免疫炎症反应在慢性阻塞性肺疾病频繁急性加重表型中的作用

叶蕊 王翠红 赵立 孙朋波 白爽 朱丽华

中国医科大学附属盛京医院呼吸内科，沈阳110004

COPD是一种复杂和异质性疾病，其异质性在于不是所有机制都同时出现在同一患者中，导致它们的临床预后(症状、急性加重、对治疗的反应、疾病进展速度或死亡)的不同，根据患者个体差异间的属性，将COPD分为不同表型，包括慢性支气管炎表型、肺气肿表型等[1]。频繁急性加重表型是Hurst等[2]在纵向评估COPD预测临床终点的研究(Evaluation of COPD Longitudinally to Identify Predictive Surrogate Endpoints，ECLIPSE)中提出，2017年GOLD中也提出COPD频繁急性加重表型为每年具有2次或2次以上的急性加重[3]，与非频繁急性加重表型相比，频繁急性加重表型患者的生活质量差、病死率增加、肺功能下降明显、预后差[4]。对于COPD频繁急性加重表型的发病机制的研究处于起步阶段，目前研究表明主要与持续性的气道和系统性炎症的增加、下呼吸道细菌定植的改变、对病毒感染的易感性增加及遗传易感性等方面有关，这其中都涉及了免疫炎症反应。免疫反应分为非特异性免疫反应和特异性免疫反应。非特异性免疫亦称固有免疫(innate immunity)，构成人体防卫功能的第一道防线。特异性免疫反应按介导效应反应免疫介质的不同可分为致敏T细胞介导的细胞免疫反应和抗体介导的体液免疫反应。因此，本文对于COPD频繁急性加重表型在免疫机制的研究进展进行综述。

1 固有免疫反应与频繁急性加重

固有免疫是以非特异的方式抵御外来感染，通过模式识别受体对病原体的识别，引起炎症因子的释放。

1.1 肺内微生物与频繁急性加重 随着分子生物学的发展，微生物不仅依赖于培养，也可以被他们的基因序列识别，称为16S rRNA技术。国外研究者通过采集正常人和COPD患者的支气管肺泡灌洗液，采用16S r RNA技术检测得出COPD患者标本中含有更多的流感嗜血杆菌[5]，慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive disease，AECOPD)最常见致病菌包括流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、肺炎链球菌和铜绿假单胞菌[6]。流感嗜血杆菌是COPD急性加重最常见的微生物[7]。研究显示COPD稳定期患者的下呼吸道细菌定植量越高，其急性发作的次数也越多[8]。最近研究显示频繁急性加重表型COPD患者下呼吸道细菌定植较非频繁急性加重表型增多，主要是铜绿假单胞菌、肺炎链球菌和流感嗜血杆菌[9]，但也有研究在诱导痰中检测两组定植菌的数量和种类无明显差异，而是在频繁急性加重表型组中发现较多白色念珠菌，但可能与表面激素应用有关[10]。随着肺内微环境的变化，COPD中细菌的定植也出现显著变化，通过微生物分析技术可以观察不同微生物之间的相互作用，研究显示在COPD急性加重期间，鼻病毒作为诱导剂，使肺内变形杆菌增多，呼吸道菌群发生变化[11]。长期抗生素应用如阿奇霉素，可减少肺内微生物的数量，特别是细菌的繁殖和气道微生物的移位，从而减少COPD的急性加重[12]。

1.2 模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)与频繁急性加重 PRR可以识别来源于微生物上具有保守结构的分子，这类分子被称为病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)，从而启动固有免疫应答反应的一系列信号传递。这些受体包括Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)、膜连接的C型凝集素样受体(C-type lectin receptors，CLRs)、存在于胞浆中的NOD样受体(NOD-like receptors，NLRs)和视黄酸诱导基因Ⅰ样受体(RIG-I-like receptors，RLRs)。TLR2通过与TLR1形成二聚体后能够识别G-菌的三酰脂肽，TLR2还可与TLR6形成二聚体来识别G-菌的二酰脂肽，TLR4在髓样分化蛋白2(myeloid differentiation protein-2，MD-2)和CD14的辅助下识别G-菌的脂多糖[13]，TLR5识别细菌的鞭毛蛋白，TLR9识别病原体核酸中含有未甲基化的Cp G-DNA分子，并且对糖-磷酸骨架中的DNA也十分敏感[14]。此外，通过某些宿主蛋白的释放，如颗粒体蛋白(granulin)，使TLR9对病原体中CpGDNA的识别更为敏感[15]。TLR7在溶酶体内便能够识别B族溶血性链球菌的RNA[16]。TLR10、TLR11和TLR12可以识别肌动蛋白样分子[17]；TLR3可识别病毒的双链RNA，研究显示频繁急性加重表型中TLR3具有高表达，但未发现对应潜质病原学的差异[10]。也有研究发现在呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus，RSV)感染的COPD急性加重患者痰液中TLR3是高表达，但与炎症因子(包括IL-6、降钙素原、白细胞)关系不密切[17]。

1.3 炎症因子与频繁急性加重 CD146最早发现于黑色素瘤，又名黑色素瘤黏附分子(melanoma cell adhesion molecule，Mel-CAM，MCAM)，1996年Bardin等[18]首次发现在内皮细胞中表达，被视为内皮细胞标志物，后发现CD146在多种细胞中表达包括活化T细胞，介导内皮细胞之间及内皮细胞与基质之间的黏附，参与细胞信号途径传导及免疫过程等。近期研究发现CD146在频繁急性加重表型患者血清中也存在高表达，考虑与内皮受损和免疫反应相关[4]。IL-6可由气道巨噬细胞和上皮细胞产生，IL-8由气道巨噬细胞和中性粒细胞产生，IL-15可由活化的单核、巨噬细胞、表皮细胞和成纤维细胞等多种细胞产生，研究发现每年急性加重次数大于三次的COPD患者诱导痰中IL-6和IL-8明显高于每年急性加重次数小于2次的患者[19]。在连续3年随访中每年急性加重次数均大于1次的COPD患者与每年均无急性加重的患者相比较，急性加重次数变化的因素与血清中高水平的IL-8和低水平的IL-15，以及增高的血管细胞黏附因子1(vascular cell adhesion molecule 1，VACM-1)明显相关，但与血清中嗜酸粒细胞数量无关[20]，但有研究发现在已经戒烟的COPD患者中血清嗜酸粒细胞总数升高的患者在随访中急性加重出现频次增多[21]。血尿酸(uric acid，UA)是黄嘌呤氧化酶活性的生物标志物，是活性氧的重要来源，与炎性标志物如C-反应蛋白和IL-6呈正相关，在频繁急性加重表型COPD患者中观察到UA的升高[22]。生长分化因子15(growth differentiation factor-15，GDF-15)是转化生长因子β细胞因子超家族的一个成员，其在组织中广泛表达，可能对组织损伤有反应而被诱导，研究发现在1年内急性加重次数大于2次的COPD患者中GDF-15明显升高，并且在随访中GDF-15与急性加重频次增加明显相关[23]。内原性抗菌肽CAP-18/LL37是发现的人类唯一的Cathelicidins家族的成员，是中性粒细胞特殊颗粒(亦称二级颗粒)中的主要蛋白质，其含有N-端Cathelin域及C-端抗菌活性域，在对抗感染的固有免疫反应中起到重要作用，其调节功能受维生素D(25-hydroxy vitamin D)的影响，研究发现急性加重频次高风险COPD患者血清的LL37和维生素D水平较正常组明显下降[24]。

1.4 基因与频繁急性加重 单核酸多态性(single nucleotide poly-morphisms，SNPs)是可遗传变异中最常见的一种，MBL2基因SNPs可导致甘露糖结合凝集素(mannose binding lectin，MBL)蛋白缺乏，MBL可直接识别多种病原生物表面的甘露糖，激活MBL途径，参与固有免疫，研究发现在COPD患者中MBL的缺失可降低急性加重的频次[25]。不可分型流感嗜血杆菌是引起COPD急性加重常见致病菌，表达的脂寡糖包含唾液酸，可与Siglec-14(唾液酸识别蛋白可作为激活信号转导受体)相互作用，研究证实Siglec-14与NTHi相互作用后可增强组织培养模型中免疫细胞的促炎反应，野生型(Siglec-14阳性)的COPD患者较纯合子(Siglec-14阴性)急性加重频次更多[26]。研究显示SIGLEC9单倍型与COPD频繁急性加重明显相关，可能基因变异使固有免疫细胞产生更强的促炎症反应[27]。

2 细胞免疫反应与频繁急性加重

细胞免疫又称细胞介导免疫，狭义的细胞免疫仅指T细胞介导的免疫应答，即T细胞受到抗原刺激后，分化、增殖、转化为致敏T细胞，当相同抗原再次进入机体，致敏T细胞对抗原的直接杀伤作用及致敏T细胞所释放的细胞因子的协同杀伤作用。T细胞介导的免疫应答的特征是出现以单核细胞浸润为主的炎症反应和/或特异性的细胞毒性。广义的细胞免疫还应该包括原始的吞噬作用以及自然杀伤(natural killer，NK)细胞介导的细胞毒作用。细胞免疫是清除细胞内寄生微生物的最为有效的防御反应，也是排斥同种移植物或肿瘤抗原的有效手段。

研究发现细胞免疫功能异常也参与了COPD急性加重的易感性，在频繁急性加重表型组外周血中CD4+中心记忆T细胞和CD8+激活的效应记忆T细胞明显低于非频繁急性加重表型组。而系统固有免疫细胞如NK、iNKT和γδ T细胞两组间差异无统计学意义[28]。骨桥蛋白(osteopontin，OPN)是一种磷酸化糖蛋白，在骨、脑、肾、肝、肺等多种组织中表达，参与细胞免疫，并通过LPS刺激直接诱导产生IL-12表达。研究发现OPN在频繁急性加重表型患者稳定期和COPD急性加重期血清中都存在高表达[29]。

2014年ECLIPSE研究应用基因芯片检测COPD频繁急性加重者和非频繁急性加重者血清和痰液标本，在血清中发现150个表达差异基因，在痰中仅发现6个表达差异基因。其中包括表达下调的CD28和ICOS(T细胞受体共刺激分子)、HLA(编码MHC classⅡ)、NFATC2(T细胞转录因子)、CD200(抑制炎性淋巴细胞应答)、TCL-6(T细胞白血病细胞中表达)和BLNK(B细胞激活基因)。通过GENGO分析发现35个通路调节异常，其中调节差异最明显的5个通路中，包括3种淋巴细胞信号传导通路[诱导性T细胞共刺激分子(inducible T cell costimulation，ICOS)和CD28信号在T细胞中的表达，以及B细胞受体信号转导][30]。

3 体液免疫反应与频繁急性加重

COPD的急性加重与体液免疫反应存在相关，研究发现频繁急性加重表型患者中大部分存在抗体缺乏，并发现血清免疫球蛋白G(immunoglobulin，IgG)水平降低[31]，病例报道经IgG治疗后可减少COPD患者急性加重的频次[32-33]。也有研究发现血清中IGE升高的COPD患者更易出现急性加重频次增多[22]。

2015年Morrow等[34]对248例COPD患者全血进行了基因芯片和蛋白质标记物检测，尽管对样本的分析结果缺乏统计学意义，通路和富集研究缺乏特异性，但通过网络模式集合相似基因进行分析可观察到免疫功能异常与COPD的急性加重明显相关，其中包括Ig A的产生通路。

综上所述，频繁急性加重表型是独立存在的特殊类型的COPD表型，目前的研究提示，特定致病菌在下呼吸道持续存在并增殖可通过固有免疫机制诱发炎症细胞产生更多的炎症因子和趋化因子，加重炎症反应。基因及蛋白表达的异常可能影响细胞免疫及体液免疫反应，进一步降低免疫防御能力，最终引起机体频繁出现COPD急性加重。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突