支气管哮喘与Th1/Th2失衡研究进展

【关键词】  哮喘

    ［关键词］哮喘; T淋巴细胞, 辅助诱导; 白细胞介素类

　　Progress in research on relationship between bronchial asthma and Th1/Th2 imbalance

　　许多研究表明，哮喘是一种免疫性疾病，其中T淋巴细胞控制着炎症反应［1］。近年来的研究认为辅助性T淋巴细胞（T helper cell, Th）两种亚型Th1、Th2的失衡是哮喘发病的重要机制［2］。Th1和Th2之间存在着交互调节的关系［3］，即Th1/Th2功能平衡。

　　1Th1/Th2平衡

　　1986年，Mosmann等［4］发现小鼠的CD4+T细胞株按产生细胞因子的类型和生物学功能，可分为Th1和Th2两种类型。之后，Maggi等［5］发现，人类也有类似小鼠的Th1和Th2亚群。

　　1.1Th细胞的产生  Th1和Th2是由同一Th前体细胞群分化而来，这种前体细胞可能属于尚未接受抗原刺激的静止Th细胞，被命名为Th0，它们分泌细胞因子，既产生IL2，又产生IL4。正常机体中，Th0按一定比例向Th1和Th2分化。Th2主要介导体液免疫应答，辅助B细胞合成IgE，主要负责非吞噬作用的宿主防御功能；Th1主要介导细胞免疫应答和迟发性超敏反应（炎症反应），并辅助B细胞产生与吞噬作用有关的抗体（IgM、IgG、IgA），但不产生IgE。两者以相互拮抗和自身促进的方式形成复杂有序的细胞因子网络，分别行使各自不同的生理功能，调节正常的免疫应答［6］。Th1和Th2之间的动态平衡对维持机体的正常功能十分重要［7］。

　　在完成分泌细胞因子的功能后，部分Th细胞逐渐凋亡，部分演变为记忆性T细胞。这些记忆性T细胞可长期存在，并维持Th1或Th2细胞形态和功能，再接受同种抗原刺激后，可分泌同种细胞因子。因此，一旦抗原特异性的Th2介导的免疫应答形成，可在肺等炎症部位长期存在［8］。

　　1.2Th细胞分化的基因调控 尽管对Th1、Th2细胞产生的分子机制仍未完全阐明，但近来的研究认为，对影响Th1、Th2分化的细胞因子微环境可以在转录水平进行调控，包括染色体重排、组织特异性转录因子及靶基因的激活［8］。Th1和Th2的分化方向受其特异的基因序列调控，不同的细胞因子、抗原种类和浓度及协同刺激分子决定了不同调控序列的激活，这一过程严格地受特异的转录因子的调节。表达于T淋巴细胞上的T盒(Tbox expressed in T cells, Tbet)、干扰素调节因子1 (interferon regulatory factor 1, IRF1)、信号转导与转录激活因子4（signal transducer and activators of transcription 4, STAT4）等是控制Th1分化的转录因子，它们可能通过结合目的基因的特异位点，诱导IL2、干扰素γ(interferon γ, IFNγ)等Th1细胞因子的基因表达或抑制IL4、IL10等Th2细胞因子的基因表达，从而驱使其向Th1功能分化偏移。而GATA3、STAT6等是控制Th2分化的转录因子，调节Th2细胞因子的基因表达，驱使其向Th2功能分化［9］。

　　Agarwal等［10］在研究T细胞亚群特殊细胞因子基因表达时提出，Th1或Th2细胞的分化主要通过两个步骤：一是T细胞在抗原刺激下，染色体结构发生重排，使Th2特异性转录因子GATA3接近转录的DNA序列；二是这些组织特异性的转录因子协同其它转录因子，如活化转录因子活化蛋白1 (activator protein 1, AP1)和活化T细胞核因子 (nuclear factor of activated T cell，NFAT)，诱导Th2细胞基因转录。NFAT也被证明可激活IL4的启动，在Th1和Th2中都存在。AP1在许多类型的细胞中都有表达，被证明在Th2源性细胞因子基因表达中起重要作用；在接下来的过程中，记忆性或效应T细胞在接触抗原激发后，转录因子如AP1快速诱导和协同已存在的转录因子如GATA3，激活Th2细胞内的IL4、IL5及IL13的基因转录。

　　GATA3是Th2细胞分化及Th1和Th2平衡的关键调节因子。GATA3作为转录因子，属于GATA转录因子家族。可结合WGATAR (W=A/T; R=A/G) DNA序列，WGATAR序列是进化上高度保守的锌指结构。GATA家族共有六个成员（GATA1~GATA6）。静止期Th细胞表达低水平的GATA3 mRNA，但GATA3在Th2细胞分化过程中，表达迅速上调，而在Th1细胞分化过程中下调［11］。Siegel等［12］首先阐述了GATA3在Th2源性细胞因子表达中的作用，认为GATA3的结合位点可能是IL5的启动子，但除IL5外，其它Th2源性细胞因子的GATA3结合位点尚未得到鉴定。

　　STAT6在Th2细胞分化的初始阶段起作用。STAT对特定的细胞因子有选择作用［13］，在细胞因子的作用下，Jak激酶家族磷酸化STAT，使STAT蛋白发生二聚化和核定位，从而诱导目的基因的转录。IL4和其受体结合可导致JakI和JakJ磷酸化STAT6，最终使IL4调节基因，如IL4R、FcR和MHCⅡ类分子基因转录［13］。IL13也可通过STAT6蛋白磷酸化启动靶基因的转录。

　　2Th1/Th2平衡与哮喘

　　自从Mosmann等［4］首先描述了小鼠T细胞亚群有Th1及Th2之分以来，许多学者聚焦于此来描述过敏。Th1/Th2平衡消长是机体免疫反应调节的基本方式，正常情况下，两者处于一种平衡状态，遗传变异及环境因素的变化可使两者的平衡优势改变，从而导致与Th1或Th2型反应有关的一些变应性疾病的发生发展［9］。许多研究证明，Th1/Th2平衡失调不仅在哮喘的发病，而且在整个炎症过程，乃至气道重建过程中，都起着非常重要的作用。

　　2.1哮喘形成于生命早期  很多研究证实哮喘形成于生命早期，由于在子宫内暴露于某种因素，反应性引起Th1/Th2比例关系趋向于Th2占优势［14］。一项在公立学校的学生中进行的调查显示：儿童中哮喘及喘病的高罹患率源于母亲怀孕期间的吸烟习惯［15］。对挪威奥斯陆出生的2 531名儿童进行的一次长达4年的队列人群调查结果显示：怀孕期间的子宫合并症（如产前出血、宫缩提前、胎盘机能不全及子宫生长受限）加大了儿童期患哮喘及过敏性鼻炎的危险性，而妊娠相关的合并症（如剧吐、妊高征及先兆子癫）却无此作用［16］。

　　2.2气道炎症过程  哮喘是一种下呼吸道的慢性炎症性疾病，它代表着炎症细胞与常驻细胞间错综复杂的相互作用。嗜酸性粒细胞(eosinophilic granulocyte, Eos)、肥大细胞(mast cell, MC)及淋巴细胞是哮喘时气道的主要炎症细胞。由CD4+T淋巴细胞介导的免疫应答在气道炎症进展中起到至关重要的作用。虽然机制复杂，但简而言之，哮喘的表现型实际上取决于CD4+T淋巴细胞的两个亚群――Th1及Th2细胞之间的平衡变化关系。不同类型的外界刺激引发机体不同类型的免疫防御，并且引起Th0细胞向Th1或Th2细胞分化。Th1细胞主要负责吞噬外来物及防御普通细菌感染；而当感染中遇到较大的病原体（如蠕虫）而不能被吞噬时，Th2细胞被激活。

　　人们观察到Th2优势是特应性哮喘形成及进展的关键性机制，但哮喘的表现型并非由Th2细胞数量的单独性升高决定，而是由于Th1/Th2比例关系趋向于Th2占优势。来源于Th1的细胞因子可抵消Th2细胞产生的细胞因子之作用，并可减弱过敏性炎症［14］。有研究发现，患儿发作期Th1/Th2比值升高明显，当哮喘呈恢复期时Th1/Th2比值下降，但高于正常儿童，并且Th2亚群数目越多，Th1亚群数目越少，哮喘的发病程度越重［17］。

　　Th1/Th2细胞之间处于相互抑制状态，正常情况下，Th1/Th2细胞处于恒定状态，哮喘患者Th1细胞功能下降，Th2细胞功能异常增高，导致大量炎症因子生成，包括细胞因子分泌紊乱，如IFNγ生成不足，IL4、IL5分泌增多，IgE、IgG4重链同种型转换，促进MC、Eos生长和分化。最终形成以IgE依赖为特征的速发型变态反应及以嗜酸细胞浸润为主的慢性气道炎症，即迟发型哮喘反应（late asthma reaction, LAR）［18］。

　　哮喘动物模型的研究进一步阐明了Th2细胞和哮喘的关系。有研究证实，Th2细胞可以在接触过敏原后激活炎症过程，引起Eos浸润和黏液的高分泌，并导致气道高反应性（airway hyperresponsiveness, AHR）［19］。

　　2.3气道重建 　气道重建（remodeling）又称气道重塑，是一个集合性术语，特指哮喘患者气道壁结构的改变不同于正常气道组织学改变，在哮喘患者气道中除有炎性细胞浸润外主要表现为上皮脱落、气道平滑肌层的增生和肥大及基底的增厚及其玻璃样变［20］。

　　有研究表明，Th1、Th2的失衡是肺部紊乱和肺纤维化的基本原因［21］。气道重塑是气道受到慢性炎症反复刺激的结果［22］，细胞因子、可溶性生长因子等在其中发挥重要作用。转基因大鼠高表达IL4、IL5、IL13和IL9等Th2源性的细胞因子，表现为同样的上皮炎症，主要是Eos浸润、黏液分泌增加、AHR和气道平滑肌细胞增生及胶原的沉积，提示Th2源性的细胞因子既可以引起气道炎症，也可以导致气道重塑的发生［23］。

　　3Th类细胞因子简介

　　Th细胞的两个亚群在形态上难以区分，主要以所分泌的细胞因子不同而分类［6］。Th1细胞能合成IL2、IFNγ，Th2细胞能合成IL4、IL5、IL6、IL10、IL13［4,24］，二者都能合成分泌IL3、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α, TNFα）、粒细胞单核细胞集落刺激因子（granulocyte macrophage colony stimulating factor, GMCSF）等，它们通过所分泌的细胞因子相互调节，以维持机体免疫功能的平衡。

　　3.1Th1类细胞因子  IFNγ是一种调节细胞功能的小分子多肽，IFNγ主要由活化的T细胞产生，人和小鼠IFNγ在DNA水平上有65%左右的同源性，在氨基酸水平上的同源性只有40%左右［25］。IFNγ可通过上调MHC抗原、B7免疫共刺激分子、细胞间黏附分子(intercellular adhesion molecule, ICAM)和凋亡结构（Fas和TNFα）等重要的细胞表面蛋白，并激活MΦ(macrophage)，直接抑制Th2细胞的发展或改变树突状细胞的活化和抗原提呈等机制来抑制Th2反应。

　　3.2Th2类细胞因子

　　3.2.1IL4  IL4可以由T细胞、MC、Eos、嗜碱性粒细胞产生，但主要以Th2细胞为主［6］。人与小鼠IL4在DNA水平上有70%的同源性，在氨基酸水平上，IL4前体蛋白从N端到第91位氨基酸以及从C端到第128位氨基酸，人与小鼠之间有70%的同源性，第91到128位氨基酸之间很少有同源性，这可能与IL4种属特异性有关［25］。

　　IL4在过敏性哮喘发生的各个环节均起重要作用［6］。（1）IL4促进Th0细胞发育、分化为Th2细胞，被认为是Th2转化的必需因子，并抑制Th1细胞的效应功能。（2）IL4又名B细胞生长因子、B细胞分化因子、B细胞刺激因子1。IL4在IgE的合成中至关重要。IL4诱导B细胞分化为浆细胞，进而产生IgE，参与哮喘变应性炎症的发生和发展。（3）IL4参与白细胞的浸润和募集，从而加重气道阻塞及炎症反应。（4）IL4又称肥大细胞生长因子。与干细胞因子（stem cell factor, SCF）共同促进前MC分裂、生长。促进成熟的MC表达FcεRⅠ及IgE依赖的组胺释放和IL13的产生。

　　3.2.2IL13  IL13主要由活化的Th2细胞分泌，活化的单核细胞、CD8+细胞、B细胞等也可分泌。IL13基因位于IL4基因上游12 kb处，两者有25%的同源性，结构上有许多相似之处，并且IL13与IL4有部分共同体，功能上也有类似之处。在IL4处于低水平或缺失的情况下，IL13是诱导IgE合成的主要因子［26］。

　　3.2.3IL5  IL5作用于小鼠B淋巴细胞和Eos，在人类似乎仅作用于Eos。IL5是促进嗜酸性粒细胞分化和成熟的重要因子［27］。