斑秃相关免疫机制研究进展

杨梦瑶 耿 龙

中国医科大学附属第一医院,沈阳,110000

斑秃(alopecia areata, AA)是在一定遗传背景下,由外界环境诱发的毛囊局部免疫反应,是一种CD8+/NKG2D+T细胞依赖性自身免疫性疾病,发病率约为2%,约半数患者在30岁前发病［1］。斑秃具体发病机制未明,可能与毛囊局部免疫豁免的丧失、细胞毒性免疫细胞识别以及毛囊的免疫应答有关［2］,压力和心理因素也参与了斑秃的发生和发展［3］。以往的研究表明斑秃的发病无性别及种族差异,但近期的一项流行病学研究发现,女性斑秃患者的年龄标准化发病率略高于男性,30～34岁的女性斑秃发病率最高［4］。斑秃的预后个体差异大,脱发区广泛者往往复发率高,且恢复至正常的概率低。迄今为止,斑秃的治疗选择十分有限,主要基于抑制或刺激免疫反应,皮质类固醇、免疫调节剂、米诺地尔和接触免疫治疗仍是目前主要的治疗手段,但疗效往往有限。随着近年来对斑秃发病机制的不断深入探究,很多新疗法正在不断涌现,生物制剂、小分子制剂,包括一些处于临床试验阶段的新型JAK抑制剂。深入了解斑秃的发病机制对于探索新的靶向疗法至关重要。

1 细胞因子与斑秃

斑秃以往被认为是一种器官特异性疾病,病变局限于毛囊,然而大量研究表明,斑秃与全身多种促炎细胞因子失调有关,是一种由多种细胞因子驱动的复杂疾病。Bain等［5］对斑秃及银屑病关节炎(PsA)患者的血浆细胞因子进行了多重分析,发现了与斑秃相关的全身炎症特征,即IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-23、IL-33、IL-31和IL-17E(IL-25)的循环水平显著增高。并且,与PsA相比,斑秃患者IL-17F、IL-17E和IL-23的水平更高。据此,他们认为循环炎症细胞因子可能会导致斑秃及与斑秃相关的其他合并症。

Glickman等［6］收集了中重度斑秃(n=18)和健康人(n=8)的头皮组织与血清,从样本中提取总RNA,采用TapeStation4200生物分析仪评估RNA质量。使用Illumina公司的NovaSeq6000进行二代测序,用转录组学方法评估了斑秃头皮组织中的33118个基因,用OLINK高通量蛋白质组学技术评估了血清中的340个炎症蛋白,采用单变量与多变量方法筛选生物标志物,发现了差异表达基因共608个,包括Th1(IFNG/IL12B/CXCL11)、Th2(IL13/CCL18)和T细胞活化相关(ICOS)产物,研究提示斑秃是一种与全身多种炎症细胞因子相关的系统性疾病,建议采取以免疫为基础的系统性治疗。此外,他们的另一项研究［7］评估了中重度斑秃患者(n=35)的350个炎症和心血管病风险相关蛋白,并与中重度银屑病(n=19)、特应性皮炎(n=49)、健康人(n=36)进行比较。同样采用OLINK高通量蛋白质组学方法,发现了74个差异蛋白,包括固有免疫相关细胞因子(IL-6、IL-8)、Th1(IFN-γ/CXCL9/CXCL10/CXCL11)、Th2(CCL13/CCL17/CCL7)、Th17(CCL20/PI3/S100A12)以及心血管病风险相关蛋白(OLR1/OSM/MPO/PRTN3)。与对照组相比,全秃/普秃患者的全身炎症反应程度最高。该研究表明,全身多种细胞因子参与了斑秃的发病,强调了系统性治疗的必要性。以往的研究表明,斑秃的持续状态与促炎细胞因子和抗炎细胞因子的不平衡有关。最近有学者调查了IFN-γ和γc家族成员(包括IL-2、IL-7、IL-15)在斑秃发病中的作用,结果表明,斑秃患者血清IL-2水平高于健康对照组,在斑秃活动性病变中IL-2 mRNA含量高于非活动性病变［8］。另外,在斑秃患者和C3H/HeJ小鼠的脱发区检测到IL-7的过表达,外源性IL-7可加速斑秃的发作,而阻断IL-7可以阻止C3H/HeJ小鼠斑秃的进展并逆转早期斑秃［9］。研究还发现,与健康对照组相比,斑秃患者血清IL-15水平升高。并且,与有少量脱发区的斑秃患者相比,全秃/普秃患者IL-15水平升高更为显著［10］。

联合抑制多种斑秃相关的细胞因子可能是药物研发的潜在方向,如同时拮抗三种白介素的新药BNZ-1(一种IL-2、IL-9、IL-15抑制剂)正处于2期多中心临床研究［11］。

2 T细胞亚群与斑秃

斑秃是一种系统性疾病,T细胞亚群异常与斑秃发病有关。有研究表明［12］Th1、Th2和Th17参与斑秃的发生发展,且Th1/Th2很多相关标志物都与斑秃严重程度相关。在斑秃患者中观察到显著的Th1型细胞因子(IL-2、IFN-γ、TNF、IL-12和IL-18)、Th2型细胞因子(IL-4、IL-5、IL-6、IL-9、IL-10、IL-13、IL-17E、IL-31和IL-33)和Th17型细胞因子(IL-17、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-23和TGF-β)的失调。并且,斑秃的严重程度和疾病持续时间与IL-2、TNF、IL-12和IL-17E水平的升高呈正相关［13］。

Czarnowicki等［14］采用流式细胞技术检测了中重度斑秃(n=32)、中重度特应性皮炎(n=43)、健康人(n=30)外周血T细胞亚群及细胞因子IFN-γ、IL-13、IL-9、IL-17和IL-22的水平。结果发现,斑秃组Th2、Tc2、Th22均高于对照组,而Treg明显低于对照组,且Th2和Tc2与斑秃病情严重程度相关。因此,他们认为,Th2/Tc2激活与斑秃发病及疾病严重程度有关。这些数据提示了T细胞亚群在斑秃发病中的作用,也强调了斑秃是一种系统性疾病,支持对重症患者采取系统性治疗策略。

2.1 Th1、Th17与斑秃 目前普遍认为斑秃主要是由IFN-γ驱动的1型炎症性疾病。Gautam等［15］评估了斑秃患者血清中Th1(IL-2、IFN-γ)、Th2(IL-4)、Th17(IL-23、IL-17A)和Tregs(IL-10)的关键细胞因子水平,并将其与斑秃严重程度进行相关性分析。用酶联免疫吸附法测定斑秃(n=40)和健康人(n=40)的血清细胞因子水平(IL-2、IFN-γ、IL-17A、IL-23、IL-4、IL-10),结果发现,斑秃血清细胞因子 IL-2、IFN-γ、IL-17A、IL-10水平较对照组显著升高,IL-23水平无显著升高,IL-4水平显著降低。此外,他们还发现斑秃严重程度与IL-2、IL-17A、IL-23水平存在显著正相关。因此他们认为,Th1和Th17通路在斑秃发病中起关键作用,且斑秃相关细胞因子可以作为提示疾病活动的生物标志物和潜在的治疗靶点。

IL-17A抑制剂近年来广泛用于治疗银屑病,而在用药期间发生斑秃的报道并不少见,但也有研究发现IL-17A抑制剂可以缓解斑秃［16］,这一矛盾的现象有待进一步研究来论证。

2.2 Th2与斑秃 虽然普遍认为斑秃是由Th1通路介导的1型炎症性疾病,但最近的研究揭示了Th2相关细胞因子在斑秃发病机制中的一些作用［17］,且有越来越多的证据表明,Th2通路与斑秃有关,斑秃患者特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)的发病率明显升高,基因组易感位点和细胞因子激活研究也发现Th2 通路参与斑秃发病,提示斑秃与AD可能有共同的免疫途径［18］,很多学者提出斑秃可能为AD共病等观点。除AD外,斑秃还与多种自身免疫性疾病密切相关,如过敏性鼻炎、自身免疫性甲状腺疾病、银屑病、红斑狼疮、白癜风等［1］。

度普利尤单抗是IL-4/IL-13抑制剂,近年来已广泛应用于AD的治疗。Renert-Yuval等［19］开展了一项随机、双盲、多中心试验研究,将斑秃患者分为两组,治疗组(n=38)予度普利尤单抗,对照组(n=18)予安慰剂,在第12、24、48周进行头皮活检,qRT-PCR检测皮损组织的生物标志物表达水平。结果显示,治疗组在24周后,多种Th2相关标志物(CCL13/MCP-4、CCL18/PARC、CCL26/eotaxin-3、CCL24/Eotaxin-2)显著上调,在有特应性病史/家族史/高IgE的斑秃患者(n=21)中表现更为显著。研究发现,毛发再生与Th2相关标志物存在显著的相关性,在活动性斑秃中Th2相关细胞因子受到抑制。

不少研究发现,在使用度普利尤单抗治疗AD期间,斑秃也同时得到了缓解,然而矛盾的是,应用该药期间发生斑秃的报道也并不少见［20］,这可能与药物在IL-4受体α亚单位水平上抑制Th2型免疫反应的作用有关。治疗的矛盾反应是生物制剂常见的现象,不少文献都有相关报道,但矛盾反应不是每次都出现。度普利尤在治疗AD期间,既有可能诱发或加重斑秃,也有可能缓解斑秃,具体的机制还需要进一步的实验研究来阐明。有研究发现,度普利尤单抗和乌司奴单抗(IL-12/IL-23抑制剂)的信号拮抗作用也存在矛盾,因此,这两种药物应仅考虑用于难治性斑秃病例［21］。

AD可分为内源性和外源性两种类型,斑秃的免疫状态在非特应性和特应性之间以及伴有不同类型的AD之间可能存在差异。Kageyama等［22］采集了非特应性斑秃(n=11)、患外源性AD的斑秃(n=13)和患内源性AD的斑秃(n=6)以及健康人(n=9)的外周血,用流式细胞技术比较分析各组外周血中细胞因子(IFN-γ、IL-4、IL-13)、趋化因子受体(CXCR3、CCR4)的表达,结果发现非特应性斑秃中的CD4+IFN-γ+/CD4+IL-4+、CD4+IFN-γ+/+CD4+IL-13+均高于患外源性AD的斑秃患者。并且,在非特应性斑秃中,CD8+IFN-γ+与CD8+IL-13+细胞的比值显著高于健康对照组。除此之外,6例合并外源性AD的斑秃接受度普利尤单抗治疗后出现显著的毛发再生,而1例合并内源性AD的斑秃接受治疗后,斑秃未出现改善。该研究表明,特应性和非特应性斑秃之间的免疫状态不同,患外源性和内源性AD的斑秃之间的免疫状态也不一样。实验观察到度普利尤单抗仅能改善患外源性AD的斑秃,他们认为2型免疫可能参与了患外源性AD斑秃的发病。评估度普利尤单抗对不同类型斑秃的疗效可以帮助我们进一步了解斑秃的发病机制,并能为斑秃患者选择更个体化的治疗方案。

2.3 Tregs缺乏可能导致斑秃 调节性T细胞(Tregs)是负责调节免疫反应的T细胞亚群,可维持免疫稳态并提供对自身和非自身抗原的免疫耐受,目前许多研究都揭示了Treg数量和功能在各种自身免疫疾病中的作用,Treg缺乏可导致多种自身免疫性皮肤病的发展,包括斑秃、白癜风、类天疱疮和天疱疮、银屑病和系统性硬化症等［23］。

Le Duff等［24］进行了一项为期52周的多中心前瞻性对照研究,用低剂量IL-2治疗中重度斑秃,评估其对Tregs和NK细胞的影响,研究表明Tregs缺陷可能促进免疫豁免丧失的发生。许多动物模型数据以及斑秃患者的血清学数据也都强调了Tregs在斑秃的发病机制中的关键作用,且IL-2对Tregs体内平衡至关重要［25］。

Mukhatayev等［26］探究了Tregs在多种自身免疫性皮肤病中的表型和特征,他们认为Treg功能异常与斑秃发病机制有关。在C3H/HeJ斑秃小鼠皮损处浸润的Tregs细胞相对较少,伴CD40的低表达。从正常小鼠的淋巴结中获得的Tregs转移到C3H/HeJ小鼠可以防止后者发生斑秃。在人类中也获得了相关数据,与健康对照相比,斑秃患者头皮病变中CD4+FOXP3+、CD25+FOXP3+Tregs水平较低。给斑秃皮下注射低剂量IL-2,可诱导CD4+CD25+FOXP3+Tregs募集到脱发区并出现再生毛发。尽管斑秃Treg功能障碍的机制目前尚不清楚,但这些数据说明了Treg在斑秃发病机制中的关键作用,提示了其治疗应用的潜力。

Hamed等［27］通过流式细胞技术分析了斑秃(n=20)和健康人(n=15)的循环Treg亚群的分布,发现在斑秃患者中Treg抑制因子HLA-DR+亚群显著减少、CD4+CD25+FOXP3+Treg亚群中表达CD39的细胞显著减少、毛囊中FOXP3 CD39 Treg细胞也减少。他们还研究了Tregs(CD4+CD25+FOXP3+)的TCRβ序列,通过高通量测序技术分析PCR产物,结果发现了一些可能具有保护作用的Treg克隆型,并认为它们可能是未来斑秃治疗的一个有前景的方向。其他淋巴细胞亚群,如γδTreg 细胞在斑秃发病中的作用仍处于研究阶段。

3 JAK-STAT通路与斑秃

JAK-STAT信号通路广泛存在于固有和适应性免疫系统,JAK抑制剂具有广泛的、相对非特异性的抗炎活性,能阻断I型和II型细胞因子相关的多种信号通路,并显著降低T细胞、树突状细胞和NK细胞的数量和活性［28］。JAK抑制剂治疗斑秃的机制主要是抑制免疫细胞产生炎症因子,还可能直接作用于毛囊上皮细胞,推动毛囊周期进入生长期。JAK抑制剂与JAK结合后,使其不能结合和激活STAT,抑制了后者进入核内转导细胞因子,如IL-2、IL-7、IL-15、IL-21和IFN-γ等这些在斑秃发病机制中起重要作用的分子［29］。

普遍认为IFN-γ是斑秃发病的关键因素,但其他细胞因子也显示出了重要作用。斑秃动物模型的机制研究表明,常见的γ链(γc)细胞因子如IL-2、IL-7和IL-15有加重斑秃的作用,而IFN-γ和γc细胞因子均通过受体激活JAK-STAT通路传递信号［8］。虽然Jak抑制剂通过靶向IL-2、IL-15、IFN-γ发挥对斑秃的干预作用,但Jak抑制剂还具有更广泛的抑制作用,包括适用于与Th2和Th17型通路相关的疾病。因此,Jak抑制剂治疗斑秃的作用并不能证明是由Th1通路主导,也不能排除Th2通路的参与［30］。

基于这些发现,JAK/STAT通路已成为临床治疗干预的靶点,近年来JAK抑制剂已被广泛应用于AD、银屑病、白癜风、皮肌炎、皮肤红斑狼疮等。2014年起国外应用JAK抑制剂治疗斑秃,并取得确切疗效,尤其是对重症和激素治疗无效的患者有很好的应用前景。King等［31］开展了巴瑞替尼(JAK1/2抑制剂)在斑秃患者中的首次随机临床试验,研究结果证实了JAK抑制剂在治疗斑秃方面的潜力。美国FDA于2022年6月批准巴瑞替尼用于治疗斑秃,这也是目前唯一被批准用于斑秃的JAK抑制剂。其他基于JAK通路治疗斑秃的新药,部分处于2、3期临床试验阶段,包括托法替尼(JAK1/3抑制剂)、鲁索替尼(JAK1/2抑制剂)、Deuruxolitinib(CTP-543,JAK1/2抑制剂)、Ritlecitinib(PF-06651600, JAK3/TEC抑制剂)、Brepocitinib(PF-066700841, JAK1/TYK2抑制剂)、ATI-501(JAK1/3抑制剂)、Jaktinib(JAK2/3/TYK2抑制剂)。近期还有研究发现,辛伐他汀可通过JAK通路下调Th1型细胞因子(IL-2、IL-12、IFN-γ和TNF-α)而改善斑秃［32］。

4 小结

斑秃是一种与多基因、多因素相关的系统性疾病,斑秃患者常有其他自身免疫性共病以及毛囊自身抗体的存在都证实了自身免疫参与了斑秃的发病。本文探讨了可能与斑秃有关的免疫机制,与许多其他炎症性皮肤病一样,斑秃的治疗也正处于精准医学的新时代,针对致病途径的靶向疗法正在积极探索和开发。小分子靶向药作为新型药物正处于治疗皮肤病临床试验研究的最前沿,尤其是JAK抑制剂治疗中重度斑秃具有显著的效果和安全性［33］。未来可针对参与斑秃自身免疫或炎症通路的多种关键分子开发新药,如联合拮抗Th1、Th2和JAK通路上某几种细胞因子的靶向治疗策略。另外,可进一步在斑秃患者中鉴定自身抗原和抗原特异性T细胞,这将对阐明斑秃的免疫机制很有意义,也对开发新疗法有较高价值。斑秃目前的研究热点还包括微生物组(包括肠道、皮肤、头皮、毛囊)、基因组学和转录组学、黑素细胞、富血小板血浆［34］、外泌体和胎盘提取物、干细胞与再生医学。随着国内外毛发领域的科学家对斑秃免疫机制的不断深入研究,未来将继续为斑秃患者的治疗提供更多的可能性。