慢性阻塞性肺疾病免疫發病機制研究進展

孫 印，何士杰，景衛革，韋海燕

(承德市中心醫院呼吸內科，河北 承德 067000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種可以預防和治療的，以持續呼吸道癥狀和氣流受限為特征的慢性疾病，發病率、致殘率和致死率均較高，造成了極大的社會經濟負擔[1]。2018年，我國公布的40歲以上人群COPD患病率為13.7%；預計到2020年，COPD 將成為全球第3大死因，其所造成的損失將占世界疾病經濟負擔的第五位[2]。COPD是長期累積的有毒氣體和顆粒暴露以及基因、氣道高反應和幼年時肺發育不良等多種宿主因素復雜相互作用的結果[3]。COPD是一種氣道和肺部慢性持續炎癥性疾病，中性粒細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞等炎癥細胞均參與了COPD的發病過程。蛋白酶增多或抗蛋白酶不足及其活性下降亦可導致COPD。氧化應激會損傷生物大分子，導致細胞功能障礙或細胞死亡，還可破壞細胞外基質，引起蛋白酶及抗蛋白酶失衡，促進炎癥反應，最終導致COPD。近年來，多項研究顯示，固有免疫、獲得性免疫及免疫失衡、自身免疫均參與了COPD的發病機制[4-6]?，F就COPD的免疫發病機制的研究進展予以綜述。

1 COPD與固有免疫

固有免疫又稱天然免疫，是機體一系列的非特異性防御能力，包括免疫屏障、免疫細胞及免疫分子等。呼吸道的固有免疫包括物理(黏膜屏障)、化學(乳鐵蛋白、溶菌酶、蛋白酶抑制劑等)及免疫(B細胞、T細胞)等，當固有免疫功能受損或病原體侵襲能力增強時，即可致病。有研究發現，Clara細胞分泌蛋白16(Clara cell secretory protein 16，CC16)、表面活性蛋白D、溶菌酶、分泌性白細胞蛋白酶抑制因子、分泌型IgA、Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)等均參與了COPD的固有免疫[7]。

CC16是呼吸道Clara細胞分泌的蛋白質，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤等功能，通過減少肺核因子κB炎癥通路活化來抵御香煙煙霧誘導的氣道及肺部損傷，當氣道CC16缺乏時，吸煙導致肺氣腫的發生率明顯增加[8]。Vesbo等[9]對2 163例COPD患者隨訪3年發現，CC16與COPD患者第一秒用力呼氣量呈正相關，氣道組織CC16顯著低于健康對照組，提示COPD患者氣道組織中CC16表達水平降低，呼吸道局部免疫功能下降。

表面活性蛋白D是由肺泡細胞分泌的一種非常重要的肺部固有免疫成分，具有免疫、抗炎、抗氧化等多種功能。有研究發現，COPD患者血清表面活性蛋白D水平升高與患者病變的嚴重程度呈正相關，與第一秒用力呼氣量呈負相關，可見，表面活性蛋白D在一定程度上可反映COPD患者病情的嚴重程度[10]。另有研究顯示，與哮喘組和健康對照組患者相比，COPD組患者血清表面活性蛋白D的表達水平顯著升高，并與患者呼吸道癥狀呈正相關，未來表面活性蛋白D有可能成為診斷COPD的潛在標志物[11]。

溶菌酶是呼吸道自身分泌的一種蛋白多肽，具有殺菌、抗感染、抗病毒等多種功能。COPD急性加重并有細菌感染時，痰液溶菌酶水平顯著低于健康對照組，提示COPD患者氣道局部免疫力下降，容易繼發細菌感染，提高患者血清及痰液中溶菌酶的濃度可能減少COPD患者急性發作的次數[12]。

分泌性白細胞蛋白酶抑制因子是一種由氣管、支氣管肺泡上皮細胞、單核巨噬細胞及中性粒細胞分泌的蛋白質，通過抑制彈性蛋白酶活性減少抗菌肽降解，具有抗感染和增強機體免疫力等功能。有研究顯示，COPD患者急性加重時，氣道及痰液分泌性白細胞蛋白酶抑制因子含量減少，治療后穩定期血清分泌性白細胞蛋白酶抑制因子水平恢復正常，可能是由于COPD急性加重時氣道及痰液中降解分泌性白細胞蛋白酶抑制因子的酶明顯升高，當急性感染控制后降解分泌性白細胞蛋白酶抑制因子的酶恢復正常所致[13]。

分泌型IgA是由呼吸道、泌尿生殖道、消化道局部分泌的免疫球蛋白，是黏膜固有免疫的主要成分之一，具有抗病毒和抗菌等作用。支氣管上皮細胞的多聚體免疫球蛋白受體介導的穿胞作用是小氣道分泌型IgA的唯一來源，COPD患者多有嚴重的小氣道病變，分泌型IgA濃度顯著降低，患者抗感染及免疫防御能力受損。有研究發現，COPD患者支氣管肺泡灌洗液中分泌型IgA的表達水平明顯減少，且與患者急性發作次數相關，由此可見，提高COPD患者小氣道分泌型IgA的水平可能降低呼吸道感染頻率，延緩COPD患者的病情進展[14]。

TLR4是Toll樣受體家族中最重要的成員，是固有免疫的識別受體，也是天然免疫和獲得性免疫的連接紐帶，TLR4與革蘭陰性菌脂多糖及髓樣分化蛋白2 結合后，其空間構象改變，通過髓樣分化蛋白88 依賴型途徑和髓樣分化蛋白88非依賴型途徑激活核因子κB、激活蛋白-1、 β干擾素相關因子3，使機體釋放大量的炎癥介質及細胞因子，從而導致免疫應答及炎癥反應[15]。COPD患者氣道及血中性粒細胞表面TLR4的表達水平明顯高于健康對照組，說明TLR4參與了COPD的發病機制[16-17]。當患者呼吸道或全身抵抗能力下降時，革蘭陰性菌感染機會明顯增加，脂多糖反復刺激機體可誘導TLR4信使RNA及蛋白表達水平上調，使炎癥因子腫瘤壞死因子-α、白細胞介素(interleukin，IL)-1、IL-6、γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)分泌明顯增加，氧自由基產生增加，最終導致COPD的發生和發展。適度的TLR4/核因子κB信號通路激活有利于抗炎及免疫活化，而過度激活和調控不良的TLR4/核因子κB信號通路可引起持續炎癥及免疫損傷，通過調節TLR4/核因子κB信號通路能夠減輕COPD急性加重期大鼠的炎癥程度[18]。

2 COPD與獲得性免疫及免疫失衡

COPD的發生發展與T淋巴細胞介導的炎癥免疫反應及免疫失衡密切相關。COPD患者T細胞介導的獲得性免疫應答異常的原因較多，如免疫調節機制異?；蜃陨砻庖哒{節異常等。CD8+T/CD4+T淋巴細胞比例失調、輔助性T細胞(helper T cell，Th細胞)1/Th2細胞失衡、Th17/調節性T細胞(regulatory T cell，Treg細胞)失衡在COPD的發病機制發揮重要作用。

2.1 CD8+T/CD4+T淋巴細胞與COPD 吸煙是COPD最重要的原因，可誘導氣道慢性炎癥，導致小氣道發生病變及肺氣腫。吸煙COPD患者的氣道、肺實質、肺血管CD8+T淋巴細胞浸潤增多，CD8+T/CD4+T淋巴細胞比例增大。CD8+T淋巴細胞為COPD病理改變過程中最重要的效應細胞，使中性粒細胞、巨噬細胞聚集并釋放大量的彈性蛋白酶和基質金屬蛋白酶，造成肺彈力組織破壞及肺泡破裂。此外，CD8+T細胞活化后通過釋放大量的IFN-γ、端粒酶、穿孔素、腫瘤壞死因子-α和人干擾素誘導蛋白-10，造成肺組織結構破壞，導致肺氣腫和COPD[19]。CD8+T淋巴細胞計數與COPD患者肺氣腫嚴重程度及氣流受限程度呈正相關[20]。研究發現，CD8+T淋巴細胞使暴露于香煙煙霧的小鼠氣道內聚集大量單核巨噬細胞和中性粒細胞，導致持續慢性炎癥，當CD8+T淋巴細胞缺失時，暴露于煙霧的小鼠氣道炎癥程度顯著低于未暴露于煙霧的小鼠，表明CD8+T淋巴細胞在COPD的發生發展過程中起非常重要的作用[21]。

CD4+T細胞亞群Th17細胞通過分泌IL-21，并與其受體IL-21R結合，引起CD8+T細胞增殖和凋亡，產生高水平的端粒酶、穿孔素及IFN-γ，放大CD8+T的細胞毒作用，說明CD4+T細胞在COPD的發病機制中起免疫調節作用[22]。

2.2 Th1/Th2細胞失衡與COPD Th1和Th2細胞同屬于具有免疫調節作用的T細胞亞群。Th1細胞主要參與細胞免疫，主要分泌的炎癥介質是IFN-γ；而Th2細胞主要參與體液免疫。研究顯示，COPD患者肺組織及外周血中IFN-γ表達顯著高于健康對照人群，且Th1細胞數量與肺氣腫嚴重程度呈正相關，表明COPD患者Th1細胞表達上調，且可能與患者病情嚴重程度相關[23-25]。香煙煙霧可使COPD患者肺內T淋巴細胞表面的細胞內β趨化因子受體5表達增加，而趨化因子受體5通常表達于Th1細胞表面，趨化因子受體5增多提示患者肺內Th1/Th2細胞失衡[20]。Th1/細胞毒T細胞1的細胞極化使IFN-γ異常分泌，IFN-γ誘導靶細胞分泌趨化因子CXC趨化因子配體9、CXC趨化因子配體10和CXC趨化因子配體11，使細胞毒T細胞1、中性粒細胞、單核巨噬細胞持續聚集于氣道及肺組織，釋放彈性蛋白酶及基質金屬蛋白酶，對氣道及肺組織產生持續破壞作用，導致肺氣腫的發生發展。

2.3 Th17細胞、Treg細胞與COPD Th17細胞是新發現的一種CD4+T淋巴細胞亞群，也是聯系獲得性免疫和天然免疫的紐帶，能夠分泌IL-17、IL-23、IL-21、IL-22、IL-6、腫瘤壞死因子-α等多種生物活性介質，其介導的免疫炎癥反應在COPD的發生和發展過程中發揮至關重要的作用[20]。Th17細胞由Harrington等[26]和Park等[27]發現。段敏超等[19]研究顯示，香煙煙霧暴露可導致小鼠發生肺氣腫，小鼠肺內Th17細胞數量和活性均明顯增加，煙霧暴露時間與Th17細胞數量及活性呈正相關；此外，還發現煙霧暴露小鼠肺部IL-21、IL-21受體、Th1細胞和細胞毒T細胞1的表達水平亦顯著高于健康對照組，且Th17細胞表達水平與肺泡破壞指數呈正相關，研究者推測，Th17細胞可能通過IL-21對肺部Th1/細胞毒T細胞1進行免疫調節，進而參與COPD的發病。IL-17是CD4+Th17細胞分泌的最重要的前炎癥因子，其誘導釋放的腫瘤壞死因子-α、IL-6、IL-8、IL-1β等致炎因子在氣道慢性炎癥反應中發揮重要作用，IL-17還可以調節氣道結構細胞，導致氣道組織重構[28-29]。

Treg細胞又稱為CD4+CD25+叉頭框蛋白3+Treg細胞，也屬于CD4+T細胞亞群，其主要功能是免疫調節及免疫抑制，使機體免疫功能處于穩定狀態[30]。研究顯示，吸煙COPD大鼠模型肺組織Treg細胞顯著降低，支氣管肺泡灌洗液中IL-4表達水平明顯降低[31]。另有研究發現，COPD患者血清中Treg細胞的抗炎亞群減少，促炎癥亞群增加，且抗炎亞群/促炎亞群細胞比例與第一秒用力呼氣量占用力肺活量百分率呈顯著正相關[32]。以上研究均表明，COPD患者免疫自穩功能遭到破壞，Treg細胞參與了COPD的免疫發病機制，可能與患者氣流受限程度有相關性。

Th17細胞和Treg細胞的平衡對于維持免疫功能穩定起重要作用。研究表明，初始CD4+T細胞可在轉化生長因子-β和IL-6同時存在的條件下分化為Th17細胞；當轉化生長因子-β單獨存在時，CD4+T細胞分化為Treg細胞，可見，轉化生長因子-β 和IL-6決定了CD4+T分化的方向，進而影響Th17和Treg細胞的平衡[20]。Th17與Treg細胞失衡是導致COPD發生發展的重要因素。有研究發現，香煙暴露小鼠肺內Th17細胞及其分泌的相關炎癥因子的表達明顯升高，而Treg細胞表達水平顯著降低，Th17細胞與Treg細胞比例嚴重失衡[33]。Wang等[34]研究發現，中度和重度COPD患者血清中Th17細胞、IL-17A、IL-6、IL-21、IL-22、IL-23的表達水平均顯著高于吸煙及非吸煙健康對照組，血Treg細胞、叉頭框蛋白3及IL-10表達水平均顯著低于吸煙健康對照組及非吸煙健康對照組，且Th17/Treg細胞的比值與第一秒用力呼氣量占用力肺活量百分率、第一秒用力呼氣量/用力肺活量呈負相關；并認為Th17細胞可能通過過度免疫反應及其分泌的多種炎癥因子參與COPD的發病機制，而Treg細胞則通過免疫抑制及炎癥調節機制減輕有害氣體和顆粒對機體的損害，當兩者比例失衡時，肺部的免疫平衡及炎癥平衡被打破，導致氣道持續破壞及肺氣腫的發生。

目前，已有國外學者對采用IL-6受體拮抗劑調節Th17細胞和Treg細胞平衡治療全身型幼年特發性關節炎進行了研究，未來可能會用于COPD的免疫治療[35]。Halwani等[29]的研究發現，IL-17受體拮抗劑可抑制Th17細胞介導的氣道炎癥，并可能逐漸應用于臨床，將來為COPD的免疫治療提供幫助。

3 COPD與自身免疫

COPD與呼吸道及肺部自身免疫相關。Lee等[36]從COPD患者及健康對照組分離出外周血CD4+T細胞，并測定血中非特異性蛋白質及細胞因子的研究發現，COPD患者體內存在抗彈性蛋白抗體和Th1細胞免疫應答，且抗體滴度及細胞免疫反應程度與肺氣腫嚴重程度呈正相關，表明COPD與針對肺部特定抗原的體液免疫及細胞免疫有關，首次證實了自身免疫參與COPD的發病。Rinaldi等[37]發現，COPD患者的Th1細胞能夠分泌大量的IFN-γ，IFN-γ與肺部細胞外基質膠原蛋白V發生特異性自身免疫反應，亦表明自身免疫反應參與了COPD的發病。有研究證實，COPD患者存在針對肺上皮細胞及內皮細胞的IgG自身抗體，這些抗體對上皮細胞及內皮細胞產生細胞毒作用；同時還發現，COPD患者肺內有補體C3及免疫復合物沉積[6]。此外，COPD患者體內抗支氣管上皮細胞IgG及IgA抗體增加[38]。另有研究發現，與健康人群相比，COPD患者體內抗細胞角蛋白18和細胞角蛋白19的IgG、IgA、IgM循環自身抗體水平顯著升高，且與病情嚴重程度相關[39]。

微生物感染也是肺部啟動自身免疫的重要原因。微生物感染后激活體內的免疫細胞和炎癥細胞，釋放炎癥介質及細胞因子，導致呼吸道及肺組織損傷，呼吸道及肺部自身抗原暴露，進而產生自身免疫反應，加重氣道及肺損傷。COPD的發生和發展涉及許多自身免疫過程，但仍需要進一步研究的證實。

4 小 結

固有免疫、獲得性免疫及免疫失衡均參與了COPD的發病機制，且免疫因素與氣道及肺部炎癥反應相互作用，免疫因素使炎癥反應持續存在，炎癥反應導致免疫應答及免疫損傷。感染、炎癥、香煙煙霧及免疫損傷產物等均可以誘導肺部自身免疫，但具體免疫通路仍不清楚。免疫因素與炎癥反應使細胞外基質降解，破壞肺的支撐組織，并參與氣道及肺組織的重構，最終導致肺氣腫的發生和發展。目前仍缺乏大樣本、多中心的隨機對照研究證實免疫因素與COPD的確切關系，期望今后的研究能進一步闡述COPD的免疫發病機制，并為COPD的免疫治療提供新的理論依據。