免疫炎癥反應(yīng)在慢性阻塞性肺疾病頻繁急性加重表型中的作用

葉蕊 王翠紅 趙立 孫朋波 白爽 朱麗華

中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院呼吸內(nèi)科，沈陽110004

COPD是一種復(fù)雜和異質(zhì)性疾病，其異質(zhì)性在于不是所有機制都同時出現(xiàn)在同一患者中，導(dǎo)致它們的臨床預(yù)后(癥狀、急性加重、對治療的反應(yīng)、疾病進展速度或死亡)的不同，根據(jù)患者個體差異間的屬性，將COPD分為不同表型，包括慢性支氣管炎表型、肺氣腫表型等[1]。頻繁急性加重表型是Hurst等[2]在縱向評估COPD預(yù)測臨床終點的研究(Evaluation of COPD Longitudinally to Identify Predictive Surrogate Endpoints，ECLIPSE)中提出，2017年GOLD中也提出COPD頻繁急性加重表型為每年具有2次或2次以上的急性加重[3]，與非頻繁急性加重表型相比，頻繁急性加重表型患者的生活質(zhì)量差、病死率增加、肺功能下降明顯、預(yù)后差[4]。對于COPD頻繁急性加重表型的發(fā)病機制的研究處于起步階段，目前研究表明主要與持續(xù)性的氣道和系統(tǒng)性炎癥的增加、下呼吸道細菌定植的改變、對病毒感染的易感性增加及遺傳易感性等方面有關(guān)，這其中都涉及了免疫炎癥反應(yīng)。免疫反應(yīng)分為非特異性免疫反應(yīng)和特異性免疫反應(yīng)。非特異性免疫亦稱固有免疫(innate immunity)，構(gòu)成人體防衛(wèi)功能的第一道防線。特異性免疫反應(yīng)按介導(dǎo)效應(yīng)反應(yīng)免疫介質(zhì)的不同可分為致敏T細胞介導(dǎo)的細胞免疫反應(yīng)和抗體介導(dǎo)的體液免疫反應(yīng)。因此，本文對于COPD頻繁急性加重表型在免疫機制的研究進展進行綜述。

1 固有免疫反應(yīng)與頻繁急性加重

固有免疫是以非特異的方式抵御外來感染，通過模式識別受體對病原體的識別，引起炎癥因子的釋放。

1.1 肺內(nèi)微生物與頻繁急性加重 隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，微生物不僅依賴于培養(yǎng)，也可以被他們的基因序列識別，稱為16S rRNA技術(shù)。國外研究者通過采集正常人和COPD患者的支氣管肺泡灌洗液，采用16S r RNA技術(shù)檢測得出COPD患者標(biāo)本中含有更多的流感嗜血桿菌[5]，慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive disease，AECOPD)最常見致病菌包括流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌和銅綠假單胞菌[6]。流感嗜血桿菌是COPD急性加重最常見的微生物[7]。研究顯示COPD穩(wěn)定期患者的下呼吸道細菌定植量越高，其急性發(fā)作的次數(shù)也越多[8]。最近研究顯示頻繁急性加重表型COPD患者下呼吸道細菌定植較非頻繁急性加重表型增多，主要是銅綠假單胞菌、肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌[9]，但也有研究在誘導(dǎo)痰中檢測兩組定植菌的數(shù)量和種類無明顯差異，而是在頻繁急性加重表型組中發(fā)現(xiàn)較多白色念珠菌，但可能與表面激素應(yīng)用有關(guān)[10]。隨著肺內(nèi)微環(huán)境的變化，COPD中細菌的定植也出現(xiàn)顯著變化，通過微生物分析技術(shù)可以觀察不同微生物之間的相互作用，研究顯示在COPD急性加重期間，鼻病毒作為誘導(dǎo)劑，使肺內(nèi)變形桿菌增多，呼吸道菌群發(fā)生變化[11]。長期抗生素應(yīng)用如阿奇霉素，可減少肺內(nèi)微生物的數(shù)量，特別是細菌的繁殖和氣道微生物的移位，從而減少COPD的急性加重[12]。

1.2 模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)與頻繁急性加重 PRR可以識別來源于微生物上具有保守結(jié)構(gòu)的分子，這類分子被稱為病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)，從而啟動固有免疫應(yīng)答反應(yīng)的一系列信號傳遞。這些受體包括Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)、膜連接的C型凝集素樣受體(C-type lectin receptors，CLRs)、存在于胞漿中的NOD樣受體(NOD-like receptors，NLRs)和視黃酸誘導(dǎo)基因Ⅰ樣受體(RIG-I-like receptors，RLRs)。TLR2通過與TLR1形成二聚體后能夠識別G-菌的三酰脂肽，TLR2還可與TLR6形成二聚體來識別G-菌的二酰脂肽，TLR4在髓樣分化蛋白2(myeloid differentiation protein-2，MD-2)和CD14的輔助下識別G-菌的脂多糖[13]，TLR5識別細菌的鞭毛蛋白，TLR9識別病原體核酸中含有未甲基化的Cp G-DNA分子，并且對糖-磷酸骨架中的DNA也十分敏感[14]。此外，通過某些宿主蛋白的釋放，如顆粒體蛋白(granulin)，使TLR9對病原體中CpGDNA的識別更為敏感[15]。TLR7在溶酶體內(nèi)便能夠識別B族溶血性鏈球菌的RNA[16]。TLR10、TLR11和TLR12可以識別肌動蛋白樣分子[17]；TLR3可識別病毒的雙鏈RNA，研究顯示頻繁急性加重表型中TLR3具有高表達，但未發(fā)現(xiàn)對應(yīng)潛質(zhì)病原學(xué)的差異[10]。也有研究發(fā)現(xiàn)在呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus，RSV)感染的COPD急性加重患者痰液中TLR3是高表達，但與炎癥因子(包括IL-6、降鈣素原、白細胞)關(guān)系不密切[17]。

1.3 炎癥因子與頻繁急性加重 CD146最早發(fā)現(xiàn)于黑色素瘤，又名黑色素瘤黏附分子(melanoma cell adhesion molecule，Mel-CAM，MCAM)，1996年Bardin等[18]首次發(fā)現(xiàn)在內(nèi)皮細胞中表達，被視為內(nèi)皮細胞標(biāo)志物，后發(fā)現(xiàn)CD146在多種細胞中表達包括活化T細胞，介導(dǎo)內(nèi)皮細胞之間及內(nèi)皮細胞與基質(zhì)之間的黏附，參與細胞信號途徑傳導(dǎo)及免疫過程等。近期研究發(fā)現(xiàn)CD146在頻繁急性加重表型患者血清中也存在高表達，考慮與內(nèi)皮受損和免疫反應(yīng)相關(guān)[4]。IL-6可由氣道巨噬細胞和上皮細胞產(chǎn)生，IL-8由氣道巨噬細胞和中性粒細胞產(chǎn)生，IL-15可由活化的單核、巨噬細胞、表皮細胞和成纖維細胞等多種細胞產(chǎn)生，研究發(fā)現(xiàn)每年急性加重次數(shù)大于三次的COPD患者誘導(dǎo)痰中IL-6和IL-8明顯高于每年急性加重次數(shù)小于2次的患者[19]。在連續(xù)3年隨訪中每年急性加重次數(shù)均大于1次的COPD患者與每年均無急性加重的患者相比較，急性加重次數(shù)變化的因素與血清中高水平的IL-8和低水平的IL-15，以及增高的血管細胞黏附因子1(vascular cell adhesion molecule 1，VACM-1)明顯相關(guān)，但與血清中嗜酸粒細胞數(shù)量無關(guān)[20]，但有研究發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)戒煙的COPD患者中血清嗜酸粒細胞總數(shù)升高的患者在隨訪中急性加重出現(xiàn)頻次增多[21]。血尿酸(uric acid，UA)是黃嘌呤氧化酶活性的生物標(biāo)志物，是活性氧的重要來源，與炎性標(biāo)志物如C-反應(yīng)蛋白和IL-6呈正相關(guān)，在頻繁急性加重表型COPD患者中觀察到UA的升高[22]。生長分化因子15(growth differentiation factor-15，GDF-15)是轉(zhuǎn)化生長因子β細胞因子超家族的一個成員，其在組織中廣泛表達，可能對組織損傷有反應(yīng)而被誘導(dǎo)，研究發(fā)現(xiàn)在1年內(nèi)急性加重次數(shù)大于2次的COPD患者中GDF-15明顯升高，并且在隨訪中GDF-15與急性加重頻次增加明顯相關(guān)[23]。內(nèi)原性抗菌肽CAP-18/LL37是發(fā)現(xiàn)的人類唯一的Cathelicidins家族的成員，是中性粒細胞特殊顆粒(亦稱二級顆粒)中的主要蛋白質(zhì)，其含有N-端Cathelin域及C-端抗菌活性域，在對抗感染的固有免疫反應(yīng)中起到重要作用，其調(diào)節(jié)功能受維生素D(25-hydroxy vitamin D)的影響，研究發(fā)現(xiàn)急性加重頻次高風(fēng)險COPD患者血清的LL37和維生素D水平較正常組明顯下降[24]。

1.4 基因與頻繁急性加重 單核酸多態(tài)性(single nucleotide poly-morphisms，SNPs)是可遺傳變異中最常見的一種，MBL2基因SNPs可導(dǎo)致甘露糖結(jié)合凝集素(mannose binding lectin，MBL)蛋白缺乏，MBL可直接識別多種病原生物表面的甘露糖，激活MBL途徑，參與固有免疫，研究發(fā)現(xiàn)在COPD患者中MBL的缺失可降低急性加重的頻次[25]。不可分型流感嗜血桿菌是引起COPD急性加重常見致病菌，表達的脂寡糖包含唾液酸，可與Siglec-14(唾液酸識別蛋白可作為激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體)相互作用，研究證實Siglec-14與NTHi相互作用后可增強組織培養(yǎng)模型中免疫細胞的促炎反應(yīng)，野生型(Siglec-14陽性)的COPD患者較純合子(Siglec-14陰性)急性加重頻次更多[26]。研究顯示SIGLEC9單倍型與COPD頻繁急性加重明顯相關(guān)，可能基因變異使固有免疫細胞產(chǎn)生更強的促炎癥反應(yīng)[27]。

2 細胞免疫反應(yīng)與頻繁急性加重

細胞免疫又稱細胞介導(dǎo)免疫，狹義的細胞免疫僅指T細胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，即T細胞受到抗原刺激后，分化、增殖、轉(zhuǎn)化為致敏T細胞，當(dāng)相同抗原再次進入機體，致敏T細胞對抗原的直接殺傷作用及致敏T細胞所釋放的細胞因子的協(xié)同殺傷作用。T細胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答的特征是出現(xiàn)以單核細胞浸潤為主的炎癥反應(yīng)和/或特異性的細胞毒性。廣義的細胞免疫還應(yīng)該包括原始的吞噬作用以及自然殺傷(natural killer，NK)細胞介導(dǎo)的細胞毒作用。細胞免疫是清除細胞內(nèi)寄生微生物的最為有效的防御反應(yīng)，也是排斥同種移植物或腫瘤抗原的有效手段。

研究發(fā)現(xiàn)細胞免疫功能異常也參與了COPD急性加重的易感性，在頻繁急性加重表型組外周血中CD4+中心記憶T細胞和CD8+激活的效應(yīng)記憶T細胞明顯低于非頻繁急性加重表型組。而系統(tǒng)固有免疫細胞如NK、iNKT和γδ T細胞兩組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義[28]。骨橋蛋白(osteopontin，OPN)是一種磷酸化糖蛋白，在骨、腦、腎、肝、肺等多種組織中表達，參與細胞免疫，并通過LPS刺激直接誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-12表達。研究發(fā)現(xiàn)OPN在頻繁急性加重表型患者穩(wěn)定期和COPD急性加重期血清中都存在高表達[29]。

2014年ECLIPSE研究應(yīng)用基因芯片檢測COPD頻繁急性加重者和非頻繁急性加重者血清和痰液標(biāo)本，在血清中發(fā)現(xiàn)150個表達差異基因，在痰中僅發(fā)現(xiàn)6個表達差異基因。其中包括表達下調(diào)的CD28和ICOS(T細胞受體共刺激分子)、HLA(編碼MHC classⅡ)、NFATC2(T細胞轉(zhuǎn)錄因子)、CD200(抑制炎性淋巴細胞應(yīng)答)、TCL-6(T細胞白血病細胞中表達)和BLNK(B細胞激活基因)。通過GENGO分析發(fā)現(xiàn)35個通路調(diào)節(jié)異常，其中調(diào)節(jié)差異最明顯的5個通路中，包括3種淋巴細胞信號傳導(dǎo)通路[誘導(dǎo)性T細胞共刺激分子(inducible T cell costimulation，ICOS)和CD28信號在T細胞中的表達，以及B細胞受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)][30]。

3 體液免疫反應(yīng)與頻繁急性加重

COPD的急性加重與體液免疫反應(yīng)存在相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)頻繁急性加重表型患者中大部分存在抗體缺乏，并發(fā)現(xiàn)血清免疫球蛋白G(immunoglobulin，IgG)水平降低[31]，病例報道經(jīng)IgG治療后可減少COPD患者急性加重的頻次[32-33]。也有研究發(fā)現(xiàn)血清中IGE升高的COPD患者更易出現(xiàn)急性加重頻次增多[22]。

2015年Morrow等[34]對248例COPD患者全血進行了基因芯片和蛋白質(zhì)標(biāo)記物檢測，盡管對樣本的分析結(jié)果缺乏統(tǒng)計學(xué)意義，通路和富集研究缺乏特異性，但通過網(wǎng)絡(luò)模式集合相似基因進行分析可觀察到免疫功能異常與COPD的急性加重明顯相關(guān)，其中包括Ig A的產(chǎn)生通路。

綜上所述，頻繁急性加重表型是獨立存在的特殊類型的COPD表型，目前的研究提示，特定致病菌在下呼吸道持續(xù)存在并增殖可通過固有免疫機制誘發(fā)炎癥細胞產(chǎn)生更多的炎癥因子和趨化因子，加重炎癥反應(yīng)。基因及蛋白表達的異常可能影響細胞免疫及體液免疫反應(yīng)，進一步降低免疫防御能力，最終引起機體頻繁出現(xiàn)COPD急性加重。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突