过敏性气道疾病的致病过程主要分为致敏期和激发期2个阶段。致敏期时,机体初次接触过敏源,气道上皮识别过敏原的危险信号,分泌GM-CSF,IL-1α等炎性因子活化肺部DC,DC增殖活化并向引流淋巴结迁移,递呈抗原给T细胞促进T细胞极化。激发期,过敏源再次进入气道上皮组织后,引起上皮损伤分泌IL-25,IL-33,TSLP等炎性因子,进一步促进Th2的增殖和活化,分泌IL-4,IL-5,IL-13等细胞因子分别促进血清IgE抗体大量生成,肺部大量嗜酸性粒细胞浸润,气道平滑肌增厚和杯状细胞分泌大量黏液。其中,致敏期的上皮细胞信号传导以及DC增殖活化情况对致敏程度及状态起到重要作用。前期研究曾有报道,生活在农场或其他含内毒素粉尘的脏乱环境中的幼儿患过敏性哮喘的几率降低,同时过敏性哮喘患儿伴随降低的适应性免疫及炎症应答。但这种降低的患病率及炎症反应是否是通过干预过敏性哮喘的致敏期实现,及其具体细胞分子机制尚不明确。
Hammad和Lambrecht课题组的相关研究为这种农场粉尘和内毒素诱导的过敏性哮喘耐受的细胞分子机制提供了答案。他们通过在D0天经气道给予HDM致敏,并在D7-11天滴鼻给予HDM激发成功建立了HDM诱导的急性过敏性哮喘模型。通过在致敏期(D0)前2个星期,隔天给予低剂量的LPS干预,他们发现,给予低剂量LPS干预后的哮喘小鼠,哮喘炎症显著降低,表现为明显减少的气道嗜酸性粒细胞浸润和降低的气道高反应性。同时,血清中的IgE蛋白水平显著降低,而分离纵膈淋巴结中的淋巴细胞体外用HDM再次刺激后培养上清的Th2型细胞因子如IL-4,IL-5,IL-13的蛋白水平也显著降低,提示低剂量LPS干预能一定程度抑制气道初次接触HDM后机体Th2细胞的致敏。随后,他们通过不同模型的试验,发现在致敏期前2星期给予单次高剂量LPS和致敏期以及激发期都给与低剂量LPS干预,均能影响HDM诱导的致敏过程从而最终抑制哮喘炎症。同时,他们发现提前给予小鼠农场粉尘,能模拟LPS发挥的过敏耐受作用。
DC在过敏性哮喘的Th2致敏中发挥着重要作用,体内实验结果显示,低剂量LPS提前干预后的哮喘小鼠,肺部和引流淋巴结的cDC(CD+orCD11b+)以及外周迁移到肺部的MoDC数目都明显减少,同时肺组织及Epcam+的气道上皮的DC趋化因子CCL20及促进DC增殖和存活的细胞因子GM-CSF的基因和蛋白水平都显著降低。
那么究竟是什么信号分子抑制了上皮表达的CCL20和GM-CSF,从而抑制了DC的迁移和活化呢?前期文献报道,气道上皮的A20蛋白可以抑制NF-κB信号通路的活化和转导,从而抑制下游相关细胞因子的表达。体内实验结果显示,LPS能明显上调气道上皮细胞编码A20的基因的表达。他们构建了气道上皮条件性敲除A20蛋白的小鼠(TNFAIP3ECKO),发现LPS提前干预TNFAIP3ECKO,对哮喘炎症的抑制作用消失了,表现为和无LPS干预哮喘小鼠无差别的炎性细胞浸润,引流淋巴结Th2型细胞因子水平,以及同等的肺部和引流淋巴结DC数量。但是,TNFAIP3ECKO肺部的CCL20和GM-CSF蛋白水平并未完全回复到无LPS干预的状态,说明还有其他蛋白参与到CCL20和GM-CSF表达的调控中。有意思的是,因为特异性的在上皮敲除了A20这一免疫抑制性的蛋白,他们发现给予相比常规低剂量的HDM同样可以诱导明显的哮喘炎症,说明机体对HDM的识别阈值降低了。
为了探究LPS干预在人体过敏性气道炎症中发挥的作用,他们还分别分离了人的支气管上皮细胞以及活检组织,发现提前用LPS干预能抑制HDM诱导的上皮细胞及组织的IL-1α和GM-CSF的蛋白表达。同时,通过对临床哮喘患者进行分组检测,发现患有过敏性哮喘(mildsevere)的患者气道组织A20的基因和蛋白水平明显下调。
QA
1.肺组织中DC的分类,标志及各自发挥的作用?
肺内原本有2类常驻cDC,分别为CD+和CD11b+,其中CD+的cDC主要负责交叉递呈外源性的病毒抗原给CD8+T细胞,同时炎症状态下能分泌CCL17和CCL22,招募Th2;CD11b+的cDC主要负责递呈可溶性抗原给CD4+的Th。另外还有1类炎症状态下从外周动员到局部组织的MoDC,Ly6C+CD64+Mar-1+,能进一步递呈抗原给Th,同时自身分泌趋化因子CCL2,CCL4等进一步招募DC和monocyte。
2.A20蛋白的表达情况?有无做A20在DC上条件性敲除后,LPS干预哮喘的试验?
文中没有提到A20在各类组织和细胞中的表达差异,只提到了肺上皮和肠上皮均有表达。实际上,A20作为抑制NF-κB信号通路的分子,在许多免疫细胞和屏障系统的组织细胞中均有表达。
文中研究也没有做A20在DC上条件性敲除后,LPS干预哮喘的试验。为了进一步推进文中结果,这个实验是有必要做的。另外,如果在DC上敲除A20后,LPS干预仍有对哮喘的耐受作用也可以解释。因为气道上皮作为机体接触过敏原的第一道屏障,可能上皮的A20上调就能抑制上皮许多炎性因子如GM-CSF,IL-1α,CCL20等的表达,才能进一步的抑制DC的招募和活化,影响致敏过程。
3.HDM的主要致敏成分及其致敏时参与的识别危险信号的分子分别有哪些?
HDM的组分较一般过敏原要复杂,主要含以下成分:
而其中主要过敏成分接触上皮屏障后起始的信号传导如下:
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