长效抗胆碱能药物治疗支气管哮喘的机制及临床应用

舒丹妮 戴元荣 戴威

支气管哮喘通常是由多种细胞以及细胞组分共同参与的慢性气道炎症性疾病。2017年，全球哮喘发病率为0.56%，患病率3.57%，吸入性糖皮质激素(Inhaled corticosteroids，ICS)联合长效β受体激动剂( long-acting beta agonists，LABA)是最为广泛应用的方案，但控制率仍待提高[1]。长效抗胆碱药物(Long-acting anticholinergic drugs，LAMA)成熟应用于COPD的治疗，显示其有良好的抗炎效果、抑制气道重构、祛痰等作用，且具有强效持久等优点[2]。自2015年GINA治疗方案中将LAMA位于第5级控制用药患者的治疗选项中，国内外学者对其在哮喘治疗中机制和地位，进行了大量研究。本文将详细介绍LAMA在哮喘中的机制及临床应用。

临床上的LAMA主要有噻托溴铵、阿地溴铵、格隆溴铵。其中噻托溴铵被批准用于哮喘治疗，其结合毒蕈碱受体( muscarinic acetylcholine receptor，M受体)具有浓度依赖性，与M受体亲和力较短效制剂高数十倍，平均起效时间为30分钟，高峰时间3小时，持续时间超过24小时，1周后达最大疗效，而阿地溴铵特异性更强，格隆溴铵作用时间更迅速，但两者尚只在国外上市用于COPD患者，或许日后可被纳入哮喘治疗[3]。

作用机制

一、扩张支气管作用

通常认为肺组织内M受体主要有M1、M2、M3，M1受体存在于肺副交感神经节、大部分呼吸道黏膜下腺体和肺泡壁中，主要功能是促进神经兴奋传导，增强支气管收缩。M2受体存在于乙酰胆碱能节后神经，起自身反馈作用，以减少乙酰胆碱的进一步释放。M2功能障碍被认为与哮喘的气道高反应性有关。M3受体广泛表达于肺部大气道平滑肌和腺体细胞中，直接参与支气管收缩，并控制黏膜下黏液的分泌。2019年，Kistemaker进一步阐述了噻托溴铵的分子机制：通过与M3受体的细胞外前庭结合，导致受体变构，亲和力下降，进而阻止了乙酰胆碱进入正构结合口袋，以抵抗乙酰胆碱引起的气道平滑肌收缩[4]。粘液分泌过多可能会导致哮喘的气流受限，这也是哮喘发作、加重和肺功能下降的危险因素之一。

然而，随着研究的深入，简单的扩张支气管效应已不足以解释噻托溴铵在临床治疗中的表现，因此对其机制出现了更多新的解释。

二、抗炎作用

Kistemaker[5]指出，气道中的上皮细胞、平滑肌细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、嗜酸粒细胞和中性粒细胞等均具有胆碱脱氢酶并可释放乙酰胆碱，同时多种炎症细胞都可表达有功能的M受体，上述非神经元乙酰胆碱与M3受体结合时，可以刺激巨噬细胞释放大量细胞趋化因子、肿瘤坏死因子等，从而使大量炎症细胞聚集于呼吸道，介导炎症反应。而噻托溴铵阻断M3，减少中性粒细胞数量，降低支气管肺泡灌洗液( Bronchoalveolar lavage fluid ,BALF)的IL-1、IL-6、IL-13水平，促进IL-10的释放[6]。进一步的研究发现[7]，胆碱能神经可释放神经调节肽U参与气道炎症反应，这是一种多功能神经肽，可以直接激活嗜酸性粒细胞和放大2型先天淋巴样细胞(ILC2)相关的过敏性炎症，ILC2s激活后可释放IL-5、IL-13，破坏哮喘患者气道上皮的支气管屏障，维持气道中的2型炎症。阻断该神经元与免疫细胞间通路也可能是抗炎的一个靶点。

此外，噻托溴铵阻断了M型受体相关炎症通路，可间接导致乙酰胆碱与烟碱型受体结合的数量增加，当ACh与α7nAChR受体结合时，可抑制细胞因子及趋化因子的产生与释放、阻断核因子NF-κB活化、阻止T细胞的分化和成熟、抑制中性粒细胞和单核细胞的杀伤功能，从而减轻慢性气道炎症[8]。

三、抗气道重塑

慢性哮喘病患者均存在不同程度的气道重塑[9]。ACh与M受体结合可抑制糖原合酶激酶-3，该酶活跃状态下可抑制气道平滑肌增生[10]；诱导黏膜上皮细胞转化生长因子( transforming growth factor-β，TGF-β) 表达增高，增强TGF-β1诱导的收缩蛋白的表达；促进Ⅰ型胶原的表达、细胞外基质蛋白沉积。噻托溴铵能降低肌凝蛋白的表达，减少平滑肌肌细胞数量，抑制呼吸道平滑肌的增厚和呼吸道高反应性，直接逆转呼吸道平滑肌重构[11]；并通过抑制 β-连环蛋白信号通路从而减少乙酰胆碱诱导的气道平滑肌细胞的细胞外基质蛋白的表达[12]。

2019年的动物实验表明[13]，M3受体可与血管内皮生长因子(VEGF)和β-神经生长因子(β-NGF)一起通过机械张力诱导、自分泌、旁分泌促进成纤维细胞与肌原纤维细胞增生，参与了哮喘的支气管重塑。LAMA抑制了β-NGF的合成和VEGF的释放，并且支气管扩张后可以降低由支气管收缩引起的压迫对结构细胞的机械应力[14]，间接参与小气道的重塑。

四、平衡自主神经功能

肺功能呈周期性波动，哮喘患者更加明显，其高峰与低谷的差异可高达50%[15]，而神经元可塑性及重塑可能是哮喘胆碱能信号持续变化的基础[16]。2019年，Kistemaker的研究指出[17]，哮喘神经元可塑性表现为副交感神经节的密度增加，这与免疫细胞或神经营养蛋白相关细胞等相关，最终将导致胆碱能神经进一步密集，迷走神经活动增加。这可能是毒蕈碱拮抗剂长期治疗可能在哮喘治疗中起关键作用的重要原因。Patel[18]使用卵清蛋白构建小鼠模型并使用ACh雾化刺激表明，早期的胆碱能刺激可导致幼鼠的气道重塑，并且很可能是由胆碱能神经NT4依赖性增加引起的。而对气道重塑小鼠使用4-二苯乙酰氧-N-甲基哌啶甲碘化物 (4-DAMP)进行早期干预，4-DAMP治疗组的气道过度收缩可完全逆转至基线。

五、其他机制

2018年的一项临床前研究表明[19]，噻托溴铵对健康家兔支气管的机械、化学刺激引起的咳嗽反射均有抑制作用。这种镇咳作用可通过抑制传入感觉神经来解释，涉及酸离子通道和咳嗽相关的机械感受器，而与它的抗胆碱能活性或对辣椒素受体的作用可能无关。这种潜在的镇咳作用或许能为患者尤其是咳嗽变异性哮喘者带去获益。

2019年，Wang[20]提出，噻托溴铵治疗可通过调节细胞凋亡减轻哮喘的病理改变，因为在小鼠模型中，噻托溴铵能降低程序性细胞死亡5水平，降低活性M3水平。

Mario[21]还提出ICS+LAMA组合可协同作用，松弛被致敏的中型和小型支气管，但在未被致敏化的支气管中未检测到其协同相互作用。在慢性哮喘的动物模型中，低剂量的噻托溴铵和环索奈德单独使用时，不会抑制气道嗜酸性粒细胞增多或气道平滑肌增厚，但当联合使用时会明显抑制慢性变应原诱发的气道炎症和重塑[22]。Mohamed-Hussein[23]的研究发现β2受体激活可上调M3R信号通路。这或许提示抗胆碱能受体拮抗剂和β受体激动剂联合使用，可起到协同作用，从而减少使用剂量，减少副作用。

LAMA在哮喘中的临床应用探讨

一、为探讨LAMA在哮喘患者中的治疗价值，新英格兰杂志的一篇文章曾报道了ICS+LAMA与ICS+LABA临床治疗效果的对比研究[24]，其纳入了210例未控制的哮喘患者，包括普通及重度哮喘患者，分为三组，分别给予双倍剂量ICS，ICS+沙美特罗，ICS+噻托溴铵治疗，结果显示噻托溴铵组与沙美特罗组差异无统计学意义，且均优于双倍剂量ICS组，证明了ICS+LAMA与ICS+LABA治疗哮喘具有相似的临床疗效。另有研究结果表明[25]，对于哮喘患者，LAMA与ICS+LABA联用，能够明显改善症状、肺功能及风险加重。对于重度哮喘患者，GINA已推荐使用LAMA+ICS+LABA的联合治疗方式。2020年一项Ⅲ期试验也证实[26]，对中重度成人哮喘患者，相较于ICS+LABA，ICS+LABA+LAMA治疗对肺功能改善更加显著，包括FEV1峰值, FVC峰值和晨间PEF。而我们的研究发现[27]，中性粒细胞性哮喘的气道阻塞、高反应性和平滑肌细胞重塑往往更加严重，更易发展为重度哮喘，且新型靶向药物奥马珠单抗等，不适用于中性粒细胞性哮喘。Jun等人发现，LAMA能够减少哮喘小鼠的BALF液中性粒细胞数[6]。由此推断，对于该类重度哮喘患者，ICS+LABA+LAMA的联合治疗中，LAMA的治疗价值可能大于LABA，但目前仍缺乏进一步的研究证据。

二、特殊人群的哮喘 对于未分类哮喘患者，研究证实ICS+LAMA与ICS+LABA疗效无明显区别[24]，但对于老年、肥胖、吸烟等哮喘患者，其生理特殊性对吸入药物疗效产生的影响不容小觑， 针对这些特殊人群哮喘的精准治疗方法需要进一步分析。

1 老年哮喘

老年哮喘患者的β2受体功能减退，使β受体激动剂的疗效受限，相关临床试验也证实了高龄可降低ICS+LABA治疗的效果[28]。另有研究显示[29]，ICS+LABA+LAMA治疗效果与年龄无关。提示该联合治疗中，LAMA对于老年哮喘患者的治疗效果可能优于LABA。并且老年哮喘患者胆碱能神经受体失衡，夜间迷走神经张力增高,可导致夜间哮喘发作次数增多[30]。因此老年哮喘患者，LAMA治疗可能具有潜在价值。2019年，Kang通过哮喘小鼠实验[31]，比较老年组与普通小鼠噻托溴铵的治疗反应，结果显示，老年小鼠的羟脯氨酸含量和α-平滑肌肌动蛋白水平降低明显，提示噻托溴铵治疗对老年小鼠具有明显抗气道炎症及抗气道重塑作用。由此推断，对于老年哮喘患者，ICS+LAMA治疗可能优于ICS+LABA。

老年哮喘患者对于LABA的耐受性更差，除常见的心血管反应外，还可能导致某些致死性哮喘，为此FDA还曾发出黑框警告，而LAMA类药物作用持续长，心血管副作用较少，对老年患者较为安全。因此对于中高剂量ICS控制不佳或无法耐受LABA治疗的老年哮喘患者，尤其是存在心血管疾病者，ICS+LAMA具有优势，但目前尚缺少进一步的研究证实。

2 肥胖型哮喘

肥胖是哮喘发生、发展的危险因素，与消瘦哮喘患者相比，肥胖患者急性加重较多，原因可能是外周血嗜酸性粒细胞增多更少见，限制性通气功能障碍更明显，远端支气管阻塞更严重[32],这也许与瘦素抵抗有关，瘦素被认为与正常肺组织发育和表面活性物质的产生有关，可以调节T细胞增殖和活化，能抑制副交感神经产生支气管扩张作用，导致肥胖哮喘支气管收缩增强和气道反应性增高[33]，而LAMA可调节自主神经功能，下调副交感神经节密度，提示LAMA对肥胖哮喘的支气管扩张具有潜在价值。有研究表明ICS+LABA对于肥胖哮喘患者的治疗效果较差[29]，而ICS+LABA+LAMA联合吸入的疗效与哮喘患者的体重指数无关[34]。由此我们进一步推断，对于肥胖哮喘患者，ICS+LAMA可能比ICS+LABA更具优势。

3 吸烟相关性哮喘

流行病学研究显示，吸烟者患哮喘的风险显著高于非吸烟者，吸烟者与不吸烟者的患病率分别为1.79%比1.06%(P<0.001)，且吸烟年限与哮喘的严重程度、哮喘控制不良存在剂量-效应关系[35],与不吸烟哮喘患者相比，吸烟哮喘患者发作频率增加，症状更重，生活质量更低，病死率更高。其原因主要是香烟烟雾可以引起哮喘内型的重要变化，即活化的巨噬细胞及中性粒细胞占据优势，类似于COPD早期，而LAMA治疗COPD疗效明确。香烟烟雾可增加肺成纤维细胞的M3受体表达、减少M2受体蛋白表达，刺激气道上皮细胞产生ACh，从而以自分泌的方式刺激粘液分泌[36]；且香烟烟雾诱发的氧化应激反应可激活核因子-κB 途径，影响糖皮质激素受体异构体间的平衡[37]，导致哮喘患者对糖皮质激素的敏感度下降。在小鼠和豚鼠中，噻托溴铵比罗氟司特和氟替卡松具有更优秀的抗炎作用，能抑制香烟烟雾暴露后炎症介质的增加和肺内中性粒细胞的浸润、杯状细胞数量的增加、胶原沉积和气道平滑肌增生，抑制JNK磷酸化以及核因子-κB活化的增加，减少气道中的中性粒细胞和巨噬细胞数量以及IL-6和IFN-γ的水平，改善肺功能[38]。以上均表明LAMA对吸烟哮喘患者的治疗具有价值。Yoshida[39]开展过一项随机双盲试验，研究了ICS+LABA+LAMA联合吸入对吸烟者和非吸烟者肺功能的影响，结果显示吸烟哮喘患者的FEV1和PEFR的改善大于非吸烟哮喘患者。而Dennis的实验表明ICS+LABA对吸烟哮喘患者的治疗效果较差[29]。 由此，对于吸烟哮喘患者，ICS+LAMA吸入治疗可能优于ICS+LABA。目前本课题组正在开展基于这一假设的临床实验。

另外，随着环境污染日益严重，二氧化氮、二氧化硫及臭氧等引起的中性粒细胞性哮喘也与日俱增[40]，LAMA治疗很可能对这类患者也具有重要价值。

小 结

支气管哮喘是一种常见气道疾病，其临床控制尚不容乐观。目前常用的治疗方法为ICS+LABA，LAMA作为辅助用药。LAMA的支气管扩张作用，抗炎、神经调节等作用对治疗哮喘具有重要临床意义。当前LAMA治疗哮喘患者的临床证据正在不断积累，其地位有望进一步提升。在精准治疗的时代大背景下，LAMA针对重度哮喘及老年、肥胖、吸烟等特殊人群哮喘的治疗可能具有独特优势，值得更多关注和研究。