胸腺基质淋巴细胞生成素在特应性皮炎发病机制和治疗中的研究现状

喻光莲,何黎,刘彤云

特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一种以瘙痒为特征的常见慢性复发性炎症性皮肤病,与遗传、环境和免疫因素有关。AD在儿童和成人中的患病率为10%,每年治疗的成本超过40亿美元。此外,AD的患者发生过敏性鼻炎、过敏性结膜炎、哮喘或食物过敏的风险会增加。因此探究AD的发病机制对于控制和治疗严重AD具有重要作用。上皮细胞衍生的胸腺基质淋巴生成素(thymic stromal lymphopoietin, TSLP)触发了树突状细胞(dendritic cell, DC)介导的Th2炎症反应,被证明在调节各种过敏性疾病(如特应性皮炎、哮喘)的炎症反应方面至关重要[1]。本文总结了TSLP的生物学特性,阐述了TSLP-TSLP受体(TSLP receptor, TSLPR)介导信号的分子机制及其在AD中的重要作用,以阐明TSLP-TSLPR信号通路可能作为AD的潜在治疗靶点并提供一定的理论基础。

1 TSLP-TSLPR介导信号的分子机制

1.1TSLP的介绍 胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)是一种由多个N连锁糖基化位点和6个半胱氨酸残基组成的具有4个α-螺旋束结构的类似IL-7的细胞因子,是IL-2细胞因子家族的成员[2]。TSLP最早是在小鼠胸腺基质细胞系的培养上清液中发现的,小鼠TSLP位于小鼠18号染色体上,是一种由140个氨基酸组成的蛋白质[3]。人类TSLP基因位于染色体5q22.1,尽管人类和小鼠TSLP在染色体位置上不同,并且只有40%的序列同源性,但两者似乎在功能上非常相似[4]。TSLP主要由肠道和肺上皮细胞、皮肤角质形成细胞以及树突状细胞表达,也可由气道平滑肌细胞、IgE受体活化的肥大细胞、人CD68巨噬细胞、蛋白酶活化的嗜碱性粒细胞、成纤维细胞和癌细胞产生,尚未观察到由其他淋巴造血细胞产生,包括嗜中性粒细胞、B细胞、T细胞以及内皮细胞[5]。TSLP在呼吸道病毒[6]、细菌[7]、过敏原[8]、香烟烟雾提取物[9]等因素刺激下合成。此外,多种细胞因子可以诱导TSLP的表达,由IL-4、IL-13和TNF-α激活的气道平滑肌细胞(ASMC)和由TNF-α和IL-1β激活的角质形成细胞比单独培养的细胞表达更高水平的TSLP mRNA[10]。

人类TSLP具有两种受独立启动子编码的亚型:一种是长亚型TSLP(lfTSLP)呈促炎性,由4个外显子组成,在炎症条件下上调;另一种是短亚型TSLP(sfTSLP)是在稳态条件下表达的主要亚型,能够抗炎和调节动态平衡,与lfTSLP相比它缺少两个外显子[11]。这两种人类TSLP亚型的表达模式取决于组织定位和疾病状态。lfTSLP在特应性皮炎、哮喘、溃疡性结肠炎和烟草暴露的口腔黏膜中上调,而在健康组织中则不表达[11-12]。在一项体外研究[12]中,当培养的皮肤和口腔角质形成细胞暴露于促炎因子如干扰素γ(IFN-γ)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)与白细胞介素1β(IL-1β)时,发现lfTSLP mRNA和蛋白质上调。与lfTSLP相比,sfTSLP是健康组织中表达的TSLP的主要形式,包括健康的口腔上皮、皮肤表皮、唾液腺和肠上皮细胞[11-12]。在炎症条件下,在AD的病变部位和克罗恩病患者的肠道中观察到sfTSLP下调[11]。然而,目前sTSLP抑制炎症的机制尚未研究清楚。

大多数研究都没有区分TSLP亚型,无论是在mRNA水平上还是在蛋白质水平上,大多数学者将两者统称为“TSLP”。然而,以前只有lfTSLP在蛋白质水平上被描述过,sfTSLP蛋白表达的证据非常少,因此TSLP的功能研究一直局限于研究lfTSLP蛋白的影响,而无法生成sfTSLP特异性抗体试剂是阻碍此类研究的主要问题。Bjerkan等[12]发现,与lfTSLP相比,无论是在mRNA水平还是在蛋白水平上,sfTSLP是构成性表达,在炎症因子的反应中仅轻度上调,并且合成的sfTSLP没有激活CD1c(+)树突状细胞中转录STAT5信号传导的信号换能器和激活器,也没有干扰lfTSLP激活STAT5。鉴于TSLP基因的两种表达产物具有不同的生物学性质,在未来分析这两种TSLP亚型具有一定的重要性。

1.2TSLP-TSLP受体的相互作用 TSLP通过与IL-7受体α链(IL-7Rα)和TSLP受体链(TSLPR)建立三元复合物来启动信号转导[13]。TSLPR与TSLP具有高亲和力(KD=32 nmol/L),而IL-7Rα与TSLPR没有单独的亲和力,然而IL-7Rα可以以高亲和力(KD=29 nmol/L)招募到TSLP:TSLPR复合物,使这种二元组装成为有效信号转导机制的先决条件[14]。TSLP首先与同源的TSLPR相互作用,从而增强IL-7Rα的募集和细胞外三元复合物的形成,导致JAK1和JAK2的激活,进而诱导转录激活子5A(STAT5A)和5B(STAT5B)的活化[15];被酪氨酸磷酸化的STAT5,从受体复合物中释放出来,二聚化并转移到细胞核并以序列特异性结合DNA 形成STAT5-DNA复合物,从而启动基因CIS的转录和炎症因子的表达[16]。lfTSLP以该途径传导信号,目前尚不清楚sfTSLP信号是否也通过TSLPR和IL-7Rα复合物传导信号,可能有另一种信号机制。Harada等[17]已经证明,lfTSLP是诱导Th2炎症反应的关键细胞因子,通过对人支气管上皮细胞中TSLP基因的单核苷酸多态性(SNPs)进行了分析,发现在lfTSLP的启动子区域SNP rs3806933(-847C>T)为转录因子激活蛋白(AP)-1创建了一个结合位点,增强了AP-1与调控元件的结合。

1.3TSLP和TSLPR的生物学特性 TSLP是一种参与生理和病理免疫相关活动的细胞因子。由胸腺中的Hassall小体上皮细胞产生的TSLP,具有稳态活性,并诱导DC的成熟并驱动调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)的发育[18]。在肠道中,由肠上皮细胞表达的TSLP可作用于非炎症性DC,这些DC产生IL12p70的能力降低,并驱动可诱导Tregs的分化[19]。TSLP可导致髓系树突状细胞产生大量的趋化因子IL-8和嗜酸性粒细胞超化因子(eotaxin)-2,吸引中性粒细胞和嗜酸性粒细胞,以及TARC(胸腺与活化调节趋化因子CCL17)和MDC(巨噬细胞衍生的趋化因子CCL22),吸引Th2细胞[20]。TSLP激活的树突状细胞通过OX40配体诱导幼稚CD4+T细胞向Th2细胞分化产生IL-4、IL-5、IL-13和TNF-α,通过触发IgE、嗜酸性物质和黏液的产生而启动过敏性炎症[21]。IL-4还可以进一步上调CD4+T细胞上的TSLPR,从而形成一个正反馈回路[22]。TSLP除了通过抗原呈递细胞对Th2细胞极化的影响外,还可以直接作用于T细胞,包括CD4+T细胞、CD8+T细胞和Treg细胞。TSLP还可以通过Treg细胞中的TSLPR信号在皮肤依赖的Treg细胞免疫稳态中发挥重要作用。皮肤Treg细胞中TSLPR信号的缺失阻止了Treg细胞的激活,并使皮肤从促炎症反应迅速发展成致命的全身性炎症[23]。TSLP还可以直接作用于巨噬细胞、肥大细胞、先天性淋巴细胞(ILCs)和嗜碱性粒细胞来促进Th2细胞因子的反应[24-26]。此外,在AD中,TSLP可直接作用于感觉神经元的一个子集诱导瘙痒[27]。

2 TSLP在AD中的作用

AD是一种常见的炎症性皮肤病,表现为反复出现的湿疹样皮损,常常伴有顽固性瘙痒,导致生活质量下降。AD发病机制复杂,目前认为可能与易感基因、环境因素、皮肤屏障完整性受损、皮肤微生物群和免疫紊乱之间的相互作用有关。TSLP是一种上皮细胞衍生的细胞因子,可以通过DC、粒细胞、自然杀伤T细胞或直接作用于CD4+T细胞,促进Th2细胞介导的炎症。而促炎性细胞因子和Th2细胞因子是TSLP介导的免疫级联反应的潜在早期触发因子,是在慢性期维持过敏性炎症的因子。这说明TSLP参与AD的发生和发展,AD的发病机制是一个炎症级联正反馈循环。

有学者研究[28]发现,与健康受试者相比,AD患者的血清TSLP水平显著升高,提示TSLP可能在AD的发病机制中起促成作用。在AD患者皮损的表皮角质形成细胞中发现了TSLP的高表达,与未受累皮肤、镍诱导的过敏性接触性皮炎、皮肤型红斑狼疮患者的皮肤相比,AD患者皮损表皮中TSLP的表达更高[29]。Li等[30]局部应用MC903(维生素D3的低钙类似物)诱导TSLP在表皮角质形成细胞中表达,导致小鼠出现特应性皮炎样表现,表明角质形成细胞产生的TSLP在AD中起着重要作用。TSLP在缺乏类视黄醇X受体(RXRs)-α和-β的皮肤角质形成细胞迅速表达,在启动特应性皮炎中起关键作用[31]。TSLP在AD发病机制中的重要性已通过转基因小鼠得到证实,Yoo等[32]证实在转基因小鼠中TSLP在皮肤中的选择性过度表达可导致自发性AD样皮炎。

2.1TSLP基因多态性与AD的关系 AD是一种具有多因素发病机制的异质性疾病,包括遗传易感性以及环境和免疫因素。TSLP基因多态性影响这种疾病的严重程度和持久性,与AD发生和发展的风险增加相关。Gao等[33]在一项多中心病例对照研究中证明了TSLP及其受体IL-7R和TSLPR与AD发病风险之间的相关性。在欧美人群中,AD与3个TSLP单核苷酸多态性(SNP)(rs1898671、rs11466749和rs10043985)、4个IL-7R SNP(rs12516866、rs102113865、rs1389832和rs10058453),3个TSLPR SNP(rs36139698、rs36177645和rs36133495)显著相关。此外,Margolis等[34]确定了rs2289278、rs1898671和rs1837253等几种与TSLP相关的基因变异体增加了患特应性皮炎的风险。Harada等[35]发现,TSLP启动子中的SNP rs2289276和rs2289278为AP-1创造了一个结合位点并增强lfTSLP的产生,并与儿童特应性和成人哮喘的疾病易感性显著相关。Wang等[36]证实了在对某些过敏原敏感的儿童中,遗传易感性(TSLP rs2289278 CC基因型)显著增加了AD的风险。

2.2TSLP在AD获得性免疫细胞中的作用 在卵清蛋白应用诱导的AD小鼠模型中,朗格汉斯细胞中的TSLP-TSLPR作为表皮抗原呈递细胞中的信号通路对诱导Th2型免疫反应至关重要[37]。与健康受试者相比,AD患者的循环CD4+T细胞显示出高水平的TSLPR表达,并且循环TSLPR+、CD4+T细胞的水平与血清CCL17/TARC、IgE水平以及嗜酸性粒细胞计数相关[38],表明TSLPR是AD的潜在治疗靶点。

2.3TSLP在AD先天性和其他细胞群中的作用 除了获得性免疫细胞群外,嗜碱性粒细胞和天然淋巴细胞(innate lymphoid cells, ILCs)也是TSLP下游的重要固有细胞群[39]。TSLP促进外周血嗜碱性粒细胞增多,表达TSLPR的嗜碱性粒细胞可以在小鼠体内恢复Th2细胞依赖性免疫反应[40]。在ILC亚群中,第2组ILCs(ILC2s)产生2型细胞因子IL-5和IL-13,并促进肺和肠中的2型炎症。ILC2s存在于健康人体皮肤中,也在AD患者的皮损中富集。ILC2s也存在于健康小鼠皮肤中,并对于AD样小鼠模型的炎症发展至关重要[26]。此外,Wilson等[27]证明,从角质形成细胞释放的TSLP直接作用于TRPA1阳性感觉神经元的子集,以触发强大的瘙痒行为。这些数据表明TSLP是一种新的内源性瘙痒原,可能通过瘙痒引起抓挠导致AD皮肤屏障的破坏,提示角质形成细胞衍生的TSLP可以作为AD瘙痒的治疗靶点。

2.4TSLP与AD患者皮肤微生物群的关系 在AD患者病变皮肤中金黄色葡萄球菌(S.aureus)的定植检出率为70%,而在非病变皮肤中仅为39%[41]。金黄色葡萄球菌在AD患者中定植的患病率随着疾病的严重程度而增加,这表明皮肤炎症可能会加速金黄色葡萄球菌的定植。金黄色葡萄球菌通过产生一种蛋白酶,使其能够渗透到具有丝聚蛋白(FLG)基因的突变的AD患者或小鼠的真皮中,进入皮肤的细菌与活的免疫细胞直接接触并刺激促炎细胞因子的产生[42]。这说明了表面微生物的异常渗透介导了与AD相关的免疫失调。Nakatsuji 等[42]证实了金黄色葡萄球菌进入真皮与IL-4、IL-13、IL-22、TSLP和其他AD相关的细胞因子的表达增加直接相关。金黄色葡萄球菌膜中也通过Toll样受体2/6发出信号,并诱导角质形成细胞产生TSLP[7]。

3 抗TSLP抗体治疗AD

目前AD的治疗方法包括保湿剂、局部外用糖皮质激素和钙调神经磷酸酶抑制剂、系统使用糖皮质激素和一些免疫抑制剂(如环孢素、硫唑嘌呤、甲氨蝶呤和霉酚酸酯),然而由于这些药物具有明显的副作用限制了它们的持续应用。2017年,抗IL-4/IL-13抗体度普利尤单抗被批准用于治疗中重度难治性特应性皮炎的成年患者,然而度普利尤单抗必须以相对较高的剂量皮下注射,治疗费用相对较高,有时对于中重度病例控制不佳,而且不能用于最常受AD影响的儿童。目前AD患者应用度普利尤单抗1年以上的安全性和有效性的长期数据仍有待报道,比较度普利尤单抗与现有系统疗法的试验也有待报道[43]。Janus激酶(JAK)抑制剂是一类靶向Janus激酶信号换能器和转录激活因子(JAK-STAT)通路蛋白的新药物。通过口服或局部使用JAK抑制剂,以抑制JAK-STAT通路的信号传导,可以阻止多种细胞因子的下游信号传导。Wood等[44]在AD的Ⅱ期和Ⅲ期临床试验中研究了JAK抑制剂的疗效和安全性,发现与对照组相比,JAK抑制剂在AD患者中耐受性良好。但迄今为止报道的试验持续时间很短(最多16周),需要更多试验验证关于这些新药物的长期安全性。鉴于现在许多中重度AD患者疾病得不到有效控制或对现有的治疗方法反应不佳,导致疾病负担很高,对治疗的满意度普遍较低,因此一种安全有效的长期治疗方法是非常重要的。新的治疗或预防措施对于阻止AD的进展和中重度AD患者的额外治疗选择特别有意义。

如上所述,TSLP在AD的发病机制中起着关键作用。TSLP由表皮角质形成细胞在各种刺激下释放,同时TSLP有利于Th2反应和瘙痒通路的激活。TSLP在AD的发病机制中起着关键作用,是AD发病机制的一个有潜力的治疗靶点。一种全人IgG2λ单克隆抗体,Tezepelumab(AMG157/MEDI9929)已经被开发出来。Tezepelumab与TSLP结合位点的关键部分结合,阻止其与TSLPR的相互作用,从而抑制多种下游炎症途径[45]。Tezepelumab已完成Ⅰ期和Ⅱa期随机、双盲、安慰剂对照研究。在Ⅰ期研究中评估了单递增和多次递增剂量的安全性、耐受性和药代动力学,在健康和特应性皮炎成年受试者中,Tezepelumab表现出可预测的线性药代动力学特征和可接受的安全性和耐受性[46]。在一项针对中度至重度AD的Ⅱa期研究中,113例患者按1∶1随机分组,每2周给予280 mg皮下注射Tezepelumab或安慰剂,同时给予局部糖皮质激素。Ⅱ期试验表明,与安慰剂组相比,Tezepelumab治疗组的临床改善率更高,但差异无统计学意义[10]。

由于特应性皮炎具有复杂的病理生理学,其他细胞因子可能存在潜在的代偿作用,阻断一种细胞因子可能不足以缓解症状。因此,不同组合方法和不同细胞因子的阻断可能更有效,例如度普利尤单抗和抗TSLP抗体药物的组合,这种双功能药物目前正在开发中。Venkataramani等[47]设计并开发一种称为Zweimab(ZM)的单价双特异性抗体形式和一种称为Doppelmab(DM)的二价双特异性抗体,用于靶向TSLP和IL-13同时抑制这两种细胞因子的信号传导。在树突状细胞检测中,双特异性分子对靶向介导的细胞因子和趋化因子释放表现出强烈的亲和力和抑制作用,符合进一步开发的预期标准[47]。当形成ZM和DM时,主导分子与靶标紧密结合并发挥作用。

4 总结和展望

TSLP在维持免疫内环境平衡和调节皮肤屏障炎症反应方面具有核心作用,越来越多的证据表明,通过抗体介导的TSLP中和作用靶向TSLP-TSLPR信号轴,可能是预防和可能治疗AD的有益工具。针对TSLP治疗不仅可以治疗过敏原、病毒、烟草烟雾和柴油废气引发的各种哮喘,还可以治疗AD,同时在AD等炎症条件下有可能降低糖皮质激素使用剂量。

TSLP的靶向治疗是否包含两种TSLP亚型,或者主要是其中一种,目前为止是未知的。如果短亚型也受到影响,那这种影响是负面的,应该进行量化。目前仍然不知道TSLP靶向治疗这种方法的安全性,阻断TSLP是否会导致感染和癌症发展等风险。已有文献证明,在不同的小鼠皮肤癌变模型中,TSLP/TSLPR信号的消除可加速肿瘤生长。野生型皮肤中的TSLP过表达在皮肤中作为肿瘤抑制因子发挥作用,解释了为何一些患有Th2过敏性疾病的个体患某些类型皮肤癌的风险降低[48]。然而TSLP也作为一种促生长细胞因子出现在乳腺癌和胰腺癌中。有人认为,TSLP作为促肿瘤或抗肿瘤的作用可能取决于肿瘤的类型或TSLP水平。TSLP水平可能决定其是否促进或抑制肿瘤的发展和生长,临界点可能因特定环境中促肿瘤炎症环境的强度而异。低于这个假设阈值,TSLP将具有中性或促肿瘤作用;高于这个阈值,TSLP则是一种有效的肿瘤抑制因子。因此,有必要对抗TSLP抗体的药理作用进行更深入的研究,并与干扰不同途径的其他单抗进行直接比较。阻断TSLP信号可能会对AD产生显著的临床效果,需要进一步研究以确定抗TSLP抗体(包括单抗和双抗)在AD中的疗效,需要在未来进行更深入的研究。