是CSJ117,这是一种人类中和抗体抗原结合片段,属于IgG1型/λ亚型,可以定向递送到肺部,以结合气道上皮细胞在外界刺激下释放的TSLP,目前正在进行Ⅰ期试验[11,34]。

3.2抗TSLP其他抗体 针对TSLP的研究药物还报道了一种新型双拮抗剂——抗TSLP/IL-13双特异性抗体。既往研究曾尝试通过双特异性抗体形式靶向IL-4与IL-13两种细胞因子,发现IL-4和IL-13的双特异性抗体是一种治疗哮喘和变态反应很有前途的方法[41]。在重症哮喘诱发过程中,患者气道上皮和肺固有层中共表达的IL-13和TSLP均能激活DC引起的Th2型炎症反应,故研究者据此设计开发出一种名为Zweimab的单价双特异性抗体以及另一种名为Deppelmab的双价双特异性抗体支架,用于靶向TSLP和IL-13,结果表明,与亲本抗体形式相比,上述人源化的抗TSLP和抗IL-13抗体双特异性抗体对人的靶标具有更强的亲和力[42],但其临床应用的安全性和有效性还需进一步验证。王超等[43]研究发现,在卵清白蛋白诱导的小鼠哮喘模型中,含有非甲基化的胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸基序的寡脱氧核苷酸的干预降低了急性哮喘小鼠肺泡灌洗液和血清TSLP水平,故认为含有非甲基化的胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸基序的寡脱氧核苷酸可能通过阻断TSLP介导的免疫应答减轻哮喘症状。

TSLP在体内广泛表达,多种阻断TSLP的方法均可减轻哮喘,其中抗TSLP单克隆抗体Tezepelumab安全有效,用于难治性低Th2型炎症重症哮喘患者的临床治疗,是一种非常有潜力的哮喘治疗药物,目前对该Tezepelumab的研究时间较长且较充分,因此,其可能在短时间内即可用于糖皮质激素不可控制的重症哮喘的临床治疗。

4 小 结

TSLP是一种上皮细胞衍生因子,在哮喘发生时表达增加,随后激活各联级免疫细胞,诱导Th2型炎症反应的发生。多种炎症因子聚集在支气管上皮,使支气管持续激活,引发哮喘。TSLP在哮喘患者中的高表达还与TSLP的单核苷酸多态性有关,提示TSLP参与哮喘的发生也受到基因的调控。TSLP的两种亚型在哮喘发病中发挥不同的病理生理作用,目前大多数实验研究中均未明确TSLP亚型,但在研究抗TSLP抗体时区分TSLP亚型十分必要。总之,TSLP参与哮喘发生的机制还在不断更新;与经典的支气管扩张剂治疗哮喘相比,抗TSLP抗体(包括单抗和双抗)治疗哮喘的作用需要更深入的研究。

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