哮喘累及全世界3亿人口，是一种常见的慢性疾病，以气道炎症、支气管高反应性和可逆性气道阻塞为特征。分子工具和先进的细胞免疫表型技术已经找出了几种哮喘亚型，不仅增进了我们对发病机制的理解，而且有利于针对不同的哮喘患者开展靶向治疗。严重的哮喘病人只占少数，但治疗费用高，死亡率也不低。因此，如果能用分子表达谱来指导这部分病人的治疗，就能极大地减少哮喘的整体疾病负担。
长久以来，医学界都认为哮喘以2型细胞因子的表达为特征，但大型临床研究显示，只有50％的患者在肺泡上皮细胞中出现了mRNA的转录上调，与2型细胞因子的免疫激活一致。尽管辅助T细胞2（T helper 2，TH2）高的哮喘与其他哮喘不同，而且靶向2型细胞因子的疗法的确很有前景，但这并没有解决所有的问题。美国基因泰克公司联合美国国家过敏与传染病研究所、英国纽卡斯尔大学等机构在哮喘的发病机制研究上取得了重大成果，发现哮喘还有TH17高的特征，而且正是TH2免疫、糖皮质激素和2型细胞因子疗法为TH17的出现创造了合适的肺部微环境。
TH17细胞在十多年前就被发现了，它是黏膜免疫的核心，科学家们一直想搞清楚这一个亚群的辅助T细胞和其他白介素IL-17分泌细胞是否参与了哮喘的发病机制。为了研究TH17在哮喘中的角色，研究者Choy等人首先在人的支气管上皮细胞中确定了TH17基因的特征，理由是白介素（interleukin）IL-17A和IL-17F可诱导编码中性粒细胞趋化因子CSF3、CXCL1、CXCL2、CXCL3、IL-8和中性粒细胞造血因子CSF3的基因表达。在人源支气管上皮细胞的体外试验中，研究者观察到，白介素IL-13可抑制IL-17A诱导的mRNA转录，而IL-17A亦可抑制IL-13诱导的转录表达，只是程度较小。在51例病情轻重不一的哮喘患者中，根据气道活检组织的基因表达分析可将患者分成高TH2、高TH17和低TH2/TH17三组，提示在哮喘的发病机制中存在三种不同的细胞因子通路。
出人意料的是，高TH2和高TH17两个亚组互相排斥，也就是说，不存在TH2和TH17同时都高的哮喘类型。尽管有研究报道重症哮喘患者存在TH2和TH17双阳性细胞，但是肺泡上皮细胞的基因信号可能处于不断变化中，肺活检时得到的结果只能反映当时占主导地位的免疫效应细胞表型，那么针对该免疫途径采用靶向治疗即可收到最好的效果。
找到了高TH17的哮喘患者之后，研究者接下来评估了既往的糖皮质激素治疗是否和高TH17存在关联。以往的研究显示，类固醇能够抑制TH2细胞因子的释放，但不能完全限制IL-17的分泌。此外，2型细胞因子可以负性调节TH17的分化，而白介素IL-17亦可负性调节TH2的分化。所有用类固醇治疗过的哮喘患者都存在IL-17信号，提示在这些病例中，类固醇要么直接促进了TH17的产生，要么通过抑制TH2途径间接促进了TH17的产生。
为了探索51例哮喘患者中高TH2和高TH17的潜在机制，研究者建立了哮喘的小鼠模型，研究TH2和TH17如何互相调节，以及在活体内糖皮质激素对辅助T细胞亚型有何影响。他们尤其想检验抗细胞因子疗法或地塞米松治疗后产生的低TH2环境是否真的导致了TH17免疫上调。在屋尘螨诱导的哮喘模型小鼠中，研究者观察到了气道高反应性和强烈的TH2反应，伴随白介素IL-17的中度升高。分别给予小鼠一定剂量的抗IL-4抗体、抗IL-13抗体、抗IL-4抗体联合抗IL-13抗体治疗后，小鼠的气道高反应性明显缓解，而且IL-17的应答显著增加，这种效应在小鼠经过抗IL-4治疗后尤其明显。
接着，研究者处死小鼠，分离出肺组织分析其中的基因表达谱，发现编码中性粒细胞趋化因子的IL-17依赖基因的表达上调，与高TH17的哮喘患者的表现一致。抗IL-13治疗可阻断IL-17的免疫应答上调，但同时给予抗IL-17的治疗即可基本逆转抗IL-13的这一效果，提示抗IL-13联合抗IL-17的治疗方案相比单药治疗可能有些额外的好处。尽管以往的体外研究显示，地塞米松能直接促进TH17的产生，但Choy等人在小鼠模型中发现，即使白介素IL-13和IL-4都减少之后，类固醇治疗依然无法增加IL-17A表达。然而，类固醇治疗却与哮喘中出现的两大TH17免疫特征正相关，一是编码中性粒细胞趋化因子的基因的mRNA转录上调，二是中性粒细胞炎症加重。
这些研究利用类固醇、TH2和TH17细胞因子有力证明了，哮喘中的TH2和TH17免疫应答存在交叉调节作用，这两种可能的发病机制可以解释51例哮喘患者中高TH2和高TH17互相排斥的现象。理想的情况下，未来的人体研究将同时检查哮喘患者的支气管肺泡灌洗液和支气管活检组织中的免疫细胞，并重视患者的病情轻重和用过的各种治疗方案。尽管这样的研究实施起来面临的挑战不小，但是搞清楚CD4阳性效应T细胞表型与支气管上皮细胞转录谱之间的关系意义重大，可以明确在指导哮喘治疗时这些参数的用处究竟有多大。肺泡上皮细胞能产生粘液和其它关键的炎性细胞因子、趋化因子，对哮喘的发病至关重要，因此，肺泡上皮细胞的基因信号蕴含了宝贵的信息，对于区分哮喘亚型，确定各亚型患者的最佳疗法都不可或缺。
考虑到CD4阳性T细胞的适应性，病毒感染、环境因素、药物治疗或疾病的不同阶段引起的局部微环境的变化，最终导致患者从TH2为主的免疫应答转为TH17为主的免疫应答就说得通了。的确如此，研究者认为，高TH17的哮喘患者中存在的大量嗜酸性粒细胞、高水平的骨膜蛋白（TH2标志物）和低的呼出气一氧化氮（fractional exhaled nitric oxide，FeNO，TH2标志物）或许就反映了从TH2表型向TH17表型的转变。在高TH17的哮喘患者中发现嗜酸性细胞升高，提示这些患者可能从靶向IL-5的疗法中获益。
很明显，Choy等人的研究结果支持抗细胞因子疗法在哮喘中的进一步应用。既然哮喘发病机制中的2型超敏反应上游（如胸腺基质淋巴细胞生成素和白介素IL-33）和下游（如核转录因子NF-κB）的细胞因子和免疫调节子都发现了一些，那么深入了解功能细胞因子的层级反应对于预测哪些免疫检查点可作为有效靶点，特定疗法分别对应着哪些炎症介质的改变就很有意义。因为肺组织中白介素IL-17和IL-13的mRNA转录水平很难在所有患者中检测出来，只完成了少数几个病例，所以是否还有其他细胞因子参与了哮喘的发病机制就不清楚了。如果能利用类固醇治疗后的哮喘小鼠模型，此时小鼠肺内的IL-17 mRNA水平已经下降，说不定就能知道与中性粒细胞趋化因子增加和中性粒细胞炎症加重有关的其他免疫调节子的作用。进一步分析人的支气管组织或小鼠肺组织中的其他炎症应答基因，有助于理解糖皮质激素或2型细胞因子抑制剂治疗后被激活或被抑制的其他重要免疫途径。最近有学者报道重症哮喘存在高水平的干扰素（interferon-γ，IFN-γ）应答，说明全面评估其他免疫效应细胞因子是有必要的，会有很多收获。
如果其他研究人员在独立的队列研究中能得到同样的结果，能找到更多高TH17的哮喘患者，那再好不过了。扩大病例数量的对照研究有助于回答一个问题，即TH17的升高究竟是类固醇治疗后造成的低TH2的结果，还是它本身就代表了一种独特的分子表型，一种不同的哮喘发病机制，从而标志着一个真正的哮喘亚型诞生。如果未来的临床研究发现，经过2型细胞因子治疗后的哮喘患者的TH17免疫应答大大增强，和Choy等人在小鼠模型中观察到的结果一致，那这对认识哮喘的发病机制会很有启发。如果哮喘患者经过2型细胞因子治疗后IL-17的水平的确上升了，那么2型细胞因子联合抗IL-17的双重抑制作用可能对这些患者更有效，更能持久地控制病情，类固醇的使用也有希望大量减少。
当我们大步迈进精准医学的时代，基因组测序技术和综合基因组分析的进步很有可能作为更好的分子工具帮助我们研究表型，研究疾病。哮喘有波动性，研究哮喘不容易找到合适的患者，而且炎症性疾病的调节机制也很复杂，因此活体的动物模型对于检验治疗方案好坏，分析治疗带来的变化就显得尤为重要，Choy等人的研究就是一个例子。对患者的原始细胞进行靶向基因组编辑也被看好，有潜力成为又一个强大的研究工具。当哮喘的神秘面纱被揭开，越来越多的发病机制一一呈现，我们有可能会重新定义哮喘。当转化研究的成果整合到临床工作中，或许有那么一天，对每一位来就诊的哮喘患者，我们都能根据他的分子特征来精准实施个体化治疗。
（作者：龚银花、邱梅)
参考文献：Science Translational Medicine 2015;7:301fs33