免疫炎癥反應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

中國醫科大學附屬盛京醫院呼吸內科，沈陽110004

COPD是一種復雜和異質性疾病，其異質性在于不是所有機制都同時出現在同一患者中，導致它們的臨床預后(癥狀、急性加重、對治療的反應、疾病進展速度或死亡)的不同，根據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量差、病死率增加、肺功能下降明顯、預后差[4]。對于COPD頻繁急性加重表型的發病機制的研究處于起步階段，目前研究表明主要與持續性的氣道和系統性炎癥的增加、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，這其中都涉及了免疫炎癥反應。免疫反應分為非特異性免疫反應和特異性免疫反應。非特異性免疫亦稱固有免疫(innate immunity)，構成人體防衛功能的第一道防線。特異性免疫反應按介導效應反應免疫介質的不同可分為致敏T細胞介導的細胞免疫反應和抗體介導的體液免疫反應。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 肺內微生物與頻繁急性加重 隨著分子生物學的發展，微生物不僅依賴于培養，也可以被他們的基因序列識別，稱為16S rRNA技術。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技術檢測得出COPD患者標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穩定期患者的下呼吸道細菌定植量越高，其急性發作的次數也越多[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]，但也有研究在誘導痰中檢測兩組定植菌的數量和種類無明顯差異，而是在頻繁急性加重表型組中發現較多白色念珠菌，但可能與表面激素應用有關[10]。隨著肺內微環境的變化，COPD中細菌的定植也出現顯著變化，通過微生物分析技術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，鼻病毒作為誘導劑，使肺內變形桿菌增多，呼吸道菌群發生變化[11]。長期抗生素應用如阿奇霉素，可減少肺內微生物的數量，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構的分子，這類分子被稱為病原體相關分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)，從而啟動固有免疫應答反應的一系列信號傳遞。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，但未發現對應潛質病原學的差異[10]。也有研究發現在呼吸道合胞病毒(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)關系不密切[17]。

1.3 炎癥因子與頻繁急性加重 CD146最早發現于黑色素瘤，又名黑色素瘤黏附分子(melanoma cell adhesion molecule，Mel-CAM，MCAM)，1996年Bardin等[18]首次發現在內皮細胞中表達，被視為內皮細胞標志物，后發現CD146在多種細胞中表達包括活化T細胞，介導內皮細胞之間及內皮細胞與基質之間的黏附，參與細胞信號途徑傳導及免疫過程等。近期研究發現CD146在頻繁急性加重表型患者血清中也存在高表達，考慮與內皮受損和免疫反應相關[4]。IL-6可由氣道巨噬細胞和上皮細胞產生，IL-8由氣道巨噬細胞和中性粒細胞產生，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生，研究發現每年急性加重次數大于三次的COPD患者誘導痰中IL-6和IL-8明顯高于每年急性加重次數小于2次的患者[19]。在連續3年隨訪中每年急性加重次數均大于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，但與血清中嗜酸粒細胞數量無關[20]，但有研究發現在已經戒煙的COPD患者中血清嗜酸粒細胞總數升高的患者在隨訪中急性加重出現頻次增多[21]。血尿酸(uric acid，UA)是黃嘌呤氧化酶活性的生物標志物，是活性氧的重要來源，與炎性標志物如C-反應蛋白和IL-6呈正相關，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而被誘導，研究發現在1年內急性加重次數大于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[23]。內原性抗菌肽CAP-18/LL37是發現的人類唯一的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，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中起到重要作用，其調節功能受維生素D(25-hydroxy vitamin D)的影響，研究發現急性加重頻次高風險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可導致甘露糖結合凝集素(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，研究發現在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導受體)相互作用，研究證實Siglec-14與NTHi相互作用后可增強組織培養模型中免疫細胞的促炎反應，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，可能基因變異使固有免疫細胞產生更強的促炎癥反應[27]。

2 細胞免疫反應與頻繁急性加重

細胞免疫又稱細胞介導免疫，狹義的細胞免疫僅指T細胞介導的免疫應答，即T細胞受到抗原刺激后，分化、增殖、轉化為致敏T細胞，當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同殺傷作用。T細胞介導的免疫應答的特征是出現以單核細胞浸潤為主的炎癥反應和/或特異性的細胞毒性。廣義的細胞免疫還應該包括原始的吞噬作用以及自然殺傷(natural killer，NK)細胞介導的細胞毒作用。細胞免疫是清除細胞內寄生微生物的最為有效的防御反應，也是排斥同種移植物或腫瘤抗原的有效手段。

研究發現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+激活的效應記憶T細胞明顯低于非頻繁急性加重表型組。而系統固有免疫細胞如NK、iNKT和γδ T細胞兩組間差異無統計學意義[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刺激直接誘導產生IL-12表達。研究發現OPN在頻繁急性加重表型患者穩定期和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本，在血清中發現150個表達差異基因，在痰中僅發現6個表達差異基因。其中包括表達下調的CD28和ICOS(T細胞受體共刺激分子)、HLA(編碼MHC classⅡ)、NFATC2(T細胞轉錄因子)、CD200(抑制炎性淋巴細胞應答)、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分析發現35個通路調節異常，其中調節差異最明顯的5個通路中，包括3種淋巴細胞信號傳導通路[誘導性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細胞受體信號轉導][30]。

3 體液免疫反應與頻繁急性加重

COPD的急性加重與體液免疫反應存在相關，研究發現頻繁急性加重表型患者中大部分存在抗體缺乏，并發現血清免疫球蛋白G(immunoglobulin，IgG)水平降低[31]，病例報道經IgG治療后可減少COPD患者急性加重的頻次[32-33]。也有研究發現血清中IGE升高的COPD患者更易出現急性加重頻次增多[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標記物檢測，盡管對樣本的分析結果缺乏統計學意義，通路和富集研究缺乏特異性，但通過網絡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，其中包括Ig A的產生通路。

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存在并增殖可通過固有免疫機制誘發炎癥細胞產生更多的炎癥因子和趨化因子，加重炎癥反應。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，進一步降低免疫防御能力，最終引起機體頻繁出現COPD急性加重。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突