黏膜表面分泌型IgA抗体在支气管哮喘发生发展中的作用

黄婷婷，李佳，黄艺林，郑周德，高金明

支气管哮喘(简称哮喘)是一种以慢性气道炎症为特征的异质性疾病，表现为随时间和强度变化的呼吸道症状及可变的呼气气流受限[1]。目前全世界约3亿人患有哮喘，其管理和治疗已成为世界范围内重要的公共卫生问题。近几十年来随着吸入性皮质类固醇的推广，哮喘的病死率大幅度下降，但逐年上升的发病率仍为社会造成了严重的经济负担。

支气管黏膜作为抵御外源性刺激的第一道防线，其屏障功能的完整性对维持气道健康、预防过敏性气道疾病的发生发展至关重要。哮喘患者的气道遭受过敏原攻击时，以Th2细胞介导的嗜酸性粒细胞性气道炎症和过敏原特异性IgE升高为主[2]。相比之下，健康人群气道对过敏原的免疫应答以Treg细胞介导的抗炎和免疫调节细胞因子释放，以及B细胞分泌的过敏原特异性IgA/IgG4应答为主，几乎没有T细胞的增殖及IgE升高[3]。但目前人们对哮喘的IgA黏膜免疫反应仍知之甚少。已有多项研究发现哮喘患者的支气管上皮中聚合免疫球蛋白受体(polymeric immunoglobulin receptor，pIgR)表达受损、分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin-A，sIgA)水平降低[4- 5]，提示pIgR/sIgA可能在哮喘的发生发展中发挥重要作用，一些研究也证实了IgA水平的提高在哮喘等变态反应性疾病中具有保护作用[6]。本文综述目前有关哮喘病理过程中pIgR/sIgA作用的研究，并探讨目前研究中通过调节sIgA分泌增强黏膜防御对哮喘的疗效及其临床可行性，以期为未来以pIgR/sIgA为靶点的哮喘新药研发提供指导。

1 黏膜IgA的功能及其分泌调控

空气中的病原体和微小颗粒可以随呼吸输送到远端气道，健康人群的气道对外来抗原有良好的清除和耐受作用，但当黏膜免疫受损时，外来抗原可与上皮细胞表面结合，跨越粘膜屏障，进入靶细胞和组织，导致局部或全身性的免疫、感染或毒性损伤。气道上皮是黏膜防御的第一道防线，sIgA是黏膜表面含量最丰富的免疫球蛋白，可与细菌、毒素和其他大分子结合，在不引起组织破坏性炎症反应的情况下阻止病原体和其他外来抗原粘附和侵袭支气管上皮[3]。sIgA可与外来抗原竞争上皮粘附部位，阻止环境过敏原和病原体通过粘膜吸收；还可与粘膜固有层中的抗原形成复合物，被分泌到粘膜表面随纤毛运动清除，起到中和外来抗原的作用；或通过抑制炎症细胞的效应功能直接减少炎症反应[7]，为病原体或其他抗原的入侵提供了最初的免疫屏障。

IgA的产生是在出生后诱导的，在婴儿早期迅速升高。血清IgA主要是由骨髓浆细胞产生的单体IgA，而sIgA由黏膜和腺体的浆细胞在局部产生[8]。sIgA由一个分泌成分(secretory component，SC)和两个或两个以上通过J链连接的IgA单体组成。IgA单体和J链由上皮下或腺体间质的浆细胞合成并组装成聚合性IgA，SC则来源于纤毛细胞和粘膜下腺浆细胞表达的pIgR。SC可保护IgA免受蛋白水解酶的降解，是sIgA的关键成分[9]。黏膜sIgA的产生可分为T细胞依赖性(T-cell-dependent，TD)和T细胞非依赖性(T-cell-independent，TI)两种途径(图1)。TD途径通过表达CD40受体的黏膜淋巴滤泡B细胞和表达CD40配体(CD40L)的CD4+Th细胞之间的抗原特异性相互作用，促进抗体多样化和亲和力成熟；TI途径通过树突状细胞表面的Toll样受体识别高度保守的微生物信号，直接激活B细胞或诱导TNF家族的B细胞激活因子BAFF和增殖诱导配体APRIL释放，从而启动抗体类别转换和IgA抗体产生[3]。在小气道中，sIgA只能通过与pIgR结合的形式从基底外侧间隔穿过支气管上皮向气道表面转运[10]，当pIgR表达受损时，可伴随严重的黏膜表面sIgA缺乏，导致黏膜免疫功能障碍。

图1 sIgA分泌机制Fig 1 Machanism of sIgA secretionT细胞依赖途径：树突状细胞(DC)表面Toll样受体识别外来抗原，诱导初始T细胞分化为表达CD40配体(CD40L)的Th2细胞，Th2细胞与表达CD40的黏膜淋巴滤泡B细胞相互作用，促使B细胞分化为IgA1+浆细胞和IgA2+浆细胞(PC)；T细胞非依赖途径：树突状细胞将外来抗原呈递给B细胞，并释放B细胞激活因子(BAFF)和增殖诱导配体(APRIL)，促进B细胞分化为IgA1+浆细胞和IgA2+浆细胞；IgA由J链连接成为二聚体，在黏膜下与纤毛细胞及黏膜下腺浆细胞分泌的pIgR结合，向气道表面转运；TI：T细胞非依赖途径；TD：T细胞依赖途径；DC：树突状细胞；PC：浆细胞；TLR：toll样受体；BAFF：B细胞激活因子；APRIL：增殖诱导配体；Naïve T cell：初始T细胞；TGF-β：转化生长因子β；TSLP：胸腺基质淋巴细胞生成素；IL-10：白细胞介素10

2 IgA在哮喘发生发展中的作用

黏膜屏障功能受损时，吸入性抗原和病原体对上皮细胞的慢性损伤可导致促炎信号激活和炎症因子释放，从而促进气道炎症，而sIgA是体液黏膜免疫的主要介质。研究报道，在选择性IgA缺乏的患者中，过敏性疾病和哮喘的发病率有所增加[11]。Ladjemi等[4]发现，不同严重程度的哮喘患者均存在支气管上皮pIgR蛋白表达下调，以IL- 4、IL-13为主的Th2型细胞因子激活IL- 4Rα/STAT6信号通路，通过自分泌的TGF-β途径影响气道上皮细胞的分化，从而抑制pIgR的表达和sIgA 介导的黏膜防御。且该研究显示pIgR表达水平与哮喘严重程度无关，pIgR的下调在早期轻症哮喘患者中即可出现，提示pIgR下调是哮喘气道上皮细胞的早期异常。

肠道和呼吸道共生菌群的建立始于出生时，婴幼儿期肠道菌群的多样性在免疫调节和免疫系统的发育成熟中发挥核心作用，尤其生命的前2～3年是最关键的时期[12]，而sIgA可以限制选定菌种的过度生长，从而保证微生物的多样性[13]。胎儿出生时，外分泌腺中的sIgA含量通常很低，直到出生几年后才能达到正常成年水平，婴儿期黏膜的免疫防御主要依靠来自母体的免疫球蛋白，母乳中丰富的免疫成分和生长因子对刺激婴儿免疫系统的发育至关重要[12]。对母体分娩初期乳清样本的研究显示乳清中的sIgA水平与1年内婴儿哮喘样症状的发生呈负相关[14]。早期的研究也表明，婴儿唾液和肠道中的sIgA水平降低与幼年致敏及迟发型喘息的风险增加密切相关[15-16]，这与婴儿期肠道微生物多样性降低、黏膜对微生物的低IgA反应有关。对爱沙尼亚(低过敏率国家)儿童和瑞典(高过敏率国家)儿童的队列研究发现室内尘螨水平、婴儿期呼吸道感染与唾液sIgA水平呈正相关，有过敏症状的婴儿在出生后3、6、12和24个月的唾液sIgA水平均低于没有任何临床症状的婴儿，尽管两组儿童的总IgA均在5岁时达到成人水平，但爱沙尼亚儿童唾液中的大部分IgA是sIgA，而瑞典儿童唾液中的sIgA与总IgA的比例明显降低[17]。说明早期过敏原的暴露减少与sIgA的减少有关，尽管随着年龄增长sIgA可达到正常成人水平，但生命早期的黏膜免疫缺陷促进了慢性炎症的发展，从而导致Th2反应的放大和随后的哮喘发展。婴儿时期唾液和粪便中的sIgA水平或可间接反映粘膜免疫系统的成熟程度，可能代表了一种新的方法来早期识别哮喘和过敏性疾病风险增加的婴儿。

因降低的IgA多在4～5岁时即可达到正常成人水平，故 IgA在成人哮喘中的作用常常被忽略。但Kim等[5]对成人患者的研究表明，尽管血清IgA水平在正常参考范围内，但与IgA<140 mg/dL的患者相比，高IgA水平(≥280 mg/dL)显著降低了中重度气道高反应的发生率及 HDM的致敏风险。另一病例对照研究也表明，尽管各组人群的血清IgA均在正常范围，但与正常对照组相比，重症哮喘患者的IgA水平明显降低，且血清IgA水平与患者肺功能呈正相关，支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中的sIgA水平与哮喘症状呈负相关[18]。而到目前为止，IgA在正常值范围内的细微变化在临床工作中尚未引起重视。然而，一项对200例足月新生儿为期20年的前瞻性随访研究发现，婴儿2月龄时血清IgA浓度与儿童和青春期出现过敏症状和致敏(皮肤点刺试验阳性)呈正相关[19]，这一结论与Kim等[5]的研究结论相反；但该研究随后发现，该队列中婴儿2月龄时的血清IgA浓度与血浆视黄醇浓度呈负相关。视黄醇水平减低可以导致pIgR表达减少，并可能干扰分泌IgA的浆细胞肠道归巢，导致黏膜sIgA减低而血清IgA升高，这可以部分解释为何患者血清IgA水平升高但却出现过敏症状增加[20- 21]。

同为常见的慢性气道疾病，pIgR/sIgA的表达减低在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者中也有一致发现。研究显示在吸烟及COPD患者中存在广泛的气道假复层纤毛柱状上皮细胞分化异常，而支气管壁重塑、局部持续性炎症细胞浸润及小气道气流受限与分化异常的气道上皮细胞表面PIgR表达减少、sIgA向黏膜表面的转运障碍密切相关[22]。此外，研究还发现在sIgA缺乏的气道上皮中，促炎转录因子NF-κB异常激活，炎症因子产生明显增加，而炎症反应进一步推动气道上皮重塑和进行性纤维化改变，这可能是COPD患者戒烟数年后气道炎症和支气管上皮重塑仍持续存在的原因[23]。

3 通过pIgR/sIgA 介导的哮喘干预策略

随着社会经济发展、日常生活条件改善、抗生素治疗等原因，过去几十年里哮喘的流行率大大增加。如前所述，哮喘的发生发展可能与早期黏膜免疫发育异常有关，早期识别黏膜免疫缺陷，通过诱导充分发育的黏膜IgA谱系以加强小气道粘膜屏障功能、维持黏膜免疫稳态的干预措施可能代表着新型有效的哮喘防治策略。

3.1 在过敏源特异性免疫治疗中的辅助作用

研究证明给予小鼠豚草特异性IgA滴鼻预处理可预防豚草提取物刺激气道后的气道高反应，减轻嗜酸性粒细胞炎症、降低特异性IgE水平，并抑制局部Th2细胞因子的产生，促使免疫反应由Th2型向Th1型转变，这些作用是过敏原特异性的，予非特异性IgA滴鼻的对照组小鼠中未发现炎症保护作用[6]。空气过敏原如花粉、动物皮屑、屋尘螨等，都在过敏性气道疾病的诱发中起着重要作用，反复接触变应原会导致鼻腔和支气管黏膜及其周围组织的炎症，诱发过敏性鼻炎和哮喘。而日常生活中要完全避免相关过敏原相当困难，通过变应原特异性抗体进行免疫排斥或许是一个可行的办法。但高浓度变应原提取物需要长期和定期给药，可能造成潜在的严重过敏反应风险，与合适的耐受性佐剂结合可能对提高疗效和安全性有益。霍乱毒素B是目前实验中使用最广泛的黏膜佐剂，且实验证明霍乱毒素B 在体外可诱导骨髓树突状细胞介导的细胞反应由Th2型炎症反应向以Treg细胞及IgA分泌为主的Th1型反应转移，减轻OVA诱导的小鼠嗜酸性气道炎症[8，24]。与霍乱毒素B结合可在增强黏膜耐受性的同时降低特异性免疫治疗所需要的变应原提取物浓度，降低不良反应风险。

3.2 靶向单克隆抗体

研究提供了2型免疫激活和sIgA肺防御呈负相关的证据[4]，以IL- 4/IL-13为靶点的治疗可能有利于sIgA介导的气道免疫保护。近年的实验已证明靶向IL13、IL4Rα的单克隆抗体如Tralokinumab、Dupilumab可有效改善部分哮喘患者的临床结局[25- 26]。Ladjemi等[4]发现自分泌的TGF-β可通过影响气道上皮细胞分化而抑制pIgR/sIgA水平，在COPD患者中也发现上皮细胞分化异常导致的pIgR表达下调与TGF-β1分泌增加有关，在上皮细胞分化过程中给予抗TGF-β抗体干预，可有效上调pIgR/sIgA的表达[27]。

3.3 补充益生菌

健康的肠道菌群对婴儿的免疫系统发育至关重要，且可能会对以后的总体健康状况产生影响[17]，丰富的微生物环境有助于建立粘膜耐受性和保护性IgA反应。乳酸菌可促进抗原特异性或非特异性抗体的产生以增强黏膜防御，研究证明口服补充酸乳链球菌K15可明显提高儿童的唾液sIgA水平，促进黏膜部位产生病原体特异性IgA[28]，这可能是通过乳酸菌中的细菌RNA诱导树突状细胞(主要是mDC1)分泌 IL- 6 和 IL-10，激活B细胞产生IgA来实现的[29]。

3.4 补充sIgA或促进内源性sIgA分泌

pIgR基因敲除(pIgR-)的小鼠气道表面sIgA极度缺乏，细菌易穿透上皮屏障定植于气道壁，诱导免疫反应及NF-kB持续激活，局部炎症细胞浸润[30]。从人初乳中获得的sIgA经pIgR-小鼠气管内给药可显著减轻细菌诱导的炎症反应并抑制NF-κB活性[31]，提示外源性补充sIgA可以增强黏膜防御。但体外消化模型研究发现，重组特异性单克隆抗体经胃肠消化后降解率很高，而天然母乳中的单克隆抗体则可在胃肠道消化过程中保持稳定[32]。对于呼吸道给药来说，外源性重组单克隆抗体在呼吸道黏膜的药代动力学尚需进一步研究，在保证黏膜吸收率的同时减少转化过程中的药物降解是未来需要继续探索的新药剂型研究方向。

由于早期视黄醇水平减低可以导致pIgR/sIgA表达减少，故婴幼儿期维生素A缺乏也应得到重视，早期识别维生素A缺乏并给予适当补充或可增强黏膜防御。在维A酸缺乏的大鼠中，尽管分泌IgA的浆细胞数量正常，但由于维A酸缺乏引起pIgR表达下调导致IgA转运减少，故尽管血清IgA水平正常或升高，但黏膜sIgA水平仍然降低[20]。研究证明补充维A酸可以促进树突状细胞介导的B细胞IgA抗体类别转换，促进黏膜IgA的产生，还能增强pIgR的表达[33]。

综上所述，气道黏膜免疫失调可能是哮喘发生的关键早期事件，正常的pIgR/sIgA表达在黏膜免疫稳态中发挥关键作用。婴儿期唾液或粪便中的sIgA水平降低可帮助早期识别黏膜免疫缺陷及哮喘风险增加的人群。增强pIgR表达或sIgA分泌的措施有助于增强黏膜耐受性、减轻对过敏原的炎症反应、防止上皮结构损伤和气道重塑，帮助预防或缓解哮喘症状。但目前pIgR/sIgA与治疗相关的研究大部分以动物实验为主，尚需要更多的临床研究证据支持。创造性的特异性单克隆抗体递送策略也有待进一步研发，以诱导对黏膜B细胞的持续刺激，介导持久的IgA保护作用。早期补充益生菌及维生素A或可对促进黏膜免疫发育有益。

过去有研究发现吸入过敏原后BALF中特异性IgA水平增加与嗜酸性粒细胞脱颗粒产物增加显著相关，提示抗原特异性IgA可能在抗原攻击后肺内嗜酸性粒细胞激活和脱颗粒中起重要作用[34]。但BALF中IgA水平还可能受血清总免疫球蛋白水平和气道炎症程度的影响，IgA的增加是嗜酸性炎症的原因还是结果尚不明确。气道黏膜 IgA免疫系统具有复杂性，可能涉及更多的细胞及机制参与其中，包括B淋巴细胞、T淋巴细胞、树突状细胞等，未来需要进一步的研究以更明确气道上皮细胞维持有效黏膜免疫屏障的机制以及抗原特异性IgA在过敏性气道炎症中的利弊作用，助于更有效地利用黏膜途径进行免疫或靶向治疗，避免过度的炎症或不适当的耐受性。此外，尚需要进行更多及更大样本的研究以确定影响黏膜防御屏障的血清IgA及黏膜sIgA cut-off值，以助于更准确地定位黏膜免疫受损人群，为哮喘患者制定个性化的治疗干预方案。