引用本文： 姚庆美, 陈玥, 黎友伦, 王丹. 重症哮喘气道上皮细胞损伤机制及潜在生物治疗靶点. 中国呼吸与危重监护杂志, 2022, 21(12): 899-903. doi: 10.7507/1671-6205.202208033 复制
支气管哮喘（简称哮喘）是一种慢性、高度异质性的气道炎症性疾病 [1]。目前哮喘的发病率不断上升，全球约3.3亿人罹患哮喘[2]。大多数患者使用标准的吸入治疗可以实现良好的疾病控制，但约有5%～10%的患者治疗效果差，控制水平低，甚至最终致残和死亡，被视为重症哮喘 [3]。尽管重症哮喘发病率远低于轻中度哮喘，但其医疗花费高，预后差，疾病负担重[4]。对于此类患者，全球哮喘防治创议指南推荐附加生物治疗[1]。生物治疗药物可以直接针对哮喘的发病机制，靶向作用于哮喘发作的关键分子，是近年来哮喘治疗领域的热点。
气道上皮细胞作为人体接触外界环境的第一道屏障，是机体抵御微生物、空气刺激源和过敏原的第一道防线[5]。气道上皮通过其屏障功能、免疫反应调节、关键细胞因子分泌、信号传导等功能，参与哮喘气道炎症及气道重塑，位于哮喘发病机制的核心环节。哮喘可分为不同表型和内型[1]，不同分型是哮喘严重程度、病程及预后差异性的基础。目前，根据驱动支气管炎症的主要炎症途径，哮喘内型主要分为高2型炎症表型（type 2 inflammatory patterns，T2）哮喘和低T2哮喘，过敏性哮喘和嗜酸粒细胞性哮喘通常属于高T2炎症。新型的生物靶向治疗药物对部分高T2型的重症哮喘患者有效，但对低T2型重症哮喘患者疗效欠佳，重症哮喘的治疗需求仍未得到满足。鉴于气道上皮细胞在哮喘发病机制中的重要作用，本文概述了重症哮喘的气道上皮细胞损伤机制及上皮来源的潜在生物治疗靶点及其临床研究进展。
1 气道上皮的结构和功能
气道上皮组成细胞较为复杂，对健康受试者的支气管活检样本进行单细胞转录组序列分析，结果显示气道上皮细胞由基底细胞、分泌克拉拉细胞、纤毛细胞、杯状细胞、1型和2型肺泡细胞、神经内分泌细胞、簇状细胞、微金细胞及最新发现的离子细胞等[6]构成。当气道吸入外源性致病原时，气道上皮通过其细胞和生化成分进行平衡和协调，气道上皮屏障大致归纳为物理屏障、生化屏障、调节固有免疫和适应性免疫的免疫屏障，在维持气道内稳态中起着关键作用。
气道上皮主要通过黏附连接（adherin junction，AJ）、半桥粒和紧密连接（tight junctions，TJs）等方式维持气道上皮屏障的完整性[7]。TJs由一系列相互作用的多种紧密连接蛋白和受体组成，包括闭锁小带蛋白、闭合蛋白及E钙黏附蛋白等[8]，它是位于最顶端的细胞间连接[7]，是维持细胞膜通透性和细胞内外电压力差的基础[9]。AJ位于TJs正下方，通过多种功能维持上皮的完整性[10]。同样，半桥粒可以将上皮层附着到基底膜上。这些胞内和胞间连接在调节气道上皮通透性、细胞损伤修复和维持屏障功能中起着重要作用[8]。研究表明在哮喘患者中上述连接的破坏及其功能丧失参与哮喘的气道炎症和气道重塑[11]。且哮喘气道上皮屏障损伤程度和疾病严重程度相关，轻中度哮喘患者上皮细胞连接及细胞屏障受损，重症哮喘患者出现上皮细胞丢失[12]。
气道上皮细胞及其分泌物、黏膜下腺体分泌物和组织渗出物等共同形成覆盖于气道表面的黏液纤毛清除系统，对抵御各种吸入性病原和过敏原的致病作用发挥重要作用。纤毛黏液毯由上层的黏液层（凝胶层）和位于其下浆液层组成，上皮纤毛通过浆液层直达黏液层底部，并与之相接，依纤毛摆动将附于黏液层上的有害物质随黏液一道排出体外。黏液层包含许多免疫因子，对细菌、真菌和某些病毒发挥抗菌活性[13]。黏液纤毛清除系统的功能障碍是哮喘的特征之一，纤毛运输功能异常、气道上皮细胞屏障功能受损及黏蛋白功能异常等均参与哮喘的发生。研究显示哮喘的黏蛋白胃黏液素5AC（mucin 5AC，MUC5AC）和胃黏液素5B（mucin 5B，MUC5B）的调控异常，高T2型哮喘患者MUC5AC浓度升高[14]。大鼠的哮喘模型发现，除分化过程中的纤毛细胞，气道上皮细胞内存在过量分泌的黏液，主要成分是MUC5AC，导致了气道黏液细胞化生，参与哮喘的发病过程[15]。
此外，气道上皮在调节固有免疫和适应性免疫中也发挥着重要作用。气道上皮表达多种模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs），可快速识别内外环境中的病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）以及组织损伤、细胞死亡或细胞应激时释放的损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs），并作出反应[10]。15种PRRs包括Toll样受体（toll-like receptors，TLRs）、NOD样受体（nucleotide oligomerization domain-like receptor，NLR）、C型凝集素和蛋白酶激活受体等识别PAMPs或DAMPs后，PRRs通过激活下游信号通路，促进促炎细胞因子、趋化因子的释放，包括白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8、趋化因子配体20、趋化因子配体17、胸腺基质淋巴细胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）、IL-25、IL-33和粒细胞–巨噬细胞集落刺激因子等[16]，这些细胞因子和危险信号分子导致哮喘气道炎症[17]。同时，气道炎症可导致上皮屏障受损，加重上皮损伤，为气道重塑形成提供微环境。因此，阻断气道上皮损伤可为重症哮喘治疗提供新的切入点。
2 不同内型哮喘中的气道上皮损伤机制
目前对哮喘的认识越来越突出不同表型、内型和异质性的特点，这有利于靶向分型及个体化生物治疗。目前关于上皮细胞损伤对哮喘作用的大部分研究来自于对其内型的研究。因此从不同内型哮喘中的气道上皮损伤机制进行总结。
2.1 高T2型哮喘
高T2型哮喘分为典型的过敏性哮喘和非过敏性嗜酸性哮喘。气道上皮是高T2型哮喘免疫反应的动态协调器，它表达许多PRRs，可快速识别和响应各种变应原，导致各种细胞因子及炎症介质释放，参与哮喘的气道炎症及气道重塑。辅助型T细胞2（T helper 2 cell，Th2）依赖性反应中许多介质起着关键作用，包括位于上游的分子GATA结合蛋白3（GATA binding protein 3，GATA-3）、TSLP、IL-33和IL-25和下游分子如免疫球蛋白E、IL-3、IL-4、IL-5、IL-13及Th2细胞表达的趋化性受体和同源分子等。
GATA-3是Th2上游的重要转录因子，通过刺激T细胞活化和分化，调控Th2细胞因子的表达。GATA-3可通过抑制IL-12R信号及激活蛋白4（transcription activating protein，STAT-4）信号转导[18]，从而阻断转化生长因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1），进一步抑制辅助型T细胞1（T helper 1cell，Th1）驱动T盒子转录因子，导致气道Th1/Th2的平衡失调，向Th2偏移[19]。在动物模型中，小分子化合物Bavachin通过下调激活蛋白6（transcription activating protein，STAT-6）磷酸化和GATA-3的表达来抑制IL-4的表达，改善哮喘气道炎症[20]。
TSLP、IL-25和IL-33是气道上皮受刺激后释放的重要细胞因子，它们被称为“警报蛋白”，位于Th2免疫的核心环节，可引发广泛的过敏反应，在调节组织损伤与修复中发挥重要作用。这些“警报蛋白”，通过激活Ⅱ型固有淋巴细胞（type Ⅱ innate lymphocytes，ILC2s），释放大量IL-4、IL-5和IL-13，增强Th2介导的适应性免疫反应[21]。TSLP也可以通过激活T细胞和B细胞来启动以树突状细胞（dendritic cell，DC）为代表的抗原提呈细胞，参与2型免疫[22]。
2.2 低T2型哮喘
低T2型哮喘的发病机制尚不清楚。低T2型哮喘对糖皮质激素反应差，且目前针对低T2型哮喘的生物治疗药物少。根据痰细胞学分类，可进一步分为中性粒细胞性哮喘和少粒细胞性哮喘。TSLP能够诱导Th2和Th17淋巴细胞同时扩增，分别产生IL-4和IL-17A[23]，Th17淋巴细胞在低T2少粒细胞性哮喘中发挥关键致病作用[24]，故TSLP与2型嗜酸性炎症有关，也与中性粒细胞性和少粒细胞性哮喘有关[25]。哮喘患者中TSLP在支气管活检标本的上皮外表面和内表面，以及在血清、诱导痰、支气管肺泡灌洗液和呼出气冷凝液中的表达均增加[26]。并且，TSLP的气道表达水平与哮喘严重程度和气流限制密切相关[25]。过敏原激发导致气道上皮和黏膜下层以及肺组织中的IL-25均上调[27]。IL-25可诱导致敏性趋化因子的产生、杯状细胞和黏液分泌的增加、上皮细胞总体增生和气道高反应性[28]。IL-33及其受体基因是儿童哮喘的易感基因[29]。研究表明哮喘患者痰和血液中IL-33的表达高于健康对照组，且与哮喘严重程度相关[30]。IL-33及其受体被认为是哮喘药物干预的潜在生物标志物或靶点[29]。
气道中性粒细胞炎症为低T2哮喘的主要特征，且通常与重症哮喘相关[24]，CD4+ T淋巴细胞的Th17细胞在这过程中起着关键作用[31]。Th17分化依赖于主转录因子维甲酸受体相关的孤儿受体γt（retinoic acid receptor-related orphan receptors，RORγt）的高表达，而TGF-β1、IL-6和IL-23在这过程中起协同作用，导致Th17细胞因子的产生[32]。Th17可促进组织炎症，以确保清除早期细胞外病原体[33]。Th17细胞分泌IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22和IL-23，影响气道上皮功能和修复，在中性粒细胞哮喘中起重要作用。
气道上皮细胞在IL-17、IL-22的诱导下释放IL-6和IL-8，促进中性粒细胞的迁移，诱导黏液细胞化生，气道平滑肌细胞增生，导致气道狭窄[34]。哮喘患者IL-17A的产生与气道高反应性和哮喘临床严重程度呈正相关[35]。IL-17A通过抑制Th2反应和防止嗜酸性粒细胞内流来抑制甲苯二异氰酸酯（Toluene diisocyanate，TDI）诱导的过敏性气道炎症，而IL-17F有助于TDI诱导的气道中性粒细胞炎症和气道高反应[36]，这表明IL-17A和IL-17F可能是发病机制中的重要细胞因子。IL-22促进人气道平滑肌细胞的增殖和迁移[37]，导致气道高反应性和气道重塑[38]。有研究报道IL-22对气道过敏性炎症的保护作用，尤其是对气道嗜酸性炎症和Th2细胞因子的产生，对气道高反应性，甚至对气道重塑的某些病理特征（如杯状细胞增生）的保护作用已在多项研究中描述[39]。另一方面，特应性皮炎和哮喘的小鼠模型中发现IL-22具有促炎作用，可增强气道高反应性和气道重塑[40]。IL-22的确切作用机制仍有待进一步阐明。由于IL-17和IL-22与哮喘气道损伤密切相关，特别是与重症哮喘密切相关，因此IL-17和IL-22成为是治疗重症哮喘的潜在的治疗靶点。
3 上皮来源的潜在生物治疗靶点及其临床进展
目前被批准用于治疗重症哮喘的生物药物，多是针对高T2哮喘的靶点[41]，如免疫球蛋白E、IL-5、IL-4、IL-13及其受体，这些药物对部分高T2哮喘患者可临床获益，但对低T2哮喘患者的临床效益不佳。随着对重症哮喘的发病机制的研究不断深入，气道上皮在哮喘发病机制中的核心作用被认识，围绕气道上皮细胞相关的生物标志物，如TSLP、IL-25、IL-33、TLRs、闭合蛋白4、闭合蛋白18、壳多糖酶3样蛋白1、克拉拉细胞分泌蛋白16成为新的潜在生物治疗靶点，目前已开展临床研究的靶向药物及效果如下。
3.1 TSLP
TSLP是一种天然细胞因子，当有害物质（包括过敏原、病毒、细菌和空气污染物等）诱导上皮损伤后，气道上皮细胞释放TSLP，从而影响ILC2s、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、DC、气道平滑肌细胞等细胞的功能，从而在T2型气道炎症中起关键作用[42]。除此之外，TSLP还通过影响Th17细胞分化参与低T2型哮喘[24]。因此，靶向TSLP具有治疗广泛哮喘的前景。几种TSLP抑制剂如MK-8226、RG7258、ASP7266在进行Ⅰ期临床试验后停止开发。Tezepelumab是全人源性的抗TSLP单克隆免疫球蛋白G2λ抗体，通过特异性结合TSLP，阻断TSLP与TSLP受体的相互作用[43]，从而抑制免疫细胞释放相关的促炎性细胞因子，达到防止哮喘发作并改善哮喘控制的作用，是最近被美国药监局批准用于重症哮喘的生物治疗药物，其疗效已在多项研究中证明[44]。Ⅲ期试验结果发现Tezepelumab能降低血液嗜酸性粒细胞计数、呼出气一氧化氮和免疫球蛋白E水平，接受Tezepelumab的重症哮喘患者急性发作更少，肺功能的改善，哮喘控制水平和及生活质量更好，且不良反应无明显增加[45]。抗TSLP的全人源单链可变区片段（single-chain variable fragment，scFv）抗体具有更高的特异性，表现出更高的亲和力，和更低的免疫原性。初步实验表明，scFv29在与TSLP受体的竞争中具有更强的结合TSLP的潜力，可降低DC的成熟率。因此，scFv29被认为是阻断TSLP信号的中和抗体，目前尚需进一步研究[46]。此外，CSJ-117作为一种靶向TSLP的新兴药物，目前处于Ⅱ期临床试验中。
3.2 IL-25
IL-25作为警报素家族的一员，由气道上皮产生，通过与其受体结合，诱导嗜酸性粒细胞增多和IL-4、IL-5和IL-13的产生[28]，从而参与T2型炎症。目前抗IL-25的首个单克隆抗体XKH001处于Ⅰ期临床试验中，研究结果有待发表。
3.3 IL-33
IL-33是主要由气道上皮细胞等产生的关键细胞因子，可诱导各种细胞因子的产生，包括IL-4、IL-5和IL-13[47]，与TSLP协同促进2型炎症反应。目前正在研究的抗IL-33单克隆抗体包括Etokimab、REGN3500、Itepekimab等。Ⅱa期临床研究结果显示Etokimab对重度特应性皮炎[48]、花生过敏者[49]均有良好临床效益，且安全性和耐受性良好。Ⅱ期临床试验表明Itepekimab在中度至重度哮喘患者中能改善哮喘症状和生活质量，并降低血液嗜酸性粒细胞计数，且无不良反应增加[50]。
3.4 TLRs
TLRs 作为一种重要的模式识别受体，广泛分布于多种组织细胞，包括气道上皮细胞。TLRs通过协调固有免疫和适应性免疫，在调控哮喘气道上皮屏障功能、促进气道炎症中发挥重要作用。既往研究表明TLRs在细胞生理病理中起双重调节作用[51]，目前已经发现了11种不同的TLRs[52]。TLRs信号的失调可导致多种病理生理改变，因此针对TLRs信号通路的激动剂和拮抗剂可能是有希望的候选药物。既往研究发现TLR激动剂可作为免疫治疗剂或疫苗佐剂，用于治疗癌症、过敏和传染病。单磷酸脂A作为TLR4激动剂，已成功应用于治疗对花粉过敏的变应性鼻炎和哮喘患者，其有效性和安全性在临床试验中得到了证实[53-54]。QbG10是TLR9激动剂，可被包装成CYT003-QbG10的病毒样纳米颗粒制剂。研究显示，在停止吸入类固醇激素的HDM致敏的哮喘患者中，每周7次注射CYT003-QbG10可显著改善鼻炎症状，提高第1秒用力呼气容积（forced vital capacity in one second，FEV1）和哮喘控制水平[55]。相反，对于1018ISS作为TLR9激动剂，Gauvreau等[56]研究发现，每周雾化36 mg 1018ISS，持续4周的治疗不会显著改善哮喘患者的FEV1或呼吸道症状。TLRs作为重症哮喘的潜在治疗靶点还有待进一步的临床研究。
4 结语
重症哮喘治疗效果差，生物治疗已成为重症哮喘的新兴手段，部分单克隆抗体已批准上市。目前可用于重症哮喘治疗的单克隆抗体药物包括Omalizumab、Mepolizumab、Reslizumab、Benralizumab、Dupilumab等，这些单克隆抗体对高T2型重症哮喘患者有效，但对低T2型重症哮喘患者疗效欠佳。因此，重症哮喘的治疗需求仍未得到满足。气道上皮作为呼吸道的第一道防线，是重症哮喘发病机制的核心环节。针对气道上皮相关的潜在生物标志物的研究有望为重症哮喘的治疗提供新的思路。本文重点介绍了重症哮喘气道上皮细胞损伤机制及生物标志物，并探讨了上皮来源相关靶向药物TSLP、IL-25、IL-33、TLRs的临床研究进展，为阐明气道上皮的重要性及进一步研究提供依据，为重症哮喘的治疗提供新的切入点。
利益冲突：本文不涉及任何利益冲突。
支气管哮喘（简称哮喘）是一种慢性、高度异质性的气道炎症性疾病 [1]。目前哮喘的发病率不断上升，全球约3.3亿人罹患哮喘[2]。大多数患者使用标准的吸入治疗可以实现良好的疾病控制，但约有5%～10%的患者治疗效果差，控制水平低，甚至最终致残和死亡，被视为重症哮喘 [3]。尽管重症哮喘发病率远低于轻中度哮喘，但其医疗花费高，预后差，疾病负担重[4]。对于此类患者，全球哮喘防治创议指南推荐附加生物治疗[1]。生物治疗药物可以直接针对哮喘的发病机制，靶向作用于哮喘发作的关键分子，是近年来哮喘治疗领域的热点。
气道上皮细胞作为人体接触外界环境的第一道屏障，是机体抵御微生物、空气刺激源和过敏原的第一道防线[5]。气道上皮通过其屏障功能、免疫反应调节、关键细胞因子分泌、信号传导等功能，参与哮喘气道炎症及气道重塑，位于哮喘发病机制的核心环节。哮喘可分为不同表型和内型[1]，不同分型是哮喘严重程度、病程及预后差异性的基础。目前，根据驱动支气管炎症的主要炎症途径，哮喘内型主要分为高2型炎症表型（type 2 inflammatory patterns，T2）哮喘和低T2哮喘，过敏性哮喘和嗜酸粒细胞性哮喘通常属于高T2炎症。新型的生物靶向治疗药物对部分高T2型的重症哮喘患者有效，但对低T2型重症哮喘患者疗效欠佳，重症哮喘的治疗需求仍未得到满足。鉴于气道上皮细胞在哮喘发病机制中的重要作用，本文概述了重症哮喘的气道上皮细胞损伤机制及上皮来源的潜在生物治疗靶点及其临床研究进展。
1 气道上皮的结构和功能
气道上皮组成细胞较为复杂，对健康受试者的支气管活检样本进行单细胞转录组序列分析，结果显示气道上皮细胞由基底细胞、分泌克拉拉细胞、纤毛细胞、杯状细胞、1型和2型肺泡细胞、神经内分泌细胞、簇状细胞、微金细胞及最新发现的离子细胞等[6]构成。当气道吸入外源性致病原时，气道上皮通过其细胞和生化成分进行平衡和协调，气道上皮屏障大致归纳为物理屏障、生化屏障、调节固有免疫和适应性免疫的免疫屏障，在维持气道内稳态中起着关键作用。
气道上皮主要通过黏附连接（adherin junction，AJ）、半桥粒和紧密连接（tight junctions，TJs）等方式维持气道上皮屏障的完整性[7]。TJs由一系列相互作用的多种紧密连接蛋白和受体组成，包括闭锁小带蛋白、闭合蛋白及E钙黏附蛋白等[8]，它是位于最顶端的细胞间连接[7]，是维持细胞膜通透性和细胞内外电压力差的基础[9]。AJ位于TJs正下方，通过多种功能维持上皮的完整性[10]。同样，半桥粒可以将上皮层附着到基底膜上。这些胞内和胞间连接在调节气道上皮通透性、细胞损伤修复和维持屏障功能中起着重要作用[8]。研究表明在哮喘患者中上述连接的破坏及其功能丧失参与哮喘的气道炎症和气道重塑[11]。且哮喘气道上皮屏障损伤程度和疾病严重程度相关，轻中度哮喘患者上皮细胞连接及细胞屏障受损，重症哮喘患者出现上皮细胞丢失[12]。
气道上皮细胞及其分泌物、黏膜下腺体分泌物和组织渗出物等共同形成覆盖于气道表面的黏液纤毛清除系统，对抵御各种吸入性病原和过敏原的致病作用发挥重要作用。纤毛黏液毯由上层的黏液层（凝胶层）和位于其下浆液层组成，上皮纤毛通过浆液层直达黏液层底部，并与之相接，依纤毛摆动将附于黏液层上的有害物质随黏液一道排出体外。黏液层包含许多免疫因子，对细菌、真菌和某些病毒发挥抗菌活性[13]。黏液纤毛清除系统的功能障碍是哮喘的特征之一，纤毛运输功能异常、气道上皮细胞屏障功能受损及黏蛋白功能异常等均参与哮喘的发生。研究显示哮喘的黏蛋白胃黏液素5AC（mucin 5AC，MUC5AC）和胃黏液素5B（mucin 5B，MUC5B）的调控异常，高T2型哮喘患者MUC5AC浓度升高[14]。大鼠的哮喘模型发现，除分化过程中的纤毛细胞，气道上皮细胞内存在过量分泌的黏液，主要成分是MUC5AC，导致了气道黏液细胞化生，参与哮喘的发病过程[15]。
此外，气道上皮在调节固有免疫和适应性免疫中也发挥着重要作用。气道上皮表达多种模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs），可快速识别内外环境中的病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）以及组织损伤、细胞死亡或细胞应激时释放的损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs），并作出反应[10]。15种PRRs包括Toll样受体（toll-like receptors，TLRs）、NOD样受体（nucleotide oligomerization domain-like receptor，NLR）、C型凝集素和蛋白酶激活受体等识别PAMPs或DAMPs后，PRRs通过激活下游信号通路，促进促炎细胞因子、趋化因子的释放，包括白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8、趋化因子配体20、趋化因子配体17、胸腺基质淋巴细胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）、IL-25、IL-33和粒细胞–巨噬细胞集落刺激因子等[16]，这些细胞因子和危险信号分子导致哮喘气道炎症[17]。同时，气道炎症可导致上皮屏障受损，加重上皮损伤，为气道重塑形成提供微环境。因此，阻断气道上皮损伤可为重症哮喘治疗提供新的切入点。
2 不同内型哮喘中的气道上皮损伤机制
目前对哮喘的认识越来越突出不同表型、内型和异质性的特点，这有利于靶向分型及个体化生物治疗。目前关于上皮细胞损伤对哮喘作用的大部分研究来自于对其内型的研究。因此从不同内型哮喘中的气道上皮损伤机制进行总结。
2.1 高T2型哮喘
高T2型哮喘分为典型的过敏性哮喘和非过敏性嗜酸性哮喘。气道上皮是高T2型哮喘免疫反应的动态协调器，它表达许多PRRs，可快速识别和响应各种变应原，导致各种细胞因子及炎症介质释放，参与哮喘的气道炎症及气道重塑。辅助型T细胞2（T helper 2 cell，Th2）依赖性反应中许多介质起着关键作用，包括位于上游的分子GATA结合蛋白3（GATA binding protein 3，GATA-3）、TSLP、IL-33和IL-25和下游分子如免疫球蛋白E、IL-3、IL-4、IL-5、IL-13及Th2细胞表达的趋化性受体和同源分子等。
GATA-3是Th2上游的重要转录因子，通过刺激T细胞活化和分化，调控Th2细胞因子的表达。GATA-3可通过抑制IL-12R信号及激活蛋白4（transcription activating protein，STAT-4）信号转导[18]，从而阻断转化生长因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1），进一步抑制辅助型T细胞1（T helper 1cell，Th1）驱动T盒子转录因子，导致气道Th1/Th2的平衡失调，向Th2偏移[19]。在动物模型中，小分子化合物Bavachin通过下调激活蛋白6（transcription activating protein，STAT-6）磷酸化和GATA-3的表达来抑制IL-4的表达，改善哮喘气道炎症[20]。
TSLP、IL-25和IL-33是气道上皮受刺激后释放的重要细胞因子，它们被称为“警报蛋白”，位于Th2免疫的核心环节，可引发广泛的过敏反应，在调节组织损伤与修复中发挥重要作用。这些“警报蛋白”，通过激活Ⅱ型固有淋巴细胞（type Ⅱ innate lymphocytes，ILC2s），释放大量IL-4、IL-5和IL-13，增强Th2介导的适应性免疫反应[21]。TSLP也可以通过激活T细胞和B细胞来启动以树突状细胞（dendritic cell，DC）为代表的抗原提呈细胞，参与2型免疫[22]。
2.2 低T2型哮喘
低T2型哮喘的发病机制尚不清楚。低T2型哮喘对糖皮质激素反应差，且目前针对低T2型哮喘的生物治疗药物少。根据痰细胞学分类，可进一步分为中性粒细胞性哮喘和少粒细胞性哮喘。TSLP能够诱导Th2和Th17淋巴细胞同时扩增，分别产生IL-4和IL-17A[23]，Th17淋巴细胞在低T2少粒细胞性哮喘中发挥关键致病作用[24]，故TSLP与2型嗜酸性炎症有关，也与中性粒细胞性和少粒细胞性哮喘有关[25]。哮喘患者中TSLP在支气管活检标本的上皮外表面和内表面，以及在血清、诱导痰、支气管肺泡灌洗液和呼出气冷凝液中的表达均增加[26]。并且，TSLP的气道表达水平与哮喘严重程度和气流限制密切相关[25]。过敏原激发导致气道上皮和黏膜下层以及肺组织中的IL-25均上调[27]。IL-25可诱导致敏性趋化因子的产生、杯状细胞和黏液分泌的增加、上皮细胞总体增生和气道高反应性[28]。IL-33及其受体基因是儿童哮喘的易感基因[29]。研究表明哮喘患者痰和血液中IL-33的表达高于健康对照组，且与哮喘严重程度相关[30]。IL-33及其受体被认为是哮喘药物干预的潜在生物标志物或靶点[29]。
气道中性粒细胞炎症为低T2哮喘的主要特征，且通常与重症哮喘相关[24]，CD4+ T淋巴细胞的Th17细胞在这过程中起着关键作用[31]。Th17分化依赖于主转录因子维甲酸受体相关的孤儿受体γt（retinoic acid receptor-related orphan receptors，RORγt）的高表达，而TGF-β1、IL-6和IL-23在这过程中起协同作用，导致Th17细胞因子的产生[32]。Th17可促进组织炎症，以确保清除早期细胞外病原体[33]。Th17细胞分泌IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22和IL-23，影响气道上皮功能和修复，在中性粒细胞哮喘中起重要作用。
气道上皮细胞在IL-17、IL-22的诱导下释放IL-6和IL-8，促进中性粒细胞的迁移，诱导黏液细胞化生，气道平滑肌细胞增生，导致气道狭窄[34]。哮喘患者IL-17A的产生与气道高反应性和哮喘临床严重程度呈正相关[35]。IL-17A通过抑制Th2反应和防止嗜酸性粒细胞内流来抑制甲苯二异氰酸酯（Toluene diisocyanate，TDI）诱导的过敏性气道炎症，而IL-17F有助于TDI诱导的气道中性粒细胞炎症和气道高反应[36]，这表明IL-17A和IL-17F可能是发病机制中的重要细胞因子。IL-22促进人气道平滑肌细胞的增殖和迁移[37]，导致气道高反应性和气道重塑[38]。有研究报道IL-22对气道过敏性炎症的保护作用，尤其是对气道嗜酸性炎症和Th2细胞因子的产生，对气道高反应性，甚至对气道重塑的某些病理特征（如杯状细胞增生）的保护作用已在多项研究中描述[39]。另一方面，特应性皮炎和哮喘的小鼠模型中发现IL-22具有促炎作用，可增强气道高反应性和气道重塑[40]。IL-22的确切作用机制仍有待进一步阐明。由于IL-17和IL-22与哮喘气道损伤密切相关，特别是与重症哮喘密切相关，因此IL-17和IL-22成为是治疗重症哮喘的潜在的治疗靶点。
3 上皮来源的潜在生物治疗靶点及其临床进展
目前被批准用于治疗重症哮喘的生物药物，多是针对高T2哮喘的靶点[41]，如免疫球蛋白E、IL-5、IL-4、IL-13及其受体，这些药物对部分高T2哮喘患者可临床获益，但对低T2哮喘患者的临床效益不佳。随着对重症哮喘的发病机制的研究不断深入，气道上皮在哮喘发病机制中的核心作用被认识，围绕气道上皮细胞相关的生物标志物，如TSLP、IL-25、IL-33、TLRs、闭合蛋白4、闭合蛋白18、壳多糖酶3样蛋白1、克拉拉细胞分泌蛋白16成为新的潜在生物治疗靶点，目前已开展临床研究的靶向药物及效果如下。
3.1 TSLP
TSLP是一种天然细胞因子，当有害物质（包括过敏原、病毒、细菌和空气污染物等）诱导上皮损伤后，气道上皮细胞释放TSLP，从而影响ILC2s、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、DC、气道平滑肌细胞等细胞的功能，从而在T2型气道炎症中起关键作用[42]。除此之外，TSLP还通过影响Th17细胞分化参与低T2型哮喘[24]。因此，靶向TSLP具有治疗广泛哮喘的前景。几种TSLP抑制剂如MK-8226、RG7258、ASP7266在进行Ⅰ期临床试验后停止开发。Tezepelumab是全人源性的抗TSLP单克隆免疫球蛋白G2λ抗体，通过特异性结合TSLP，阻断TSLP与TSLP受体的相互作用[43]，从而抑制免疫细胞释放相关的促炎性细胞因子，达到防止哮喘发作并改善哮喘控制的作用，是最近被美国药监局批准用于重症哮喘的生物治疗药物，其疗效已在多项研究中证明[44]。Ⅲ期试验结果发现Tezepelumab能降低血液嗜酸性粒细胞计数、呼出气一氧化氮和免疫球蛋白E水平，接受Tezepelumab的重症哮喘患者急性发作更少，肺功能的改善，哮喘控制水平和及生活质量更好，且不良反应无明显增加[45]。抗TSLP的全人源单链可变区片段（single-chain variable fragment，scFv）抗体具有更高的特异性，表现出更高的亲和力，和更低的免疫原性。初步实验表明，scFv29在与TSLP受体的竞争中具有更强的结合TSLP的潜力，可降低DC的成熟率。因此，scFv29被认为是阻断TSLP信号的中和抗体，目前尚需进一步研究[46]。此外，CSJ-117作为一种靶向TSLP的新兴药物，目前处于Ⅱ期临床试验中。
3.2 IL-25
IL-25作为警报素家族的一员，由气道上皮产生，通过与其受体结合，诱导嗜酸性粒细胞增多和IL-4、IL-5和IL-13的产生[28]，从而参与T2型炎症。目前抗IL-25的首个单克隆抗体XKH001处于Ⅰ期临床试验中，研究结果有待发表。
3.3 IL-33
IL-33是主要由气道上皮细胞等产生的关键细胞因子，可诱导各种细胞因子的产生，包括IL-4、IL-5和IL-13[47]，与TSLP协同促进2型炎症反应。目前正在研究的抗IL-33单克隆抗体包括Etokimab、REGN3500、Itepekimab等。Ⅱa期临床研究结果显示Etokimab对重度特应性皮炎[48]、花生过敏者[49]均有良好临床效益，且安全性和耐受性良好。Ⅱ期临床试验表明Itepekimab在中度至重度哮喘患者中能改善哮喘症状和生活质量，并降低血液嗜酸性粒细胞计数，且无不良反应增加[50]。
3.4 TLRs
TLRs 作为一种重要的模式识别受体，广泛分布于多种组织细胞，包括气道上皮细胞。TLRs通过协调固有免疫和适应性免疫，在调控哮喘气道上皮屏障功能、促进气道炎症中发挥重要作用。既往研究表明TLRs在细胞生理病理中起双重调节作用[51]，目前已经发现了11种不同的TLRs[52]。TLRs信号的失调可导致多种病理生理改变，因此针对TLRs信号通路的激动剂和拮抗剂可能是有希望的候选药物。既往研究发现TLR激动剂可作为免疫治疗剂或疫苗佐剂，用于治疗癌症、过敏和传染病。单磷酸脂A作为TLR4激动剂，已成功应用于治疗对花粉过敏的变应性鼻炎和哮喘患者，其有效性和安全性在临床试验中得到了证实[53-54]。QbG10是TLR9激动剂，可被包装成CYT003-QbG10的病毒样纳米颗粒制剂。研究显示，在停止吸入类固醇激素的HDM致敏的哮喘患者中，每周7次注射CYT003-QbG10可显著改善鼻炎症状，提高第1秒用力呼气容积（forced vital capacity in one second，FEV1）和哮喘控制水平[55]。相反，对于1018ISS作为TLR9激动剂，Gauvreau等[56]研究发现，每周雾化36 mg 1018ISS，持续4周的治疗不会显著改善哮喘患者的FEV1或呼吸道症状。TLRs作为重症哮喘的潜在治疗靶点还有待进一步的临床研究。
4 结语
重症哮喘治疗效果差，生物治疗已成为重症哮喘的新兴手段，部分单克隆抗体已批准上市。目前可用于重症哮喘治疗的单克隆抗体药物包括Omalizumab、Mepolizumab、Reslizumab、Benralizumab、Dupilumab等，这些单克隆抗体对高T2型重症哮喘患者有效，但对低T2型重症哮喘患者疗效欠佳。因此，重症哮喘的治疗需求仍未得到满足。气道上皮作为呼吸道的第一道防线，是重症哮喘发病机制的核心环节。针对气道上皮相关的潜在生物标志物的研究有望为重症哮喘的治疗提供新的思路。本文重点介绍了重症哮喘气道上皮细胞损伤机制及生物标志物，并探讨了上皮来源相关靶向药物TSLP、IL-25、IL-33、TLRs的临床研究进展，为阐明气道上皮的重要性及进一步研究提供依据，为重症哮喘的治疗提供新的切入点。
利益冲突：本文不涉及任何利益冲突。