第五节 嗜酸粒细胞性支气管炎的病理生理机制
19世纪末，Ehrlich等在支气管哮喘患者的痰液中首次发现嗜酸性粒细胞（eosinophil，Eos），此后发现嗜酸粒细胞性气道炎症同样也存在于肺嗜酸性粒细胞浸润症、肺部寄生虫病、慢性阻塞性肺疾病等多种呼吸系统疾病中。1989年，Gibson等发现临床上有一类特殊的慢性咳嗽患者，表现为慢性刺激性干咳或咳少许黏痰，诱导痰Eos增高，糖皮质激素治疗效果良好，但患者的肺通气功能正常，无气道高反应性（airway hyperresponsiveness，AHR），峰流速变异率正常，并非支气管哮喘，因而将这一类可引起慢性咳嗽独立发生的疾病，定义为嗜酸粒细胞性支气管炎（eosinophilic bronchitis，EB），有别于病理概念上的嗜酸粒细胞性气道炎症。国内外研究先后发现有10%～30%的慢性咳嗽是由EB引起。EB作为慢性咳嗽的常见病因已成为广大专家的共识，2005年中国《咳嗽的诊断与治疗指南》和2006年美国的咳嗽诊治指南均将EB作为一种独立的疾病列入慢性咳嗽的常见病因。临床症状与EB最为相似的是哮喘，但为何EB患者存在类似哮喘的Eos气道炎症却缺乏AHR，机制尚不明确。本文将结合最新文献，从炎症细胞类型、发生部位、浸润密度、气道重塑、炎症介质和细胞因子水平等方面，介绍EB的病理生理特征及其与哮喘之间的差异，以深入了解EB的发病机制。
诱导痰检查主要反映大气道的炎症变化，支气管肺泡灌洗液（BALF）更多反映周围气道炎症变化，支气管黏膜活检则是反映气道炎症变化的最可靠、最直接的方法。诱导痰、BALF和气道黏膜病理结果表明EB和哮喘的气道炎症病理特点均涉及多种炎症细胞，包括Eos、T淋巴细胞和肥大细胞等，但EB的气道炎症程度比哮喘轻，且炎症范围更为局限（见彩图2-5）。相对于哮喘，EB的气道炎症主要集中于黏膜层，各种炎症细胞及其分泌的炎症介质或细胞因子对黏膜下层平滑肌的作用相对减弱，不足以引起气流受阻，可能是EB缺乏气道高反应性的原因之一。
Brightling等研究发现EB的诱导痰、支气管冲洗及BALF的Eos数量明显增高，与哮喘并无显著差异，均为Eos浸润的全气道炎症。我们的研究则发现EB和咳嗽变异性哮喘（CVA）、典型哮喘之间诱导痰的Eos百分率有显著差异（见彩图2-6）。进一步对EB与CVA、典型哮喘的诱导痰和BALF结果进行纵向比较，提示EB的嗜酸粒细胞性气道炎症可能更局限于中心气道，而CVA和典型哮喘则可能是全气道性嗜酸粒细胞性炎症。
参与EB气道炎症反应的细胞因子和炎症介质种类繁多，但具体是何种因子或介质在EB的发生及发展中起关键作用尚不明确。
研究表明，Th2型优势应答在气道高反应性的发生和发展过程中发挥重要作用。目前的资料显示，EB类似支气管哮喘，亦存在Th2型应答的气道炎症。Sastre等运用PCR技术检测诱导痰细胞因子mRNA的表达，发现EB诱导痰细胞的Th2细胞相关的因子IL-5、IL-4、IL-10和IL-13表达均显著增高，但水平与哮喘无差异。但Berry的研究则发现，相对于EB，轻度哮喘的诱导痰IL-13的水平及支气管黏膜下层表达IL-13的细胞数均显著增高。由于Th2细胞因子IL-4和IL-13等能促进气道平滑肌细胞高表达VEGF，促进血管内皮细胞增殖、血管通透增高，导致血浆蛋白外渗、气道黏膜水肿，平滑肌收缩后造成气道明显狭窄。而Brightling也证实哮喘气道平滑肌肥大细胞高表达IL-4和IL-13，而EB没有这样的病理生理特点。Kanazawa则发现哮喘患者诱导痰的VEGF浓度较EB显著升高，因此可见IL-4、IL-13和VEGF在AHR的产生机制中可能扮演重要角色。我们的最新研究发现EB患者的诱导痰中除了Th2细胞相关的因子（IL-4）和嗜酸性粒细胞趋化因子（eotaxin和MIP-1α）外，能募集并调控中性粒细胞炎症的Th1相关因子（IFN-γ、TNF-α和GM-CSF）、Th17相关因子（IL-1β、IL-6和IL-17A）和中性粒细胞趋化因子（EGF和GRO）等因子水平均较正常人升高，该结果与我们前期EB诱导痰中性粒细胞比例增高的研究结果相吻合。另外，EB支气管黏膜中CC受体（CCR）3、CCR5、CCR6和CXCR3（又称融合素）等趋化因子受体及GM-CSF的表达与哮喘并无明显差异。
在抗原激发后IgE介导的速发型变态反应中，肥大细胞释放的主要化学介质是白三烯，而白三烯C4（LTC4）与哮喘发作的严重程度和气道高反应呈正相关。LTC4是气道平滑肌的强烈收缩剂，同时能促使气道黏液分泌增加，增加气道血管通透性，引起黏膜水肿，对气道嗜酸性粒细胞炎症的加重有直接作用。嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（ECP）与LTC4一样具有强烈的致呼吸道炎症作用，是造成持续性变应性气道炎症的重要因素，且ECP能引起支气管上皮细胞损伤、脱落，改变气道黏膜的通透性，使感觉神经纤维暴露，导致支气管收缩。我们的研究发现CVA的诱导痰LTC4水平显著高于EB，CVA的ECP浓度也较EB组有增高的趋势。
由肥大细胞分泌，功能与LTC4相似，但作用较弱，除此之外，组胺还能选择性地趋化Eos，是变态反应发生时血液及病变部位Eos增多的原因之一。近年来不少研究显示，哮喘性与非哮喘性慢性咳嗽的发生均与患者的组胺浓度相关。有报道在EB和哮喘患者的诱导痰液中，组胺和前列腺素D2（PGD2）的差异具有显著性，EB明显高于哮喘。然另有研究发现，CVA患者BALF的组胺水平显著高于EB患者，与大气道相比，组胺导致小气道平滑肌收缩，产生气道闭塞、气流受阻等现象的效果更为明显。
前列腺素（PG）是一类具有20个碳原子的不饱和脂肪酸衍生物，肺脏是PG合成的重要场所之一，也是其含量较高的组织，在外界刺激下，磷脂酶A将细胞膜上的磷脂转化成花生四烯酸，又在环氧化酶（cycloxygenase，COX）的作用下，花生四烯酸被分解成不稳定的中间产物PGH2，随后又代谢转化为更稳定的PGD2、PGE2和PGF2α。COX包括COX-1和COX-2。
PGD2可由激活的肥大细胞、Eos、Th2淋巴细胞等释放。PGD2通过树突细胞上的DP1受体（前列腺素D1受体）抑制树突细胞的迁移和功能，而树突细胞是主要的抗原呈递细胞，同时Th2细胞表面的DP1受体抑制Th2型细胞因子的表达，因此认为PGD2可通过DP1受体抑制炎症发生。此外，PGD2亦可通过Th2细胞上的CRTH2（chemoattractant receptorhomologous molecule expressed on TH2 cells）受体使IL-4、IL-5和IL-13等产生增加，而增加的Th2型细胞因子，在哮喘中扮演重要角色。Matsuoka等将小鼠体内DP受体基因敲除后，用卵清蛋白致敏发现DP1受体基因敲除小鼠的体内Th2淋巴细胞及其细胞因子上升的幅度较野生型小鼠上升的幅度显著下降，表明PGD2参与了哮喘的慢性炎症反应过程。由于有研究发现EB诱导痰中的PGD2和组胺明显升高，提示PGD2可能参与了EB的气道炎症的发生过程。
PGE2可作用于传入神经E受体而增加咳嗽敏感性。慢性咳嗽患者诱导痰中的PGE2均明显升高。Sastre等研究发现EB患者的诱导痰的PGE2浓度较哮喘和正常对照明显增高，认为造成这种差别的原因可能是花生四烯酸的代谢异常所导致。PGE2具有舒张气道平滑肌的作用，抑制EB患者气道平滑肌的增殖。目前认为，PGE2及其平滑肌收缩性介质LTC4在体内的平衡，可能在EB无气道高反应性的气道炎症的发生中扮演着重要的角色。我们研究发现EB患者BALF的8-异前列腺素浓度降低，氧化张力低于哮喘。
呼出气一氧化氮（FeNO）水平是Th2主导的气道炎症的标志物，而且与Eos炎症和AHR密切相关。研究表明，哮喘患者FeNO水平显著高于EB，而EB又显著高于正常人。
NO与硫醇类物质的巯基以共价键的方式结合形成亚硝基硫醇（S-nitrosothiols，SNOs），其一般结构式是R-S-N=O，包括亚硝基谷胱甘肽（GSNO）、亚硝基半胱甘酸（SNC）和亚硝基白蛋白（SNOAB）等。SNOs可以舒张气道平滑肌、扩张支气管，是气道中抗痉挛的重要生物活性物质。美国Que等指出，GSNO是一种重要的内源性支气管扩张剂，是体内对抗气道高反应的重要生物活性分子，对小鼠的哮喘模型有强烈的保护作用。
Byung-Jae Lee等研究发现，EB患者SNO水平显著高于CVA组，认为造成这种差异的原因可能是SNOs代谢在CVA患者中增强所致。GSNOR（亚硝基谷胱甘肽还原酶）可以使GSNO降解，而在EB患者中由于GSNOR活性低于CVA患者，其GSNO水平较CVA患者明显增高，抑制了气道高反应的发生。
既往研究表明，活性氧自由基（ROS）与哮喘密切相关。ROS导致的氧化应激是哮喘气道慢性非特异性炎症的关键。而谷胱甘肽-S-转移酶系（GSTs）是一个超家族酶系，其催化各种ROS及其产物与还原型谷胱甘肽结合，进行生物转化代谢。热休克信号通路在急性炎症反应和免疫反应中发挥重要作用，而热休克蛋白（HSP）作为该信号通路的重要因子，其在哮喘中的作用逐渐引起关注。
我们研究发现，GSTM1在哮喘模型小鼠表达下调，在EB模型小鼠表达上调；HSPB1在哮喘模型小鼠表达上调，在EB模型小鼠表达下调。我们推测GSTM1、HSPB1可能参与气道高反应性的发生机制。GSTM1高表达起到抗氧化作用而抑制气道高反应，热休克蛋白作为急性炎症反应和免疫应答中的重要因子，可能通过对多种蛋白的调控参与哮喘发病。
哮喘患者气道黏膜常存在有不同程度的上皮损伤、黏膜水肿、纤维化及基底膜增厚等现象。气道黏膜基底膜增厚是支气管哮喘病理特征之一，也是哮喘气道重塑的一个重要特征，在哮喘发病早期就已经开始出现。基底膜的厚度与哮喘病情的严重程度、气道高反应性和气流受限呈正相关，并且在CVA患者中也发现有基底膜增厚的现象。目前关于EB病理特点的报道十分有限，我们的研究结果显示EB患者上皮下黏膜层纤维蛋白增多。其舌段基底膜厚度小于CVA，CVA又小于典型哮喘，这与EB、CVA和典型哮喘的气道高反应性从无到有、从轻到重的现象相一致。
国内学者通过HRCT扫描右肺上叶尖端支气管和支气管横截面内径为1～6mm的支气管亦发现，EB气道壁增厚程度远远低于哮喘，弱于CVA，且EB气道腔并未出现狭窄情况。国外则有研究显示，EB和哮喘的气道重塑表现形式不同，哮喘的气管壁增厚导致气道管腔狭窄，而EB的重塑则表现为气管扩张和管腔面积增大，气管壁并无增厚。不同研究结果虽有差异，但均提示EB存在一定程度的气道重塑，但程度较轻，气道管腔内径尚未出现缩小，因而气道收缩时无气流受限等异常情况出现。
EB与哮喘气道重塑的机制是否一致尚不清楚，研究发现在肺间质纤维化及哮喘气道重塑中发挥重要作用的转化生长因子β1和血小板衍化生长因子，在EB的气道上皮细胞及黏膜下层细胞中表达增多，但表达水平较哮喘低，并与基底膜厚度存在正相关。由于激活的Eos一方面通过合成和释放主要碱基蛋白、ECP和神经毒素等毒性蛋白破坏气道上皮，另一方面通过不断分泌转化生长因子β1，作用于成纤维细胞，损伤组织发生过度修复，导致气道结构重塑，因此转化生长因子β1和血小板衍化生长因子的过度表达可能是EB患者形成气道黏膜下纤维化的主要环节。由肥大细胞分泌的双调蛋白是表皮生长因子家族中的一员，它能促进肺成纤维细胞增生及气道上皮细胞黏蛋白基因的产生，参与气道重塑过程。Kyung Won Kim等研究发现，哮喘组儿童患者痰中双调蛋白显著高于EB组儿童患者和正常对照组，痰双调蛋白水平与痰嗜酸性粒细胞、痰ECP水平呈正相关。
哮喘的气道反应性增高与气道平滑肌（airway smooth muscle，ASM）的结构与功能异常紧密相关。气道平滑肌中存在如平滑肌肌动蛋白等多种收缩功能蛋白，受到变应原或炎症因子刺激后，平滑肌收缩可致气道狭窄，气道反应性升高。哮喘患者气道周围平滑肌肌层常存在增生、增厚现象，重度哮喘患者的气道平滑肌体积甚至可较正常人增加3～4倍。部分患者，平滑肌甚至可占增厚气道壁的20%。最新的影像学研究显示，AHR的发生不仅是因为气道狭窄，气道收缩异质性和气道陷闭的存在同样起到重要作用。目前研究显示，大多数的EB患者中，平滑肌的肥大和/或增生情况均并不明显。
肥大细胞是速发型变态反应的主要效应细胞，当变应原与肥大细胞表面的IgE相结合，诱发肥大细胞脱颗粒，释放组胺、Eos趋化因子、白三烯和血小板活化因子等炎症介质和细胞因子，导致气道平滑肌收缩，黏液分泌亢进，血管通透性增加和炎症细胞浸润等效应。由于细胞因子一旦脱离其母细胞会很快失效，所以其作用范围通常非常局限，在平滑肌束中的肥大细胞和Eos分泌的细胞因子和炎症介质对平滑肌的作用相对强烈，因此肥大细胞的分布现被认为是参与气道高反应性发生的重要影响因素。
Brightling等研究发现，相对于哮喘，EB纤维支气管镜刷检标本中出现的肥大细胞数明显增多，且组胺、PGD2及趋化因子CXCL8、CXCL10浓度增高；而相对于EB，哮喘气道平滑肌的肥大细胞数量明显增高，且肥大细胞浸润密度与气道高反应性显著相关。因此，激活的肥大细胞在不同部位的浸润可能是引起哮喘气道功能失调的关键因素。
综上所述，目前对EB的病理生理特征的研究仍十分有限，甚至有些研究结果互相矛盾，其原因与病例选择及实验方法有关。但比较明确的是，EB的气道炎症涉及Eos、T淋巴细胞和肥大细胞等多种炎症细胞。多种细胞因子及炎症介质参与了EB的发生。与哮喘相比，EB的气道炎症程度较轻，炎症范围更为局限，在气道重构和炎症介质等方面EB与哮喘也存在一定的差异（表2-2），这可能是引起EB没有气道高反应性的主要原因。在未来的工作中，EB的发生机制及其与哮喘的确切关系仍是广大研究者需要面临的重要课题。EB的嗜酸性粒细胞增高与固有免疫的关系、全身和局部炎症在EB发病机制中的角色扮演、气道高反应性密切相关的分子基因标记及新的治疗靶点筛选等均是未来研究的着力点。
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