激素抵抗性哮喘的发病机制及治疗研究进展

李锦秀 包爱华

支气管哮喘(简称哮喘)是一种以气道慢性炎症、气道高反应性及气道重塑为主要特征的异质性疾病,需要长期用药来控制发病。吸入性糖皮质激素(inhaled corticosteroids,ICS)和长效β2激动剂分别用于长期控制气道炎症和支气管收缩。对于大多数哮喘患者,ICS治疗效果很好,可以改善肺功能并减少恶化。但仍有部分患者对ICS治疗不敏感,吸入大剂量激素甚至口服糖皮质激素(glucocorticoid,GC)后症状仍难以控制,因此被称为激素抵抗性哮喘(steroid resistant asthma,SRA)或难治性哮喘(refractory asthma,RA)。尽管SRA患者所占比例仅为哮喘人群的5%～10%,但该类患者对激素反应差,病情严重,症状持续久,治疗成本高达哮喘总成本的50%[1],消耗了大量的医疗资源,并导致了死亡率和发病率的大幅上升。近年来,许多研究对SRA的发病机制进行了探索,已经确定了一些遗传、免疫和环境因素,并提出了一些靶点。SRA的治疗策略也有了相应的改变。本文就SRA的发病机制及治疗的研究进展予以综述。

与哮喘中使用的分类相似,目前根据不同特征炎症的驱动机制,严重哮喘内型大致分为 Th2-高表达型和 Th2-低表达型。Th2高表达型的特征是气道嗜酸性粒细胞计数和Th2炎症细胞因子(如IL-4、IL-5、IL-13)的增加,该类患者通常对激素治疗有反应,但10%～20%的患者表现出激素不敏感[2]。哮喘患者中Th2细胞被认为是2型细胞因子的重要来源,但在严重哮喘患者中,2型天然淋巴细胞(group 2 Innate Lymphoid Cell,ILC2)能够响应气道上皮来源的IL-33、IL-25和胸腺基质淋巴生成素(thymic stromal lymphopoietin,TSLP),产生大量的IL-4、IL-5和IL-13,来自ILC2的2型细胞因子的水平是来自Th2细胞的10倍。有报道称,在某些过敏条件下,IL-33诱导的ILC2激活对糖皮质激素治疗具有耐药性,这种改变可能导致了激素抵抗[3]。Th2-低表达型是严重哮喘的另一种独特类型,与气道严重程度增加、气道重塑以及抗炎治疗反应差等特征相关,患者具有较高的气道中性粒细胞计数[4],Th17信号通路介导中性粒细胞招募到气道是严重哮喘的关键机制[5]。研究提示,包括IL-17、IL-8和TNF-α在内的几种细胞因子与Th2-低表达型严重哮喘的发病有关[3]。然而,这种简单的分类并不能准确反映严重哮喘激素抵抗的潜在病理生物学过程。研究发现,嗜酸性粒细胞和中性粒细胞混合炎症可能是最严重哮喘形式的内型(endotypes)[2]。

一、SRA的发病机制

1 遗传因素 GC反应性差可能是遗传性的,也可能是获得性的。目前关于SRA特异性遗传基因突变的描述仍然很少[6]。但已经开展了许多全基因组关联研究来探索哮喘中遗传变异与GC反应之间的关系。已经从GC敏感性哮喘患者和SRA患者的外周血单核细胞中鉴别出11个不同的基因,可准确预测SRA[2]。编码糖皮质激素诱导转录蛋白1的GLCCI1基因的单核苷酸多态性也与GC治疗哮喘反应性差有关[6]。对轻度/中度哮喘患者气道上皮细胞的转录组分析表明,基因谱可预测ICS的反应性,称为IL-13或Th2诱导的基因标记[7]。GC不敏感或许不是由单一突变引起的,更可能涉及一系列仍有待确定的遗传变异。

2 呼吸道感染 越来越多的临床和实验证据表明,呼吸道感染是SRA的发病机制之一。衣原体、流感嗜血杆菌、鼻病毒、甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒感染均与激素抵抗有关[6]。哮喘患者的衣原体呼吸道感染与气道中性粒细胞增多相对应,属于Th2-低表达型内型,这预示着该病原体的存在可能和激素抵抗有关[8]。流感嗜血杆菌常从SRA患者的气道中分离出来,与中性粒细胞炎症、更严重的气流阻塞和激素抵抗相关,研究发现卵清蛋白构建的哮喘小鼠长期暴露于低剂量流感嗜血杆菌,引起 Th2 相关的嗜酸性气道炎症向 Th17 相关的中性粒气道炎症转变[9]。有研究提出原代人气道上皮细胞暴露于鼻病毒16通过减少GR-α核易位诱导了激素抵抗,可通过抑制鼻病毒16诱导的NF-κB和JNK途径进行逆转[7]。哮喘小鼠模型中的甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒感染可导致气道嗜酸性粒细胞内流、1型和2型免疫应答过度、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞混合性气道炎症以及气道高反应(airway hyperreactivity,AHR)[9]。此外,真菌暴露患者中Th2/Th17反应与激素抵抗有关。已证明交替曲霉暴露可导致IL-33介导的ILC2数量、Th2细胞数量和激素抵抗AHR增加。研究表明,IL-33激活CD4+T细胞中的p38-MAPK及诱导GR磷酸化的能力可能是激素抵抗的一种机制。因此,IL-33可能是真菌致敏的新型治疗靶点[6]。

3 肥胖 大量可靠的流行病学数据显示,肥胖增加了哮喘的发病风险和严重程度。有药理学实验表明,超重患者对ICS的反应降低[2]。患有肥胖哮喘的患者气道中表现出嗜酸性粒细胞和中性粒细胞混合性气道炎症,并伴有不受控制的哮喘症状[10]。一项临床研究表明,超重的成人哮喘患者与非超重的哮喘患者相比,尽管使用了高剂量ICS治疗,但其年加重率更高,肺功能更差,血嗜酸性粒细胞计数更低[11]。包括TNF-α、IL-6和血管内皮生长因子在内的几种介质已被提出可反映肥胖哮喘的致病机制[11]。也有研究提出,有利于神经酰胺蓄积(尤其是长链神经酰胺)的鞘脂代谢改变可能导致肥胖性哮喘,可作为肥胖性哮喘的研究方向[12]。此外,无论是通过饮食和运动还是通过手术干预进行减肥,都能改善肺功能、哮喘控制和哮喘相关的生活质量,可作为肥胖哮喘的治疗方法[13]。但这种哮喘表型的许多方面仍在很大程度上值得商榷。由于在SRA患者中经常发现复杂性重叠特征,可能需要更广泛的方法来确定新的靶点和预防不良哮喘预后。

4 吸烟 吸烟的哮喘患者中的气道炎症细胞通常是中性粒细胞而不是嗜酸性粒细胞。这种Th2-低表达型内型与SRA的主要表型一致[6]。与从不吸烟的哮喘患者相比,在目前吸烟的哮喘患者的诱导痰液中发现促炎介质(如IL-6,IL-7,IL-17A,CCL2)水平增加,全身地塞米松治疗不会降低这些升高的痰介质水平。香烟烟雾诱导GC不敏感的可能机制是GR-α与GR-β亚型的比率降低,导致对GR-α的拮抗作用增加[7]。另有研究表明,香烟烟雾暴露可降低肺泡巨噬细胞中组蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase 2,HDAC2)的表达[2]。重新平衡GR-α与GR-β亚型比值并增加HDAC2表达,可使患者对激素重新敏感,这可能是潜在的新治疗靶点。另一项临床研究表明,戒烟后激素敏感性恢复,表明耐药机制是可逆的,并提供了戒烟作为明确的治疗策略[6]。

5 细胞外陷阱 最近,有证据表明嗜酸性粒细胞胞外陷阱(eosinophil extracellular trap,EET)和中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extracellular trap,NET)与SRA有关。EET是DNA纤维和细胞毒性颗粒蛋白的复合物,在严重嗜酸性粒细胞性哮喘患者中,形成EET的外周血嗜酸性粒细胞计数与血清嗜酸性粒细胞来源的神经毒素水平显著相关[10]。最近的研究表明,严重哮喘患者中形成EET的嗜酸性粒细胞计数明显高于非严重哮喘患者,这进一步诱导上皮衍生细胞因子(TSLP和IL-33)的产生,导致ILC2和嗜酸性粒细胞活化,增强了先天性和2型免疫应答,靶向生物制剂(抗IL-33/TSLP抗体)可能具有潜在的益处[14]。NET是中性粒细胞激活后释放到胞外的网状超微结构[15]。严重哮喘患者中形成NET的中性粒细胞计数高于非严重哮喘患者,这通过诱导嗜酸性粒细胞活化/脱颗粒以及上皮损伤增加了气道炎症的严重程度。NET对炎症小体激活的影响已在严重哮喘患者中得到了证实[10]。有研究表明,中性粒细胞性哮喘血清中较高的上皮衍生分子(S100钙结合蛋白A9和血清淀粉样蛋白A1)可诱导NET,进一步增加中性粒细胞气道炎症[16-17]。综上所述,EET和NET可能成为SRA新的治疗靶点。

二、SRA的治疗策略进展

1 联合疗法以降低急性加重风险 联合使用不同的药物可以恢复糖皮质激素的敏感性。一项观察性研究表明,与接受ICS/LABA治疗的哮喘患者相比,接受ICS/LABA/LAMA三联疗法治疗的哮喘患者发生哮喘恶化的风险降低[18]。此外,一项公开研究表明,与接受ICS/LABA治疗的哮喘患者及使用单独的装置分别吸入ICS/LABA/LAMA治疗的哮喘患者相比,通过单一吸入器进行三联疗法治疗可改善肺功能并降低哮喘恶化的风险[7]。相比之下,另一项临床试验表明,在接受ICS/LABA治疗的哮喘患者中,附加使用吸入LAMA可诱导与LAMA剂量呈正相关的肺功能改善。然而,与仅接受ICS/LABA治疗的哮喘患者相比,接受三联疗法治疗的哮喘患者哮喘加重的风险无显著差异[19]。此外,罗氟司特联合地塞米松治疗可降低IL-17、IL-22和IL-1β mRNA及促炎细胞因子的水平,且减轻肺部炎症和AHR的作用远超过其中一种单独应用。这项研究证明了罗氟司特在中性粒细胞性哮喘小鼠模型中的抗炎特性[20]。

2 生物制剂的临床应用 有大量证据表明,生物制剂可用于治疗SRA疾病。几种生物制剂已被批准并用于临床实践。自从引入生物制剂以来,患有严重嗜酸性粒细胞性哮喘的患者有了更有益的治疗选择。除了针对过敏性哮喘的抗IgE疗法(奥马珠单抗)外,GINA已将三种靶向IL-5的抗体(美泊利珠单抗和瑞斯珠单抗)或IL-5R抗体(贝拉珠单抗)和1种靶向IL-4和IL-13信号传导的抗体(度普利尤单抗)写入到哮喘第5级的治疗方案中,主要用在严重嗜酸性粒细胞性哮喘患者的治疗。这些药物可降低哮喘发作的频率,改善肺功能,减少激素的使用[10]。关于非T2型哮喘,GINA和ERS/ATS指南推荐了对第5级治疗方案实施失败的哮喘患者进行一些额外的治疗。其中,抗ST2抗体(Astegolimab)可降低不受控制的低血嗜酸性粒细胞患者的哮喘恶化率,是非T2型哮喘的新治疗靶点[21]。此外,抗TSLP抗体(Tezepelumab)显著减少了严重不受控制的哮喘患者的哮喘恶化率并增加了肺功能,并且在基线时血嗜酸性粒细胞低于300个/uL的患者中也同样有效,因此抗TSLP抗体可能也适用于非T2型哮喘[22]。根据最近的随机临床试验,这种抗TSLP抗体已经在美国获得批准。GINA 2022也推荐将其用于重度哮喘。

3 大环内酯类药物的临床应用 研究显示,有衣原体感染证据的哮喘患者,通过大环内酯类抗生素罗红霉素治疗可在6周内显著改善肺功能,且对于有衣原体感染证据的哮喘患儿,克拉霉素治疗也可降低喘息的风险和持续时间[9]。最近的研究表明,大环内酯类药物可减少细胞因子和其他炎症介质的产生,而不依赖于其抗菌作用,大环内酯类药物已被证明是治疗Th2-低表达型伴痰中性粒细胞增多的严重哮喘患者的有效方法。无论是否存在呼吸道感染,大环内酯类药物治疗对SRA可能都有效[23]。大环内酯类抗生素克拉霉素治疗的抗菌和抗炎作用,可抑制不同哮喘内型的促炎反应,并突出了其在治疗感染诱导的SRA中的潜在应用[9]。有研究表明,阿奇霉素可减轻严重嗜酸性和非嗜酸性哮喘的哮喘加重,提示大环内酯类具有免疫调节作用[23]。

4 中药制剂 青蒿琥酯是一种青蒿素类抗疟疾药物,在OVA/CS小鼠哮喘模型中被发现可以通过抑制PI2K/Akt通路恢复HDAC2活性,并降低IL-8和TNF-α水平以及对激素不敏感的肺中性粒细胞浸润[7]。穿心莲内酯是从药用植物穿心莲中分离出来的拉布丹二萜内酯分子,在LPS/IFN-γ诱导的重度哮喘小鼠模型中,已证明可以通过增加Nrf2抗氧化防御和抑制PI3K/Akt/HDAC2磷酸化来抑制IL-27的产生和乙酰甲胆碱诱导的AHR,从而恢复激素敏感性[7]。

5 高效GC的开发 可以模拟当前的GC开发具有增强的抗炎活性以克服激素抵抗的新化合物。目前基于GR结构开发的几种高效GC(VSGC12、VSG158和VSG159)正在临床前体内研究中进行评估[2]。VSG158可能是这些化合物中最有希望的。在哮喘小鼠模型中,VSG158表现出效力最高的肺部炎症抑制作用,并且比目前最有效的临床GC糠酸氟替卡松的效力高10倍[4]。更重要的是,VSG158在激素抵抗的气道炎症模型中显示出独特的特性,可减少嗜中性炎症,这对于包括地塞米松和糠酸氟替卡松在内的临床可用GC来说都是难治的。VSG158和VSG159不仅能够提供有效的治疗,还能减少脱靶和副作用。此外,这些GC还显示出适合于哮喘治疗的吸入给药方法的药代动力学特性。综上所述,这些GC为治疗SRA提供了希望[2]。

6 支气管热成形术 内镜治疗在气道疾病的管理中具有补充作用。支气管热成形术(bronchial thermoplasty,BT)是指一种使用专门设计的导管将受控的射频能量输送到气道壁的支气管镜下手术。研究显示BT可改善气道炎症并减少气道平滑肌厚度,从而降低气道收缩能力。对于伴有非T2炎症和非嗜酸性炎症的严重哮喘患者,应考虑采用BT。一项对接受BT患者进行的10年随访研究报道,支气管扩张率有所增加[24]。虽然BT与生物制剂一样有效,但它在严重哮喘管理中的作用尚未明确定义,GINA 2022仍然建议将其使用限制在具有所研究人群特征的患者中,严格的患者选择很重要[25]。在FEV1为30%～50%的严重哮喘患者中进行BT治疗效果良好,暂时没有证据表明不良反应增加[26]。在一项评估BT在严重持续性哮喘的临床试验研究中,受试者在BT治疗5年后,严重急性发作、住院、急诊科就诊和激素治疗减少。所有亚组均表现出临床症状显著改善,表明支气管热成形术改善了不同哮喘表型的哮喘控制[27]。

7 维生素D 维生素D缺乏与肺功能降低、气道高反应性增加和GC敏感性降低有关,这表明哮喘患者补充维生素D可能改善哮喘的严重程度和治疗反应[4]。最近,有研究证实了维生素D缺乏和激素抵抗之间的联系,发现维生素D可通过上调类固醇受体GR-α的表达来增强激素反应性[28]。目前正在进行临床试验,以确定维生素D辅助治疗是否可以恢复临床对GC的敏感性和改善哮喘的严重程度[29]。哮喘儿童中维生素D水平的降低与过敏指标和哮喘严重程度的增加有关。添加维生素D3联合地塞米松可恢复SRA患者中CD4+T细胞释放IL-10的水平。此外,维生素D3还能通过上调MKP-1来抑制单核细胞和巨噬细胞中p38 MAPK介导的细胞因子分泌[4]。

三、总结与展望

虽然仅有少数患者存在GC抵抗的情况,但SRA仍然是一个重大的临床及社会经济问题。SRA的潜在分子机制或内型在个体之间是不同的。导致SRA的两个主要风险因素是调节免疫应答的遗传和环境暴露,尽管这些因素往往以尚未完全清楚的复杂方式相互作用,但某些内型在SRA中聚集。目前已经提出了一些导致SRA的不同分子机制,这可能有助于开发新的治疗策略,并且通过检测特定的生物标志物可以帮助识别可能受益于新疗法的患者,从而有助于对患者进行更精准的治疗。现有研究根据不同的发病机制已提出许多潜在的治疗靶点,但仍需进行更多的研究来验证并针对这些靶点进行药物开发研究。不同的治疗方案已被提出用于SRA的治疗中,但目前SRA的管理仍不尽人意,需要进一步完善管理体系。