激素抵抗性哮喘發病機制的研究進展

吳戈，兀威

(1.西安醫學院全科醫學院，西安 710077； 2.西安醫學院第二附屬醫院呼吸內科，西安 710038)

隨著全球化工業文明及生活方式的變化，支氣管哮喘(簡稱哮喘)的患病率呈逐漸增加的趨勢，使個體及社會的發展面臨嚴峻的挑戰[1]。雖然糖皮質激素的廣泛應用使哮喘的臨床癥狀得到有效控制，但仍有少部分患者的癥狀改善遠未達到臨床控制的標準，即為激素抵抗性哮喘(steroid resistant asthma，SRA)，SRA嚴重影響患者的生活質量，甚至威脅到患者的生命[2]。據統計，SRA約占哮喘的10%，但這僅是部分地區的發病率，我國和全球范圍的發病率尚無準確的統計[3]。目前，糖皮質激素聯合β2受體激動劑已成為治療哮喘和控制氣道炎癥的主要藥物，但仍有少數患者對糖皮質激素治療的反應較差，臨床癥狀控制效果欠佳。此類患者即使加大劑量或長期使用糖皮質激素，其癥狀、肺功能也無顯著改善，而嚴重的、激素不良反應的發生率仍較高，這類對糖皮質激素敏感性低的哮喘類型即為SRA[4]。研究顯示，中、重度哮喘患者中的免疫炎癥反應是由非嗜酸粒細胞介導的，而且這種炎癥反應與輔助性T細胞(help T cell，Th)1/Th17的免疫應答增高有關[5-6]。另外，糖皮質激素受體(glucocorticoid receptor，GR)數量和結構的變化、非典型致病菌的感染等也是SRA的發病機制之一?，F就SRA發病機制的研究進展予以綜述。

1 Th細胞在SRA中的作用機制

1.1Th17細胞 經典的哮喘發病的主要細胞分子機制建立在Th1/Th2細胞失衡的基礎上，進而導致一系列炎癥因子生成失衡，從而引發哮喘。Th17細胞是一類新近發現的Th細胞，因Th17細胞主要分泌特征性的細胞因子——白細胞介素(interleukin，IL)-17，而被命名為Th17細胞。Th17由調節性T細胞在IL-6 和IL-23等細胞因子的作用下，通過級聯信號轉導的導引分化而成[7]。研究發現，視黃酸相關孤兒核受體γt能夠特異性誘導調節性T細胞向Th17細胞分化[8]。成熟的Th17 細胞主要產生IL-17，在哮喘的發病中發揮重要作用。同時，Th17細胞通過自身分泌的數種細胞因子參與多種自身免疫性疾病的發生發展，如IL-9、IL-23、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子等，這些細胞因子具有很強的促炎作用，尤其是IL-17A/F 在炎癥性疾病的發生、發展中發揮重要作用[9]。

Th17細胞及其產生的細胞因子參與SRA氣道炎癥和氣道高反應性(airway hyperresponsiveness，AHR)的發生。臨床證據表明，部分SRA患者氣道黏膜炎癥細胞與通常的激素敏感性哮喘明顯不同，在SRA患者的氣道中可見大量中性粒細胞浸潤，而非經典哮喘患者通常是嗜酸粒細胞浸潤[10]。IL-17對成纖維細胞、氣道上皮細胞及氣道平滑肌細胞等也有顯著的誘導活化作用，活化后的Th17細胞可分泌大量的IL-8和粒細胞集落刺激因子等細胞因子，這些炎癥因子可促進中性粒細胞的分化及成熟，同時IL-8還是目前已知的、最強的中性粒細胞趨化因子，可促進氣道炎癥的發生、發展[11]。IL-17和IL-17F能誘導肺上皮細胞等分泌炎癥因子和趨化因子，如CXC趨化因子配體[chemokine (C-X-C motif) ligand，CXCL]1/重組人生長調節致癌基因α、CXCL2和IL-8，從而誘導中性粒細胞浸潤[12]。中性粒細胞性哮喘患者的氣道中核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3和胱天蛋白酶1水平均顯著升高，同時存在IL-1β反應過度以及Th17細胞分化和IL-17過量產生，這些均與AHR和嚴重哮喘表型相關[13]。

1.2Th9細胞 Th9細胞是由Th0細胞分化而來，是哮喘發病中重要的炎癥細胞[14]。經過卵蛋白激發，且經過地塞米松(examethasone，Dex)預處理后，由Th2細胞介導的哮喘氣道炎性小鼠肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中的嗜酸粒細胞數量顯著減少，而Th9細胞介導的氣道炎癥不受Dex的影響，BALF中的嗜酸粒細胞數量并未減少，提示Th9細胞可能參與類固醇抗性哮喘的發病機制[15]。有研究分別以Th2細胞和Th9細胞介導氣道炎癥小鼠模型，并通過卵蛋白特異性抗原誘導嗜酸粒細胞在小鼠肺內的大量積聚和AHR；通過Dex治療后，Th2細胞介導的哮喘小鼠BALF中嗜酸粒細胞的數量顯著降低，而以Th9細胞介導的哮喘小鼠BALF中嗜酸粒細胞的數量則無顯著變化[16]。因此，在體外通過Dex處理可減弱Th9細胞中抗原誘導的IL-9表達，且Th9細胞介導的氣道炎癥不受Dex的影響。這一機制與Th17細胞相關的氣道中性粒細胞募集不同，提示Th9細胞可獨立誘導哮喘患者對糖皮質激素的抵抗。

2 GR異常介導SRA的分子機制

2.1GR表達減少 在變應原誘發的哮喘患者BALF中，轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)水平顯著增加，而這種細胞因子由氣道上皮細胞分泌；研究顯示，TGF-β1能夠使激素受體的表達下調，從而降低氣道上皮細胞對激素的反應，但并不影響GR與激素的結合能力[17]。研究發現，GR的多態性與激素抵抗具有密切關系，核受體亞家族3C組成員1基因突變所誘發的GR功能缺陷是家族性SRA發病的重要基因特征[18]。與GR功能密切相關的維生素D受體基因，其亞型FokI和ApaI的表達在激素抵抗患者中均顯著增高，且表達增高與血中維生素D水平呈負相關[19]。

2.2GR亞單位表達增加 GRα亞單位(GRα)在體內廣泛分布，GRα的主要功能是誘導和抑制靶基因表達。GRβ亞單位(GRβ)是GRα介導的反式激活和反式阻抑的主要負性抑制劑。某些促炎細胞因子可上調GRβ的表達，而GRβ與GRα競爭性地結合激素反應元件，減弱了GRα的生理功能，這可能是SRA發生的主要原因之一[20]。有研究通過支氣管鏡行支氣管組織活檢取得SRA患者的上皮細胞，結果發現，GRβ信使RNA表達水平顯著升高，GRβ在上皮細胞中的表達亦顯著增加，提示在SRA患者中存在GR向GRβ表達明顯偏移的現象[21]。有研究對健康人群、輕度哮喘患者及SRA患者血中單核細胞GRα與GRβ的檢測發現，SRA患者單核細胞GRβ水平顯著增高，而GRα水平與SRA患者的年齡呈負相關[22]。

2.3GR核轉位及結合缺陷 GR存在較多的修飾位點，受體的異常修飾可影響糖皮質激素的活性。研究發現，IL-2和IL-4在SRA患者中的分泌顯著增多，且經過IL-2和IL-4處理的單個核細胞表現出對類固醇不敏感的細胞學特征，通過抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPK)可使激素不敏感性的單個核細胞恢復對激素的敏感性，而且受損的GR核轉位與皮質類固醇敏感性及疾病嚴重程度的喪失有關[23]。另一方面，p38 MAPK通過磷酸化未配體的GR并將其隔離在細胞質中導致了激素抵抗的發生[24]。有研究對健康人群、非重度哮喘患者以及重度哮喘患者氣道平滑肌細胞的檢測，發現哮喘患者GR的表達較健康人群下降49%，而且氣道平滑肌細胞中核轉位受損的GR表達降低，這與Dex介導的依賴核因子κB基因啟動子的p65募集減弱相關，可能是嚴重哮喘對激素抵抗的基礎[25]。對糖皮質激素作用的分子機制進行研究發現，MAPK磷酸酶-1表達降低和c-Jun氨基端激酶活性增加均可使GR的磷酸化水平升高，而腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及其他炎癥細胞因子可通過活化c-Jun氨基端激酶，直接磷酸化GR上的絲氨酸，從而抑制GR與激素反應元件結合[26]。此外，GR的激活抑制了信號轉導及轉錄激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)5和STAT5的上游激活物——Janus激酶3信使RNA的表達，在細胞質中STAT5結合GR并阻止GR核易位，此作用可逆轉類固醇激素的抵抗[27-28]。

3 感染導致的SRA

3.1真菌感染導致的SRA 真菌暴露可增強過敏原驅動的Th2型反應，促進嚴重過敏性哮喘的發生，但該作用與真菌致敏無關，可采用β-葡聚糖和中和IL-17A來消除。此外，真菌感染所致的SRA，其特征包含了Th2細胞和Th17細胞反應以及IL-13+IL-17+CD4+產生的雙重T效應細胞，SRA依賴于真菌誘導的Th17細胞反應，因為在IL-17RC-/-小鼠中恢復了對激素的敏感性[29]。在哮喘患兒中，真菌暴露與血清IL-17A和哮喘嚴重程度增加有關；同時，真菌是有效的免疫調節劑，對哮喘具有強大的促進作用，而這一作用不依賴于真菌的抗原性[30]。將野生型小鼠暴露于交鏈孢菌，其表現出嗜酸粒細胞為主的Th2型炎癥反應，暴露于交鏈孢菌的IL-4、IL-13和STAT6缺陷小鼠主要表現為中性粒細胞反應[31]。STAT6-/-小鼠的中性粒細胞性哮喘伴有TNF-α、CXCL1、CXCL2和CXCL5等在肺組織表達水平的升高，且具有激素抵抗性的特點[32]。這些研究表明，阻斷Th17細胞信號僅部分減少了氣道中性粒細胞數和炎癥程度，在Rag和CD4缺陷的小鼠中可見氣道中性粒細胞增多，表明抑制中性粒細胞反應依賴于T細胞產生Th2細胞因子，且氣道中性粒細胞增多主要是對變應原的先天反應。

3.2非典型致病菌引發的SRA 非典型致病菌是臨床感染的重要致病菌，而且在社區獲得性肺炎感染中比例逐年增高[33]。研究發現，肺炎衣原體感染與哮喘的發病機制密切相關，導致哮喘免疫反應改變，類固醇抵抗和敏感哮喘患者外周血單核細胞肺炎衣原體血清狀態與某些細胞因子的產生具有相關性，在肺炎衣原體血清陽性患者中可檢測到明顯的自發性IL-10分泌，激素抵抗的患者IL-10分泌水平顯著高于激素敏感患者；此外，抗類固醇血清反應陰性的患者，在抗原刺激下產生的IL-10水平顯著高于抗類固醇血清反應陽性的患者[34]。有研究采用衣原體和流感嗜血桿菌感染哮喘小鼠，然后采用克林霉素和阿莫西林給予抗感染治療，僅克拉霉素可抑制SRA的氣道炎癥和AHR，這種作用是通過降低TNF-α和IL-17水平來實現的[35]。這是因為只有克林霉素可以殺滅肺炎衣原體，而阿莫西林不具有此作用。

3.3病毒感染引發的SRA 甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒可誘發哮喘小鼠1型和2型免疫反應，導致嗜酸粒細胞和中性粒細胞在氣道聚集，并表現出激素抵抗及AHR的特點[36]。感染?？蓪е卵醒装Y細胞增多，而這種炎癥細胞以中性粒細胞和淋巴細胞為主，而且依賴于Th1和Th17細胞反應，這可能是病毒感染誘發SRA的機制之一[5]。

4 其他因素

4.1細胞因子與SRA 研究發現，激素不敏感性哮喘患者BALF中的胸腺基質淋巴細胞生成素較激素敏感性哮喘患者顯著增高，同時IL-7與胸腺基質淋巴細胞生成素通過MAPK激酶和STAT5信號通路激活對激素的抵抗[37]。IL-25和IL-33也通過不同的信號通路介導了激素治療的敏感性[38]。一項研究表明，在柴油燃燒顆粒物誘導的哮喘小鼠模型中，那些表現出對激素不敏感的小鼠血漿中IL-33水平均顯著增高，從另一方面提示IL-33與激素抵抗具有密切的關系[39]。

4.2肥胖及脂代謝 亞油酸是一種多不飽和脂肪酸，與哮喘和糖皮質激素敏感性有關。在哮喘小鼠模型中，13-S-羥基亞油酸可誘導線粒體功能障礙，同時伴有嚴重的氣道阻塞和中性粒細胞性氣道炎癥，研究顯示，攝入13-S-羥基亞油酸可導致原來對激素敏感的哮喘小鼠產生激素抵抗，而給予亞油酸治療進一步增加了AHR和杯狀細胞化生[40]。13-S-羥基亞油酸誘導的激素抵抗與小鼠中上皮細胞磷酸化核因子κB的增加及GRα轉錄物水平降低有關，由于13-S-羥基亞油酸是一種天然代謝產物，可能是肥胖或消耗高脂肪飲食哮喘患者激素抵抗的重要原因[41]。Singh等[42]研究發現，使用高脂飲食誘導的肥胖小鼠被屋塵螨致敏時顯示出激素抵抗的特征，Dex治療不能降低高脂肪喂養的哮喘小鼠的AHR、氣道重構及氣道炎癥；此外，這些高脂肪喂養的小鼠顯示出精氨酸酶活性及誘導型一氧化氮合酶表達的增加，而Dex干預的非肥胖哮喘小鼠誘導型一氧化氮合酶和精氨酸酶Ⅰ的表達均降低。由此推測，激素抵抗的肥胖哮喘患者的發病機制可能源于一氧化氮代謝的改變及其誘導的氣道重構。

5 小 結

SRA的發病機制涉及多種細胞和基因調控因子，而且GR的構象改變及其基因表達的多態性也是SRA重要的發病機制。維生素D受體基因的多態性也參與SRA的發病。真菌、肺炎衣原體及病毒呼吸道感染也可誘發SRA。感染所致的SRA多與啟動氣道中性粒細胞募集及Th17細胞的過度反應有關。此外，IL-25、IL-33及脂質代謝與SRA密切相關，尤其是高脂飲食和肥胖將會增加哮喘患者對激素的抵抗性?？傊?，進一步加強對SRA發病機制的研究，有助于尋找更為有效的治療方法。