嗜酸粒细胞哮喘的机制与治疗
引用: 张雪, 崔凤霞, 唐佳琦, 等. 嗜酸粒细胞哮喘的机制与治疗进展 [J] . 国际呼吸杂志, 2023, 43(4) : 476-480.
支气管哮喘(哮喘)是一种异质性呼吸道疾病，通常与慢性炎症有关，其特征是可逆性气道阻塞、气道高反应性、气道重塑、以及反复出现的咳嗽、气短和喘息[1]。据调查，我国20岁及以上人群哮喘患病率为4.2%，总数达4 570万[2]。哮喘的慢性炎症是由多种细胞(如嗜酸粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞等)和细胞组分共同参与形成的。其中嗜酸粒细胞是一种参与多种炎症反应的粒细胞，嗜酸粒细胞炎症是哮喘生理变化的主要因素，在哮喘气道炎症中发挥主导作用。众所周知，嗜酸粒细胞最主要的作用是它们可以对抗寄生虫感染并在2型炎症中发挥作用。然而，在小鼠和人的肺中，嗜酸粒细胞也可能通过独特的细胞特征如细胞外陷阱细胞形成来帮助对抗细菌和病毒感染。在哮喘中，嗜酸粒细胞通常在黏膜应激情况下的2型炎症反应中被招募到组织中。近年来，研究表明一些哮喘患者的痰液、气道和血液中嗜酸粒细胞水平较高[3]，于是将这一类型哮喘定义为嗜酸粒细胞哮喘(eosinophilic asthma，EA)。EA是一种在大约50%的哮喘患者中发现的哮喘细胞表型[4]。EA也与重症哮喘关系密切，近年来已逐渐引起研究人员与临床医师的关注和重视。本文就近年EA的发病机制与治疗进展作一综述。
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1 EA的概述
EA通常指哮喘的临床炎症表型，指哮喘患者的痰、气道或血液中存在大量的嗜酸粒细胞[5]。痰细胞谱被认为可以直接反映肺部炎症，因此是哮喘研究中确定EA的首选方法。嗜酸粒细胞通常仅占外周血白细胞的1%~3%。然而，在患有嗜酸粒细胞增多的哮喘患者中，它们的数量大于300~400个细胞/μl[3]。痰中嗜酸粒细胞水平超过2%~3%已被用于定义EA[6]。嗜酸粒细胞增多是由造血干细胞通过复杂的分化过程刺激嗜酸粒细胞产生引起的[7]。与过敏性哮喘相比，EA通常起病较晚，有时可能非常难治[8,9]。甚至从疾病的开始就表现为难以控制，并倾向于在疾病进程的早期形成固定的气流受限[10]。气道中的高嗜酸粒细胞计数与哮喘症状严重程度、肺功能恶化和哮喘致死率密切相关。当哮喘未得到控制时，嗜酸粒细胞的数量增加，当哮喘得到控制时，嗜酸粒细胞的数量减少[11]。因此，嗜酸粒细胞的定量可以作为疾病严重程度的指标[12]。具体来说，血液嗜酸粒细胞计数大于400个/μl的患者有未来恶化的风险[13]。
2 嗜酸粒细胞的来源
通过检查19世纪上半叶人类和其他物种的炎性渗出物，研究人员注意到"颗粒血细胞"和"复合炎性小球"的存在。这些明显的颗粒就是第一次被观察到的嗜酸粒细胞。但是"嗜酸性粒细胞"一词是直到1879年才由Ehrlich引入，用来描述具有对曙红和其他酸性染料具有高亲和力的颗粒的细胞[14]。
嗜酸粒细胞是一种终末分化的髓系细胞，来源于骨髓中的CD34造血干细胞[15]。嗜酸粒细胞发育需要次级颗粒蛋白、主要碱性蛋白1和嗜酸粒细胞过氧化物酶。
嗜酸粒细胞前体细胞在骨髓中成熟，在释放到血管中之前获得白介素-5受体(interleukin-5 receptor，IL-5R)的表达。IL-5是调节骨髓中嗜酸粒细胞成熟的关键细胞因子，它可以在过敏性炎症期间动员骨髓中的嗜酸粒细胞，也能驱动外周组织中嗜酸粒细胞的活化、增殖和存活。IL-5主要由辅助型T细胞2(T helper 2 cell，Th2细胞) (获得性免疫)和2型固有淋巴样细胞(先天免疫)产生，在其整个生命周期内调节嗜酸粒细胞的功能[15]。终末分化的嗜酸粒细胞从骨髓中的小环境被动员到血液循环中。组织中的嗜酸粒细胞通过上皮细胞迁移到管腔，如支气管和鼻窦，是病理状态的标志[3]。通过外界刺激，骨髓中的嗜酸粒细胞通过集落刺激因子和趋化因子的作用从血管分化、成熟，最后被募集到气管[12]。在呼吸道组织和管腔中，迁移的嗜酸粒细胞被局部刺激进一步激活，并通过脱颗粒释放其预先形成的细胞因子和颗粒内容物，使组织和腔内嗜酸粒细胞的存活期延长，激发炎症反应[15]。
3 嗜酸粒细胞引起的炎症反应
3.1 嗜酸粒细胞的脱颗粒
嗜酸粒细胞是肺部炎症反应的主要细胞，在气道重塑和高反应性中发挥重要作用。嗜酸粒细胞引起的炎症是持续性的。在支气管水平造成的损害归因于嗜酸粒细胞脱颗粒和其有毒蛋白的释放。嗜酸粒细胞脱颗粒可通过3种不同的方式发生：(1)胞吐作用；(2)片状脱颗粒；(3)细胞溶解(图1)。片状脱颗粒是哮喘患者中嗜酸粒细胞脱颗粒最常见的机制。
3.2 白三烯在嗜酸粒细胞炎症中的作用
在嗜酸粒细胞中，各种刺激(包括细胞因子、趋化因子和病原体衍生因子)会引发和诱导白三烯的产生和分泌。白三烯由半胱氨酰白三烯(cysteamino leukotriene，CysLTs)和白三烯B4组成，是迄今为止发现的最有效的支气管收缩因子，在哮喘的发病机制中发挥重要作用。骨髓中的成熟嗜酸粒细胞通过黏附于血管内皮细胞和响应嗜酸粒细胞特异性趋化因子的迁移而积聚在炎症局部，产生以CysLTs为代表的炎性脂质介质[16]。CysLTs的作用包括增加微血管通透性导致肺水肿，黏液分泌增加，通过损害纤毛活动和气道平滑肌细胞增生而降低清除量，从而进一步导致气道重塑。嗜酸粒细胞释放的CysLTs也是嗜酸粒细胞的趋化剂，可进一步导致嗜酸粒细胞释放更多的细胞因子和其他黏附分子从而加剧炎症[17]。
3.3 IgE在EA中的作用
IgE也在EA中发挥重要作用(图2)。IgE抗体是人体内非常重要的一类免疫球蛋白，在正常情况下，其含量是所有免疫球蛋白中最低的一种。而当接触过敏原时，IgE可与过敏原结合，进而再与肥大细胞或嗜碱粒细胞表面相应的受体结合，即可引起过敏反应[18]。(1)IgE与肥大细胞和嗜碱粒细胞表面表达的高亲和力FcRⅠ受体以及B细胞和其他造血细胞上表达的低亲和力FcεRⅡ受体结合[19]。FcεRⅠ受体不仅表达于肥大细胞和嗜碱粒细胞，也表达于树突状细胞、气道平滑肌细胞(airway smooth muscle cells，ASMC)、上皮细胞、内皮细胞和嗜酸粒细胞。树突状细胞是专门的抗原递呈细胞，在诱导Th2细胞对过敏原的初级免疫反应中发挥关键作用。树突状细胞表达的FcεRⅠ受体结合的IgE可增强树突状细胞呈递抗原的能力，这会诱导炎性细胞因子IL-4、IL-5和IL-13的产生，介导嗜酸粒细胞浸润而引起气道慢性炎症。(2)据研究表明，B淋巴细胞呈递抗原以产生抗体的重要性已得到充分证明，在B淋巴细胞向浆细胞转化的过程中，B淋巴细胞也表达膜结合的IgE，这有助于IgE介导的信号转导途径，而浆细胞分泌的IgE可以直接作用于嗜酸性细胞诱发气道炎症[20]。(3)分泌的IgE结合肥大细胞和嗜碱粒细胞上的FcεRⅠ，并使其对过敏原敏感。反复接触过敏原导致肥大细胞和嗜碱粒细胞膜结合的IgE发生交联，导致肥大细胞脱颗粒，并释放组胺、类胰蛋白酶、半胱氨酸-白三烯等炎症因子，导致支气管收缩，平滑肌水肿和血管扩张。这个过程也诱导细胞因子和趋化因子的产生和释放，如IL-4、IL-5、IL-13等，它们可以将嗜酸粒细胞招募到炎症部位[19]。值得注意的是，由肥大细胞产生的前列腺素D2也可作用于嗜酸粒细胞，这种前列腺素能够通过辅助性T细胞2型受体的介导，吸引和激活炎症中的嗜酸粒细胞的产生[2]。同时IgE可以直接激活ASMC产生细胞因子(IL-4、IL-5、IL-13、肿瘤坏死因子α、趋化因子和传统介质)，并引起ASMC增殖和收缩，这与哮喘的严重程度相关。此外，在IgE驱动的刺激下，ASMC还产生和分泌细胞外基质蛋白，这些蛋白是参与气道壁重塑的关键因素。
4 嗜酸粒细胞向肺部的迁移
经过研究，大量证据支持过敏原诱导的哮喘反应和骨髓造血干细胞(hemopoietic progenitor cells，HPCs)动员之间的联系(图3)。过敏原产生信号分子激活HPCs的局部分化、增殖和成熟。造血干细胞流出骨髓并回到肺，在肺中组织原位分化形成嗜酸粒细胞。HPCs在IL-5、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和IL-3的影响下分化成嗜酸粒细胞。嗜酸粒细胞从骨髓向肺内运输，首先需要嗜酸粒细胞趋化因子，由肺上皮细胞产生，但在IL-4和IL-13的刺激后也可以由嗜酸粒细胞、肥大细胞、肺泡巨噬细胞、血管内皮细胞和呼吸道平滑肌细胞产生[21]。
骨髓中造血区室的扩张促进了成熟嗜酸粒细胞的分化和向气道的运输。嗜酸粒细胞的运输需要趋化因子，活化的Th2细胞和2型固有淋巴样细胞合成的IL-4、IL-5和IL-13共同参与。IL-13可以诱导嗜酸粒细胞产生趋化因子，IL-5和趋化因子可以协同促进嗜酸粒细胞向肺内的运输，而IL-4可以维持整个迁移过程。而嗜酸粒细胞趋化因子2和嗜酸粒细胞趋化因子3可以延长嗜酸粒细胞在肺部的招募[22]。
嗜酸性气道炎症的发病过程较为复杂，主要是由颗粒蛋白、细胞因子和趋化因子等介质的参与。嗜酸粒细胞衍生的阳离子颗粒蛋白可以通过破坏脂质双层的完整性发挥作用，表现出神经毒性和核糖核酸酶活性，产生能够损害肺上皮的活性氧化剂和自由基，从而产生气道炎症，引发嗜酸粒细胞炎症性哮喘的发生[13]。
5 以嗜酸性细胞为靶点的哮喘的治疗方法
嗜酸粒细胞和一些细胞因子，如IL-5，IL-4、IgE在它们的产生、迁移和肺部浸润中是哮喘炎症的关键特征。近年来，抗IL-5及IL-5R、抗IL-4以及抗IgE的单克隆抗体均已经开发出来，最近的研究表明它们可以减少哮喘发作，改善与健康相关的生活质量和肺功能[23]。
5.1 抗IL-5及IL-5R的单克隆抗体
5.1.1 美波利珠单抗
第一个靶向T2高内皮型嗜酸粒细胞的生物制剂是美泊利珠单抗，一种人源化抗IL-5单克隆抗体，阻断循环IL-5与其细胞受体复合物之间的联系，特别是嗜酸粒细胞。在van Toor等[24]进行的一项包括78例严重EA患者的回顾性研究中，美泊利珠单抗被认为是有益的。因此，超过2/3的患者在开始治疗1年后继续服用此药。与基线相比，在治疗12个月后，每年的重度哮喘发作减少3.2%，同时哮喘控制问卷降低0.80分，第1秒用力呼气容积占预计之百分比增加3.7%。同时口服皮质类固醇的使用率也有所减少，重要的是，没有报告与美泊利珠单抗治疗相关的严重不良事件。这项研究证实美泊利珠单抗附加疗法在严重EA患者的真实队列中是有效和安全的[24]。
5.1.2 贝那珠单抗
其中一个重要的转折是靶向IL-5R而不是IL-5本身这一想法。这在生物制剂贝那珠单抗上取得了成果。它已在临床试验中证明在降低哮喘恶化率和维持口服皮质类固醇方面的功效[25]。它能够与IL-5R结合，不仅可以通过剥夺嗜酸粒细胞和嗜碱粒细胞的IL-5，还能通过吸引自然杀伤细胞，导致嗜酸粒细胞和嗜碱粒细胞凋亡，从而产生快速有效的抗体依赖性细胞介导的细胞毒性，迅速耗尽它们在外周血和肺中的数量[26]。Nolasco等[25]的研究表明，使用贝那珠单抗治疗确实可以减少维持性口服皮质类固醇的负担，将130例哮喘患者纳入研究，经过48周治疗随访，其中有70%的患者能够停止维持性口服皮质类固醇治疗哮喘，并且大约一半的患者在1年内没有恶化。此外，贝那珠单抗也明显改善了肺功能[25]。
5.1.3 瑞利珠单抗
抗IL-5家族的最后一个成员是瑞利珠单抗，它直接针对IL-5。它不是和其他单抗一样的皮下注射方式，而是静脉注射，其剂量是根据体质量调整的。在Wechsler等[27]的一项回顾性研究中，215例哮喘患者接受瑞利珠单抗治疗后，6个月内发生临床哮喘加重的患者比例减少了约40%。此外，治疗开始后第1秒用力呼气容积和哮喘控制测试评分均有显著改善[27]。
5.2 抗IL-4治疗——度普利尤单抗
度普利尤单抗是一种全人源抗IL-4α受体单克隆抗体，最近被批准用于中重度EA或口服类固醇依赖性哮喘。它阻断IL-4和IL-13，这是2型介导的炎症的关键介质。关于度普利尤单抗的第一项研究包括52例患有严重EA且基线血嗜酸粒细胞计数大于300个细胞/μl或痰嗜酸粒细胞大于3%的哮喘患者，他们接受了中至高剂量糖皮质激素联合长效β2受体激动剂治疗。患者每周接受一次度普利尤单抗，与安慰剂相比，度普利尤单抗使急性加重减少了87%，还改善了肺功能，减少了Th2炎症标志物[21]。
经过研究表明，使用度普利尤单抗治疗可有效减少急性发作并改善肺功能、哮喘症状、哮喘控制和生活质量。
5.3 抗IgE的治疗——奥马珠单抗
抗IgE单克隆抗体已成功用于哮喘的治疗超过10年，奥马珠单抗是一种人源化单克隆抗体，可选择性结合游离IgE分子，阻断FcεRⅠ和FcεRⅡ受体的结合位点，调节并作用于IgE网络的上游，减缓或预防过敏性炎症级联反应。虽然奥马珠单抗对FcεRⅠ没有直接影响，但游离IgE的减少会诱导FcεRⅠ表达下调，从而干扰一些FcεRⅠ和细胞的功能[20]。在这方面，奥马珠单抗可以下调髓样和浆细胞样树突状细胞上的FcεRⅠ，从而降低T细胞的过敏原特异性增殖反应。因此，通过对T细胞的作用，奥马珠单抗对嗜酸粒细胞产生间接影响。由于奥马珠单抗通过多种途径发挥其治疗性抗炎作用，特别是在2型高哮喘或EA患者中，目前已被纳入治疗指南。
6 结语
嗜酸粒细胞在气道及肺组织内的迁移、聚集、浸润是EA的重要炎症机制之一。在急性发作或较为严重的哮喘患者气道中更易发生大量的嗜酸粒细胞的累积。对于EA，针对IL-5、IL-4和IgE的靶向治疗已广泛应用于临床工作。事实证明，这些药物不仅在减少哮喘加重方面有效，但也在改善肺功能和哮喘控制方面有效。使用生物制剂治疗EA的另一个主要好处是有机会更好地了解其发病过程。目前EA已引起临床医师和科研工作者的重视，生物制剂靶向治疗已广泛应用于临床。
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