瘦素与重度哮喘的关联及机制研究进展

王 毅， 李红鹏， 张力月， 李庆云

（上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科上海交通大学医学院呼吸病研究所，上海 200025）

支气管哮喘(简称哮喘)是常见的慢性气道疾病，据估计， 全世界有2.41 亿人患有哮喘， 其中重度哮喘占3%～10%，但治疗费用占哮喘总治疗费用的60%以上[1-2]。 重度哮喘指需高剂量吸入糖皮质激素和 (或) 全身用激素方能控制，或仍无法控制的哮喘[3]。 重度哮喘与复杂的气道炎症、气道重塑及糖皮质激素抵抗等因素密切相关。 肥胖为哮喘的危险因素，哮喘患者肥胖率明显高于正常人群，肥胖程度与哮喘严重度呈正相关， 且肥胖哮喘患者对糖皮质激素敏感性下降[4-6]。脂肪因子参与肥胖对哮喘发生、发展的影响，其中瘦素的作用近年来受到广泛关注。 瘦素在支气管上皮细胞和Ⅱ型肺泡上皮细胞等均有表达[7]；同时，支气管上皮细胞及平滑肌细胞等表达瘦素受体[8-9]。瘦素通过广泛分布于中枢和外周的瘦素受体发挥作用，参与能量稳态、神经内分泌功能和免疫功能的调节[10]。 关于哮喘患者的研究显示，其循环瘦素水平高于对照组，且与哮喘评分呈正相关，与肺功能指标呈负相关[11-15]。 妊娠期肥胖女性的高脐带血瘦素水平会导致其后代在3 岁时患哮喘风险高30%[16]。瘦素基因位点对哮喘的保护性变异在超重哮喘人群中丧失[17]。降低瘦素水平可使支气管痉挛、 肺功能和哮喘临床症状评分均得到改善[18]。目前认为瘦素部分(＞60%)介导了高体脂率和持续性哮喘之间的联系[19]，但具体机制有待进一步阐明。

瘦素参与气道炎症

根据气道炎症类型， 重度哮喘主要可分为以下亚型：持续性2 型炎症[以辅助性T(helper T，Th)2 淋巴细胞、嗜酸性粒细胞为主]，中性粒细胞炎症，混合性炎症(中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、Th2 细胞、Th17 细胞等)，以及少粒细胞表型[2]。瘦素可能通过上调Th1 细胞、Th17 细胞、 中性粒细胞等多种炎症细胞及促炎因子从而改变气道炎症状态，导致重度哮喘。

一、Th 细胞

一般认为哮喘最主要的炎症过程为Th1/Th2 平衡失调，Th2 细胞过度活化及Th2 细胞因子如白介素(interleukin，IL)-4 和IL-6 等分泌增多。然而，多数研究表明瘦素促进Th0细胞向Th1 分化[20-21]，这可能导致哮喘患者的肺组织非过敏性损伤，可部分解释哮喘患者对常规药物不敏感。 研究发现重度哮喘患者肺泡灌洗液中Th1 细胞水平相较于非重度哮喘组及健康对照组显著升高[22]。 对于肥胖青少年哮喘患者，瘦素刺激外周血CD4+T 细胞后Th1/Th2 比例较非肥胖的哮喘患者上调[23]。 在高水平瘦素的情况下，肥胖哮喘患儿Th1细胞过度活化,干扰素(interferon，IFN)-γ 水平更高,哮喘症状更重[24]。 说明Th1 极化不仅无法阻止Th2 介导的过敏性疾病，反而可能会引起Th1 相关肺损伤。 相关机制研究显示瘦素与树突状细胞(dendritic cell，DC)表面受体结合，上调IL-12,下调IL-10 等促进Th0 趋向分化为Th1[25]。 来自瘦素基因缺陷小鼠的 DC 刺激 CD4+T 细胞， IFN-γ 等 Th1 相关细胞因子的分泌减少[26]。此外，瘦素还可直接上调Th1 释放IL-1、IL-8 和肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α，TNF-α) 诱导Th1 特异性反应[27]。 但近年亦有研究发现瘦素能够同时促进Th2 细胞和Th1 细胞的增殖、存活和细胞活性[28]，且瘦素可通过诱导人剪接型X 盒结合蛋白1 (spliced X-box binding protein 1，XBP1S)增强过敏性淋巴细胞反应，导致过敏性哮喘的恶化[29]。

Th17 细胞介导的炎症反应使哮喘趋于更严重，IL-17 为Th17 细胞的主要效应因子，IL-17 在气道中主要诱发中性粒细胞性炎症[30]，对糖皮质激素和肾上腺素β2受体(β2受体)激动剂的反应更不敏感[31]。 外周血 IL-17 水平＞20 pg/mL 是重度哮喘的独立危险因素[32]。循环瘦素水平与哮喘患者外周血单个核细胞产生的IL-17 水平呈正相关[33]。 抗IL-17 单克隆抗体可部分逆转肥胖哮喘小鼠模型肺泡灌洗液中的瘦素水平，减轻炎症水平[34]。同时，体外研究显示瘦素刺激人外周血单个核细胞[35]、小鼠初始 CD4+T 细胞[36-37]向 Th17 分化。而瘦素基因缺陷、瘦素受体基因敲除的小鼠Th17 下调[36-38]，给予瘦素后Th17 水平恢复。 因此，瘦素通过Th17/IL-17 影响哮喘的发生、发展。

二、粒细胞

瘦素与中性粒细胞性哮喘相关。中性粒细胞表面表达瘦素受体， 哮喘小鼠肺泡灌洗液中的中性粒细胞数量与循环瘦素水平呈正相关[39]。 瘦素通过核因子κB (nuclear factor κB，NF-κB) 和丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(mitogen extracellular signal regulated kinase，MEK)1/2 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)通路抑制哮喘患者中性粒细胞凋亡[40]。向小鼠腹膜注入瘦素后观察到中性粒细胞的募集， 且由磷脂酰肌醇3 激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)通路介导[41]。 相对于正常体重哮喘大鼠，瘦素干预的正常体重以及肥胖哮喘大鼠的肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞数量明显减少[42]。 瘦素基因敲除的哮喘小鼠(ob/ob)肺组织中的嗜酸性粒细胞是野生型小鼠的3.5 倍，ob/ob 小鼠骨髓中成熟和不成熟的嗜酸性粒细胞数量、血液中嗜酸性粒细胞在ob/ob 小鼠中明显增加[43]。 值得注意的是，亦有研究认为高瘦素水平对嗜酸性粒细胞性哮喘具有促进作用[44-45]，有待进一步探讨。

三、其他炎症细胞

瘦素可上调未成熟 DC 和成熟 DC 中 IL-1β、IL-6 和TNF-α 的mRNA 合成水平，进而激活中性粒细胞、自然杀伤细胞及单核/巨噬细胞[25]，促进肺泡巨噬细胞释放白三烯[46]。目前认为气道上皮细胞亦为炎症细胞， 瘦素通过与其受体结合可直接激活人气道上皮细胞、气道成纤维细胞，从而导致细胞间黏附分子-1 (intercelluar adhesion molecule 1，ICAM-1) 表达上调， 诱导CC 修饰趋化因子11 (C-C motif chemokine ligand 11，CCL11)(嗜酸性粒细胞趋化因子)，血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor，VEGF)，粒细胞集落刺激因子 (granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)和IL-6 的合成，从而趋化吸附炎性细胞[8-9]。 瘦素还可通过调节人气道上皮细胞线粒体活性氧(mitochondrial reactive oxygen species, mtROS)-Nod 样受体蛋白3(Nod-1ike receptor protein 3, NLRP3) 信号通路直接促进气道炎症[47]。

瘦素与气道重塑

哮喘气道重塑涉及从上皮到外膜的所有气道组织,包括气道壁增厚、上皮纤维化、气道平滑肌增厚、血管生成等。

瘦素趋化吸附人气道气管上皮细胞，促进上皮细胞增生[9,48]。 研究显示， 瘦素可刺激大鼠气道平滑肌细胞(airway smooth muscle cell, ASMC)增殖[49-50]，其机制与磷酸化胞外信号调节激酶 (phosphorylated extracellular signal-regulated kinase，p-ERK)和 PI3K 的激活有关[49]。 瘦素可部分通过 PI3K/Akt 信号通路显著抑制ASMC 凋亡，且凋亡率与瘦素浓度呈负相关[51]。瘦素特异性调节血管内皮祖细胞的黏附特性和归巢潜力， 因此可以增强其在体内促进内皮细胞的增殖和血管再生能力[52-53]。

研究证实瘦素促进肝脏[54]、心肌[55]、血管[56]细胞外基质沉积从而导致组织纤维化。 瘦素与气道细胞外基质沉积的关系尚缺乏直接研究。Watanabe 等[8]证实瘦素能促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化， 后者具有更强的细胞外基质分泌能力，诱导气道重塑。

瘦素与气道黏液分泌

黏液分泌过多一直被认为是重症哮喘和死亡率增高的主要危险因素。 体外细胞实验表明瘦素通过MAPK 途径上调人气道上皮细胞中黏蛋白5B(mucin 5B，MUC5B)的表达[57]。 瘦素通过 Janus 激酶(Janus kinase，JAK)2-信号转导以及转录激活因子 (signal transduction and activator of transcription ，STAT)3-神经突触前膜胞内蛋白18b (mammalian uncoordinated 18b，MUNC18b)途径调节IL-13 诱导的MUC5AC产生和分泌[58]。在IL-33 诱导的哮喘模型中，瘦素体外刺激气管上皮细胞同样促进MUC5AC 产生[45]，单独IL-33 则无此作用。 使用突变瘦素作为受体拮抗剂可以减少黏蛋白的生成[57]。

瘦素可作用于各种炎症细胞和结构细胞导致哮喘气道炎症复杂化，并参与气道重塑和影响气道黏液分泌。 这对于探讨肥胖影响哮喘有效控制与瘦素影响糖皮质激素敏感性的机制具有提示意义。