多巴胺及其受體在哮喘發病機制中的研究進展

廖禮彬，吳 娜，姚雪萍

(新疆醫科大學1. 基礎醫學院組織胚胎學教研室、2. 第二附屬醫院、3. 基礎醫學院機能中心，新疆 烏魯木齊 830017)

哮喘是危害人類健康的常見慢性呼吸道疾病，兒童的發病率較高，且可遷延至成年，損傷肺功能影響生活質量。1項2011～2018 年的數據統計顯示，我國14歲以下兒童哮喘的患病率3.3%。其中4～6歲兒童哮喘患病率最高[1]。雖然兒童患病率最高，但老年哮喘(>65歲)的死亡率卻居各

收稿日期：2021-08-09，修回日期：2021-10-17

基金項目：新疆維吾爾自治區自然科學基金(No 2018D0C156)

作者簡介：廖禮彬(1983- ),男，博士，講師，研究方向：神經生物學，E-mail:hunanzero@126.com；

姚雪萍(1984- )，女，碩士，高級實驗師，研究方向：神經生理學與呼吸生理學，通信作者，E-mail:55yaoxp@sina.cn

年齡段之首，約占哮喘死亡患者的50%[2]。目前認為，哮喘的發病機制為氣道炎癥和高反應性(airway hyper reactivity，AHR)。盡管使用舒張支氣管藥物和抗炎類藥物可以緩解哮喘急性期癥狀，但并不能治愈哮喘和顯著降低哮喘惡化進程。科研和醫療工作者們多年來從炎癥因子相互作用、神經調節失衡、上皮細胞和氣道平滑肌功能異常等方面入手，不斷探究哮喘更深層次的發病機制。多巴胺是人體重要的神經遞質，在呼吸道及哮喘機制的研究中歷經興衰。最初人們認為多巴胺的功能僅為促進支氣管血管收縮，1970年，Aviado等[3]給貓、狗、兔子和山羊等靜脈注射多巴胺后，肺阻力略有上升。且這種增加可被支氣管中的α腎上腺素受體阻斷劑抑制。這種認識局限使多巴胺在呼吸道和哮喘中的研究停滯多年。直至1995年，Kobayashi等[4]在兔肺組織切片中發現多巴胺D1樣受體。2013年，Gong等[5]在OVA誘導的小鼠哮喘模型中，使用了多巴胺DRD1受體拮抗劑(SCH23390)，結果發現小鼠炎癥明顯減輕，氣道阻力降低。提示多巴胺受體可能在哮喘的發病中起著一定作用。

該綜述將從炎癥、肺部神經失調、氣道上皮細胞和平滑肌細胞功能障礙等方面，介紹多巴胺及其受體在哮喘發病中的作用。

1 多巴胺受體與哮喘氣道炎癥

哮喘的組織學特征是杯狀細胞增生、支氣管黏膜炎性細胞浸潤、粘膜下層增厚和上皮細胞脫落。 輔助性T(Th)細胞在免疫功能紊亂中起重要作用，參與哮喘的發生發展。 Th細胞分為4種亞型：分泌干擾素(IFN-γ)的Th1、分泌IL-4的Th2、產生IL-17的Th17細胞和CD4+CD25+Foxp3型的調節性T細胞。Th17細胞可釋放IL-17，并可募集中性粒細胞(NEUs)，進一步加重哮喘發作[6]。Treg細胞通過IL-10和TGF-β等細胞因子發揮作用，或通過細胞間接觸發揮作用。目前發現多巴胺受體在許多免疫細胞中均有表達，包括樹突狀細胞(DCs)和T細胞，但不同多巴胺受體在免疫應答中的作用也是不同的，目前廣泛認可的多巴胺受體有5種，根據是否激活cAMP將受體分為兩大類，D1樣受體，包括DRD1和DRD5;D2樣受體,包括DRD2、DRD3、DRD4等。DRD1和DRD2屬于低親和性受體，與多巴胺結合后具有促炎作用[7]，而DRD3和DRD5屬于高親和性受體，與多巴胺受體結合具有抗炎作用[8-9]。

1.1 多巴胺及受體促進哮喘中Th17細胞活化原始T細胞也可以分化Th17細胞和調節性T細胞。Th17細胞分泌的IL-17A刺激嗜酸性粒細胞， 也募集中性粒細胞，這些細胞影響氣道平滑肌[10]，加重哮喘癥狀。在OVA誘導的哮喘模型中，使用D1樣受體拮抗劑SCH23390，支氣管肺泡灌洗液中Th17細胞顯著減少，中性粒細胞的浸潤減少，進一步研究發現D1樣受體可增強B細胞激活轉錄因子活性，進而增加Th17轉錄因子RORγt的表達。此外，D1樣受體拮抗劑抑制OVA哮喘中肺CD11c+抗原遞呈細胞產生IL-23[11]，D1樣受體拮抗劑SCH23390并不能區分DRD1和DRD5，所以在目前尚不能區分DRD5和DRD1在哮喘Th17激活中的作用。另一項研究發現，DRD5刺激小鼠CD4+T細胞促進T細胞的活化，對Th17炎性表型的分化有重要作用[12]。同時移植了DRD5缺陷樹突狀細胞的小鼠在中樞神經系統內也顯示出Th17細胞浸潤百分比顯著減少[9]。在屋塵螨(HDM)誘導的過敏實驗中，DRD3缺乏導致呼吸道嗜酸性粒細胞浸潤加劇。DRD3介導的CD4+T細胞信號在效應細胞系的平衡中起著關鍵作用，有利于CD4+T細胞的炎癥[10]。

1.2 多巴胺及受體抑制調節性T細胞功能調節性T細胞是一種特殊的T細胞，在控制免疫穩態中發揮重要作用。Treg分為自然調節性T細胞和適應性T細胞，自然調節性T細胞表現為CD4+CD25+T淋巴細胞(Tregs)，還表達特征性轉錄因子Foxp3。Treg細胞在哮喘中的主要功能是負性調節Th1、Th2和Th17細胞，以防止Th細胞過度活躍[13]。因此，Treg細胞的過度耗竭被證明會加重小鼠哮喘[14]。研究發現Treg細胞中存在多巴胺能系統，不僅DRD1和DRD2受體在Treg細胞有表達，促進多巴胺生成的酪氨酸羥化酶在Treg細胞中也有表達，多巴胺或選擇性D1樣受體激動劑通過激活Tregs中的D1樣受體，導致Tregs的抑制，從而減弱其抑制效應T淋巴細胞(TEFs)的能力，結果TEFs被激活。因此，多巴胺可以激活Treg細胞的D1樣受體，并通過這種方式間接激活TEFs[15]。

1.3 多巴胺及受體對Th1/Th2分化的影響靜息期的Th細胞即CD4+T細胞受到外界或細胞因子刺激后會向Th1或Th2分化，Th1促進巨噬細胞活化，參與細胞免疫。Th2釋放IL-4、IL-5和IL-13細胞因子等參與體液免疫。在過敏性哮喘患者中，樹突狀細胞在激活原始T細胞中起著至關重要的作用。Th2細胞釋放多種促過敏性炎癥因子，這些炎癥因子激活嗜堿性粒細胞和嗜酸性粒細胞，增加哮喘患者氣道粘液分泌[16]. IL-5能刺激嗜酸性粒細胞的產生，促進嗜酸性粒細胞的分化、增殖和存活. IL-13具有與IL-4相似的功能，能提高氣道高反應性。樹突狀細胞(DC)可以合成和儲存多巴胺，DC通過DC-T細胞相互作用向原始CD4細胞釋放多巴胺，并影響輔助性T細胞的分化[12]。用D2樣受體拮抗劑舒必利和奈莫那普利處理樹突狀細胞后，在這些樹突狀細胞和同種異體原始CD4之間的混合淋巴細胞反應中，誘導T細胞分泌IL-5、IFN-γ。相反，特異性D1樣受體拮抗劑SCH-23390處理樹突狀細胞后， IL-5、IFN-γ分泌率降低，表明D1樣受體拮抗劑使T細胞的反應轉向Th1。此外，D2樣受體拮抗劑不影響DC上CD86的表達水平以及IL-12的分泌[17]。最近的研究發現，在小鼠和人類的肺發育過程中，交感神經經歷了多巴胺能到腎上腺素能的轉換，在過敏原暴露的小鼠模型中，多巴胺DRD4通路增加了幼鼠肺部的Th2炎癥。這些可能部分解釋了幼兒易患哮喘的原因[18]。

2 多巴胺與肺部神經調節

肺組織存在大量的感覺神經纖維，當氣道受到各種刺激時，感覺神經纖維可以啟動保護性反射，如咳嗽、氣管收縮。肺部神經的調控作用包括改變氣道張力、粘液分泌、炎癥等。哮喘患者在小氣管周圍有更密集的神經纖維網，且對空氣中刺激物的反應閾值降低[19]。AHR是哮喘的特征表現，雖然氣道炎癥一直被認為是AHR的主要驅動因素之一，但許多證據表明神經活動和炎癥細胞與氣道神經之間的相互作用才是AHR發生的關鍵因素[20]。免疫細胞可以合成并釋放神經遞質和神經調節劑等物質，包括乙酰膽堿、多巴胺和其他兒茶酚胺，在局部免疫調節和更復雜的神經免疫調節通路中起作用。模式識別受體(PRRs)受體(包括Toll樣受體(TLRs)和細胞因子受體(cytokine receptors，PRRs)不僅在免疫細胞上有表達，在神經元上也被證實存在，為病原體相關分子模式(PAMPs)同時調節免疫和神經元功能[21]。大腦中星形膠質細胞上的DRD2受體可以通過αB-晶體蛋白(CRYAB)調節先天免疫，使用DRD2激動劑喹吡羅可以減輕神經毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導的小鼠慢性炎癥[22]。在OVA誘導的哮喘中，感覺神經元部分通過血管活性腸肽-垂體腺苷酸環化酶激活肽受體(VIP-VPAC2)軸驅動CD4+和ILC2細胞產生IL-5等細胞因子，而產生的細胞因子又可以反向激活感覺神經元[23]。在呼吸道中，多巴胺除了作為去甲腎上腺素前體外，還作為神經遞質發揮作用。 人樹突狀細胞和Treg細胞選擇性表達酪氨酸羥化酶,可以催化酪氨酸轉變為多巴胺,并釋放到組織間隙[15]。DRD1信號通過第二信使環磷酸腺苷(cAMP)負性調節NLRP3炎癥小體，cAMP與NLRP3結合并通過E3泛素連接酶MARCH7促進其泛素化和降解[7]。

3 多巴胺與氣道上皮和平滑肌功能

最初人們認為多巴胺受體只存在于肺組織血管上， 1995年，Kobayashi等[4]在兔肺組織切片中發現多巴胺D1樣受體，提示多巴胺可能在呼吸系統中有著更復雜的作用。最近的一項研究表明多巴胺D1樣受體拮抗劑SCH23390可以抑制乙酰膽堿收縮大鼠氣管環多巴胺的支氣管擴張作用[23]，表明多巴胺D1樣受體在氣道平滑肌上有表達，通過激活細胞內cAMP的多種潛在信號通路誘導支氣管擴張。

Fig 1 Dopamine and dopamine receptor in pathogenesis of asthma

同時也有研究者發現氣道平滑肌上存在DRD2受體，通過cAMP調節氣管舒張[24]。

氣道上皮是氣道屏障的第一道防線，在啟動宿主防御和控制免疫應答中起著重要作用。在哮喘基因組篩查和全基因組關聯(GWA)研究中發現了眾多哮喘相關的基因和基因位點都在氣道上皮細胞表達[25]. 這說明氣道上皮在健康個體和哮喘病理學中的重要性。氣道上皮為假復層單層柱狀上皮，由纖毛細胞、杯狀細胞、刷細胞、基細胞和小顆粒細胞等組成。纖毛細胞與粘液可將吸入的顆粒包裹在分泌的粘液中，纖毛將其向上輸送到口腔，然后被吞咽或咳出，這被稱為粘液纖毛清除系統。粘液成分尤其是粘蛋白的表達差異已被證實與哮喘的發病及死亡率相關[26]。粘蛋白是一種異質性糖蛋白由MUCIN編碼，目前發現的粘蛋白已有21種，其中存在于呼吸道的主要為3種，氣道上皮細胞和杯狀細胞通常表達MUC5AC ，而黏膜下腺體的黏膜細胞主要表達MUC5B，它們對粘液的粘彈性和功能特性起著重要作用。哮喘患者的氣道高反應性與MUC5AC的表達有密切關系[27]。多巴胺D1樣受體激動劑SK83959可明顯加重OVA致敏小鼠的支氣管粘液分泌[5]。進一步研究發現在氣道上皮細胞中也存在DRD1受體的表達，激活DRD1刺激人氣道上皮細胞產生cAMP、CREB磷酸化進而促進MUC5AC的mRNA和蛋白表達[28]。

哮喘的發生是復雜的病理和病理生理過程，包括各類炎癥細胞的浸潤、炎癥因子的相互作用、上皮細胞損傷以及氣道重塑。多巴胺及其受體在炎癥細胞上表達差異，影響著多種炎癥細胞活化及炎癥介質的釋放，同時也影響著氣道粘液分泌和平滑肌的收縮(見Fig 1)。這為哮喘患者多巴胺的用藥，提供了更全面的思考。同時也提示，開發吸入性的肺部特異性多巴胺受體阻斷劑或激動劑，或許能夠控制和減輕哮喘患者癥狀。