專注于胸膜疾病的基礎與臨床研究——施煥中教授團隊

施煥中

(首都醫科大學附屬北京朝陽醫院呼吸與危重癥醫學科 北京呼吸疾病研究所,北京 100020)

1 個人簡介

現任首都醫科大學附屬北京朝陽醫院呼吸與危重癥醫學科主任(圖1)，2019年入選“北京學者”。

圖1 施煥中教授

我1989年畢業于廣西醫科大學醫療系并留校工作，兩年后考取廣西醫科大學呼吸內科研究生，1994年獲得碩士學位后前往日本愛媛大學醫學部研修1年。1996年考上廣西醫科大學兒科呼吸專業博士生，讀博期間赴美國哈佛大學Beth Israel Deaconess Medical Center學習2年。2000年獲博士學位，畢業論文被評為2002年度全國優秀博士學位論文。2009年獲得國家杰出青年科學基金資助。

2009年2月,我從廣西醫科大學第一附屬醫院調往華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院工作，擔任呼吸與危重癥醫學科主任。2012年10月,調入首都醫科大學附屬北京朝陽醫院工作，擔任呼吸與危重癥醫學科主任。2020年7月起擔任首都醫科大學胸膜疾病臨床診療和研究中心主任。

本人自1994年開始從事呼吸疾病的免疫學機制和臨床研究，主要學術貢獻在于：(1)系統闡述惡性胸腔積液中多種Th細胞的免疫學特征，通過將淋巴細胞生物學引入胸腔積液的研究，為今后的研究工作開辟了新領域。(2)發現一類獨特的新型Th細胞亞群-Th27細胞，證實該細胞亞群通過影響胸膜間皮細胞(pleural mesothelial cell,PMC)在結核免疫過程中發揮重要調節作用。(3)提出白細胞介素27(interleukin-27，IL-27)是診斷結核性胸腔積液的可靠指標，其診斷效率優于已知的任何一種可溶性標志物。(4)系統探討可溶性介質如γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)、腺苷脫氨酶及多種腫瘤標志物對于鑒別診斷良惡性胸腔積液的臨床價值，為臨床使用這些診斷指標提供循證醫學依據。

作為通訊作者在AmJRespirCritCareMed、AmJRespirCellMolBiol、Thorax、Chest以及EurRespirJ等學術期刊發表論文80余篇。

2 主要學術貢獻

1994年以來，本人一直從事呼吸病學的臨床、教學和科研工作，圍繞呼吸疾病的臨床問題和免疫學機制提出了一系列具有創新思想的研究方案，系統開展胸膜疾病和氣道炎性反應的基礎和臨床研究并取得系列重要的成果(圖2)。

圖2 施煥中教授工作照

本人第1篇關于胸膜疾病的研究論文于2005年發表在AmJRespirCritCareMed，在過去15年中，本人一直專注于胸膜疾病的基礎和臨床研究。這些年來取得的科研成就如下:

2.1 通過將淋巴細胞生物學引入惡性胸腔積液(malignant pleural effusion，MPE)研究，為胸腔積液發生機制的研究開辟了新的領域。系統闡述了MPE中多種TH細胞的免疫學特性，并闡明其對MPE發生發展的影響，為開發干預MPE的新策略奠定了理論基礎(圖3)

圖3 惡性胸腔積液中不同Th細胞之間的相互作用

相比其他類型的胸腔積液，MPE具有更頑固而且難控制的特點，由肺癌轉移所致的MPE中位生存時間只有5.5個月。了解MPE的發生機制對于開發MPE的有效干預策略具有重要意義。該項目從T細胞免疫入手深入探索MPE微環境中多種免疫細胞之間的相互調節，免疫細胞與腫瘤細胞之間的相互作用，及其對MPE發生發展的影響。

1)發現MPE中的調節性T細胞可以明顯地抑制反應性T細胞的增生反應，調節性T細胞發揮免疫抑制活性有賴于CTLA-4協同刺激通路的參與。調節性T細胞因為抑制反應性T細胞從而促進肺癌細胞浸潤和擴散至胸膜，因此尋求影響其抑制活性有望改變MPE患者的轉歸和預后[1]。

在證實IL-16能夠動員CD4+T細胞浸潤到胸膜腔的基礎上[2]，發現MPE中的T細胞、巨噬細胞和腫瘤細胞產生大量的趨化因子CCL22，后者通過與外周血調節性T細胞表面相應的CCR4受體相結合從而將其募集到胸膜腔。這些資料提示，減少局部CCL22的產生或阻斷其效應，或封閉CCR4受體有望成為晚期癌癥患者的治療靶位[3]。

2)發現其他多種TH細胞包括TH17[4]、TH9[5]以及TH22細胞[6]可在MPE發生和分化，其所產生的相應的細胞因子影響肺癌細胞的增生、凋亡及遷移活性，并影響肺癌細胞與胸膜間皮細胞之間的黏附。

3)應用IFN-γ-/-和IL-17-/-小鼠的動物研究[7]顯示，IFN-γ通過減弱STAT3信號通路，進而抑制TH17細胞的發生和分化；而IL-17通過減弱STAT1信號通路進而抑制TH1細胞的發生和分化。IL-17抑制胸膜微血管滲漏從而抑制MPE的形成；相反，IFN-γ促進微血管滲漏從而促進MPE的形成。這些資料證實了本項目關于體內TH17和TH1細胞之間的相互作用及其對MPE轉歸的影響。

4)B細胞在免疫應答中的功能研究主要集中在探討B細胞分化為漿細胞產生抗體，介導抗原特異性體液免疫。本團隊的研究結果顯示，B細胞缺失小鼠的MPE中TH1細胞減少，TH17細胞增多，同時胸水量減少，生存期延長。將活化的初始B細胞回輸到B細胞缺失小鼠體內，可以增加MPE中的TH1細胞，降低TH17細胞，并縮短MPE小鼠的生存期[8]。該研究成果一方面可以加深人們對腫瘤浸潤性B細胞免疫學特征的認識，并有助于闡明晚期惡性腫瘤轉移的機制，深入了解惡性腫瘤微環境中炎性反應對免疫應答反應的影響；另一方面也揭示MPE發生的新機制。

5)IL-10是調節性B細胞發揮抑制作用最重要的介質。本團隊研究發現，IL-10缺失通過刺激TH1細胞分化及上調CXCR3-CXCL10信號通路從而動員TH1和TH17細胞浸潤到胸膜腔，最終減輕MPE的發生發展，并延長小鼠的生存時間[9]。本團隊最新的研究結果回答了IL-10是如何刺激TH1細胞分化的：IL-10通過調節miR-7116-5p/GPR55/ERK信號通路控制TH1細胞的分化，促進胸膜血管通透性增高、腫瘤血管生成以及腫瘤生長，進而促進MPE的形成[10]。

關于各種淋巴細胞的免疫學特征及其對MPE發生發展影響的系列研究成果，國際著名的胸膜疾病專家Georgios T.Stathopoulos教授發表專題述評予以正面推介[11]，并以一副彩圖高度概括本項目的主要發現，指出By introducing the new research field of lymphocyte biology in malignant pleural effusion, the work by Lin and colleagues presents the starting point for future studies and raises many questions(圖4)。

圖4 惡性胸腔積液中Th細胞與腫瘤細胞之間的相互作用

2.2 發現一類獨特的新型TH細胞亞群——產IL-27的CD4+T細胞，證實該細胞亞群在結核性胸腔積液(tuberculous pleural effusion，TPE)中發揮重要免疫調節作用；發現胸膜間皮細胞在體內具有呈遞抗原的能力，通過呈遞抗原刺激CD4+T細胞增生，促進TH細胞的發生分化。本部分工作揭示了多種TH細胞對胸膜結核感染過程的影響，加深人們對結核感染免疫及TPE發生機制的認識

我國是結核病高負擔國家，結核病的防控在將來相當長的時間內仍面臨嚴峻的挑戰，而早期診斷和及時治療對結核病的有效控制至關重要。TPE是最常見的肺外結核病之一，約占結核病總數的4%～10%。本團隊通過研究TPE免疫微環境中多種TH細胞的免疫學特征，揭示了TH細胞對胸膜結核感染過程的影響，為開發新的TPE診斷方法提供了豐富的理論依據。

1)發現胸腔結核桿菌感染時產IL-27的CD4+T細胞主要合成和釋放IL-27，也可產生少量的IFN-γ。TH27細胞的發生和分化所需要的核轉錄因子與TH2、TH17、TH9和TH22細胞完全不同，c-Fos和T-bet是其分化過程中必需的轉錄因子。通過激活STAT3信號通路，產IL-27的CD4+T細胞不僅可修復PMC損傷，還可以進一步逆轉PMC由IFN-γ介導的上皮細胞間質轉化的過程。本團隊的研究結果顯示，這些產IL-27的CD4+T細胞是一類獨特的新型TH細胞亞群，并在結核免疫過程中通過影響PMC而具有獨特的免疫學功能[12]。

在本團隊首次提出產IL-27的CD4+T細胞之后，日本免疫學家Katsuyuki Yui于2016年3月在Immunity發表的最新研究中確認了產IL-27的CD4+T細胞的存在，并證實這類細胞在瘧原蟲感染中具有調節作用[13]。

2)發現胸膜間皮細胞在體內具有呈遞抗原的能力，通過呈遞抗原刺激CD4+T細胞增生，促進TH細胞的發生分化。本部分工作揭示了多種TH細胞對胸膜結核感染過程的影響，加深人們對結核感染免疫及TPE發生機制的認識[14-15]。

由于在關于TH細胞參與胸膜結核感染免疫反應的系列研究中取得良好的學術積累，國際著名的結核病專刊Tuberculosis特邀本項目組撰寫專題綜述Subpopulations of helper T lymphocytes in tuberculous pleurisy[16]。

2.3 系統探討多種可溶性生物學指標對于鑒別診斷胸腔積液的臨床價值，為臨床提供新的診斷指標及確切的循證醫學依據，成果被寫入國內和歐洲關于胸腔積液診治的指南。率先將尖端可彎曲胸腔鏡(內科胸腔鏡)應用于臨床診斷胸腔積液，并為全國各地培訓了大量的專業人才，大大提高胸腔積液鑒別診斷的效能

胸腔積液病因復雜，不同類型胸腔積液的鑒別診斷一直是臨床實際工作面臨的難題。通過簡便易行的方式提高胸腔積液的診斷效率對于有效控制該組疾病至關重要。該項目系統探討了多種可溶性生物學指標對于鑒別診斷胸腔積液的臨床意義。

1)2012年，本團隊首次報道TPE中IL-27的濃度顯著高于MPE、感染性或漏出液中IL-27的濃度；特別重要的是，結果表明IL-27是診斷TPE的可靠指標[17]。因為能夠為人類疾病提供一種無創性的診斷指標，此事事關重大，本團隊重復了該項研究并得到了同樣的結果[18]。2016年，歐洲的研究者發表了1篇專題綜述，推薦將IL-27用于結核高負擔和低負擔國家TPE的診斷[19]。為了提供更確切的證據，本團隊第3次組織了大規模的前瞻性臨床研究，再次證明IL-27診斷TPE的靈敏度和特異度分別為96.1%和99.0%[20]。

2)基于自身的臨床研究資料，本團隊同時匯集國內外關于多種可溶性指標診斷TPE的研究成果，系統評價這些指標對于診斷TPE的臨床價值[17, 20-23]，為臨床應用這些指標提供循證醫學依據。

3)基于自身的臨床研究資料，本團隊同時匯集國內外關于多種可溶性指標診斷MPE的研究成果，系統評價這些指標對于診斷MPE的臨床價值[24-30]，為臨床應用這些指標提供循證醫學依據。

4)在此之前，國內外應用正電子發射計算機斷層顯像-電子計算機斷層掃描(positron emission tomography-computed tomography，PET-CT)診斷MPE時使用的都是單個指標，諸如可以采用病灶的標準攝取值(standardized uptake value，SUV)等。單個指標雖然有一定的參考價值，但靈敏度和特異度都不高，不能滿足臨床的實際需要。本團隊探討聯合應用多種PET-CT指標構建一個評分系統(PET/CT評分)，以期提高MPE的診斷效率。結果顯示，PET-CT評分診斷MPE的靈敏度為83.3%，特異度為92.2%，曲線下面積(area under curve,AUC)為0.949。結果表明，PET-CT評分為MPE患者提供了較為理想的診斷效率，明顯優于任何一個單獨的PET-CT參數[31]。

5)本團隊自2005年6月起在國內率先將尖端可彎曲胸腔鏡(內科胸腔鏡)應用于診斷胸腔積液。研究[32-34]結果顯示，內科胸腔鏡對于各種不明原因胸腔積液的總體診斷效率為92.6%，而對于TPE的診斷效率高達99.1%。同時為全國各地培訓了大量的專業人才，大大提高全國鑒別診斷胸腔積液的整體能力。

本團隊在闡述胸腔積液形成的免疫學新機制的基礎上開展胸腔積液鑒別診斷的臨床研究，揭示了胸膜腔局部環境中多種免疫細胞和結構細胞在此之前未為人知的諸多免疫學特征，提供了多項提高胸腔積液鑒別診斷效率的新方法及循證醫學依據，成果寫入國內和歐洲多個胸腔積液診治指南。研究成果直接在國內數十家大型綜合醫院推廣應用。主持制定了我國首部《惡性胸腔積液診斷與治療專家共識》，成為規范我國MPE診治的行業標準，有力推動了我國MPE的規范化管理。研究成果引領了我國胸腔積液研究和臨床診治技術的發展，推動了國際相關領域的科學進步，產生了重大的社會效益。

綜上所述，本團隊長期堅持呼吸內科的基礎和臨床研究，取得了一批重要研究成果：本人作為臨床一線大夫以通訊作者發表SCI收錄論文80余篇，其中6篇發表在呼吸醫學領域最具權威性的學術期刊AmJRespirCritCareMed。