多巴胺及其受體在哮喘發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

廖禮彬，吳 娜，姚雪萍

(新疆醫(yī)科大學(xué)1. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院組織胚胎學(xué)教研室、2. 第二附屬醫(yī)院、3. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院機(jī)能中心，新疆 烏魯木齊 830017)

哮喘是危害人類健康的常見(jiàn)慢性呼吸道疾病，兒童的發(fā)病率較高，且可遷延至成年，損傷肺功能影響生活質(zhì)量。1項(xiàng)2011～2018 年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)14歲以下兒童哮喘的患病率3.3%。其中4～6歲兒童哮喘患病率最高[1]。雖然兒童患病率最高，但老年哮喘(>65歲)的死亡率卻居各

收稿日期：2021-08-09，修回日期：2021-10-17

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金(No 2018D0C156)

作者簡(jiǎn)介：廖禮彬(1983- ),男，博士，講師，研究方向：神經(jīng)生物學(xué)，E-mail:hunanzero@126.com；

姚雪萍(1984- )，女，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：神經(jīng)生理學(xué)與呼吸生理學(xué)，通信作者，E-mail:55yaoxp@sina.cn

年齡段之首，約占哮喘死亡患者的50%[2]。目前認(rèn)為，哮喘的發(fā)病機(jī)制為氣道炎癥和高反應(yīng)性(airway hyper reactivity，AHR)。盡管使用舒張支氣管藥物和抗炎類藥物可以緩解哮喘急性期癥狀，但并不能治愈哮喘和顯著降低哮喘惡化進(jìn)程。科研和醫(yī)療工作者們多年來(lái)從炎癥因子相互作用、神經(jīng)調(diào)節(jié)失衡、上皮細(xì)胞和氣道平滑肌功能異常等方面入手，不斷探究哮喘更深層次的發(fā)病機(jī)制。多巴胺是人體重要的神經(jīng)遞質(zhì)，在呼吸道及哮喘機(jī)制的研究中歷經(jīng)興衰。最初人們認(rèn)為多巴胺的功能僅為促進(jìn)支氣管血管收縮，1970年，Aviado等[3]給貓、狗、兔子和山羊等靜脈注射多巴胺后，肺阻力略有上升。且這種增加可被支氣管中的α腎上腺素受體阻斷劑抑制。這種認(rèn)識(shí)局限使多巴胺在呼吸道和哮喘中的研究停滯多年。直至1995年，Kobayashi等[4]在兔肺組織切片中發(fā)現(xiàn)多巴胺D1樣受體。2013年，Gong等[5]在OVA誘導(dǎo)的小鼠哮喘模型中，使用了多巴胺DRD1受體拮抗劑(SCH23390)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠炎癥明顯減輕，氣道阻力降低。提示多巴胺受體可能在哮喘的發(fā)病中起著一定作用。

該綜述將從炎癥、肺部神經(jīng)失調(diào)、氣道上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞功能障礙等方面，介紹多巴胺及其受體在哮喘發(fā)病中的作用。

1 多巴胺受體與哮喘氣道炎癥

哮喘的組織學(xué)特征是杯狀細(xì)胞增生、支氣管黏膜炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、粘膜下層增厚和上皮細(xì)胞脫落。 輔助性T(Th)細(xì)胞在免疫功能紊亂中起重要作用，參與哮喘的發(fā)生發(fā)展。 Th細(xì)胞分為4種亞型：分泌干擾素(IFN-γ)的Th1、分泌IL-4的Th2、產(chǎn)生IL-17的Th17細(xì)胞和CD4+CD25+Foxp3型的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。Th17細(xì)胞可釋放IL-17，并可募集中性粒細(xì)胞(NEUs)，進(jìn)一步加重哮喘發(fā)作[6]。Treg細(xì)胞通過(guò)IL-10和TGF-β等細(xì)胞因子發(fā)揮作用，或通過(guò)細(xì)胞間接觸發(fā)揮作用。目前發(fā)現(xiàn)多巴胺受體在許多免疫細(xì)胞中均有表達(dá)，包括樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)和T細(xì)胞，但不同多巴胺受體在免疫應(yīng)答中的作用也是不同的，目前廣泛認(rèn)可的多巴胺受體有5種，根據(jù)是否激活cAMP將受體分為兩大類，D1樣受體，包括DRD1和DRD5;D2樣受體,包括DRD2、DRD3、DRD4等。DRD1和DRD2屬于低親和性受體，與多巴胺結(jié)合后具有促炎作用[7]，而DRD3和DRD5屬于高親和性受體，與多巴胺受體結(jié)合具有抗炎作用[8-9]。

1.1 多巴胺及受體促進(jìn)哮喘中Th17細(xì)胞活化原始T細(xì)胞也可以分化Th17細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。Th17細(xì)胞分泌的IL-17A刺激嗜酸性粒細(xì)胞， 也募集中性粒細(xì)胞，這些細(xì)胞影響氣道平滑肌[10]，加重哮喘癥狀。在OVA誘導(dǎo)的哮喘模型中，使用D1樣受體拮抗劑SCH23390，支氣管肺泡灌洗液中Th17細(xì)胞顯著減少，中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)減少，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)D1樣受體可增強(qiáng)B細(xì)胞激活轉(zhuǎn)錄因子活性，進(jìn)而增加Th17轉(zhuǎn)錄因子RORγt的表達(dá)。此外，D1樣受體拮抗劑抑制OVA哮喘中肺CD11c+抗原遞呈細(xì)胞產(chǎn)生IL-23[11]，D1樣受體拮抗劑SCH23390并不能區(qū)分DRD1和DRD5，所以在目前尚不能區(qū)分DRD5和DRD1在哮喘Th17激活中的作用。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，DRD5刺激小鼠CD4+T細(xì)胞促進(jìn)T細(xì)胞的活化，對(duì)Th17炎性表型的分化有重要作用[12]。同時(shí)移植了DRD5缺陷樹(shù)突狀細(xì)胞的小鼠在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)也顯示出Th17細(xì)胞浸潤(rùn)百分比顯著減少[9]。在屋塵螨(HDM)誘導(dǎo)的過(guò)敏實(shí)驗(yàn)中，DRD3缺乏導(dǎo)致呼吸道嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)加劇。DRD3介導(dǎo)的CD4+T細(xì)胞信號(hào)在效應(yīng)細(xì)胞系的平衡中起著關(guān)鍵作用，有利于CD4+T細(xì)胞的炎癥[10]。

1.2 多巴胺及受體抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞功能調(diào)節(jié)性T細(xì)胞是一種特殊的T細(xì)胞，在控制免疫穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。Treg分為自然調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和適應(yīng)性T細(xì)胞，自然調(diào)節(jié)性T細(xì)胞表現(xiàn)為CD4+CD25+T淋巴細(xì)胞(Tregs)，還表達(dá)特征性轉(zhuǎn)錄因子Foxp3。Treg細(xì)胞在哮喘中的主要功能是負(fù)性調(diào)節(jié)Th1、Th2和Th17細(xì)胞，以防止Th細(xì)胞過(guò)度活躍[13]。因此，Treg細(xì)胞的過(guò)度耗竭被證明會(huì)加重小鼠哮喘[14]。研究發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞中存在多巴胺能系統(tǒng)，不僅DRD1和DRD2受體在Treg細(xì)胞有表達(dá)，促進(jìn)多巴胺生成的酪氨酸羥化酶在Treg細(xì)胞中也有表達(dá)，多巴胺或選擇性D1樣受體激動(dòng)劑通過(guò)激活Tregs中的D1樣受體，導(dǎo)致Tregs的抑制，從而減弱其抑制效應(yīng)T淋巴細(xì)胞(TEFs)的能力，結(jié)果TEFs被激活。因此，多巴胺可以激活Treg細(xì)胞的D1樣受體，并通過(guò)這種方式間接激活TEFs[15]。

1.3 多巴胺及受體對(duì)Th1/Th2分化的影響靜息期的Th細(xì)胞即CD4+T細(xì)胞受到外界或細(xì)胞因子刺激后會(huì)向Th1或Th2分化，Th1促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化，參與細(xì)胞免疫。Th2釋放IL-4、IL-5和IL-13細(xì)胞因子等參與體液免疫。在過(guò)敏性哮喘患者中，樹(shù)突狀細(xì)胞在激活原始T細(xì)胞中起著至關(guān)重要的作用。Th2細(xì)胞釋放多種促過(guò)敏性炎癥因子，這些炎癥因子激活嗜堿性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞，增加哮喘患者氣道粘液分泌[16]. IL-5能刺激嗜酸性粒細(xì)胞的產(chǎn)生，促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞的分化、增殖和存活. IL-13具有與IL-4相似的功能，能提高氣道高反應(yīng)性。樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)可以合成和儲(chǔ)存多巴胺，DC通過(guò)DC-T細(xì)胞相互作用向原始CD4細(xì)胞釋放多巴胺，并影響輔助性T細(xì)胞的分化[12]。用D2樣受體拮抗劑舒必利和奈莫那普利處理樹(shù)突狀細(xì)胞后，在這些樹(shù)突狀細(xì)胞和同種異體原始CD4之間的混合淋巴細(xì)胞反應(yīng)中，誘導(dǎo)T細(xì)胞分泌IL-5、IFN-γ。相反，特異性D1樣受體拮抗劑SCH-23390處理樹(shù)突狀細(xì)胞后， IL-5、IFN-γ分泌率降低，表明D1樣受體拮抗劑使T細(xì)胞的反應(yīng)轉(zhuǎn)向Th1。此外，D2樣受體拮抗劑不影響DC上CD86的表達(dá)水平以及IL-12的分泌[17]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人類的肺發(fā)育過(guò)程中，交感神經(jīng)經(jīng)歷了多巴胺能到腎上腺素能的轉(zhuǎn)換，在過(guò)敏原暴露的小鼠模型中，多巴胺DRD4通路增加了幼鼠肺部的Th2炎癥。這些可能部分解釋了幼兒易患哮喘的原因[18]。

2 多巴胺與肺部神經(jīng)調(diào)節(jié)

肺組織存在大量的感覺(jué)神經(jīng)纖維，當(dāng)氣道受到各種刺激時(shí)，感覺(jué)神經(jīng)纖維可以啟動(dòng)保護(hù)性反射，如咳嗽、氣管收縮。肺部神經(jīng)的調(diào)控作用包括改變氣道張力、粘液分泌、炎癥等。哮喘患者在小氣管周圍有更密集的神經(jīng)纖維網(wǎng)，且對(duì)空氣中刺激物的反應(yīng)閾值降低[19]。AHR是哮喘的特征表現(xiàn)，雖然氣道炎癥一直被認(rèn)為是AHR的主要驅(qū)動(dòng)因素之一，但許多證據(jù)表明神經(jīng)活動(dòng)和炎癥細(xì)胞與氣道神經(jīng)之間的相互作用才是AHR發(fā)生的關(guān)鍵因素[20]。免疫細(xì)胞可以合成并釋放神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)節(jié)劑等物質(zhì)，包括乙酰膽堿、多巴胺和其他兒茶酚胺，在局部免疫調(diào)節(jié)和更復(fù)雜的神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)通路中起作用。模式識(shí)別受體(PRRs)受體(包括Toll樣受體(TLRs)和細(xì)胞因子受體(cytokine receptors，PRRs)不僅在免疫細(xì)胞上有表達(dá)，在神經(jīng)元上也被證實(shí)存在，為病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)同時(shí)調(diào)節(jié)免疫和神經(jīng)元功能[21]。大腦中星形膠質(zhì)細(xì)胞上的DRD2受體可以通過(guò)αB-晶體蛋白(CRYAB)調(diào)節(jié)先天免疫，使用DRD2激動(dòng)劑喹吡羅可以減輕神經(jīng)毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導(dǎo)的小鼠慢性炎癥[22]。在OVA誘導(dǎo)的哮喘中，感覺(jué)神經(jīng)元部分通過(guò)血管活性腸肽-垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽受體(VIP-VPAC2)軸驅(qū)動(dòng)CD4+和ILC2細(xì)胞產(chǎn)生IL-5等細(xì)胞因子，而產(chǎn)生的細(xì)胞因子又可以反向激活感覺(jué)神經(jīng)元[23]。在呼吸道中，多巴胺除了作為去甲腎上腺素前體外，還作為神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮作用。 人樹(shù)突狀細(xì)胞和Treg細(xì)胞選擇性表達(dá)酪氨酸羥化酶,可以催化酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)槎喟桶?并釋放到組織間隙[15]。DRD1信號(hào)通過(guò)第二信使環(huán)磷酸腺苷(cAMP)負(fù)性調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體，cAMP與NLRP3結(jié)合并通過(guò)E3泛素連接酶MARCH7促進(jìn)其泛素化和降解[7]。

3 多巴胺與氣道上皮和平滑肌功能

最初人們認(rèn)為多巴胺受體只存在于肺組織血管上， 1995年，Kobayashi等[4]在兔肺組織切片中發(fā)現(xiàn)多巴胺D1樣受體，提示多巴胺可能在呼吸系統(tǒng)中有著更復(fù)雜的作用。最近的一項(xiàng)研究表明多巴胺D1樣受體拮抗劑SCH23390可以抑制乙酰膽堿收縮大鼠氣管環(huán)多巴胺的支氣管擴(kuò)張作用[23]，表明多巴胺D1樣受體在氣道平滑肌上有表達(dá)，通過(guò)激活細(xì)胞內(nèi)cAMP的多種潛在信號(hào)通路誘導(dǎo)支氣管擴(kuò)張。

Fig 1 Dopamine and dopamine receptor in pathogenesis of asthma

同時(shí)也有研究者發(fā)現(xiàn)氣道平滑肌上存在DRD2受體，通過(guò)cAMP調(diào)節(jié)氣管舒張[24]。

氣道上皮是氣道屏障的第一道防線，在啟動(dòng)宿主防御和控制免疫應(yīng)答中起著重要作用。在哮喘基因組篩查和全基因組關(guān)聯(lián)(GWA)研究中發(fā)現(xiàn)了眾多哮喘相關(guān)的基因和基因位點(diǎn)都在氣道上皮細(xì)胞表達(dá)[25]. 這說(shuō)明氣道上皮在健康個(gè)體和哮喘病理學(xué)中的重要性。氣道上皮為假?gòu)?fù)層單層柱狀上皮，由纖毛細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、刷細(xì)胞、基細(xì)胞和小顆粒細(xì)胞等組成。纖毛細(xì)胞與粘液可將吸入的顆粒包裹在分泌的粘液中，纖毛將其向上輸送到口腔，然后被吞咽或咳出，這被稱為粘液纖毛清除系統(tǒng)。粘液成分尤其是粘蛋白的表達(dá)差異已被證實(shí)與哮喘的發(fā)病及死亡率相關(guān)[26]。粘蛋白是一種異質(zhì)性糖蛋白由MUCIN編碼，目前發(fā)現(xiàn)的粘蛋白已有21種，其中存在于呼吸道的主要為3種，氣道上皮細(xì)胞和杯狀細(xì)胞通常表達(dá)MUC5AC ，而黏膜下腺體的黏膜細(xì)胞主要表達(dá)MUC5B，它們對(duì)粘液的粘彈性和功能特性起著重要作用。哮喘患者的氣道高反應(yīng)性與MUC5AC的表達(dá)有密切關(guān)系[27]。多巴胺D1樣受體激動(dòng)劑SK83959可明顯加重OVA致敏小鼠的支氣管粘液分泌[5]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在氣道上皮細(xì)胞中也存在DRD1受體的表達(dá)，激活DRD1刺激人氣道上皮細(xì)胞產(chǎn)生cAMP、CREB磷酸化進(jìn)而促進(jìn)MUC5AC的mRNA和蛋白表達(dá)[28]。

哮喘的發(fā)生是復(fù)雜的病理和病理生理過(guò)程，包括各類炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)、炎癥因子的相互作用、上皮細(xì)胞損傷以及氣道重塑。多巴胺及其受體在炎癥細(xì)胞上表達(dá)差異，影響著多種炎癥細(xì)胞活化及炎癥介質(zhì)的釋放，同時(shí)也影響著氣道粘液分泌和平滑肌的收縮(見(jiàn)Fig 1)。這為哮喘患者多巴胺的用藥，提供了更全面的思考。同時(shí)也提示，開(kāi)發(fā)吸入性的肺部特異性多巴胺受體阻斷劑或激動(dòng)劑，或許能夠控制和減輕哮喘患者癥狀。