范家明 周培媚

1 成都中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,四川省成都市 610032; 2 成都市第二人民醫(yī)院皮膚科

2型炎癥是以2型輔助性T細胞(T helper type 2 cell,Th2)、2型固有淋巴樣細胞(Innate lymphoid cell 2,ILC2)及相關(guān)細胞因子[如白細胞介素(IL)-4、IL-5、IL-13、IL-31等]為主介導(dǎo)的炎癥[1]。2型炎癥性疾病是以2型免疫應(yīng)答和2型炎癥反應(yīng)為共同特征的一大類疾病的統(tǒng)稱,其涉及了皮膚、呼吸、消化系統(tǒng)等多個領(lǐng)域[2]。YKL-40是一種哺乳動物糖蛋白,近年來研究發(fā)現(xiàn)YKL-40在多種2型炎癥性疾病(如特應(yīng)性皮炎、哮喘等)中發(fā)揮重要作用,本文綜述了有關(guān)YKL-40的作用及其與2型炎癥性疾病的關(guān)系。

1 YKL-40概述

YKL-40是一種肝素和幾丁質(zhì)結(jié)合且分子量為40kDa的糖蛋白,又叫幾丁質(zhì)酶3樣蛋白1(Chitinase-3-like-1,CHI3L1)、人類軟骨糖蛋白-39(Human cartilage glycoprotein-39,HCgp-39),是幾丁質(zhì)酶的衍生物,屬于幾丁質(zhì)酶樣蛋白家族成員之一,但其不具有幾丁質(zhì)酶的活性[3],在小鼠中也被稱為乳腺退化蛋白39(Breast regression protein 39,BRP-39)[4]。YKL-40是由位于染色體1q31-q32的CHI3L1基因編碼,包含383個氨基酸。于1992年首次在培養(yǎng)的人成骨細胞分泌中被發(fā)現(xiàn),因其分泌形式上的3個N端氨基酸為:酪氨酸(Y)、賴氨酸(K)和亮氨酸(L)以及其相對分子質(zhì)量約40kDa,故命名為YKL-40[3]。YKL-40是目前研究最充分的人糖基水解酶18家族(GH18)幾丁質(zhì)酶,它能在Th2型相關(guān)炎癥疾病中發(fā)揮作用[5]。

YKL-40是一種分泌蛋白,可由多種免疫細胞(如中性粒細胞、巨噬細胞)和結(jié)構(gòu)細胞(如軟骨細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞)表達與釋放[6]。其確切的病理生理學(xué)功能和作用機制目前尚不清楚,前期研究認(rèn)為,YKL-40對于細胞生長和增殖、血管生成、組織纖維化有促進作用,并且可調(diào)節(jié)基質(zhì)重構(gòu)和參與炎癥反應(yīng)[7]。YKL-40可參與固有免疫系統(tǒng)的激活、使CD14+單核細胞向CD14-和CD16+巨噬細胞分化,并在抗原誘導(dǎo)的Th2細胞應(yīng)答、抗原致敏和誘導(dǎo)免疫球蛋白E(IgE)以及固有免疫細胞活化中發(fā)揮重要作用[3]。血清YKL-40水平在健康人群中相對穩(wěn)定,年齡的增加可影響其分泌水平增加,而性別、運動不影響其分泌水平[7]。目前針對YKL-40與疾病的研究涉及廣泛,如免疫系統(tǒng)疾病(類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、銀屑病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、白塞氏病、炎癥性腸病等)、呼吸系統(tǒng)疾病(哮喘、慢性阻塞性肺疾病等)、腫瘤疾病(乳腺癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、肺癌等)、阿爾茨海默病、皮肌炎/多發(fā)性肌炎等[3,8-12]。多項研究表明,YKL-40可被認(rèn)為是部分疾病診斷、預(yù)后、疾病活動度和嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[3]。因此,可以推測YKL-40可能成為急性或慢性炎癥、細胞外基質(zhì)重塑、纖維化和癌癥等疾病的潛在治療靶點。

2 2型炎癥性疾病概述

2型炎癥性疾病是2型免疫應(yīng)答過強所致的一類炎癥性疾病[2]。2型免疫主要由Th2細胞和ILC2細胞及相關(guān)細胞因子IL-4、IL-5、IL-13和IL-31等參與,其異常表達可以誘導(dǎo)肥大細胞、嗜堿性粒細胞和嗜酸性粒細胞活化,產(chǎn)生IgE抗體,導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生。由于IL-25、IL-33和胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素(Thymic stromal lymphopoietin,TSLP)可以誘導(dǎo)ILC2細胞的生長和細胞因子的產(chǎn)生,因此也歸類為2型炎細胞因子。目前研究認(rèn)為,2型免疫應(yīng)答有Th2和ILC2細胞驅(qū)動的2條通路[13]。當(dāng)機體暴露在粉塵、細胞、寄生蟲等不同環(huán)境或動植物過敏原為啟動點時,樹突細胞等抗原提呈細胞被激活,從而使CD4+初始T細胞向Th2細胞分化,繼而分泌2型細胞因子(如IL-4、IL-5、IL-13、IL-31等);或者通過刺激上皮細胞分泌預(yù)警素(IL-25、IL-33、TSLP等),促進ILC2細胞產(chǎn)生2型細胞因子(如IL-5、IL-9、IL-13)[1-2]。

IL-4和IL-13是介導(dǎo)典型2型免疫應(yīng)答的關(guān)鍵因素,IL-4可啟動和促進初始T輔助(Th)細胞向Th2細胞表型分化和增殖,而IL-13對2型炎癥具有多效性作用,包括與IL-4結(jié)合以及降低屏障功能。這兩種細胞因子均參與B細胞同種型類別轉(zhuǎn)換,導(dǎo)致IgE產(chǎn)生、組織纖維化和瘙癢。IL-5是嗜酸性粒細胞的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,負(fù)責(zé)嗜酸性粒細胞的生長、分化、存活和遷移[14]。IL-4、IL-13、IL-31不僅可作為2型炎癥反應(yīng)的促炎介質(zhì),還是導(dǎo)致強烈瘙癢的細胞因子,可通過直接激活與瘙癢相關(guān)的感覺神經(jīng)元,從而誘發(fā)瘙癢[1]。

2型炎癥性疾病涉及廣泛,常見的2型炎癥性疾病包括:皮膚疾病(特應(yīng)性皮炎、慢性自發(fā)性蕁麻疹、結(jié)節(jié)性癢疹、大皰性類天皰瘡、疥瘡等)、呼吸系統(tǒng)疾病(哮喘、慢性鼻竇炎伴或不伴鼻息肉、過敏性鼻炎、過敏性支氣管肺曲霉菌病、慢性阻塞性肺疾病、嗜酸性肉芽腫性多血管炎等)、消化系統(tǒng)疾病(食物過敏、嗜酸性粒細胞性食管炎等)等多個領(lǐng)域。

3 YKL-40與2型炎癥性疾病

YKL-40分泌的增加被認(rèn)為與許多2型炎癥性疾病相關(guān),如特應(yīng)性皮炎、哮喘、慢性自發(fā)性蕁麻疹、過敏性鼻炎、尋常型天皰瘡等[6,8,15-17]。既往研究證實,YKL-40在抗原誘導(dǎo)的Th2炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[18]。

3.1 YKL-40在AD發(fā)生發(fā)展中的作用 特應(yīng)性皮炎(Atopic dermatitis,AD)是一種與遺傳、環(huán)境、心理等因素相關(guān)以反復(fù)出現(xiàn)的濕疹樣皮損和劇烈瘙癢為特征的常見慢性炎癥性疾病[19]。影響全球15%～20%的兒童及高達10%的成人[20]。WHO疾病負(fù)擔(dān)研究顯示,全球范圍內(nèi)AD患病人數(shù)高達2.3億(全球年度患病率為3.5%),是非致命性疾病中疾病負(fù)擔(dān)排行第一的皮膚疾病[21]。而我國AD患者在2019年已達約3 558萬人[22]。可見其作為全球性的公共衛(wèi)生問題,嚴(yán)重影響了人類整體生活質(zhì)量。

目前對于AD確切的病因與發(fā)病機制還未完全清楚,但目前大量研究顯示皮膚屏障功能障礙、免疫異常、皮膚菌群紊亂是其發(fā)病的重要環(huán)節(jié),三者之間并非完全獨立,而是互為誘因,相互影響。有研究認(rèn)為,Th2型炎癥是其發(fā)病主要驅(qū)動因素,Th2型炎癥導(dǎo)致皮膚屏障功能缺陷,使得過敏原/病原體進入并被表皮的朗格漢斯細胞和其他抗原提呈細胞攝取[14]。皮膚屏障被破壞從而刺激了角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生大量TSLP、IL-25和IL-33,并通過OX40L/OX40信號通路促進Th2型炎癥反應(yīng),這種炎癥反過來又會下調(diào)角質(zhì)形成細胞中聚絲蛋白(filaggrin,FLG)的表達,加重表皮屏障功能障礙[23]。Th2型炎癥的極化可促進皮膚金黃色葡萄球菌定植增加,而其主要分泌的細胞因子IL-4和IL-13能抑制皮膚產(chǎn)生抗菌肽,使AD患者皮膚易患金黃色葡萄球菌感染,這又反過來進一步加劇皮膚炎癥和皮膚屏障缺陷[24]。這使得三者之間可以造成惡性循環(huán),使AD反復(fù)發(fā)作、遷延不愈。

近年來研究表明,AD具有異質(zhì)性,其特征是基于年齡、疾病病程、種族、FLG和IgE水平以及潛在的分子機制/內(nèi)型的不同,而表現(xiàn)為不同的亞型/表型;但是所有患者均表現(xiàn)為過度激活的Th2型炎癥反應(yīng)[25]。在AD患者非皮損期時,由于皮膚屏障被破壞,激活了表皮的朗格漢斯細胞和真皮的樹突狀細胞,導(dǎo)致了多種Th(Th1、Th2、Th17、Th22)細胞浸潤和低水平激活,Th2分泌的IL-4等炎癥因子可下調(diào)屏障蛋白的表達,影響屏障功能;在AD患者皮損急性期,Th2、Th22細胞顯著增加,釋放多種炎癥分子(IL-4、IL-5、IL-13等)和致癢原(IL-31等)導(dǎo)致皮膚急性炎癥和瘙癢加劇;在AD患者皮損慢性期Th2、Th22細胞持續(xù)激活,同時Th1、Th17細胞顯著增加,Th2細胞及其分泌的IL-4、IL-13與Th1共同導(dǎo)致了表皮重塑、苔蘚化和持續(xù)瘙癢[26]?？梢?Th2型炎癥反應(yīng)貫穿AD發(fā)病全程,可通過影響皮膚屏障功能、瘙癢、表皮增生、皮膚菌群等來影響AD[27]。有研究發(fā)現(xiàn),AD患者血清中YKL-40的水平較健康人群升高,并與疾病嚴(yán)重程度有一定相關(guān)性[6]。YKL-40可促進Th2型炎癥影響AD的發(fā)生發(fā)展[4]。

3.1.1 YKL-40上調(diào)2型炎癥。AD不僅表現(xiàn)為Th1/Th2失衡,還存在包括巨噬細胞在內(nèi)的多種免疫細胞的失調(diào),巨噬細胞發(fā)揮著吞噬、組織愈合和適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)的作用。雖然Th2細胞因子誘導(dǎo)的M2型巨噬細胞的作用尚未完全清楚,但已知它有助于保護機體免受寄生蟲感染,促進Th2免疫應(yīng)答,誘導(dǎo)AD發(fā)生,并抑制過度炎癥作用[4,28]。YKL-40被廣泛認(rèn)為是M2型巨噬細胞活化和Th2炎癥的重要調(diào)節(jié)因子,前期研究發(fā)現(xiàn),YKL-40在卵清蛋白(OVA)誘導(dǎo)的AD小鼠和AD患者的皮膚巨噬細胞中表達,并參與M2巨噬細胞活化[4]。M2巨噬細胞可通過CCL17和CCL22驅(qū)動Th2型炎癥[29]。而另一項研究表明,M2型巨噬細胞也在銀屑病等炎癥性皮膚病中發(fā)揮作用[30]。

在OVA誘導(dǎo)的AD小鼠模型中,同樣觀察到其真皮中有表達BRP-39的炎癥細胞浸潤。通過檢測真皮中浸潤的炎癥細胞(CD4+T細胞和MBP+嗜酸性粒細胞)數(shù)量,觀察到OVA致敏的BRP-39-/-小鼠數(shù)量顯著低于OVA致敏的野生型(WT)小鼠。OVA致敏的BRP-39-/-小鼠中血清總IgE和OVA特異性IgE血清水平以及Th2細胞因子(如IL-4、IL-5和IL-13)的皮膚mRNA水平較均降低。此外通過流式細胞術(shù)分析,與OVA致敏的WT小鼠相比,OVA致敏的BRP-39-/-小鼠的皮膚引流淋巴結(jié)和脾臟中CD4+效應(yīng)T細胞群減少。這些發(fā)現(xiàn)表明,BRP-39介導(dǎo)了OVA誘導(dǎo)AD的發(fā)展,部分是通過上調(diào)Th2炎癥反應(yīng)[4]。與此一致的是,最近的一項研究表明,YKL-40在活化的T細胞和Th2細胞中表達,然后通過增加IFN-γ信號調(diào)節(jié)Th1和Th2的分化,而YKL-40缺陷可使CD4+T細胞易于向Th1分化,并且通過IFN-γ信號通路減少Th2分化[31]。

3.1.2 YKL-40破壞皮膚屏障功能。YKL-40不僅影響Th2型免疫反應(yīng),還影響皮膚屏障完整性,BRP-39-/-小鼠中,編碼表皮分化復(fù)合體和緊密連接的基因功能障礙減弱。YKL-40缺陷減輕了FLG、兜甲蛋白、外皮蛋白、緊密連接蛋白的失調(diào),從而影響皮膚屏障完整性。但是FLG缺陷不影響YKL-40的表達,反之亦然[4]。這些結(jié)果表明,YKL-40、FLG這兩種蛋白的表達是獨立的,表明YKL-40缺陷減輕的皮膚炎癥主要與Th2炎癥減少和M2型巨噬細胞活化有關(guān),而不是FLG缺陷影響的皮膚屏障功能。

3.1.3 YKL-40促進表皮角質(zhì)形成細胞增殖。研究表明,YKL-40通過激活ERK1/2通路誘導(dǎo)HaCaT細胞增殖,而HaCaT細胞為表皮角質(zhì)形成細胞系之一,因此YKL-40可能通過促進表皮角質(zhì)形成細胞增殖參與AD的發(fā)病[32]。而另一項實驗表明,靜息和TNF-α/FN-γ處理的HaCaT細胞中,YKL-40過表達促進NF-κB信號活化,YKL-40通過調(diào)控NF-κB依賴的整合素α5(ITGA5)表達介導(dǎo)AD樣皮膚炎癥,此外,YKL-40抗體可通過調(diào)控YKL-40、NF-κB/ITGA5軸抑制AD樣癥狀和炎癥反應(yīng),該研究為開發(fā)靶向YKL-40的AD治療策略提供了依據(jù)[33]。

3.2 YKL-40在哮喘發(fā)生發(fā)展中的作用 哮喘是一種常見的慢性呼吸道疾病,伴隨氣道炎癥。哮喘的臨床表現(xiàn)包括喘息、呼吸急促、胸悶和可逆性氣道受限引起的間歇性咳嗽。雖然臨床癥狀相似,但不同類型哮喘的血清標(biāo)志物和治療敏感性存在差異。Th2免疫應(yīng)答相關(guān)標(biāo)志物如IgE不能完全反映中性粒細胞性哮喘和肥胖性哮喘的嚴(yán)重程度和預(yù)后[8]。前期大量研究證實,哮喘患者血清YKL-40水平顯著高于健康人群,且可以作為診斷、鑒別、活動性和(或)嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[8]。研究顯示,YKL-40通過刺激樹突狀細胞的聚集和M2巨噬細胞的激活來增強Th2過敏性炎癥[34]。在哮喘中氣道重塑和炎癥是其重要發(fā)病機,而YKL-40可以加速支氣管平滑肌細胞的增殖和遷移,抑制Ⅰ型膠原的降解,形成膠原纖維,刺激促纖維化因子和炎性細胞因子的釋放,參與組織重塑;Th1/Th2免疫失衡參與了哮喘氣道炎癥的發(fā)病過程;而YKL-40可增強Th2應(yīng)答中關(guān)鍵細胞因子IL-13的效應(yīng)反應(yīng),并與抗原致敏和LgE產(chǎn)生有關(guān),參與炎癥反應(yīng)[8]。

3.3 YKL-40在其他2型炎癥性疾病中的作用 前期有臨床研究顯示,血清YKL-40水平在慢性自發(fā)性蕁麻疹患者中升高[15]。也有研究顯示,在過敏性鼻炎患者中,YKL-40可增強嗜酸性粒細胞作用而誘導(dǎo)炎癥,過敏性鼻炎患者中血清YKL-40水平與疾病嚴(yán)重程度和嚴(yán)重標(biāo)志物增加相關(guān),尤其是特應(yīng)性IgE和浸潤鼻黏膜的嗜酸性粒細胞數(shù)量[16]。尋常型天皰瘡(PV)是一種嚴(yán)重的自身免疫性大皰性皮膚病,研究認(rèn)為PV是一種以Th2免疫反應(yīng)驅(qū)動的自身免疫性疾病[35]。Th2淋巴細胞可通過其分泌的細胞因子促進B細胞產(chǎn)生抗體,同時外周血清中IL-4、IL-5、IL-6分泌增加,從而參與了PV的發(fā)病。有研究發(fā)現(xiàn),血清中YKL-40水平與PV病情嚴(yán)重程度有強烈的相關(guān)性,其可以作為一種具有潛在價值的預(yù)測PV嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[17]。

綜上所述,YKL-40參與介導(dǎo)了多種疾病的發(fā)生發(fā)展,并在大量2型炎癥性疾病中起著重要的作用。隨著精準(zhǔn)及個性化醫(yī)療逐漸成為疾病治療的主流方向和目標(biāo),不斷探究2型炎癥性疾病發(fā)病機制及新的潛在治療靶點,是目前2型疾病研究的重點、熱點和難點。隨著深入探究YKL-40在2型炎癥性疾病中的表達及其作用機制研究,將有助于給2型炎癥性疾病帶來新的治療選擇,也有助于人類公共衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展進步。