哮喘發病機制的新認識

鄭濤 教授趙順英 教授

趙順英教授 2009年7～10月作為訪問學者在Johns Hopkins醫學院學習，學習期間得到了鄭濤教授的熱情接待和悉心指導。鄭濤教授對哮喘發病機制做了很有意義的研究。行前受《中國循證兒科雜志》編輯部的委托，以兒童哮喘發病機制為題做一期專家對談錄，感謝鄭濤教授欣然接受邀請。

近年發現Th1/Th2細胞失衡機制不能完全闡明哮喘的發生，越來越多的研究證實哮喘是異質性疾病。最近國外一項對哮喘患者支氣管黏膜表達細胞因子的研究發現, 某些哮喘患者并非由Th2細胞驅動，這些患者對糖皮質激素的治療反應不佳。首都醫科大學附屬北京兒童醫院曾對哮喘患兒痰液細胞進行了分析，結果發現哮喘患兒痰液中嗜酸粒細胞增多，而非哮喘患兒痰液的中性粒細胞增多。根據這一研究結果以及Th1和Th2細胞各自不同的免疫作用，我們非常贊成哮喘是異質性疾病，因病毒感染、過敏原接觸以及運動等不同誘因或在哮喘發病的不同階段，機體的免疫應答各異，并非所有哮喘患者均為Th2細胞驅動的氣道慢性炎癥或在哮喘的發生和發展過程中并非均為Th2細胞免疫反應占優勢。目前，中國兒科醫生對有關哮喘發病機制的研究仍圍繞著Th1/Th2細胞失衡機制，鄭教授對哮喘發病機制尤其是Th1/Th2細胞失衡的研究頗有造詣，您是如何評價Th1/Th2 細胞在哮喘發病中的作用及有何新的發現？

鄭濤教授 盡管目前對于哮喘發病機制的研究和理解取得了很大進展，但對于哮喘尤其是哮喘不同亞群的發生機制仍然了解不透徹，哮喘的病因和發生機制的確具有異質性，傳統認為哮喘是氣源性致敏原誘導，Th2細胞免疫反應驅動，由細胞因子包括IL-4、IL-5及 IL-13介導的氣道炎癥，其中IL-13由Th2細胞、嗜酸粒細胞、嗜堿粒細胞以及肥大細胞等產生。基于哮喘動物模型的研究以及IL-13在哮喘患者氣道黏膜表達升高的證據，認為IL-13是引起哮喘氣道炎癥的中心介質。隨之針對Th2細胞分泌的細胞因子如何引起像哮喘樣的病理和生理機制進行了許多基礎研究，并由此研發Th2細胞因子抑制劑作為新型哮喘治療的藥物。但目前更多的證據表明在人類哮喘中，有很大部分的病例可能由其他類型的炎癥驅動，特別是對哮喘氣道炎癥細胞組分的研究提示存在獨特的嗜酸粒細胞和非嗜酸粒細胞的表型。

近年來，認識到在哮喘氣道慢性炎癥中積聚的CD4淋巴細胞由Th1或Th2 細胞構成，最近已發現第3組產生IL-17的CD4+T細胞亞群，稱Th17細胞。由于認識到Th17細胞因子家族具有炎癥前細胞因子的特性，使得對特應性炎癥調節機制的認識更加復雜化(圖1)。Th17細胞的發現導致了Th1/Th2細胞平衡觀念的修正以及影響了對慢性組織炎癥發生機制的認識和展望。Th17細胞的許多炎癥效應是因為其分泌的細胞因子IL-17而發揮的。如IL-17可上調許多CXCR2趨化因子，包括CXCL1、CXCL6、CXCL8及促中性粒細胞生存因子(單系集落刺激因子和粒細胞集落刺激因子)在上皮細胞的表達，提示Th17細胞對于嚴重哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)患者出現的以中性粒細胞為主的氣道炎癥，起促進和維持中性粒細胞炎癥發展的作用。

圖1 特應性炎癥調節機制

目前，研究發現T細胞亞群Th17在調節肺部炎癥中性粒細胞和巨噬細胞中起作用，在嚴重的抗類固醇哮喘的Th17細胞表達中有潛在作用，這種嚴重的抗類固醇哮喘與肺部炎性中性粒細胞相關。臨床研究發現哮喘患者中IL-17水平升高，IL-17水平與中性粒細胞的存在及肺功能損傷的程度相關。Th17細胞是產生IL - 17的細胞，形成了獨特的系譜RORγT表達淋巴細胞，T細胞在TGF-β、IL-6、IL-1β和IL-23作用下產生兩極分化。IL- 17是重要的細胞因子，通過聚集中性粒細胞和肺結構細胞的直接影響抵抗種類繁多的病原體(包括細菌、真菌和病毒)。

兒童哮喘不同于成人。哮喘在不同年齡階段，從嬰兒期至青春期也可能出現明顯不同的表現型。人們正在從肺功能、肺生理以及免疫病理的角度揭示和定義這些差異，可能在很大程度上促進了兒童哮喘異質性的研究發現。環境暴露與基因易感性共同造成了哮喘的異質性。這些環境因素包括微生物產物、室內外過敏原、不良的空氣質量以及吸煙環境。這些不同的環境因素最終決定了哮喘患兒的預后，使得某些兒童患過敏性哮喘。呈現氣道嗜酸粒細胞炎癥以及Th2細胞免疫反應占優勢，氣道結構發生的一些變化與氣道重塑一致，患兒對吸入糖皮質激素治療有良好的反應；當暴露于不良的空氣環境、吸煙環境以及感染時，可能呈現氣道中性粒細胞炎癥，患兒對吸入糖皮質激素的治療反應不佳。半胱氨酸白三烯是兒童哮喘的重要介質之一，但在不同人群，其與哮喘嚴重性的關系并不一致。

趙順英教授 已公認過敏性鼻炎和哮喘有共同的促發因素和免疫病理途徑，兩者都是以嗜酸粒細胞為主的炎癥，存在著內在的相互作用機制，在治療上也推行統一治療。特應性皮炎與哮喘有關聯，如某些哮喘患兒同時合并特應性皮炎，或既往有特應性皮炎病史。GINA提出特應性皮炎是預測喘息嬰幼兒發展為哮喘的主要高危因素之一。您通過對“特應性前進過程”( The atopic march) 的研究，提出早期干預特應性皮炎有助于阻止哮喘的發生。目前您的研究發現在表皮角質細胞和氣道上皮細胞同時高表達的胸腺基質淋巴細胞生成素(TSLP)在特應性皮炎和哮喘發病中具有重要作用，即TSLP將特應性皮炎和哮喘的發生聯系在一起。有研究認為皮膚表皮角質細胞(皮膚屏障損害)在特應性皮炎發病中起重要作用。通過國內外大量研究，目前認為支氣管上皮細胞(氣道屏障損害)在哮喘發病中也起重要作用。有關上皮細胞在過敏性疾病發生和發展中的作用受到美國過敏、哮喘和免疫協會(AAAAI)2009年會議的高度重視，因此從上皮細胞在特應性皮炎以及哮喘發病中的重要作用而言，可否認為特應性皮炎和哮喘為機體內外同一屏障，同一種疾病？

鄭濤教授 “特應性前進過程”是對特應性疾病進展過程的描述，即從小嬰兒特應性皮炎(過敏性濕疹)到過敏性鼻炎，最終在年長兒發展為哮喘的過程。濕疹是哮喘發生的高危因素，縱向研究證實濕疹與哮喘的發生有關。但有濕疹的兒童以后發展為哮喘的比例有25%～80%的差別。濕疹的發生率正在增加，類似于其他特應性疾病，包括過敏性鼻炎和哮喘，支持了這些疾病分享共同的環境和基因誘因。同樣，過敏性鼻炎也是哮喘的危險因素，在“特應性前進過程”中，能夠先于哮喘發生。

過敏性鼻炎和哮喘是氣道炎癥性疾病，通常合并存在。在哮喘患者中鼻炎的發生率為80%～95%，50%的鼻炎患者合并哮喘。對室內外的過敏原均過敏的鼻炎患者比僅對室內或室外過敏原過敏者更容易患哮喘。哮喘和鼻炎似乎是由于致敏個體存在上下氣道的過敏原誘發的類似炎癥過程。鼻和肺應被看作連續性氣道結構，而不應看作兩個獨立的結構，“信息”可從兩個方向相互傳播，從這一層面上提出了同一種氣道的概念。有過敏性鼻炎而無哮喘的個體，在自然接觸過敏原或經試驗暴露過敏原后，均可出現下氣道炎癥；在哮喘出現癥狀之前，下氣道炎癥可能已存在。

近年來，認為哮喘與特應性皮炎是上皮細胞性疾病，Th2細胞炎癥起重要作用。TSLP是皮膚和氣道上皮細胞產生的細胞因子，可通過上皮細胞Toll-like受體活化誘導產生。TSLP對樹突細胞極性分化的調控作用強大，使其形成有利于Th0細胞向Th2細胞分化的微環境，引導以Th2細胞為主的炎癥反應，將上皮細胞活化和過敏性炎癥從根本上聯系在一起或作為天然免疫和過敏性疾病之間的重要橋梁。另外，TSLP可與肥大細胞產生直接相互作用，啟動Th2細胞因子產生，并可提供非T細胞途徑信號，介導過敏前效應。盡管早些時候認為上皮細胞純粹是屏障結構，現認為通過分泌許多細胞因子、趨化因子和生長因子，上皮細胞引導慢性炎癥和重塑過程，其中上皮細胞產生的TSLP的作用已被人類哮喘、特應性皮炎以及小鼠模型研究證實。我們發現TSLP在IL-13轉基因小鼠特應性皮炎模型中明顯升高，極大促進了IL-13誘導的特應性皮炎的發生。

趙順英教授 哮喘和特應性皮炎均為上皮細胞性疾病，在發病機制和治療方面有何差異?

鄭濤教授 特應性皮炎和哮喘在其他發病機制方面以及在治療方法上是存在差異的。迄今尚未見文獻正式提出“機體內外同一屏障，同一種疾病”的概念。對上皮細胞作用分析，尤其是目前發現TSLP在特應性皮炎和哮喘發病中的作用分析結果提示，兩者存在共同的屏障障礙機制，近期有人提出除了早期治療原發性皮膚屏障缺陷外，選擇性抑制TSLP的作用，可能是阻止特應性皮炎發展為哮喘的關鍵。究竟“機體內外同一屏障，同一種疾病”的概念對于特應性皮炎和哮喘發病機制的理解及總結是否恰當或者對治療有何指導價值，有待于進一步深入研究明確。

趙順英教授 已公認病毒、支原體感染可導致或誘發哮喘發作，多數人認為細菌感染不誘發哮喘發作。我們在臨床注意到細菌感染，如化膿性扁桃體炎或細菌性肺炎可誘發哮喘急性發作。近來有學者提出細菌超抗原在特應性皮炎和內源性哮喘發病中起作用，您正在從事金黃色葡萄球菌超抗原和特應性皮炎方面的研究，如何認識細菌超抗原在特應性皮炎和哮喘發病中的作用機制以及對哮喘防治的重要性？

鄭濤教授 超抗原由細菌和病毒蛋白家族構成，能夠誘導免疫系統的廣泛活化。多數患者氣道黏膜廣泛存在的金黃色葡萄球菌，可以感染特應性皮炎的皮膚。在氣道和皮膚存在的金黃色葡萄球菌超抗原，強烈提示與特應性皮炎和氣道疾病的發生有關。>90%的特應性皮炎患者皮膚上存在金黃色葡萄球菌的慢性定植，導致過敏原的致敏、皮膚炎癥以及對局部糖皮質激素治療的抵抗。超抗原在哮喘發生中可能起一定作用，因為金黃色葡萄球菌和其他產生超抗原(超過敏原)的微生物可能在氣道上皮細胞定植。在特應性皮炎的皮膚和哮喘的氣道局部，超抗原刺激多克隆T、B細胞增殖，導致經典的B細胞向IgE轉型以及黏膜B細胞產生超抗原特異性IgE。超抗原特異性IgE抗體自身可引起慢性炎癥，并引起皮炎、鼻炎以及哮喘患者黏膜肥大細胞和抗原呈遞細胞對常存在過敏原的持續致敏。另外，金黃色葡萄球菌超抗原能夠抑制T調節細胞的活性(T調節細胞在正常情況下能抑制炎癥反應)，并引起激素抵抗狀態，使過敏性疾病和氣道疾病復雜化。應用抗體祛除產超抗原的微生物或抗生素治療可能將極大增強抗哮喘以及抗皮炎的治療效果。

趙順英教授 腸道微生態環境在免疫發展中起重要作用，近十年來，過敏性疾病發病率上升，可能與環境因素有關。衛生學假說認為，嬰兒期缺乏某些微生物刺激，嬰兒期使用益生菌，改變腸道微生態環境以及塑造宿主免疫反應，為預防過敏性疾病提供了合理性。有研究發現應用益生菌或益生元可預防特應性皮炎，但對預防哮喘的研究結論似乎并不一致，您預測這些方法在臨床應用的前景如何？

鄭濤教授 一些臨床研究顯示應用益生菌或益生元調節腸內菌群，可以改善腸道微生物環境，能夠有效地預防患兒濕疹。益生菌主要包括乳酸桿菌以及雙歧桿菌，而益生元為低聚糖，可以促進腸道內雙歧桿菌的生長。它們通過多種不同的機制發揮功能，例如：降低腸道pH值，減少致病原的定植和入侵，改善機體的免疫功能等。應用益生菌預防兒童特應性皮炎的臨床試驗顯示，對于有個人或家族過敏史的孕婦來說，產期應用益生菌可以預防其嬰兒患特異性皮炎。對于哮喘的預防來說，近期的Meta分析文章結論有沖突，可能與菌株選擇、干預時間和入選人群特征等因素有關。 臨床將益生菌或益生元用于過敏性疾病尚需要充分的研究，如需要確定劑量、細菌菌株、干預時機以及有關不良反應等證據。目前有關濕疹的研究結論令人鼓舞，特殊的益生菌或益生元可能會成為預防和處理過敏性疾病的有價值方法。

趙順英教授 謝謝鄭教授介紹了您對哮喘發病機制的研究和豐富認識，受益匪淺。

鄭濤教授 非常感謝編輯部提供了這次對話的機會，更希望這個對談能對中國兒科醫生有所裨益。