肥大细胞参与皮肤瘙痒的机制

赵嘉惠，杨孜冉，赵作涛，刘玲玲

肥大细胞产生于骨髓造血干细胞，随血流迁移到特定的组织中，在特定环境下进行局部增殖并分化成熟[1]。肥大细胞主要分布在皮肤、气管黏膜和肠道黏膜等与外界环境易接触的部位。在皮肤组织中，肥大细胞与神经末梢在物理位置上临近，形成神经免疫单元，通过敏化外周神经导致瘙痒的发生。这其中最为熟知的是肥大细胞介导的组胺依赖性瘙痒通路机制。然而抗组胺药对控制大多数皮肤病的瘙痒症状疗效欠佳，说明肥大细胞释放的非组胺介质在调控瘙痒发生中也发挥重要功能[2-3]。本文综述肥大细胞在瘙痒信号传递中的生物学功能及其参与的瘙痒动物模型；同时总结相关新药的研究进程。这些进展将为慢性瘙痒性皮肤病的机制探索和治疗方法提供全新的思路。

1 肥大细胞的活化方式

肥大细胞活化主要包括：IgE 介导和非IgE介导的活化方式。(1) IgE介导：通过交联高亲和力IgE受体(FcεRI)，释放多种促炎性介质。这些介质包括：组胺、血清素、蛋白酶、白三烯、前列腺素、细胞因子及趋化因子等。(2)非IgE介导：通过与IgE无关的肥大细胞活化成分，包括：干细胞生长因子、补体因子(C3a和C5a)、神经肽(P物质)、腺苷、TLR等触发器[4]，结合肥大细胞表面的相应受体，释放上述类似的炎性介质。同时，肥大细胞活化受其他免疫细胞和特定免疫微环境的影响。例如，肥大细胞受白介素4(IL-4)刺激可增强IgE/FcεRI的免疫反应[5]。而调节性T细胞产生的调节性细胞因子IL-10和TGF-β，可以减少IgE介导的肥大脱颗粒反应[6]。

2 肥大细胞释放的内源性致痒物质

组胺是经典的内源性致痒物质，肥大细胞活化释放组胺，激活外周神经末梢的组胺受体。组胺受体(histamine receptor, HR)包括H1R, H2R, H3R和H4R，属7次跨膜的G蛋白偶联受体[7-8]。其中H1R与H4R在外周神经末梢有表达,参与瘙痒的发生[9]。以H1R为例，肥大细胞释放组胺后H1R被活化，通过与Gq蛋白的功能单位Gαq偶联,诱导磷脂酶C(PLC)活化、磷酸肌醇(IP3)生成引起细胞内的钙动员，使得外周神经释放神经肽类物质，加重皮肤炎症反应[10]。

五羟色胺(5-HT)是肥大细胞活化后释放的神经递质，参与特应性皮炎相关瘙痒的发生。其受体(5-HT receptor, 5-HTR)家族有14位成员，广泛存在于神经突触、脊髓及大脑皮层之中[11]。其中5-HTR2和5-HTR7在部分初级传入感觉神经元中表达，这些外周神经支配皮肤感觉促进急慢性瘙痒的发生。当5-HT激活5-HTR7时，可功能性偶联皮肤神经末梢的瞬时受体电位通道TRPA1，触发感觉神经元兴奋[12]。除上述过敏性瘙痒外，5-HT激活5-HTR7和5-HTR2并识别TRPV4信号网络，参与慢性特发性瘙痒和干皮症瘙痒的发生[13]。

肥大细胞释放的细胞因子中，白介素4(IL-4)和白细胞介素31(IL-31)可以直接刺激外周神经元的相应受体。实验表明，当条件敲除小鼠背根神经节的IL-4R时，小鼠在特应性皮炎模型下的搔抓次数明显减少[14]。而IL-31能促进皮肤感觉神经纤维的生长和增多，并且促进IL-31R在外周神经末梢的表达[15]。此外，IL-31加速脑源性利钠肽的分泌，影响树突状细胞和角质形成细胞释放IL-1，IL-6等细胞因子[16]。在一些与肥大细胞相关的慢性瘙痒性疾病(慢性自发性荨麻疹、特应性皮炎、肥大细胞增多症等)的患者血清中，均能检测到IL-4、IL-31的表达升高[17]。

白三烯和前列腺素属于花生四烯酸家族的脂质代谢产物，是由肥大细胞释放并介导急性炎症反应的重要介质[18-19]。特应性皮炎及银屑病患者的皮损中，白三烯的表达显著升高[20]。小鼠皮内注射低浓度的白三烯即引起大约100次/时的搔抓发作[21]。通过人体试验发现，前列腺素有相似作用，皮下注射前列腺素即诱发轻度的搔抓[22]。同时动物实验证实，前列腺素会放大组胺和五羟色胺诱导急性瘙痒的作用[23]。

类胰蛋白酶、糜蛋白酶、组织蛋白酶作为内源性丝氨酸蛋白酶，储存在肥大细胞的颗粒中。尤其是类胰蛋白酶，在释放后敏化外周神经的蛋白酶激活受体(PAR2)，通过自分泌或旁分泌的方式引起P物质、降钙素基因相关肽(CGPR)的释放，反向机制进一步激活肥大细胞，释放更多的炎症因子[24]。最新研究证实，类胰蛋白酶还可以激活角质形成细胞表面的PAR2，并且功能性偶联TPRV3，促进 TSLP的释放[25]。银屑病瘙痒皮损处的感觉神经和肥大细胞之间的接触比在非皮损性银屑病和正常皮肤中更多[26]。同时皮损处P物质、神经激肽A和血管活性肠肽的表达也相应增加[27]。

除此之外，内源性的神经肽类物质和抗菌肽可以结合人肥大细胞的mas相关G蛋白偶联受体MRGPRX2和小鼠肥大细胞的MRGPRB2，启动配体活化机制[2,28]。在寒冷性荨麻疹、特应性皮炎和银屑病的瘙痒皮损处，均可检测到MrgprX2 mRNA的表达上升数十倍[18,29-30]。

肥大细胞介导的瘙痒还与神经内分泌机制相关[31]。譬如特应性皮炎、银屑病等慢性复发性皮肤病因患者的社会心理压力而加重。情绪应激会导致下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的激活可促进肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的释放。肥大细胞表达受体CRH-R1与CRH相互作用被认为参与银屑病、荨麻疹、特应性皮炎中一些情绪应激相关的瘙痒发生[32]。

miRNA是一种非编码小RNA，在基因表达的转录后调控和RNA沉默中起着重要作用。许多研究已经证实miRNAs在肥大细胞生物学中的作用。例如，过表达miR-142-3p可以挽救miRNA合成酶Dicer的表达，增强 FcεRI介导的脱颗粒[33]。miR-126也同样加速FcεRI介导的肥大细胞活化，与PI3K/Akt激活和增加钙离子内流有关[34]。肥大细胞中的miR-155参与IL-33信号通路，在慢性接触性皮炎的大鼠模型中发现抑制miR-155对IL-6、TNF-α、IL-13和 MCP-1有一定的抑制作用[35]。

3 肥大细胞在瘙痒动物模型中的作用

目前动物模型已普遍应用于瘙痒研究中，常用的模式动物包括家兔、大鼠、小鼠、豚鼠等，其中小鼠以成本低、易操作、模型易构建等优势广为使用。在瘙痒小鼠模型中，肥大细胞作为主要的参与者的常用模型有以下几类：

干性皮肤模型在特应性皮炎、银屑病、鱼鳞病等皮肤疾病中甚为重要[36]。原理主要是通过有机溶剂及水对于皮肤表面的反复刺激，造成表皮游离脂肪酸、神经酰胺、胆固醇的去除[37]。同时有机溶剂与水的相互作用会造成皮肤含水成分如氨基酸、羟基酸盐、吡咯烷酮羧酸盐和尿素的破坏。小鼠诱导干性皮肤模型后，皮肤出现表皮增厚，经皮水分丢失(TEWEL)值升高。病理提示真皮肥大细胞的浸润增多，类糜蛋白酶的表达上调，而肥大细胞的抑制剂可改善小鼠的干性皮肤表现[38]。有研究发现，类风湿关节炎小鼠模型会出现关节症状以外的皮肤表现。小鼠皮肤组织病理学染色提示真皮肥大细胞的浸润增多，同时检测到组胺、糜蛋白酶、P物质的释放升高。而肥大细胞的抑制剂c-kit单克隆抗体可改善小鼠的干性皮肤表现[38]。这说明肥大细胞在特定条件下参与干性皮肤诱发的瘙痒。

自发瘙痒动物模型Nc/Nga小鼠在普通环境下饲养可以出现红斑、皮肤干燥或糜烂等类似特应性皮炎的表现和自主搔抓行为。该模型的皮损中表皮内神经生长因子的表达升高，当皮内注射神经抑制因子semaphorin-3A后，小鼠搔抓明显下降，表皮中PGP9.5+神经纤维减少[39]。这解释了特应性皮炎瘙痒中神经纤维密度增加对于痒觉敏化的意义。此外，口服糜蛋白酶抑制剂可以改善NC/Nga小鼠的皮炎表现，表明肥大细胞的活化在自发特应性皮炎模型中参与神经免疫信号传递[40]。在诱导模型中，半抗原引起的小鼠特应性皮炎样皮损中的肥大细胞表达高水平的细胞黏附分子-1，该分子在体外也可增强感觉神经末梢和肥大细胞之间的黏附和通讯[41]。

转基因小鼠的模型中，有研究发现 IL-13转基因小鼠有抓挠行为和特应性皮炎样皮损表现，皮损处PGP9.5、CGRP和TRPA1的表达显著增加[42]。并且，IL-13过表达强烈地刺激了TRPA1的表达，通过细胞内钙离子的动员引起肥大细胞的活化。使得TRPA1(+)肥大细胞和感觉神经的接触同步增加[43]。同样，在特应性皮炎患者的皮肤活检组织中，TRPA1在真皮传入神经、肥大细胞和表皮中的表达显著增强，而在健康受试者的皮肤中则没有。这类转基因小鼠模型揭示了特应性皮炎慢性瘙痒中一种新的神经免疫学机制，强调了TRPA1(+)真皮传入神经和TRPA1(+)肥大细胞在Th2为主的炎症环境中的细胞分子互作机制。

另一种转基因小鼠模型，胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)转基因小鼠以Th2细胞免疫为主导，如血清IL-4、IL-5、IL-6和TNF-α表达上调[44]。TSLP是一种由角质形成细胞释放的细胞因子,在过敏性炎症中发挥重要作用。最新研究发现，TSLP通过角质形成细胞的PAR2-TRPV3通路释放，引起真皮淋巴细胞及肥大细胞浸润[25]。此外，TSLP通过促进STAT6的表达，诱导骨髓前体肥大细胞增殖，并促进向成熟的肥大细胞的分化。这提示TSLP可能是肥大细胞一个发育因子，加速肥大细胞介导的免疫反应[45]。

4 抑制肥大细胞的新型止痒药物

随着生物制剂时代的到来,单克隆抗体及小分子化合物对于肥大细胞的异常活化有明确作用。其中，奥马珠单抗(omalizumab)可以封闭IgE，从而降低了外周血中游离IgE 受体的浓度，被封闭的IgE不再与肥大细胞和嗜碱粒细胞结合。同时，下降肥大细胞表面的FcεRI数量也会减少，进一步降低一系列免疫反应[46]。度普利尤单抗(dupilumab)抑制IL-4和IL-13信号通路，一定程度上减低肥大细胞的脱颗粒水平[47]。该药可迅速缓解特应性皮炎患者的瘙痒[48]，也对慢性难治性荨麻疹的瘙痒症状有显著疗效，其中奥马珠单抗治疗无效的的荨麻疹患者在使用度普利尤单抗治疗3个月后瘙痒和风团完全缓解[49]。

JAKs抑制剂通过阻断JAK/STAT信号通路抑制肥大细胞的活化。有研究认为，特异性IgE结合FcεRI时，下游启动JAK/STAT5通路，引起肥大细胞释放组胺、白三烯、细胞因子(IL-4、IL-13)等[50]。目前托法替尼(JAK1/3抑制剂)和巴瑞替尼(JAK1/2抑制剂)在国外应用于过敏性皮肤病的治疗。最新国外III期临床研究表明，Abrocitinib(JAK1抑制剂)在成人和青少年特应性皮炎(中重度)的治疗中，对于皮肤瘙痒的改善效果明显,口服6-8周瘙痒感觉可明显控制[51]。

此外，动物实验及国外临床药物研究已证实，抗IL-31R单克隆抗体和NK1R单克隆抗体可明显抑制肥大细胞的活化，进一步减少T细胞释放II型炎症因子，缓解瘙痒症状[52-53]。此两种药物的开发正处于临床实验阶段，其疗效有待进一步临床数据验证[54]。前文提及的G蛋白受体家族中的PAR2和Mrgprs也是肥大细胞活化的重要受体分子，目前尚无满意的拮抗药物应用于临床，这些受体是未来开发止痒药物的重要靶向分子[55]。

综上，瘙痒是皮肤过敏的常见临床特点。肥大细胞参与的神经免疫轴是瘙痒循环中的重要环节。其表达的受体及释放炎症介质不仅能促使其脱颗粒引起过敏反应，又能敏化外周神经释放神经肽类物质，加重神经炎症反应(图1)。虽然目前已有生物制剂针对过敏性皮肤病，如慢性特发性荨麻疹、特应性皮炎等有一定疗效，但对肥大细胞膜表达的G蛋白偶联受体或相关离子通道的拮抗剂尚无应用，而这些分子是否能够成为治疗瘙痒的重要靶点，未来应用于临床对患者的远期获益如何，需要进一步的研究发掘。

图1 皮肤肥大细胞与外周神经通讯传递炎症及瘙痒信号示意图