嗜酸性粒细胞在急性呼吸窘迫综合征中的研究进展
作者：陈刚，李毅，陆蓉莉，潘频华
单位：中南大学湘雅医院呼吸与危重症医学科
来源：中国呼吸与危重监护杂志2023年3月第22卷第3期
急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是常见的呼吸危重症疾病，由各种肺内、肺外致病因素引发急性弥漫性肺损伤，进而导致急性顽固性呼吸衰竭。主要病理特征是肺泡上皮细胞与肺毛细血管内皮细胞弥漫性损伤，肺毛细血管通透性增加，肺泡内渗出大量富含蛋白质以及炎症因子的液体，进而导致肺水肿及透明膜的形成。ARDS主要的病理生理改变包括肺容积减少、肺顺应性降低及通气/血流比例失调。临床表现为进行性呼吸窘迫及难治性低氧血症。目前，ARDS的具体发病机制尚未完全阐明，缺乏有效的治疗手段，研究显示其住院死亡率高达30%。作为白细胞家族的一员，近来嗜酸性粒细胞被证明在多种免疫反应中发挥调节作用，参与多种气道炎症反应，并且与ARDS的病理生理过程密切相关。本文就嗜酸性粒细胞在ARDS中的作用机制，及其作为生物标志物评估ARDS疾病严重程度及预后的潜力做一综述，全面阐述嗜酸性粒细胞对于ARDS的临床价值。
嗜酸性粒细胞来源于骨髓中的多能造血干细胞，在稳态下它们先发育成嗜酸性粒细胞谱系定向祖细胞（eosinophil lineage–committed progenitors，EoPs），EoPs之后在骨髓微环境中发育为成熟的嗜酸性粒细胞。人类EoPs因其表面所表达的受体不同而被区分开来，其中最为重要的是表达白细胞介素-5（interleukin-5，IL-5）受体的EoPs，这些EoPs会特异地分化为嗜酸性粒细胞，因此IL-5也被认为是嗜酸性粒细胞谱系特异性因子，它不仅能介导嗜酸性粒细胞谱系定向祖细胞的增值和终末分化，还能促进嗜酸性粒细胞的转运、激活和发挥效应。除IL-5外，IL-3和粒细胞-单核细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）对嗜酸性粒细胞的分化成熟及炎症介导也发挥了重要作用。在骨髓中发育成熟后，嗜酸性粒细胞会进入到血液循环中，循环中的嗜酸性粒细胞计数一般在0～500个/μl。但在某些特定疾病状况下，如寄生虫感染或哮喘患者中这一数值会有显著提升，可达基础值的20倍以上甚至更高，血管外的嗜酸性粒细胞一般储存在胃肠道和胸腺组织中。嗜酸性粒细胞胞质中含有四种细胞毒性蛋白质，包括主要碱性蛋白（major basic protein，MBP）、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（eosinophil cationic protein，ECP）、嗜酸性粒细胞衍生的神经毒素（eosinophil-derived neurotoxin，EDN）和嗜酸性粒细胞过氧化物酶（eosinophil peroxidase，EPO）。在趋化因子配体（chemokine ligand，CCL）5、CCL7、CCL11等因子的趋化作用下，嗜酸性粒细胞到达肺部的炎症部位，通过脱颗粒产生EPO引起氧化应激，还可释放粒蛋白如ECP和形成胞外诱捕网而产生细胞毒性，从而导致组织炎症损伤，包括肺泡损伤、毛细血管渗漏、间质水肿等。除了颗粒蛋白外，嗜酸性粒细胞也能通过释放细胞因子和脂质介质来促进组织损伤和炎症进展。除了参与肺部炎症过程外，嗜酸性粒细胞在抵御肺部感染中也发挥着重要作用。在脓毒症小鼠模型中：体外研究表明嗜酸性粒细胞具有较强的抗菌作用，小鼠在体研究也观察到嗜酸性粒细胞也可以有效促进细菌清除，降低脓毒症小鼠的死亡率；一方面，嗜酸性粒细胞表面的多种Toll样受体可以识别并促进细菌清除，另一方面，脱颗粒产生的多种毒性颗粒蛋白也可直接杀灭细菌。此外，ECP及EDN也被证实可以降低呼吸道合胞病毒对靶上皮的感染性；在特定情况下，嗜酸性粒细胞脱颗粒在小鼠严重呼吸道病毒感染中也可以发挥重要的保护作用，提高病毒感染后小鼠的生存率。因此，嗜酸性粒细胞在肺部疾病中发挥双重作用，既可导致组织炎症损伤，也通过多种机制发挥抗病毒、细菌作用。1. 嗜酸性粒细胞与ARDS的相关性肺不是嗜酸性粒细胞的主要驻留器官，因此肺部嗜酸性粒细胞数量增加可能预示着肺部炎症。在ARDS发病过程中，由于肺部大量炎症细胞及细胞因子损伤毛细血管内皮细胞及肺泡上皮细胞，导致肺顺应性降低和严重的通气血流比例失调，临床主要表现为顽固性肺水肿及难治性低氧血症等，具有极高的死亡率，且目前临床治疗多以抑制肺部炎症、对症支持治疗为主。急性肺损伤（acute lung injury，ALI）与ARDS是连续的病理生理过程，ALI是早期阶段，低氧血症程度较轻，ARDS是其最严重的阶段。ECP是嗜酸性粒细胞活化后释放的一种强碱性颗粒蛋白，能够反映嗜酸性粒细胞的活化程度，被看作是嗜酸性粒细胞的特异性标志。既往研究发现尽管大部分ARDS患者外周循环中嗜酸性粒细胞计数相对减少，但ECP表达水平却有所增高，说明在ARDS疾病过程中嗜酸性粒细胞活性有所增加，且外周血中的嗜酸性粒细胞发生了相当大的再分布，部分细胞会进入肺中，并且可能在肺部炎症中发挥特殊作用，但具体的作用机制目前仍然不明确，还需要进一步探究。2. 嗜酸性粒细胞在ARDS中的保护作用临床研究发现，与存活患者相比，死亡的ARDS患者外周血中嗜酸性粒细胞计数更低，并且两者嗜酸性粒细胞数量之间的差异与住院期间的糖皮质激素使用无关，免疫组织化学检测也证实存活的ARDS患者中肺实质内浸润的嗜酸性粒细胞数量更多，嗜酸性粒细胞脱颗粒的程度也更高，这提示嗜酸性粒细胞在ARDS患者中存在保护作用，嗜酸性粒细胞计数可预测ARDS的预后情况，而存活的ARDS患者所增加的这部分嗜酸性粒细胞的来源及其发挥保护作用的机制仍需要进一步探索。此外，也有研究指出，患有哮喘等Ⅱ型免疫反应性疾病的患者死于急性肺部感染及其相关并发症（包括ARDS）的可能性更低。嗜酸性粒细胞作为Ⅱ型免疫反应中的重要一环，在急性肺部疾病中的保护作用值得进一步探究。ALI动物模型中的研究表明：外周血中的嗜酸性粒细胞会在脂多糖的诱导下向肺部募集，与肺内驻留的嗜酸性粒细胞一起，通过促进抗炎脂质介质的生成，缓解由内毒素诱导的ALI，改善小鼠的死亡。该研究将肺中的嗜酸性粒细胞分为CD101＋和CD101－两种亚型，其中CD101＋嗜酸性粒细胞亚型在ALI的病理过程中发挥的是促炎作用，而CD101－嗜酸性粒细胞亚型则发挥抗炎作用，并且可以有效改善肺损伤。嗜酸性粒细胞不同亚型在ARDS病理生理机制中发挥的作用不同，探索不同亚型以及其具体作用机制临床意义重大。嗜酸性粒细胞向炎症部位的趋化依赖于促炎介质和趋化因子的作用。IL-33作为IL-1家族的一员，不仅能调控嗜酸性粒细胞的活化，在嗜酸性粒细胞的生成过程中也发挥重要作用。Verhoef等证实：肺部2型固有淋巴细胞（type 2 innate lymphoid cells，ILC2）可在细胞因子IL-33的刺激下分泌大量的Ⅱ型细胞因子如IL-5和IL-13，从而促进嗜酸性粒细胞向肺内募集。Krishack等研究发现：在金黄色葡萄球菌诱导的ALI小鼠模型中，与对照组相比，用趋化因子IL-33预处理的小鼠支气管肺泡灌洗液中GM-CSF、IFN-γ、IL-1等炎症因子及白蛋白的含量更低，肺渗透性及肺水肿的严重程度也更低，且具有更高的血氧饱和度与存活率；进一步分析表明IL-33预处理对ALI的这种保护作用是通过招募嗜酸性粒细胞向肺部聚集，从而抑制肺部炎症，以减轻肺损伤，在嗜酸性粒细胞缺乏的小鼠中则无法观察到这种抗炎作用。综上，嗜酸性粒细胞作为一种保护因子，在ARDS/ALI疾病过程中发挥抗炎作用，减轻肺部炎症损伤，从而降低疾病的严重程度乃至改善疾病的预后，诱导或输注具有抗炎作用的嗜酸性粒细胞亚型或许可以成为ARDS治疗的一个新方向。书籍广告三、嗜酸性粒细胞与ARDS相关危险因素研究
多项流行病学调查已证实肺炎是ARDS的最常见危险因素，而嗜酸性粒细胞与肺炎之间也存在着密切的联系，探索嗜酸性粒细胞在肺炎中的作用与具体机制，对于ARDS早期防治意义重大。小鼠细菌性肺炎模型研究发现嗜酸性粒细胞具有一定的抗菌特性，嗜酸性粒细胞胞浆颗粒中的MBP和ECP都具有一定的杀菌作用，嗜酸性粒细胞表面的Toll样受体也可以有效促进细菌清除。同时，临床研究也发现嗜酸性粒细胞减少的慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺）患者更容易并发肺炎。因此，嗜酸性粒细胞减少是肺炎的危险因素之一。在病毒性肺炎中，嗜酸性粒细胞也可以通过脱颗粒释放ECP及EDN降低病原体对靶上皮的感染性，小鼠研究也证实嗜酸性粒细胞可以有效抑制病毒复制、促进病毒颗粒的清除。因此嗜酸性粒细胞对病毒性肺炎也具有保护作用。一项回顾性研究表明：在85例新型冠状病毒肺炎（简称新冠肺炎）死亡病例中，超过70%的患者进展至ARDS。武汉两家医院的统计分析显示：哮喘患者罹患新冠肺炎的概率更低，且超过50%的新冠肺炎患者在入院当天存在嗜酸性粒细胞减少（<0.02×109/L）的现象。相关研究发现，循环中嗜酸性粒细胞计数越低往往预示着疾病的严重程度越高，入院时就存在嗜酸性粒细胞减少的患者往往病情更加严重、预后更差。但是随着治疗的推进，新冠肺炎患者后期嗜酸性粒细胞计数会逐渐上升，且所有出院患者的嗜酸性粒细胞计数上升与其影像学改善、病毒学载量降低同步出现，提示嗜酸性粒细胞数目变化是评估新冠肺炎病情进展和恢复的生物标志物。嗜酸性粒细胞是哮喘主要效应细胞之一，哮喘患者嗜酸性粒细胞数目往往升高。国外一项关于哮喘和新冠肺炎的前瞻性队列研究发现，在感染SARS-CoV-2并发展为重症肺炎的住院患者中，与未合并哮喘的患者相比，新冠肺炎合并哮喘患者的死亡率更低。这同样也预示着嗜酸性粒细胞计数与新冠肺炎的预后密切相关。综上所述，嗜酸性粒细胞参与肺炎的病理生理机制，且嗜酸性粒细胞与疾病的严重程度以及预后都密切相关，若嗜酸性粒细胞计数较低，预示着肺炎进展恶化，很可能向ARDS的方向进展。脓毒症被定义为宿主对感染的反应失调而导致的危及生命的器官功能障碍，作为ARDS的第二大危险因素，脓毒症相关ARDS的死亡率高达27%～37%。因此，对于脓毒症相关ARDS的早期预防显得尤为重要。临床研究发现：合并哮喘、过敏性鼻炎、特应性皮炎等Ⅱ型免疫反应性疾病的患者罹患脓毒症的概率较低。而嗜酸性粒细胞是Ⅱ型免疫反应主要效应细胞，这提示嗜酸性粒细胞与脓毒症之间存在某种相关性。Lavoignet等研究发现脓毒症患者与单纯细菌感染患者相比有着更低的嗜酸性粒细胞计数；且脓毒症患者持续性的嗜酸性粒细胞减少，往往预示着更严重的疾病程度和不良的预后。Al Duhailib等也发现外周血嗜酸性粒细胞的低活性与脓毒症患者的低存活率密切相关。基于嗜酸性粒细胞与脓毒症病理生理过程的密切联系，有学者发现：IL-33预处理小鼠诱导产生Ⅱ型免疫反应可有效降低脓毒症模型小鼠的死亡率，存活的脓毒症模型小鼠相较于死亡小鼠有着更高的嗜酸性粒细胞/中性粒细胞比值。以上研究表明Ⅱ型免疫反应所介导的嗜酸性粒细胞增多对脓毒症具有保护作用。体外研究观察到嗜酸性粒细胞所表达的Toll样模式识别受体可以通过促进细菌清除来降低感染的细菌载量，这可能是嗜酸性粒细胞在脓毒中发挥保护效应的方式之一。脓毒症作为ARDS起病主要的危险因素之一，早期诊治以阻止其向ARDS进展至关重要；嗜酸性粒细胞在脓毒症病理生理过程中发挥保护作用，且与脓毒症病情进展及预后也密切相关。因此，嗜酸性粒细胞可作为脓毒症相关ARDS早期预警、治疗的潜在研究方向。
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小鼠ALI模型研究证实：脂多糖可诱导产生CD101－嗜酸性粒细胞亚型，并向肺部聚集，通过促进抗炎脂质介质（如保护性蛋白D1）抑制肺部炎症，减轻肺损伤，提高小鼠存活率。目前，临床上关于嗜酸性粒细胞在ARDS中的治疗应用方面的研究甚少，探索参与ARDS病理生理过程的不同嗜酸性粒细胞亚型意义重大，诱导或输注具有抗炎等保护作用的特殊嗜酸性粒细胞亚型是ARDS治疗潜在的研究方向。另一方面，ARDS患者的糖皮质激素治疗目前仍然存在巨大争议。研究发现使用糖皮质激素会延迟体内病原体的清除，增加ARDS患者的死亡率，也有研究指出在适当的时机使用合适剂量的糖皮质激素可以有效改善肺部炎症，减轻肺损伤。对于慢阻肺患者，2022年GOLD指南继续将血嗜酸性粒细胞作为评估患者吸入性糖皮质激素使用的生物标志物，血嗜酸性粒细胞计数≥300个/μl的患者对于吸入性糖皮质激素治疗效果更佳，且嗜酸性粒细胞计数也可协助评估慢阻肺患者相关急性加重风险。因此，嗜酸性粒细胞计数水平可以有效指导慢阻肺患者疾病进展评估与糖皮质激素使用。目前糖皮质激素在ARDS患者中的使用还处在经验性治疗阶段，尚无有效的生物标志物指导与规范糖皮质激素治疗，嗜酸性粒细胞在慢阻肺患者诊疗中出色的指导作用为我们指明了潜在的研究方向：嗜酸性粒细胞计数或许可作为指导ARDS患者糖皮质激素使用的潜在生物标志物。
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综上，嗜酸性粒细胞在ARDS疾病过程中发挥重要保护作用，可用于ARDS患者疾病严重程度以及预后评估。并且在肺炎、脓毒症这两大ARDS危险因素中具有类似的作用，有助于ARDS患者早期预警与治疗。目前，嗜酸性粒细胞在ARDS中的病理生理机制尚未完全阐明，其临床应用价值仍需要多中心、大样本临床试验来验证。
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