肺神經(jīng)內(nèi)分泌細胞與支氣管哮喘

1、2021年肺神經(jīng)內(nèi)分泌細胞與支氣管哮喘（全文）肺神經(jīng)內(nèi)分泌細胞（PNEC）是支氣管上皮中的一群特異性分化的細 胞。近來，越來越多的實驗證明了肺神經(jīng)內(nèi)分泌細胞在支氣管哮喘（哮 喘）的發(fā)病機制中起著重要作用。PNEC系統(tǒng)受神經(jīng)支配，主要通過 分泌神經(jīng)遞質(zhì)，影響哮喘的發(fā)生發(fā)展。靶向神經(jīng)/PNEC系統(tǒng)/神經(jīng)遞 質(zhì)軸，為哮喘治療提供了新思路。支氣管哮喘（哮喘）是全球關(guān)注的公眾健康問題之一。近來，哮喘患 病率在我國有明顯的增加。2019年一項全國性的調(diào)查結(jié)果顯示，我國 哮喘的人群患病率約為4.2% 門。如何治療和管理這些患者是我國的 醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)面臨的難題。因此，進一步揭示哮喘的發(fā)病機制是硏究 的關(guān)鍵所在

2、2】。目前哮喘的發(fā)病機制尚未完全闡明，病理生理表現(xiàn)多種多樣，如氣道 慢性炎癥、氣道高反應性（Airway hyperresponsiveness , AHR ）、 氣道重塑等。近年來，哮喘免疫發(fā)病機制相關(guān)的硏究趣來越多，如Th2 細胞介導適應性免疫反應,2型固有淋巴樣細胞（ILC2 ）參與哮喘的 發(fā)生發(fā)展。與此同時，神經(jīng)調(diào)節(jié)因素在哮喘中發(fā)病中的作用受到越來 趣多的關(guān)注。本文主要闡述了肺神經(jīng)內(nèi)分泌細胞（pulmonary neuroendocrine cell , PNEC ）在哮喘發(fā)生發(fā)展中的作用。、肺神經(jīng)內(nèi)分泌細胞介紹肺神經(jīng)內(nèi)分泌細胞(PNEC)是肺組織中一群數(shù)量較少，內(nèi)胚層來源 的細胞3

3、,與纖毛細胞、杯狀細胞、基細胞、刷細胞等共同構(gòu)成氣 道上皮，分布于鼻部呼吸道上皮、咽部黏膜組織以及從氣管到終末細 支氣管的全部呼吸道，約占氣道細胞總數(shù)的1% 4, 5 。電鏡下，PNEC 呈燒瓶狀，基底部緊貼基底膜,頂端可伸入氣管管腔，多以單個細胞 形式存在，或是多個細胞聚集形成神經(jīng)上皮小體(neuroepithelial body , NEB )，兩者被合稱為PNEC系統(tǒng)6 。在氣道上皮中,PNEC 系統(tǒng)是唯一受神經(jīng)支配的細胞群體，受結(jié)狀神經(jīng)節(jié)發(fā)出的傳入神經(jīng)元 和傳出神經(jīng)元支酉6( 7 ，并能作為化學感受器接受各種刺激8, 9,10 。PNEC系統(tǒng)在肺內(nèi)的功能尚未被完全闡明。目前較為公認的功

4、能有：(1 )PNEC是肺上皮中最早特化的細胞，能夠參與調(diào)控肺的發(fā)育11 L(2 )PNEC作為化學感受器，能夠感受低氧、高碳酸血癥以及尼古丁 , 并通過傳入神經(jīng)沖動調(diào)節(jié)呼吸及氣道的其他功能12 。( 3 )近來 發(fā)現(xiàn)，PNEC分泌的神經(jīng)肽、神經(jīng)遞質(zhì)等物質(zhì)，能夠作用于支氣管平 滑肌，調(diào)節(jié)氣道反應，在氣道的神經(jīng)免疫中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用10 。(4) PNEC對氣道具有保護作用，并且具有一定的干細胞潛能。當氣 道上皮受損時，部分PNEC能分化為其他上皮細胞類型，促進氣道上 皮的損傷修復13。這些生理功能和作用主要通過其分泌的各種神經(jīng)肽和神經(jīng)遞質(zhì)實現(xiàn)。PNEC胞質(zhì)中存在致密的囊泡，內(nèi)含各種的生物活性

5、物質(zhì)，包括五起 色胺（5-HT ） 14 、降鈣素、降鈣素基因相關(guān)肽（CGRP ） 15 、 蚌皮素（BBS） s胃泌素釋放肽（GRP） 16等（表1 ）。其中， 最具有代表性的肽類是CGRP、BBS和GRP 6 o各種刺激能促進 PNEC釋放囊泡內(nèi)容物，并通過自分泌、旁分泌形式運輸?shù)较鄳奈?置發(fā)揮相應的效應8 。正常生理條件下，PNEC數(shù)量較少，約占氣道上皮的0.5% 17 。然 而，越來越多的證據(jù)顯示部分肺疾病患者的氣道上皮PNEC數(shù)量增加, 如慢性阻塞性肺疾病、支氣管肺發(fā)育不良（BPD ）,小細胞肺癌等9, 18, 19, 20, 21, 22 。近來的研究顯示PNEC在哮喘的發(fā)生發(fā)展

6、 中也發(fā)揮著重要作用。二、PNEC與哮喘之間存在一定的相關(guān)性盡管PNEC的病理變化在人類哮喘發(fā)生發(fā)展中的作用還未被詳盡闡 明，但許多實驗證據(jù)顯示PNEC系統(tǒng)與哮喘有一定的相關(guān)性。哮喘患 者和哮喘動物模型中PNEC數(shù)量明顯増加23 。PNEC分泌神經(jīng)肽 和神經(jīng)遞質(zhì)增多，如CGRP、GABA及GRP等。這些神經(jīng)介質(zhì)通過旁 分泌形式作用于靶細胞，發(fā)揮相應的效應，如CGRP能夠促進氣道平 滑肌細胞收縮24 , GABA能夠促進杯狀細胞分泌黏液25 , GRP 參與氣道炎癥反應等26 。1. PNEC及其分泌神經(jīng)活性物質(zhì)促進氣道平滑肌細胞收縮：PNEC是 氣道中CGRP的主要來源。脂多糖處理的哮喘小鼠模

7、型肺組織中的 CGRP濃度升高30%。高濃度CGRP可直接作用于氣道平滑肌細胞， 導致氣管收縮，增加氣道反應性，促進哮喘的發(fā)生發(fā)展。CGRP的受 體拮抗劑處理脂多糖刺激后的小鼠，小鼠氣道收縮程度明顯下降27。2. PNEC及其分泌神經(jīng)活性物質(zhì)介導氣道炎癥：氣道中的SP主要由 PNEC分泌。Barnig等28 發(fā)現(xiàn)高滲性鹽水刺激后，哮喘患者和慢 性支氣管炎患者痰液中的SP水平明顯高于對照組，且哮喘患者誘導 痰的SP水平與嗜酸粒細胞水平呈正相關(guān)，與FEV1/FVC呈負相關(guān)。PNEC分泌的神經(jīng)肽Y( NPY)水平與哮喘氣道炎癥水平間具有一定 的相關(guān)性。NPY敲除的哮喘小鼠氣道炎癥水平低于野生型小鼠；

8、實驗 組小鼠肺泡灌洗液中嗜酸粒細胞水平以及IL-4、5、13的水平較野生 型小鼠明顯下降29 。同時，拮抗CGRP后哮喘小鼠氣道周圍炎性 細胞的浸潤顯著減少，氣道周圍水腫有所緩解27 。3. PNEC及其分泌神經(jīng)活性物質(zhì)促進氣道高反應性：PNEC増生，可 繼發(fā)性導致氣道反應性增高和氣流受限30 。支氣管肺發(fā)育不良(BPD )患兒氣道PNEC數(shù)量增加，PNEC分泌的GRP顯著增多，這 類兒童罹患哮喘的風險是其他兒童的510倍，證明GRP水平與哮喘 具有相關(guān)性31 。在成年患者體內(nèi)也能觀察到PNEC特異性増生， PNEC分泌的一系列神經(jīng)活性物質(zhì)(5-HT, CGRP等)及其受體的分 布，與氣道反應

9、性之間存在密切聯(lián)系15 。哮喘小鼠模型中PNEC增生，分泌SP和CGRP增多，促使氣道反應 性增加，且SP和CGRP的水平與氣道反應性呈正相關(guān)32, 33 。Joad等34用塵蠟提取物和臭氧刺激猴氣道，致敏的氣道上皮中 PNEC的數(shù)目及其所占氣道上皮細胞的比例明顯增加，且氣道上皮中 PNEC的數(shù)量越多，氣道反應性越高，提示PNEC在氣道高反應性的 發(fā)生發(fā)展過程中起舂重要作用。4. PNEC及其分泌神經(jīng)活性物質(zhì)促進黏液分泌：PNEC能夠通過分泌 神經(jīng)遞質(zhì)GABA促進杯狀細胞的增生以及黏液的分泌23 。Barrios 等25 發(fā)現(xiàn)哮喘小鼠模型PNEC神經(jīng)調(diào)控異常，GABA大量分泌, 促使杯狀細胞黏

10、液分泌顯著增加。運用GABA受體拮抗劑阻斷GABA 信號轉(zhuǎn)導，能夠明顯抑制IL-13的效應，導致MUC5AC的表達下降， 杯狀細胞分泌黏液減少23 。5. PNEC及其分泌神經(jīng)活性物質(zhì)與哮喘急性發(fā)作：PNEC及其分泌神 經(jīng)活性物質(zhì)可能介導哮喘急性發(fā)作。將哮喘大鼠模型的肺泡灌洗液(BALF )中所含的神經(jīng)遞質(zhì)水平與對照組大鼠BALF進行比較，結(jié)果 發(fā)現(xiàn)哮喘大鼠模型的BALF中所含的VIP低于野生型大鼠，且BALF 中VIP濃度越低，哮喘急性發(fā)作的頻率越高35 。三、神經(jīng)-PNEC系統(tǒng)-神經(jīng)介質(zhì)軸參與調(diào)控哮喘的機制1. 神經(jīng)調(diào)控PNEC系統(tǒng)：PNEC的神經(jīng)支配于胚胎期建立，并且隨著 妊娠周數(shù)增加，

11、支配PNEC系統(tǒng)的神經(jīng)纖維的密度和復雜性均増加， 于出生時達到峰值36 。既往硏究顯示，PNEC系統(tǒng)受雙重感覺神 經(jīng)支配；NEB的神經(jīng)支配存在多種組合方式，具有較強的靈活性。獨 立的PNEC和NEB之間可能通過黏膜下神經(jīng)纖維相互聯(lián)系。這種獨特 的神經(jīng)支配方式，能夠?qū)ⅹ毩⒌腜NEC和NEB受刺激時釋放的信號放 大，促進神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，發(fā)揮相應的效應37, 38, 39 。同時， PNEC的神經(jīng)支配也受神經(jīng)因子的調(diào)控，如神經(jīng)營養(yǎng)素4 ( NT4 )的 水平上升，導致NEB內(nèi)部的神經(jīng)纖維密度增加，受支配的NEB的數(shù) 量也增加25 o2. PNEC系統(tǒng)分泌神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)控機制：PNEC的效應主要通過分泌

12、 神經(jīng)肽、神經(jīng)遞質(zhì)等實現(xiàn)。肺組織內(nèi)CGRP、NPY、GABA等的主要 來源是PNECO在哮喘小鼠模型中敲除PNEC特異性基因Ascii , CGRP、NPY、GABA的表達明顯下降。外源性補充CGRP和GABA 能夠恢復哮喘表型，包括杯狀細胞増生、免疫細胞浸潤、II型細胞因 子表達等23 。GABA在肺組織中合成需要GAD67關(guān)鍵酶和GABA囊泡轉(zhuǎn)運體 (VGAT ) 25 。既往硏究證實85%PNEC特異性表達GAD67和VGATO敲除PNEC特異性基因Ascii , GAD67和VGAT無法表達， 嚴重影響了 GABA的生成和運輸，肺組織中GABA水平降低23 。3. PNEC系統(tǒng)與免疫反

13、應：PNEC系統(tǒng)可能參與和調(diào)控哮喘相關(guān)免疫 反應?，F(xiàn)有觀點認為，哮喘的發(fā)生發(fā)展涉及Th2型免疫應答以及ILC2 反應，表現(xiàn)為Th2細胞、嗜酸粒細胞、ILC2數(shù)量增加，IL-4 , IL-5 , IL-13 水平升高40, 41,42,43。Sui等23 發(fā)現(xiàn)敲除PNEC特異性基因Ascii的哮喘小鼠模型，肺 組織缺乏PNEC ,同時Th2細胞、嗜酸粒細胞、ILC2水平明顯低于野 生型小鼠，且IL-5和IL-13表達也明顯低于對照組。ILC2細胞多分布 于距PNEC 70 pm內(nèi)，同時ILC2表達PNEC分泌的神經(jīng)遞質(zhì)相應的 受體（如CGRP受體、GABA受體等），易受PNEC及其分泌的神經(jīng) 活

14、性物質(zhì)作用。OVA刺激下，PNEC分泌CGRP和GABA等神經(jīng)活 性物質(zhì)，并與ILC2上的CGRP和GABA受體相作用，激活I(lǐng)LC2 ,后 者募集嗜酸粒細胞，啟動Th2免疫反應。四、靶向神經(jīng)-PNEC系統(tǒng)-神經(jīng)遞質(zhì)-效應細胞軸的哮喘治療硏究現(xiàn)狀 PNEC系統(tǒng)受神經(jīng)支配,通過分泌神經(jīng)肽改變氣道的免疫反應性，促 進炎癥反應，導致杯狀細胞的增生和分泌過量黏液等參與哮喘的發(fā)生 發(fā)展。因此，靶向神經(jīng)-PNEC系統(tǒng)-神經(jīng)遞質(zhì)-效應細胞軸為哮喘治療 提供新思路。目前硏究多著重于拮抗PNEC所分泌的神經(jīng)活性物質(zhì)的效應,直接靶 向PNEC進行哮喘治療的硏究和報道的相關(guān)硏究較少。PNEC系統(tǒng)的神經(jīng)末梢表達P2X3

15、受體，能夠感受環(huán)境中ATP變化， 并將信號轉(zhuǎn)導至神經(jīng)元，促使氣道平滑肌細胞（ASM ）收縮44, 45 。 P2X3受體拮抗劑可抑制ASM的收縮，治療咳嗽和哮喘46 ，目前 已進入臨床試驗。拮抗PNEC所分泌的神經(jīng)活性物質(zhì)能用于哮喘治療。GRP阻滯劑和GRP抗體能阻止OVA刺激下的哮喘小鼠模型氣道反應性異常升高， 并減少支氣管肺泡灌洗液中巨噬細胞、粒細胞數(shù)量，降低IL-5. IL-13 等細胞因子的水平26 o 5-HT受體拮抗劑甲基麥角酸丁醇酰胺能 夠顯著降低變應原刺激下哮喘小鼠模型BALF中嗜酸粒細胞、Th2型 細胞因子和IgE水平；同時減少纖黏蛋白分泌以及膠原蛋白沉積，緩 解氣道重塑47 。五、總結(jié)與展望PNEC系統(tǒng)在哮喘的發(fā)生發(fā)