IgE的新作用①

尹 悅 李 莉

(上海交通大學附屬第一人民醫院檢驗科,上海200080)

IgE(Immunoglobulin)最初由Ishizakas等人于1967年首次發現，其原本是哺乳動物為防御寄生蟲等病原體進化而來，而現為人熟知的主要作用是介導Ⅰ型超敏反應，又稱即時/速發型超敏反應。正如術語所暗示，雖然IgE在生理狀態下含量極低，卻能作為一個高度敏感的免疫放大器，在少量抗原與幾個IgE分子相互作用后即可誘導極快、甚至致命的病理反應[1]。由此，IgE成為矚目的藥物干預及阻斷靶標。此外，IgE的許多方面在免疫生物學是獨特的，包括IgE的產生與調節、其特異性細胞受體、介導其功能的效應細胞譜系及其免疫調節特性，這些內容都將在本綜述中闡述。

1 IgE概述

1.1IgE的結構 IgE的分子結構與其他免疫球蛋白類似，由兩條相同的重鏈和輕鏈組成。其重鏈ε與IgG的γ鏈相比增加了一個結構域Cε2，位于與IgG鉸鏈區對應的位置。Cε2區使Cε3-Cε4區形成明顯的彎曲，增加Fc段柔韌性，其不僅參與IgE與高親和力受體FcεRⅠ的結合還可穩定IgE-FcεRⅠ復合物[2,3]。Cε3是IgE與FcεRⅠ結合的關鍵部位。抗IgE藥物奧馬珠單抗正是通過識別IgE的Cε3區，中和游離IgE從而避免效應細胞的激活。另外，IgE-FC的這些結構特征也同樣適用于IgE分子的膜形式——膜IgE(membrane-bound IgE，mIgE)。mIgE分子與信號鏈Igα和Igβ共同構成了B細胞的抗原受體(IgE-BCR)，其中mIgE的Cε4區和跨膜序列之間含有一個附加的胞外膜近端結構域(Extracellular membrane-proximal domain，EMPD)。Anti-CεmX抗體以EMPD作為抗原位點，用于免疫靶向表達mIgE的B細胞，起到抑制IgE生成的作用[4]。總之，IgE結構數據為深入了解IgE-FcεRⅠ相互作用提供線索，也為靶向IgE治療帶來曙光。

1.2IgE蛋白網絡 IgE蛋白質網絡包括兩個主要受體即FcεRⅠ(IgE高親和力受體)和CD23(FcεRⅡ；IgE低親和力受體)，以及IgE、FcεRⅠ結合蛋白即半乳凝集素-3(Galectin-3，Gal-3)。前兩者存在兩種形式，跨膜蛋白型及可溶性亞型，而Gla-3僅具有游離狀態(圖1)。FcεRⅠ由結合IgE兩個免疫球蛋白樣胞外結構域的α鏈、具有信號放大功能的四次跨膜β鏈以及與信號傳導相關的γ鏈組成，存在FcεRⅠ αβγγ和FcεRⅠ αγγ兩種跨膜亞型。可溶性FcεRⅠ(soluble FcεRⅠ，sFcεRⅠ)是蛋白翻譯后修飾的產物，由一個截短的α亞基組成。單一CD23分子對IgE的親和力很低，但CD23分子通常以同源三聚體形式存在，可達到與FcεRⅠ接近的親和力。可溶性CD23(soluble CD23，sCD23)由蛋白酶水解產生，所有異構體均具有與IgE相互作用的能力。Gla-3主要由巨噬細胞分泌，通過與細胞表面蛋白的碳水化合物結構相互作用而黏附于細胞表面；胞內的Gal-3也可與細胞質、細胞核蛋白結合。Gal-3因其雜亂的結合模式而參與多種免疫反應。

圖1 人IgE Fc受體及其可溶性亞型[5]Fig.1 Human IgE Fc-receptors and their soluble isoforms[5]Note: The high affinity IgE Fc receptor, FcεRⅠ, has two transmembrane isoforms, FcεRⅠαβγ2 and FcεRⅠαγ2.The soluble isoform,sFcεRI,is a single chain receptor consisting of a truncated version of the IgE-binding FcεRⅠα subunit. The low affinity IgE Fc receptor,FcεRⅡ or CD23, also has soluble isoforms:sCD23.Gal-3 is a secretory IgE Fc receptor.After secretion,Gal-3 can attach to cell membranes via interacting with a large number of carbohydrate structures displayed by cell surface proteins.Additionally,an intracellular pool of Gal-3 can be found in the cytoplasm and the nucleus.

表1 IgE結合受體的表達及主要功能[6]

Tab.1 Expression and main functions of IgE receptors[6]

Receptors or moleculesCell typeaMajor functionsFcεRⅠ(αβγγ or αγγ)Mate cells(MCs),basophils,Langerhans,DCs,mono-cytes,eosinphils,neutrophils,platelets and bronchial epi-thelial cells of ashmatics and airway smooth-muscle cells. In mice:dendritic cells after Sendai virus infection, neu-trophils and eosinophils during Plasmodium infection and superior cervical ganglion and myenteric plexus neu-rons.In rat:pinealocytes. αβγγ.Immediate hypersensitivity,parasite immunity, enhanced cytokine production and survival in mast cells and MC p recruitment in the airway.αγγ.Antigen presentation.FcεRⅡ(CD23)B cells,T cells,NK cells,monocytes, follicular dendritic cells, Langerhans,bone marrow stromal cells,neutrophils, eosinophils, platelets and airway and intestinal epithelial cells.Regulation of IgE production, killing of intracellular pathogens (Leishmania majior and Toxoplasma gondii) or tumor cells,facilitated antigen presentation and trans-port of IgE and antigens across the epithelium.FcγRⅡ and FcγⅢ(in miceb)MCs and macrophages.Cell activation.FcγRⅣ (only in mice)Monocytes,neutrophils and macrophages.Phagocytosis,cytokine production and antigen presen-tation in macrophages.Gal-3MCs, basophils, neutrophils, monocytes and macroph-a-ges,eosinophils, Langerhans,T,B and DCs.Potentiate FcεRⅠ activation.

Note：a.The cell types listed in bold are expressed in both humans and mice.b.Human FcγRⅢ has no affinity for IgE. However, human mast cells and basophils express the immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif-containing receptors, FcγRⅡB, which can reduce activation of these effector cells through the FcεRⅠ when it is co-ligated with the FcεRⅠ.

2 IgE的功能

IgE的功能包括蛋白質網絡成員之間的相互作用以及與不同細胞的相互作用。IgE受體的不同亞型在小鼠和人細胞中的分布不盡相同，并且介導不同的免疫反應(表1)。

2.1IgE蛋白網絡成員間的相互作用 血清sFcεRⅠ可與天然配體結合為sFcεRⅠ-IgE復合物，還可進一步與抗原反應形成更為復雜的免疫復合物。sFcεRⅠ也可與B細胞表面的mIgE相互作用，基于配受體一比一結合比率，因此，不會導致B細胞的受體交聯和活化。以上描述的所有的相互作用理論上都是可能的，但最終結果取決于組織中sFcεRⅠ與血清中sFcεRⅠ的濃度比例。另外，從外周血遷移的細胞也可作為轉運sFcεRⅠ到組織的載體(圖2B)。有趣的是，sFcεRⅠ可能還存在負調節功能。sFcεRⅠ與IgE Fc的結合阻斷了IgE與表達IgE受體細胞的相互作用，繼而減少MCs、嗜堿性粒細胞脫顆粒和細胞毒性介質的釋放[7]。因此，sFcεRⅠ有可能鈍化過敏反應的急性發作程度。然而，若sFcεRⅠ-IgE-抗原復合物與表面表達的FcεRⅠ相互作用，則這些復合物可通過FcεRⅠ交聯活化細胞，前提條件是復合物含有游離IgE Fc結構域。通過這種激活途徑，sFcεRⅠ可能加劇過敏反應[5]。對DCs而言，當游離的sFcεRⅠ阻斷IgE與表面表達的受體結合時，可以減低IgE介導的抗原提呈作用。因此，可能影響過敏原的致敏階段以及慢性過敏反應的Th2型免疫應答[8]。如果sFcεRⅠ作為sFcεRⅠ-IgE-Ag復合物的一部分被抗原提呈細胞(Antigen presenting cell，APC)吞噬，則內源性α鏈可呈現外源性過敏原的作用，此過程可解釋抗FcεRⅠα自身抗體的病理機制。不過，迄今尚未確定與人血清sFcεRⅠ結合的配體。

圖2 體內sFcεRⅠ的相互作用伙伴[5]Fig.2 Possible interaction partners of soluble FcεRⅠ in vivo[5]Note: A.FcεRⅠ exists as a membrane bound as well as a soluble isoform in human blood.In serum,sFcεRⅠ is found as a true soluble form or as a sFcεRⅠ-IgE complex when bound to its natural ligand.Potentially,sFcεRⅠ-IgE complexes can interact with antigens and form immune complexes of higher order.Free sFcεRⅠ can additionally interact with membrane IgE expressed on B cells.sFcεRⅠ-IgE complexes cannot bind to trimeric or tetrameric FcεRⅠ expressed on the cell surface of peripheral blood cells,because the binding site of IgE and the cellular receptor is blocked by sFcεRⅠ in solution.B.In tissue,all interactions described for peripheral blood in A are theoretically possible.It remains to be defined whether the local concentration of sFcεRⅠ in tissue is comparable to sFcεRⅠ serum levels.Cells migrating from the periphery blood could also serve as vehicles to transport sFcεRⅠ into tissue.

IgE結合蛋白Gal-3在過敏反應中具有IgE依賴或非IgE依賴的促炎活性。Gal-3可通過碳水化合物相互作用直接交聯FcεRⅠ，或交聯受體結合型IgE活化致敏或非致敏狀態的MCs、嗜堿性粒細胞及嗜酸性粒細胞，促進炎癥因子釋放。Gal-3基因敲除的小鼠研究同樣驗證了Gal-3可放大哮喘或特應性皮炎的病理表現這一觀點[9]。

2.2IgE與細胞間的相互作用

2.2.1與肥大細胞和嗜堿性粒細胞作用介導超敏反應及自身免疫病 IgE的主要生物學作用是與MCs、嗜堿性粒細胞上的FcεRⅠ結合介導Ⅰ型超敏反應。過程如下：機體首次接觸過敏原后，產生的IgE分子與其受體結合而使效應細胞處于致敏狀態，當相同的多價抗原再次進入機體交聯細胞表面IgE分子，形成FcεRⅠ-IgE-Ag復合物，使Src蛋白酪氨酸激酶家族成員Lyn等相互作用而磷酸化，繼而通過β及γ鏈的免疫受體酪氨酸激活基序將活化信號傳遞至細胞內，經磷脂酰肌醇途徑和絲裂原激活的蛋白激酶途徑，引起Ca2+內流，誘導MCs釋放預先形成的顆粒內物質，例如蛋白聚糖、蛋白酶、生物胺，同時也會誘導其重新合成和釋放新合成的脂質介質如花生四烯酸、前列腺素D2、細胞因子和趨化因子[10]，引起血管通透性增加、平滑肌收縮、腺體分泌增加，這是Ⅰ型超敏反應的速發相。在遲發相反應中，IgE激活MCs并促使其分泌炎性介質而募集、激活循環白細胞，此外，有證據表明重復或持續暴露于變應原可以導致針對多個不同抗原表位的IgE的產生，并且IgE和MCs可通過相互依賴或彼此獨立的方式促進哮喘的慢性氣道炎癥和組織重塑，因此可以推測IgE在慢性過敏性炎癥中可能存在持續作用[6]。

IgE的作用不僅局限于過敏性疾病，近期大量研究指出多種自身免疫病患者[系統性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus，SLE)、大皰性類天皰瘡(Bullous pemphigoid,BP)]血清總IgE升高，同時檢出IgE型自身抗體。IgE型自身抗體是一種免疫球蛋白亞型為IgE的自身抗體，與過敏反應中識別過敏原抗原表位的IgE不同，其識別的是自身組織成分，通過結合MCs或嗜堿性粒細胞表面的FcεRⅠ來活化細胞產生炎性介質；通過漿細胞樣DCs表面的FcεRⅠ傳送自身抗原及產生Ⅰ型干擾素致病[11,12](圖3A)。

傳統的觀點認為IgE參與MCs活化需要通過抗原或抗IgE抗體交聯FcεRⅠ結合的IgE(圖3A)。實際上，在缺少以上兩種因素的情況下，IgE單體與FcεRⅠ結合也具有豐富的生物學效應，包括增強MCs的活性、穩定細胞表面FcεRⅠ的表達甚至引起FcεRⅠ上調、影響細胞存活、分化和遷移等。有意義的是，結合IgE的MCs變得更加敏感，各種因素結合受體激活細胞和促使細胞顆粒釋放的閾值降低[13]。

2.2.2黏膜B細胞和漿細胞局部合成IgE介導器官特異性過敏 IgE以兩種形式產生：①B細胞膜受體形式(mIgE)，經過類別轉換產生IgE，mIgE可介導B細胞的抗原攝取和呈遞；結合共刺激信號可觸發B細胞增殖與分化；②淋巴組織中的漿細胞分泌(主要形式)，即抗原經APC攝取并呈遞給同源幼稚T細胞，后者獲得Th2細胞表型。Th2細胞與同源B細胞相互作用并分泌IL-4和IL-13，誘導B細胞發生類別轉換重組而產生短壽的IgE漿細胞分泌抗體及部分IgE記憶B細胞[6,14]。值得注意的是，以往認為抗原致敏主要發生在淋巴生發中心，實際上產生IgE的B細胞也可以于呼吸道、胃腸道黏膜經歷克隆選擇和親和力成熟[15，16]。IgE在局部產生并影響局部，食物過敏患者的胃腸道與健康個體相比IgE濃度更高等跡象表明IgE可能是造成器官特異性過敏性疾病的原因。這些組織器官可能是長壽命IgE抗體分泌漿細胞的聚集處，且在外周循環中檢測到的IgE可能主要是來自于疾病部位。

圖3 IgE與B細胞、肥大細胞或嗜堿性粒細胞作用機制Fig.3 Mechanism of interaction between IgE and B cells,mast cells or basophilsNote: A.Interactions of membrane-bound IgE (mIgE) with CD23 on B-cells regulates soluble IgE (sIgE) production；B.Cross-linking of IgE bound to FcεRⅠ on mast cells or basophils by allergen,IgE autoantibodiy and autoreactive anti-IgE triggers the release of mediators,causing disease.

2.2.3與單核細胞、樹突狀細胞、B細胞表面受體作用促進抗原提呈 FcεRⅠ同樣介導抗原提呈，主要體現在單核細胞和DCs。攜帶抗原的IgE與單核細胞和DCs的FcεRⅠ結合后啟動抗原加工與呈遞[17]。此間，IgE的作用是至關重要的，不存在IgE時，抗原提呈效率將大大減低。由于單核細胞和DCs缺乏FcεRⅠβ，因此這些細胞中的FcεRⅠ信號傳導可能需要FcεRⅠ的重度交聯，這種信號傳導可以促進或抑制免疫刺激，這取決于環境因素，包括組織部位、鄰近細胞和細胞因子。基于其促進抗原提呈以及信號轉導的能力，有研究提出DCs和單核細胞上的FcεRⅠ通過增強T細胞免疫和炎癥來促成過敏性疾病[18]。

此外，抗原-IgE復合物可通過結合B細胞的CD23，繼而將抗原提呈給同源Th細胞，而不受B細胞受體的特異性限制，此過程稱為促進抗原提呈(Facilitated antigen presentation，FAP)。FAP是表位擴散的有效機制，即導致產生針對同一或不同抗原其他表位的抗體，誘發過敏性疾病惡化[6]。其余通過IgE受體介導抗原提呈的細胞見表1。

2.2.4IgE蛋白質網絡成員與細胞共同作用調節IgE水平 IgE在體內含量極低并且其水平受到嚴格調控，持續低水平且短暫的血清IgE特性可能有助于最大限度地減少IgE的交叉反應性，這在避免引發過度的過敏反應結果中十分重要。血液IgE通過DCs、單核細胞和巨噬細胞介導的胞吞作用部分清除，IgE與受體結合后被內吞并遞送至溶酶體，隨后被降解[19]。相比之下，B細胞的CD23不可介導血清IgE的清除，但可通過結合總IgE以減少血清游離IgE水平。有研究表明組織MCs可延伸跨越血管壁選擇性地從循環中獲取IgE，以確保IgE長時間維持于細胞表面并對抗原產生特異性即時應答，提示在速發型超敏反應中，感染或皮炎可能出現的局部血管通透性改變可能會進一步調節IgE負荷[20]。

此外，IgE受體本身及其游離形式可調節IgE的產生。如上所述，IgE與攜帶FcεR Ⅰ 的骨髓細胞(主要為APC)結合后依次作用于Th2及B細胞從而增加抗原特異性IgE的產生。IgE連接膜CD23經負反饋環抑制B細胞產生IgE。與此相反，sCD23通過CD21和mIgE的共連接增加IgE的產生[21](圖3B)。

3 IgE的臨床應用

國內外關于IgE與疾病及其嚴重程度的相關性研究眾多，除過敏性疾病以外，IgE與呼吸系統疾病如哮喘、結核病，與常見皮膚病如皮炎、濕疹，與結腸炎、腸應激綜合征等消化系統疾病，與SLE、特應性皮炎、BP、銀屑病等自身免疫病等均有涉及[22]。提示其可作為疾病診斷及監測的標志物，但仍需進行多中心、多樣本量的驗證。

關于IgE相關疾病的治療，前文提及的奧馬珠單抗已在我國獲批用于治療傳統藥物控制不佳的中重度過敏性哮喘、過敏性鼻炎、食物過敏或特應性皮炎[23-25]。然而，奧馬珠單抗并不是對所有患者均有效，昂貴治療費用也限制了它的應用。因此，研究者們正傾注大量精力探尋靶向IgE更有效且更經濟的方法，包括使用合成IgE肽疫苗以消除IgE、設計IgE阻斷肽、融合蛋白干擾IgE與FcεRⅠ的結合等[26,27]。此外，基于IgE抗體的癌癥免疫療法也正在研究中，在胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌的小鼠模型中證實，IgE可通過招募IgE相關效應細胞至腫瘤部位，介導抗體依賴的細胞介導的細胞毒性作用、吞噬作用、促進抗原攝取及提呈等方式殺傷腫瘤細胞[28]。