分子靶向药物在哮喘气道重塑治疗中的进展*

戴俊杰, 史菲

暨南大学第二临床医学院(广东深圳 518020)

支气管哮喘是一种以慢性气道炎症为基础的异质性疾病,具有气道高反应性和气道重塑等重要特征。哮喘患者气道长期暴露于炎症环境中,经历反复损伤和修复的不断循环,继而发生气道重塑。因此,气道重塑是哮喘慢性气道炎症发展的必然结果。气道重塑的主要组织学特征包括上皮纤维化、气道网状层增厚和杯状细胞化生等,能引起哮喘患者发生持续性气道狭窄、气道反应性增高及肺功能下降,是导致哮喘病情重症化、难治化的主要原因[1]。因此,预防或减轻气道重塑水平对改善哮喘患者肺功能、提高生活质量具有重要意义。随着对哮喘气道重塑的分子机制的认识深入,已研发出多种靶向抑制气道炎症介质或细胞信号通路的分子药物,用于治疗哮喘气道重塑。本文现就这些分子靶向药物在哮喘气道重塑治疗中的最新研究进展作一综述。

1 靶向抑制T2型气道炎症的分子药物

T2型气道炎症是介导哮喘发生的一个主要机制。Th2细胞、嗜酸性粒细胞(eosinophil, Eos)等能释放多种炎症介质参与细胞间交叉串扰,进而影响气道壁和黏膜下层的多种结构细胞。这些重要的T2型炎症介质如IgE、白细胞介素(interleukin, IL)-4、IL-5、IL-13、胸腺基质淋巴生成素(thymic stromal lymphopoietin, TSLP)及前列腺素D2(prostaglandin D2, PGD2)等具有显著的促炎、促纤维化作用,经由转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)、纤维母细胞因子等下游炎症因子,加速细胞外基质(extracellular matrix, ECM)生成、促使气道重塑发生。

1.1 抗IgE单克隆抗体 IgE多由Th2细胞受变应原刺激后分泌,在维持过敏性气道炎症、气道重塑发生、发展中占据中心地位,故抗IgE治疗可能对哮喘气道结构有一定的改善作用,但具体机制尚不明确。奥马珠单抗是目前临床使用时间最长、应用最广泛、安全级别较高的IgE单克隆抗体。临床研究发现[2],13例重度过敏性哮喘患者使用奥马珠单抗治疗1年后,支气管黏膜活检提示气道內网状基底膜厚度、纤维连接蛋白沉积较治疗前减低,提示该药物对气道基质可能有一定的抑制作用。目前还在临床开发中的新一代抗IgE单克隆抗体如奎利珠单抗和利格列珠单抗等,这些药物对哮喘的气道重塑有无更显著的治疗作用,还有待相关研究结果。

1.2 抗IL-4单克隆抗体 有研究认为[3],IL-4能激活JAK/STAT6信号通路,进而上调Sonic Hedgehog (Shh) 信号通路表达、促进气道重塑,故而在哮喘气道重塑形成中可能有重要作用。度普利尤单抗是一种IgG4型全人源IL-4受体单克隆抗体,可结合IL-4受体α亚基从而阻断IL-4和IL-13的共同信号通路,能有效治疗中重度哮喘患者,持续改善肺功能,并缓解哮喘症状[4]。然而,目前尚无确切证据提示度普利尤单抗能逆转哮喘患者已有的气道重塑。

1.3 抗IL-5/IL-5受体(IL-5R)单克隆抗体 IL-5能特异性作用于Eos,促使Eos增殖、分化,进而在哮喘气道炎症及重塑过程中起重要作用。美泊利单抗、瑞利珠单抗作为选择性抗IL-5单克隆抗体,其临床疗效已被证实可缓解重度Eos型哮喘患者的病情[5-6],但它们对气道重塑有无作用尚未被确认。贝那利珠单抗是一种人源化抗IL-5R单克隆抗体,可直接结合Eos表面IL-5Rα亚基,抑制IL-5与其特异性受体结合,并能降低哮喘患者气道平滑肌(airway smooth muscle, ASM)的增生水平,提示该单抗对气道重塑有一定的抑制作用[7]。尽管IL-5单克隆抗体对气道重塑的作用机制及疗效尚不明确,但Trinh等[8]研究认为,抗IL-5抗体可望成为抑制骨桥蛋白介导气道重塑的潜在药物,故抗IL-5/抗IL-5R单克隆抗体对哮喘气道重塑的调控机制值得进一步探讨。

1.4 抗IL-13单克隆抗体 IL-13是促进过敏性哮喘发生、发展的关键介质之一。已有临床研究证实[9],人源化抗IL-13单克隆抗体Lebrikizumab可阻断IL-13介导的信号传导通路,降低难治性哮喘患者的气道上皮下纤维化水平,并能升高一秒用力呼气容积,提示该单抗对患者气道通气功能有一定的改善作用,有望成为气道重塑的治疗药物。

1.5 TSLP单克隆抗体 TSLP属于IL-2超家族,体外研究提示能诱导成纤维细胞迁移与募集、促进上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT),故曾被认作哮喘气道重塑的潜在干预靶点。然而,近年的临床研究提示TSLP仅能对哮喘Th2型气道炎症起抑制作用。一项随机、双盲、安慰剂对照的2期临床试验显示[10],TSLP单克隆抗体Tezepelumab与安慰剂相比,能显著降低支气管内Eos数目及Th2炎症标志物表达,但未能显著影响网状基底膜厚度及肺功能水平,提示Tezepelumab对哮喘患者的气道重塑水平并未发生显著影响。

1.6 PGD2受体(PGD2type receptor, DP)2抑制剂 PGD2受体分为DP1和DP2两种,能与不同的PDG偶联来介导其病理生理作用。其中,DP2在Th2细胞膜上表达,通过结合PGD2发挥促Eos活化、抗Eos凋亡、促支气管上皮细胞迁移和分化等功能。既往有研究发现[11],选择性DP2抑制剂Fevipiprant可降低哮喘小鼠气道Eos水平并抑制ASM的迁移,故Fevipiprant曾被认作哮喘气道重塑的潜在治疗药物。然而,诺华公司进行的两项Fevipiprant临床Ⅲ期试验(LUSTER-1和LUSTER-2)结果显示,接受Fevipiprant治疗的患者与安慰剂组相比,均未能改善哮喘患者肺功能和降低哮喘急性发作率,故目前Fevipiprant在哮喘治疗中的临床开发已经停止。

1.7 TGF-β抑制剂 TGF-β作为TGF超家族的一种多功能细胞因子,能在哮喘患者气道上皮及黏膜上过度表达,并与气道基底膜厚度、成纤维细胞数及哮喘发作严重程度显著相关,被认为是哮喘气道重塑的主要调控因子[12]。研究者们多采用TGF-β上游通路抑制剂如SB203580、Ouabain等来抑制TGF-β表达,并发现对气道纤维化具有显著抑制作用。此外尚有研究显示[13],磷酸二酯酶抑制剂可通过抑制TGF-β生成,进而减少肺成纤维细胞增殖。Yao等[14]则研究发现,黄芪-防风可通过抑制哮喘小鼠气道上皮TGF-β的表达来减少EMT,从而延缓气道重塑的进展。因此,抑制TGF-β生成的分子药物可能在哮喘气道重塑治疗中具有重要的研究价值。

2 靶向抑制非T2型气道炎症的分子药物

非T2型气道炎症也是引起哮喘气道重塑形成的主要机制,更是导致激素不敏感哮喘发生的一个重要原因。目前认为,非T2型哮喘虽然没有统一、明确的定义,但缺乏2型炎症标志物表达是其主要的临床特征。非T2型气道炎症多表现为中性粒细胞型或寡粒细胞型炎症,通过诱导Th1细胞和(或)Th17细胞活化、应答,引起IL-17、IL-8、IL-1、IL-6、干扰素-γ、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)及粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等关键炎症介质释放,进而发挥其促炎、促纤维化作用。

2.1 IL-17单克隆抗体 IL-17作为促纤维化细胞因子,通过募集中性粒细胞浸润、促炎性因子释放参与哮喘气道重塑。Camargo等[15]发现,抗IL-17治疗不仅可以减轻哮喘小鼠肺部炎症水平,还能减轻ECM内胶原纤维沉积,从而抑制气道重塑进展。目前,抗IL-17的生物制剂如Secukinumab、Brodalumab、Ustekinumab尚处于临床试验阶段,其对气道重塑的疗效需要更多的研究观察。

2.2 趋化因子受体2(CXC receptor 2, CXCR2)拮抗剂 CXCR2是IL-8的高亲和力受体,当CXCR2激活时可诱导中性粒细胞活化、趋化,促进胶原沉积、ASM收缩及迁移等一系列气道重塑进程。Mattos等[16]研究发现,CXCR1/2抑制剂Ladarixin可降低博莱霉素诱导的哮喘小鼠气道中性粒细胞炎症和胶原沉积,并有助于减轻皮质类固醇抵抗的Th17中性粒细胞主导的气道炎症和高反应性,提示以CXCR2为抑制靶点有望成为哮喘气道重塑治疗的重要手段。目前,已研发成熟的CXCR1/2小分子拮抗剂包括AZD5069、SCH527123等,这些小分子拮抗剂能显著降低哮喘患者气道内中性粒细胞水平,但并未证实对重症哮喘、难治性哮喘患者的临床疗效,故其治疗作用尚待进一步研究明确。

2.3 其他非T2型炎症因子的靶向药物 其他分子靶向药物如IL-6受体单克隆抗体、TNF-α单克隆抗体、GM-CSF受体拮抗剂等,已在动物实验中证实对肺泡壁的炎症及厚度有显著改善作用,提示这些炎症介质均有望成为非T2型哮喘治疗的新靶点。

3 信号通路抑制/激动剂

哮喘气道重塑的发生机制十分复杂,各种重要的信号转导分子如LIGHT(又称TNFSF14)、β-catenin、细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinase, ERK)、核转录因子-κB(nuclear factor-kappa B, NF-κB)、过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma, PPAR-γ)、磷酯酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)等均参与了哮喘气道重塑的调控过程,在支气管壁增厚、ASM增殖、上皮下纤维化、EMT、ECM沉积等气道壁的病理改变中起重要作用。

3.1 LIGHT抑制剂 LIGHT作为TNF超家族分子成员,通过与下游信号HVEM/LTβR分子结合参与各种哮喘病理生理进程,被认为是气道重塑的标志性分子[17]。动物研究发现[18],特异性LIGHT抗体可显著抑制哮喘小鼠ASM增殖、减少CD4+T细胞向Th细胞分化并降低Th2型炎症因子水平,提示阻断LIGHT可能有助于改善哮喘气道炎症和气道重塑。微小RNA(miRNA, miR)-326是靶向抑制LIGHT合成的重要分子,研究提示[19],miR-326模拟物可在体外显著抑制TGF-β1诱导的ASM增殖和ECM蛋白沉积。因此,LIGHT特异性分子抑制剂在哮喘气道重塑治疗中可能具有重要的研究价值。

3.2 β-catenin抑制剂 Wnt/β-catenin信号通路在维持气道上皮细胞完整性中发挥着重要作用。ICG001是CREB结合蛋白的一种选择性小分子抑制剂,通过竞争性结合CREB结合蛋白,阻断β-catenin及其下游信号通路。Huo等[20]研究发现,ICG001可在体外水平抑制TGF-β1诱导的EMT和成纤维细胞向肌成纤维细胞转化,并显著逆转气道上皮损伤、支气管壁增厚和上皮下纤维化等病理过程,提示靶向阻断β-catenin可能具有改善哮喘气道重塑的功能。目前,β-catenin特异性抑制剂包括CGP046090、PKF115-584尚处于临床试验阶段,这些药物对哮喘患者的气道重塑有无治疗作用,还有待相关研究结果。

3.3 ERK1/2抑制剂 ERK1/2是丝裂原活化蛋白激酶家族中重要的一类蛋白激酶,可进入细胞核内介导ELK-1、c-Fos、激活蛋白-1(AP-1)等核转录因子活化,是哮喘ASM增殖的重要调节因子。SF-3-030是一种选择性的新型ERK1/2抑制剂,可抑制ERK1/2信号通路介导的AP-1转录因子活化,进而影响了AP-1的促细胞增殖、分化等作用。Defnet等[21]研究发现,SF-3-030能在体外有效抑制PDGF诱导的ASM增殖、胶原蛋白生成及IL-6分泌,提示对哮喘气道重塑可能有一定的治疗作用。

3.4 IκB激酶β(inhibitor kappa B kinaseβ, IKKβ)抑制剂 IKKβ是NF-κB信号通路的一个上游调节因子,能通过激活NF-κB通路启动哮喘气道炎症及免疫相关反应,被认作哮喘气道重塑的潜在干预靶点。BMS-345541是一种高选择性IKKβ抑制剂,它可结合IκB激酶的变构位点抑制NF-κB的表达。Zhu等[22]研究发现,BMS-3455041能显著抑制哮喘小鼠的EMT、支气管痉挛、炎性细胞浸润和黏液分泌,提示BMS-345541治疗不仅可以减轻哮喘小鼠肺部炎症水平,还能通过抑制EMT来减低气道重塑进程。

3.5 PPAR-γ激动剂 PPAR-γ是调节目标基因表达的Ⅱ型核内受体超家族成员,在糖脂代谢、维持免疫内稳态中起重要作用,其合成失调与哮喘发生、发展密切相关。Meng等[23]研究发现,PPAR-γ激动剂吡格列酮可显著改善过敏性哮喘小鼠模型的多个病理生理学特征,包括Eos浸润、黏液高分泌、胶原沉积和ASM增殖,并能抑制Th2细胞因子和趋化因子水平,减少炎症细胞聚集。因此PPAR-γ可作为气道重塑的一个新型治疗靶点,关于它的临床试验亟待开展。

3.6 PI3K抑制剂 PI3K信号通路通过调控ASM的增殖及免疫炎性细胞的激活分化参与哮喘的病理生理过程。LY294002是首个PI3K激酶高选择性抑制剂,通过竞争性结合PI3K的ATP结合位点阻断该信号通路传导。Huang等[24]研究者发现,LY294002可显著抑制IL-25诱导的哮喘小鼠气道内Eos聚集、黏液生成、ECM沉积、ASM肥大及支气管黏膜下血管生成,提示靶向抑制PI3K信号通路不仅能减轻哮喘气道高反应性和气道炎症,还可以干预气道重塑的进展。

4 传统抗哮喘药物对气道重塑的治疗作用

随着对哮喘气道重塑机制的深入探索,研究者们开始关注传统抗哮喘药物对气道重塑的干预效果。Qi等[25]研究发现,长效β2受体激动剂(LABA)如福莫特罗和沙美特罗均不能抑制PDGF-BB诱导的ASM细胞增殖,提示LABA对气道壁重塑并无显著的改善作用。Kang等[26]研究表明,在9个月和15个月长效抗胆碱能药物(LAMA)噻托溴铵治疗组中,老年哮喘小鼠的α-平滑肌肌动蛋白水平较对照组有降低;另有研究显示[27],白三烯受体拮抗剂(LTRA)普鲁司特能通过抑制哮喘小鼠体内TGF-β/Smad信号表达,从而减少气道胶原沉积,并抑制促纤维化基因和α-平滑肌肌动蛋白的表达。因此,LAMA和LTRA可能具有一定的抗气道重塑效果,但仍需开展更多的临床研究来证实其对气道重塑的治疗作用。

5 结论与展望

传统抗哮喘治疗存在对重症哮喘、激素不敏感哮喘等特殊表型疗效欠佳的情况,这与哮喘气道重塑不断进展密不可分。近年来针对哮喘气道重塑的分子靶向药物研究已出现突破进展,尤其是奥马珠单抗、贝那利珠单抗及Lebrikizumab体现出对哮喘气道重塑的部分疗效,这为改善哮喘患者的长期预后带来了希望。当前,更多的分子靶向药物经各种动物研究和临床前研究,已证实对哮喘气道纤维化、ECM沉积等病理进程有减缓效果,能通过干预T2型气道炎症、非T2型气道炎症及各种信号通路分子表达,发挥其抗哮喘气道炎症及气道重塑效果。此外,不同作用靶点的分子药物联合阻断也成为了哮喘治疗研究的重要方向,但尚需开展进一步研究来证实其有效性及安全性。总之,随着哮喘生物治疗研究的不断深入,抗气道重塑分子靶向药物有望成为不同表型哮喘患者个性化治疗的全新选择。

利益相关声明:所有作者均声明不存在任何利益冲突。

作者贡献说明:本文由戴俊杰作者进行文献检索及撰写成文,史菲进行了审阅和修改。