肺神经内分泌细胞与支气管哮喘

1、2021年肺神经内分泌细胞与支气管哮喘（全文）肺神经内分泌细胞（PNEC）是支气管上皮中的一群特异性分化的细 胞。近来，越来越多的实验证明了肺神经内分泌细胞在支气管哮喘（哮 喘）的发病机制中起着重要作用。PNEC系统受神经支配，主要通过 分泌神经递质，影响哮喘的发生发展。靶向神经/PNEC系统/神经递 质轴，为哮喘治疗提供了新思路。支气管哮喘（哮喘）是全球关注的公众健康问题之一。近来，哮喘患 病率在我国有明显的增加。2019年一项全国性的调查结果显示，我国 哮喘的人群患病率约为4.2% 门。如何治疗和管理这些患者是我国的 医疗卫生事业面临的难题。因此，进一步揭示哮喘的发病机制是硏究 的关键所在

2、2】。目前哮喘的发病机制尚未完全阐明，病理生理表现多种多样，如气道 慢性炎症、气道高反应性（Airway hyperresponsiveness , AHR ）、 气道重塑等。近年来，哮喘免疫发病机制相关的硏究趣来越多，如Th2 细胞介导适应性免疫反应,2型固有淋巴样细胞（ILC2 ）参与哮喘的 发生发展。与此同时，神经调节因素在哮喘中发病中的作用受到越来 趣多的关注。本文主要阐述了肺神经内分泌细胞（pulmonary neuroendocrine cell , PNEC ）在哮喘发生发展中的作用。、肺神经内分泌细胞介绍肺神经内分泌细胞(PNEC)是肺组织中一群数量较少，内胚层来源 的细胞3

3、,与纤毛细胞、杯状细胞、基细胞、刷细胞等共同构成气 道上皮，分布于鼻部呼吸道上皮、咽部黏膜组织以及从气管到终末细 支气管的全部呼吸道，约占气道细胞总数的1% 4, 5 。电镜下，PNEC 呈烧瓶状，基底部紧贴基底膜,顶端可伸入气管管腔，多以单个细胞 形式存在，或是多个细胞聚集形成神经上皮小体(neuroepithelial body , NEB )，两者被合称为PNEC系统6 。在气道上皮中,PNEC 系统是唯一受神经支配的细胞群体，受结状神经节发出的传入神经元 和传出神经元支酉6( 7 ，并能作为化学感受器接受各种刺激8, 9,10 。PNEC系统在肺内的功能尚未被完全阐明。目前较为公认的功

4、能有：(1 )PNEC是肺上皮中最早特化的细胞，能够参与调控肺的发育11 L(2 )PNEC作为化学感受器，能够感受低氧、高碳酸血症以及尼古丁 , 并通过传入神经冲动调节呼吸及气道的其他功能12 。( 3 )近来 发现，PNEC分泌的神经肽、神经递质等物质，能够作用于支气管平 滑肌，调节气道反应，在气道的神经免疫中发挥重要的调节作用10 。(4) PNEC对气道具有保护作用，并且具有一定的干细胞潜能。当气 道上皮受损时，部分PNEC能分化为其他上皮细胞类型，促进气道上 皮的损伤修复13。这些生理功能和作用主要通过其分泌的各种神经肽和神经递质实现。PNEC胞质中存在致密的囊泡，内含各种的生物活性

5、物质，包括五起 色胺（5-HT ） 14 、降钙素、降钙素基因相关肽（CGRP ） 15 、 蚌皮素（BBS） s胃泌素释放肽（GRP） 16等（表1 ）。其中， 最具有代表性的肽类是CGRP、BBS和GRP 6 o各种刺激能促进 PNEC释放囊泡内容物，并通过自分泌、旁分泌形式运输到相应的位 置发挥相应的效应8 。正常生理条件下，PNEC数量较少，约占气道上皮的0.5% 17 。然 而，越来越多的证据显示部分肺疾病患者的气道上皮PNEC数量增加, 如慢性阻塞性肺疾病、支气管肺发育不良（BPD ）,小细胞肺癌等9, 18, 19, 20, 21, 22 。近来的研究显示PNEC在哮喘的发生发展

6、 中也发挥着重要作用。二、PNEC与哮喘之间存在一定的相关性尽管PNEC的病理变化在人类哮喘发生发展中的作用还未被详尽阐 明，但许多实验证据显示PNEC系统与哮喘有一定的相关性。哮喘患 者和哮喘动物模型中PNEC数量明显増加23 。PNEC分泌神经肽 和神经递质增多，如CGRP、GABA及GRP等。这些神经介质通过旁 分泌形式作用于靶细胞，发挥相应的效应，如CGRP能够促进气道平 滑肌细胞收缩24 , GABA能够促进杯状细胞分泌黏液25 , GRP 参与气道炎症反应等26 。1. PNEC及其分泌神经活性物质促进气道平滑肌细胞收缩：PNEC是 气道中CGRP的主要来源。脂多糖处理的哮喘小鼠模

7、型肺组织中的 CGRP浓度升高30%。高浓度CGRP可直接作用于气道平滑肌细胞， 导致气管收缩，增加气道反应性，促进哮喘的发生发展。CGRP的受 体拮抗剂处理脂多糖刺激后的小鼠，小鼠气道收缩程度明显下降27。2. PNEC及其分泌神经活性物质介导气道炎症：气道中的SP主要由 PNEC分泌。Barnig等28 发现高渗性盐水刺激后，哮喘患者和慢 性支气管炎患者痰液中的SP水平明显高于对照组，且哮喘患者诱导 痰的SP水平与嗜酸粒细胞水平呈正相关，与FEV1/FVC呈负相关。PNEC分泌的神经肽Y( NPY)水平与哮喘气道炎症水平间具有一定 的相关性。NPY敲除的哮喘小鼠气道炎症水平低于野生型小鼠；

8、实验 组小鼠肺泡灌洗液中嗜酸粒细胞水平以及IL-4、5、13的水平较野生 型小鼠明显下降29 。同时，拮抗CGRP后哮喘小鼠气道周围炎性 细胞的浸润显著减少，气道周围水肿有所缓解27 。3. PNEC及其分泌神经活性物质促进气道高反应性：PNEC増生，可 继发性导致气道反应性增高和气流受限30 。支气管肺发育不良(BPD )患儿气道PNEC数量增加，PNEC分泌的GRP显著增多，这 类儿童罹患哮喘的风险是其他儿童的510倍，证明GRP水平与哮喘 具有相关性31 。在成年患者体内也能观察到PNEC特异性増生， PNEC分泌的一系列神经活性物质(5-HT, CGRP等)及其受体的分 布，与气道反应

9、性之间存在密切联系15 。哮喘小鼠模型中PNEC增生，分泌SP和CGRP增多，促使气道反应 性增加，且SP和CGRP的水平与气道反应性呈正相关32, 33 。Joad等34用尘蠟提取物和臭氧刺激猴气道，致敏的气道上皮中 PNEC的数目及其所占气道上皮细胞的比例明显增加，且气道上皮中 PNEC的数量越多，气道反应性越高，提示PNEC在气道高反应性的 发生发展过程中起舂重要作用。4. PNEC及其分泌神经活性物质促进黏液分泌：PNEC能够通过分泌 神经递质GABA促进杯状细胞的增生以及黏液的分泌23 。Barrios 等25 发现哮喘小鼠模型PNEC神经调控异常，GABA大量分泌, 促使杯状细胞黏

10、液分泌显著增加。运用GABA受体拮抗剂阻断GABA 信号转导，能够明显抑制IL-13的效应，导致MUC5AC的表达下降， 杯状细胞分泌黏液减少23 。5. PNEC及其分泌神经活性物质与哮喘急性发作：PNEC及其分泌神 经活性物质可能介导哮喘急性发作。将哮喘大鼠模型的肺泡灌洗液(BALF )中所含的神经递质水平与对照组大鼠BALF进行比较，结果 发现哮喘大鼠模型的BALF中所含的VIP低于野生型大鼠，且BALF 中VIP浓度越低，哮喘急性发作的频率越高35 。三、神经-PNEC系统-神经介质轴参与调控哮喘的机制1. 神经调控PNEC系统：PNEC的神经支配于胚胎期建立，并且随着 妊娠周数增加，

11、支配PNEC系统的神经纤维的密度和复杂性均増加， 于出生时达到峰值36 。既往硏究显示，PNEC系统受双重感觉神 经支配；NEB的神经支配存在多种组合方式，具有较强的灵活性。独 立的PNEC和NEB之间可能通过黏膜下神经纤维相互联系。这种独特 的神经支配方式，能够将独立的PNEC和NEB受刺激时释放的信号放 大，促进神经递质的释放，发挥相应的效应37, 38, 39 。同时， PNEC的神经支配也受神经因子的调控，如神经营养素4 ( NT4 )的 水平上升，导致NEB内部的神经纤维密度增加，受支配的NEB的数 量也增加25 o2. PNEC系统分泌神经递质的调控机制：PNEC的效应主要通过分泌

12、 神经肽、神经递质等实现。肺组织内CGRP、NPY、GABA等的主要 来源是PNECO在哮喘小鼠模型中敲除PNEC特异性基因Ascii , CGRP、NPY、GABA的表达明显下降。外源性补充CGRP和GABA 能够恢复哮喘表型，包括杯状细胞増生、免疫细胞浸润、II型细胞因 子表达等23 。GABA在肺组织中合成需要GAD67关键酶和GABA囊泡转运体 (VGAT ) 25 。既往硏究证实85%PNEC特异性表达GAD67和VGATO敲除PNEC特异性基因Ascii , GAD67和VGAT无法表达， 严重影响了 GABA的生成和运输，肺组织中GABA水平降低23 。3. PNEC系统与免疫反

13、应：PNEC系统可能参与和调控哮喘相关免疫 反应。现有观点认为，哮喘的发生发展涉及Th2型免疫应答以及ILC2 反应，表现为Th2细胞、嗜酸粒细胞、ILC2数量增加，IL-4 , IL-5 , IL-13 水平升高40, 41,42,43。Sui等23 发现敲除PNEC特异性基因Ascii的哮喘小鼠模型，肺 组织缺乏PNEC ,同时Th2细胞、嗜酸粒细胞、ILC2水平明显低于野 生型小鼠，且IL-5和IL-13表达也明显低于对照组。ILC2细胞多分布 于距PNEC 70 pm内，同时ILC2表达PNEC分泌的神经递质相应的 受体（如CGRP受体、GABA受体等），易受PNEC及其分泌的神经 活

14、性物质作用。OVA刺激下，PNEC分泌CGRP和GABA等神经活 性物质，并与ILC2上的CGRP和GABA受体相作用，激活ILC2 ,后 者募集嗜酸粒细胞，启动Th2免疫反应。四、靶向神经-PNEC系统-神经递质-效应细胞轴的哮喘治疗硏究现状 PNEC系统受神经支配,通过分泌神经肽改变气道的免疫反应性，促 进炎症反应，导致杯状细胞的增生和分泌过量黏液等参与哮喘的发生 发展。因此，靶向神经-PNEC系统-神经递质-效应细胞轴为哮喘治疗 提供新思路。目前硏究多着重于拮抗PNEC所分泌的神经活性物质的效应,直接靶 向PNEC进行哮喘治疗的硏究和报道的相关硏究较少。PNEC系统的神经末梢表达P2X3

15、受体，能够感受环境中ATP变化， 并将信号转导至神经元，促使气道平滑肌细胞（ASM ）收缩44, 45 。 P2X3受体拮抗剂可抑制ASM的收缩，治疗咳嗽和哮喘46 ，目前 已进入临床试验。拮抗PNEC所分泌的神经活性物质能用于哮喘治疗。GRP阻滞剂和GRP抗体能阻止OVA刺激下的哮喘小鼠模型气道反应性异常升高， 并减少支气管肺泡灌洗液中巨噬细胞、粒细胞数量，降低IL-5. IL-13 等细胞因子的水平26 o 5-HT受体拮抗剂甲基麦角酸丁醇酰胺能 够显著降低变应原刺激下哮喘小鼠模型BALF中嗜酸粒细胞、Th2型 细胞因子和IgE水平；同时减少纤黏蛋白分泌以及胶原蛋白沉积，缓 解气道重塑47 。五、总结与展望PNEC系统在哮喘的发生发