上皮源性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素25、白細(xì)胞介素33和胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素在統(tǒng)一氣道疾病中的作用及聯(lián)系

張安琪，李慧軍

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，黑龍江哈爾濱 150001

1 統(tǒng)一氣道疾病概念

統(tǒng)一氣道疾病(united airway diseases，UAD)是指在解剖學(xué)和免疫學(xué)上相關(guān)的上呼吸道和下呼吸道構(gòu)成一個(gè)單一器官的概念。根據(jù)這一概念，上呼吸道疾病和下呼吸道疾病經(jīng)常并存，它們可能反映了同一種潛在疾病在呼吸道不同部位的表現(xiàn)。變態(tài)反應(yīng)性哮喘-變應(yīng)性鼻炎是典型的UAD。UAD是一種異質(zhì)性疾病，由多種表型(可觀察到的臨床特征)和內(nèi)型(病理生物學(xué)機(jī)制)組成。UAD模式還可以擴(kuò)展到各種鼻部疾病(如慢性鼻竇炎伴或不伴鼻息肉)和下呼吸道疾病(如支氣管擴(kuò)張、慢性阻塞性肺疾病等)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，受變應(yīng)性鼻炎困擾者占總?cè)丝诘?0%～40%，其中15%～38%同時(shí)患有哮喘。變應(yīng)性鼻炎不利于哮喘患者的病情管理，因此變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis，AR)也被認(rèn)為是哮喘的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[1-3]。慢性鼻-鼻竇炎(chronic rhinosinusitis，CRS)是另一種比較常見(jiàn)的慢性呼吸道疾病，患病率為5%～12%，合并CRS的哮喘患者是未合并CRS患者的兩倍以上[4]。至于哮喘，患病率雖然因地域而異，患病率為5.2%～16.8%，但呈多發(fā)傾向，嚴(yán)重威脅患者的健康與生命安全。在全球過(guò)敏和哮喘網(wǎng)絡(luò)調(diào)查中，所有地域都顯示哮喘與CRS有很強(qiáng)的相關(guān)性[4-5]。越來(lái)越多的研究證明這幾種呼吸道疾病在病因、發(fā)病機(jī)制和治療方面高度相似。

2 上皮源性細(xì)胞因子的生物學(xué)特性

變應(yīng)性鼻炎、慢性鼻竇炎和哮喘有許多共同病理特征，包括肥大細(xì)胞的激活、脫顆粒/嗜酸性粒細(xì)胞的募集和滲透、Th2型細(xì)胞的激活和極化，以及抗原特異性免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)的產(chǎn)生。并且在上呼吸道和下呼吸道均可觀察到過(guò)度產(chǎn)生的白細(xì)胞介素4(interleukin-4，IL-4；可導(dǎo)致B細(xì)胞分化增殖產(chǎn)生IgE)、IL-5(可促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞的激活和募集)、IL-13(氣道重塑和氣道高反應(yīng)性的關(guān)鍵因子)，這也是Th2型細(xì)胞因子反應(yīng)的特征[6-8]。Th2型細(xì)胞因子通路的激活在統(tǒng)一氣道疾病中起著核心作用。非哮喘性變應(yīng)性鼻炎患者的鼻部過(guò)敏原暴露試驗(yàn)顯示上呼吸道和下呼吸道黏膜以及外周血嗜酸性粒細(xì)胞均增多[9]，提示上、下呼吸道之間存在一定的系統(tǒng)聯(lián)系。變應(yīng)性鼻炎、慢性鼻竇炎和哮喘的基本病理生理改變均為慢性炎癥損傷和氣道異常重塑也說(shuō)明了這一點(diǎn)。很多人都支持UAD的概念，但上、下呼吸道之間如何聯(lián)系仍沒(méi)有明確解釋?zhuān)峭ㄟ^(guò)全身血液循環(huán)進(jìn)行的，抑或是由于嗜酸性粒細(xì)胞大量產(chǎn)生刺激骨髓祖細(xì)胞發(fā)生代償，還是通過(guò)鼻支氣管反射發(fā)生[10]？上皮細(xì)胞表面表達(dá)Toll樣受體(tolllike receptors，TLR)和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體[nucleotide-binding oligomerization domain(NOD)-like receptors，NLR]可以識(shí)別病原體中結(jié)構(gòu)保守的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)，并通過(guò)誘導(dǎo)免疫應(yīng)答來(lái)響應(yīng)這些外源性危險(xiǎn)信號(hào)。

上皮對(duì)PAMP-TLR/NLR的主要反應(yīng)是分泌各種細(xì)胞因子，特別是IL-25、IL-33和TSLP，它們可以誘導(dǎo)先天和獲得性免疫反應(yīng)，并使炎癥趨向于2型免疫反應(yīng)[11]。

2.1IL-25 IL-25又稱(chēng)IL-17E，是IL-17細(xì)胞因子家族的成員，但在生物活性上與IL-17家族的其他成員有很大的不同。IL-17家族的大多數(shù)成員導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)，誘導(dǎo)Th1型免疫，促進(jìn)腫瘤壞死因子-γ和IL-1β的產(chǎn)生；而IL-25導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞增多，誘導(dǎo)Th2型免疫反應(yīng)，并誘導(dǎo)IL-4、IL-5和IL-13的過(guò)度產(chǎn)生[12-14]。上呼吸道IL-25的主要來(lái)源是一種罕見(jiàn)的上皮細(xì)胞類(lèi)型——孤立性化學(xué)感覺(jué)細(xì)胞(solitary chemosensory cell，SCC)。在慢性鼻-鼻竇炎伴鼻息肉患者的炎性鼻息肉和鼻竇上皮中IL-25和SCC顯著增加，而非鼻息肉組織中SCCs/IL-25的表達(dá)較少，表明SCCs是IL-25的主要來(lái)源[15]。Kouzaki等[16]證實(shí)，IL-25已預(yù)先形成并儲(chǔ)存在呼吸道上皮細(xì)胞的胞質(zhì)中。當(dāng)接觸到含有蛋白酶活性的常見(jiàn)過(guò)敏原，如屋塵螨(house dust mites，HDM)時(shí)，上皮來(lái)源的IL-25會(huì)迅速釋放，從而導(dǎo)致變態(tài)反應(yīng)性炎癥的發(fā)生。IL-25與IL-17RA/IL-17RB的結(jié)合激活并上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、STAT6、GATA3和NFATC1，從而激活記憶性Th2細(xì)胞。另一方面，IL-25抑制Th1/Th17相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，如T-bet和Stat4，使腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ和IL-17A的分泌減少，打破了Th1/Th2免疫反應(yīng)的平衡，進(jìn)一步加重Th2免疫反應(yīng)的趨勢(shì)[17-18]。

Hong等[19]根據(jù)鼻腔IL-25蛋白水平將慢性鼻竇炎伴鼻息肉患者分為高IL-25組和低IL-25組。IL-25高的患者CT表現(xiàn)嚴(yán)重程度評(píng)分更高，內(nèi)窺鏡表現(xiàn)更重，Th2型細(xì)胞因子水平更高[17]。此外，鼻息肉組織IL-25水平可作為預(yù)測(cè)口服皮質(zhì)激素臨床療效的生物標(biāo)志物和慢性鼻竇炎伴鼻息肉患者伴發(fā)哮喘的指標(biāo)[19-20]。Cheng等[21]通過(guò)血液、支氣管鏡檢查和哮喘患者下呼吸道的活檢，發(fā)現(xiàn)高IL-25水平的哮喘患者有嚴(yán)重的嗜酸性氣道炎癥，上皮下纖維化更明顯，基底膜厚度更大，黏液分泌更多，局部組織和外周血中的IgE水平也更高。說(shuō)明血漿IL-25水平能夠反映上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-25水平以及氣道嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)情況。

2.2IL-33 根據(jù)IL-1家族的命名，IL-33也被稱(chēng)為IL-1F11。IL-33通過(guò)與其受體ST2(也稱(chēng)為IL-1LR1，IL-33R)結(jié)合，以類(lèi)似于IL-25的方式誘導(dǎo)Th2型免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，IL-33在高內(nèi)皮微靜脈、人類(lèi)次級(jí)淋巴組織的成纖維細(xì)胞網(wǎng)狀細(xì)胞(fibroblast reticulate cells，F(xiàn)RC)以及暴露于環(huán)境中上皮細(xì)胞的細(xì)胞核中均有表達(dá)，表明IL-33在保護(hù)機(jī)體免受損傷和感染方面具有重要的作用[22]。一項(xiàng)研究表明，IL-33存在兩種形式的蛋白。在活細(xì)胞中具有強(qiáng)大的轉(zhuǎn)錄-抑制特性，當(dāng)它分泌到細(xì)胞外時(shí)，是一種膜相關(guān)的促炎性細(xì)胞因子[22]，分泌的IL-33在內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞損傷、凋亡和壞死方面起警示作用。IL-33通過(guò)與可溶性致瘤性抑制因子2(soluble suppression tumorigenicity-2，Sst2)結(jié)合、Caspase-3和-7處理或氧化(形成兩個(gè)二硫鍵)而失活。通過(guò)人脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞過(guò)度表達(dá)Sst2(HASC-Sst2)，IL-33、TLR4、IL-1β和干擾素-γ的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)被完全阻止，但抗炎細(xì)胞因子IL-10顯著上調(diào)。

當(dāng)小鼠暴露于空氣中過(guò)敏原時(shí)，由于外周血中嗜酸性粒細(xì)胞的循環(huán)數(shù)量相對(duì)減少，導(dǎo)致骨髓需要快速參與以滿(mǎn)足組織的需求，所以肺IL-33通過(guò)激活2型天然淋巴細(xì)胞及其產(chǎn)生的IL-5，促進(jìn)骨髓中急性反應(yīng)性嗜酸性粒細(xì)胞生成[23]。在小鼠AR模型中，淋巴內(nèi)注射卵清蛋白-鞭毛蛋白(OVA-flagellin，F(xiàn)LAB)可以減少I(mǎi)L-25和IL-33的產(chǎn)生，從而減輕變態(tài)反應(yīng)性炎癥[24]。頗具爭(zhēng)議的是，Baba等[25]的研究顯示，嗜酸性鼻竇炎和非嗜酸性鼻竇炎患者息肉中IL-33蛋白含量和IL-33 mRNA表達(dá)水平與對(duì)照組均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P> 0.05)。在下呼吸道，IL-33的顯著升高也是導(dǎo)致氣道超敏反應(yīng)(airway hypersensitivity，AHR)和哮喘的發(fā)生和加重的原因之一[26-27]。一項(xiàng)研究聲稱(chēng)，非免疫細(xì)胞(最有可能是肺上皮細(xì)胞)中的LTB4-BLT1軸作為IL-33產(chǎn)生的上游控制因子發(fā)揮作用，激活2型天然淋巴細(xì)胞和隨后的Th2過(guò)敏反應(yīng)[28]。

2.3TSLP TSLP在1994年首次被鑒定為由胸腺基質(zhì)細(xì)胞系產(chǎn)生的IL-7樣生長(zhǎng)因子，其受體是由IL-7受體鏈α(IL-7Rα)和TSLP-γ(TSLPR)組成的異源二聚體。TSLP定位于氣道上皮細(xì)胞、肥大細(xì)胞、支氣管平滑肌細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和成纖維細(xì)胞[29-30]。TSLP通過(guò)連接髓系樹(shù)突狀細(xì)胞(myeloid dendritic cells，MDCs)中的異二聚體受體激活MDCs，隨后上調(diào)共刺激分子OX40L(即CD4+T細(xì)胞中OX40的配體)的表達(dá)，從而誘導(dǎo)Th2分化[31]。腫瘤壞死因子-α、IL-1β、IL-4、IL-13和IL-25單獨(dú)或多種組合都能觸發(fā)TSLP的產(chǎn)生，而干擾素-γ和IL-17A則抑制TSLP的釋放[30]。由此看來(lái)TSLP與其他細(xì)胞因子之間存在正向反饋的作用。β2受體激動(dòng)劑和糖皮質(zhì)激素作為核受體配體抑制TSLP的釋放。IgE與Fc-ε受體Ⅰ結(jié)合可誘導(dǎo)肥大細(xì)胞來(lái)源的TSLP。轉(zhuǎn)錄因子NF-κB和AP-1參與了TSLP基因的表達(dá)，而與哮喘疾病易感性相關(guān)的兩個(gè)啟動(dòng)子核苷酸多態(tài)性(SNPs，rs3806933和rs2289278)分別影響轉(zhuǎn)錄因子AP-1和AP-2α的結(jié)合[30]。在如此豐富的觸發(fā)因子和調(diào)節(jié)因子的作用下，TSLP通過(guò)激活其下游的幼稚Th細(xì)胞、Th2細(xì)胞、2型天然淋巴細(xì)胞和髓系樹(shù)突狀細(xì)胞，作為一種警報(bào)來(lái)加重過(guò)敏性炎癥[32-35]。

哮喘和慢性阻塞性肺疾病(均為異質(zhì)性疾病，其支氣管黏膜TSLP表達(dá)與病情輕重、皮質(zhì)激素反應(yīng)效果呈正相關(guān)[36-37]。屋塵螨連續(xù)鼻腔給藥引起顯著的氣道嗜酸性炎癥和氣道高反應(yīng)性與模型小鼠氣道TSLP水平呈正相關(guān)。TSLP的中和可以逆轉(zhuǎn)氣道炎癥、結(jié)構(gòu)改變和乙酰膽堿的AHR，提示TSLP在慢性過(guò)敏性哮喘過(guò)程中氣道炎癥、重塑的啟動(dòng)和持續(xù)中起關(guān)鍵作用[38]。減弱TSLP的釋放有助于抑制過(guò)敏性氣道炎癥和上皮損傷之間的反饋回路[39]。當(dāng)被金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌感染時(shí)，上皮來(lái)源TSLP的產(chǎn)生能夠直接刺激嗜酸性粒細(xì)胞釋放嗜酸性粒細(xì)胞胞外陷阱(eosinophil extracellular traps，EETs)。EETs由線粒體DNA和嗜酸性陽(yáng)離子蛋白(eosinophilic cationic protein，ECP)組成，以濃度和時(shí)間依賴(lài)的方式發(fā)揮抗菌作用[40]。TSLP明顯參與炎癥性氣道疾病，包括AR、CRS、慢性阻塞性肺疾病的發(fā)生[38]。

3 上皮源性三重細(xì)胞因子間的相互作用

盡管來(lái)自不同的細(xì)胞因子家族，但I(xiàn)L-25、IL-33和TSLP在生物學(xué)功能上有顯著的相似之處。研究表明哮喘、變應(yīng)性鼻炎患者IL-25、IL-33和TSLP的表達(dá)水平分別在外周血、支氣管黏膜上皮、鼻息肉上皮或鼻黏膜上皮細(xì)胞中升高。其次，IL-25、IL-33和TSLP的表達(dá)水平可以反映患者的病情嚴(yán)重程度。小鼠模型顯示過(guò)度表達(dá)和(或)外源性給予IL-25、IL-33、TSLP可模擬人類(lèi)過(guò)敏性氣道疾病(allergic airway diseases，AADs)的特征[41]。相反，阻斷IL-25、IL-33和TSLP可減少過(guò)敏原誘導(dǎo)的AADs小鼠模型中Th2型細(xì)胞因子的產(chǎn)生和鼻腔/支氣管炎癥/重塑。這三種上皮源性細(xì)胞因子不僅有相似的功能，還可以互相促進(jìn)。TSLP可誘導(dǎo)人鼻上皮細(xì)胞(human nasal epithelial cells，HNEC)表達(dá)ST2L，進(jìn)而促進(jìn)IL-33誘導(dǎo)的HNEC表達(dá)TSLP。Th2細(xì)胞因子可誘導(dǎo)HNEC產(chǎn)生TSLP/TSLPR/IL-7Ra和ST2L，而Th1/Th17細(xì)胞因子可上調(diào)IL-25/IL-17Rb和IL-33的表達(dá)。相反，IL-17A、IL-1β、干擾素-γ、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β可以改善甚至逆轉(zhuǎn)Th2型免疫應(yīng)答傾向和2型炎癥反應(yīng)[8,42-48]。

4 結(jié)語(yǔ)

TSLP、IL-25、IL-33是機(jī)體抵抗感染的第一道防線。它們能刺激呼吸道上皮細(xì)胞，從而有效增強(qiáng)過(guò)敏性炎癥，起到連接先天與適應(yīng)性呼吸道黏膜免疫的“橋梁”作用。隨著對(duì)這三種上皮來(lái)源細(xì)胞因子的研究越來(lái)越深入，人們將對(duì)統(tǒng)一氣道疾病的機(jī)制有更深入的了解。