2021年肺神经内分泌细胞与支气管哮喘（全文）

　2021 年肺神经内分泌细胞与支气管哮喘（全文）

　摘要 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% ［1］ 。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研究的关键所在 ［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研究越来越多，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越 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。

　一、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］，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配［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］。（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物质，包括五羟

　色胺（5-HT）［14］、降钙素、降钙素基因相关肽（CGRP）［15］、蛙皮素（BBS）、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］。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 数量明显增加［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；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 增生，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 5~10 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 特异性增生，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］用尘螨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着重要作用。

　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，支配 PNEC 系统的神经纤维的密度和复杂性均增加，

　于出生时达到峰值［36］。既往研究显示，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］。

　2. PNEC 系统分泌神经递质的调控机制：PNEC 的效应主要通过分泌神经肽、神经递质等实现。肺组织内 CGRP、NPY、GABA 等的主要来源是 PNEC。在哮喘小鼠模型中敲除 PNEC 特异性基因 Ascl1，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，包括杯状细胞增生、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］。既往研究证实 85%PNEC 特异性表达 GAD67 和VGAT。敲除 PNEC 特异性基因 Ascl1，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 Ascl1 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 μm 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研究现状 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。

　目前研究多着重于拮抗 PNEC 所分泌的神经活性物质的效应，直接靶向 PNEC 进行哮喘治疗的研究和报道的相关研究较少。

　PNEC 系统的神经末梢表达 P2X3 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］。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展中具有重要的作用。PNEC/NEB 增生，神经调控异常，分泌大量神经活性物质，促进气道炎症和气道高反应性。但 PNEC 细胞是否能直接影响气道功能、其分泌的神经活性物质之间是否存在相互作用、它们通过何种机制共同参与哮喘气道炎症和气道高反应性仍有待研究。近来，研究者在调控 PNEC 神经支配、拮抗 PNEC 所分泌的神经活性物质以治疗哮喘上取得了一定的成果，但其临床价值还有待进一步探究。同时目前缺乏直接靶向 PNEC 系统治疗哮喘的研究，这或许能为哮喘治疗的提供一定的方向。