2023, Vol. 29
2. 山西医科大学第一医院 耳鼻咽喉头颈外科, 山西 太原 030000
2. Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery, First Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030000, China
气道慢性炎症性疾病，如哮喘、慢性鼻窦炎伴/不伴鼻息肉、变应性鼻炎(allergic rhinitis，AR)、慢性阻塞性肺疾病等疾病的发病率日益增加，给社会造成了严重的负担。Ⅱ型固有淋巴细胞(type 2 innate lymphoid cell，ILC2s)及过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)在这些气道慢性炎症性疾病的发生发展中起到了一定的作用。基于PPARγ在人类鼻黏膜及鼻息肉黏膜中均有表达，同时结合PPARγ在哮喘患者以及哮喘小鼠模型中的作用，根据“同一气道，同一疾病”的观点[1]，我们可以推测在慢性鼻窦炎(chronic rhinosinusitis，CRS)中两者可能有相互影响。本文就PPARγ与ILC2s的关系以及在气道慢性炎症及CRS中的表达及相互作用进行归纳总结，从而为气道慢性炎症性疾病及CRS的发病机制及治疗提供新思路。
1 ILC2s及PPARγ概述 1.1 ILC2s概述固有淋巴细胞(innate lymphoid cell，ILCs)是一种先天性免疫细胞，来源于淋巴祖细胞，这些细胞的功能类似于不同的T细胞亚型，缺乏抗原受体和谱系标记[2-3]。ILCs种群根据其表型和功能特征被划分为4个亚群[4-6]：ILC1s、ILC2s、ILC3s、ILCregs。其中ILC2s的表型在不同物种中略不同。其中在人类，它们系Lin-细胞，但表达白介素(interleukin，IL)-17Rα和IL-33抑制肿瘤发生受体(suppression of tumorigenicity 2, ST2)[7]。而Mjösberg等[8]发现，人类ILC2s为CD45hi、CD127+、CD117+、CD161+、CRTH2+细胞，存在于外周血、胎儿肠道以及鼻息肉中，对IL-25、IL-33有反应，并表达IL-13和IL-15，而不表达IL-17A和IL-22。
1.2 PPARγ概述 1.2.1 PPAR分类PPAR是30余年前在啮齿类动物中发现的，属于配体激活的转录因子核激素受体超家族的亚家族。PPAR分为3种类型：PPARα(也称为NR1C3)、PPARδ/β(NR1C2)、PPARγ(NR1C1)组成，其编码基因分别位于22、6、3号染色体上。由于不同的基因编码，因此表现出不同的组织分布和功能[9-10]。
1.2.2 PPAR的结构及转录活化所有PPAR都具有大多数核受体的基本结构特性，即由4个功能域组成。通常PPAR的完整转录需要由配体、另一核受体(维甲酸-X受体)、转录共激活因子组成复合物后与靶基因启动子中的PPAR反应元件结合[11]；之后启动翻译过程。其中PPARγ的活性受多种翻译后修饰调节，包括磷酸化、小泛素样修饰物酰化、泛素化、乙酰化和糖基化[12]。
2 PPARγ与ILC2s的关系ILC2s作为免疫系统的“第一反应者”，它们可以产生大量促炎和调节性细胞因子，以应对局部损伤、炎症、病原体感染或肿瘤等[13]。PPARγ在调节胰岛素敏感性、脂质代谢、心血管功能和炎症反应等方面起重要作用。在对ILC早期研究中发现小鼠和人类ILC2s富含PPARγ，在之后的研究中PPARγ被确定为ILC2s的标志[14]。此后，在受变应原激发的哮喘患者的大量RNA-Seq数据中得到了证实[15]。PPARγ可能经过ILC2s表面物质、程序性细胞死亡蛋白-1(programmed cell death protein 1，PD-1)、脂质代谢等途径对ILC2s产生影响。
2.1 PPARγ作用ILC2s的表面物质当气道上皮细胞损伤或是暴露于变应原后，该上皮细胞会分泌上皮源性警报蛋白(alarmings)，包括IL-33、IL-25和胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)[16]。其中IL-33与ST2结合后，激活ILC2s，从而产生相应的细胞因子(IL-5、IL-13)。其中在Il1rl1启动子(编码ST2)中发现了PPARγ反应元件[17-18]。此外，GATA3作为ILC2s分化和功能的关键转录因子，在IL-33刺激后GATA3表达减少，效应细胞因子IL-5和IL-13的表达随之降低[17]。因此，PPARγ可以通过影响ILC2s表面相应的受体或者转录因子从而影响ILC2s的效应功能。
2.2 PPARγ通过PD-1影响ILC2sPD-1是免疫系统的检查点抑制剂，在免疫应答期间主要在淋巴细胞上表达。全基因组阵列确定了ILC2s表达PD-1是ILC2s与自然杀伤细胞和其他ILC亚群分离的另一个标志[14]。ILC2s上PD-1表达由PPARγ控制从而影响体内IL-5和IL-13产生的诱导或维持。PPARγ可能是ILC2s上PD-1表达的调节因子。此外，脂肪组织中的细胞表达高水平的PD-1和PPARγ，研究发现[19]，缺乏PD-1不会影响ILC2s上的ST2表达。如果PPARγ可以直接影响PD-1的表达，那么，PPARγ和PD-1在与癌症和炎症中的相互作用是一个需要进一步探索的领域。
2.3 PPARγ影响ILC2s的代谢ILC2s的一个特征是它们依赖脂肪酸氧化作为能量来源[20]，而PPARγ调节脂肪酸的摄取和储存，因此PPARγ似乎可以控制ILC2s的效应器功能。有学者证明，IL-33通过诱导PPARγ促进脂肪酸摄取，后者为ILC2s反应的增殖提供燃料[21]。Fali等[17]发现IL-33激活的ILC2s上调了脂质转运体CD36的表达，PPARγ通过CD36控制了脂肪酸的摄取，从而影响了ILC2s的细胞代谢。此外，PPARγ作为一种脂质传感器，其可影响线粒体生物的发生。已经有学者证明[22]，PPARγ通过诱导产热辅激活因子-1α促进不同细胞类型的线粒体生物发生。因此，PPARγ的抑制导致人类ILC2s线粒体功能障碍[23]，从而影响ILC2s的生物活性。
2.4 ILC2s自身产生PPARγ配体PPARγ的激活需要多种亲脂性配体的相互结合。根据Immgen数据库，与其他ILCs亚群相比，参与生产PPARγ类二十烷酸配体的基因，如前列腺素内过氧化物合酶2(或环氧合酶2)和花生四烯酸5脂氧合酶在ILC2s中的表达水平更高。一项研究表明[17]，ILC2s可能产生自己的类二十烷酸PPARγ配体。此外，他们还发现CD36可将特定脂质转运到ILC2s中，ILC2s继而转化为PPARγ配体，从而激活PPARγ发挥作用。
3 ILC2s及PPARγ在气道炎症中的作用 3.1 PPARγ、ILC2s与哮喘哮喘是一种由多因素导致的气道慢性炎症，其特征是能对外部刺激产生高反应性，从而导致炎症、粘液生成增加、阻塞和纤维化。ILC2s已经被确定为气道炎症的主要始作俑者[18]。许多研究小组已经明确表明，哮喘患者的血液和痰中ILC2s增加。而PPARγ在ILC2s上高表达，其在哮喘中的潜在作用已被提出。Xiao等[18]将人外周血衍生的ILC2在含有IL-2、IL-7和IL-33的培养基中培养3d，并用PPARγ激动剂(罗格列酮)或抑制剂(GW9662)处理，以二甲基亚砜作为对照，通过酶联免疫吸附分析测定上清液中的IL-5和IL-13量，实验发现经激动剂处理后的上清液中IL-5、IL-13水平显著升高，而经抑制剂处理后的上清液则表现出相反的结果。上述研究表明PPARγ为ILC2s的正调节因子。此外，抑制PPARγ活性干扰了炎症气道中ILC2s增殖和效应器功能的代谢途径。Karagiannis等[21]通过PPARγ抑制剂GW9662治疗木瓜蛋白原激发的小鼠，发现气道ILC2s数量减少，降低了对脂肪酸的吸收，同时效应因子IL-5、IL-13的产生也显著减少。此外，在Fali等[17]的研究中发现，经PPARγ抑制剂治疗后的小鼠中，ILC2s上ST2的表达降低。因此，在哮喘中，PPARγ对ILC2s的积累以及在效应器的功能中起到了正向调节作用，这为PPARγ在哮喘中的作用提供了新的线索。
3.2 PPARγ、ILC2s与ARAR是一种变应原致敏和激发引起的、有神经介质参与的特异性免疫球蛋白E介导的Th2型鼻黏膜慢性非感染性炎症反应。临床上以鼻痒、喷嚏和流涕为典型特征，是世界上最常见的变应性疾病之一，全球平均患病率达20%，可以导致巨大的经济负担以及患者痛苦[24]。AR是鼻黏膜接触变应原后，通过一系列信号刺激使辅助性T细胞分化为辅助性T细胞2(type 2 helper T cell，Th2 cell)，产生2型细胞因子从而在后续的炎症过程中发挥重要的作用[25]。
有研究表明[26]，AR患者在猫变应原激发后，外周血中ILC2s迅速增加，可能有体液及细胞机制促发。同时，Lin等[27]报道ILC2s在小鼠AR模型中起到促炎症作用。此外，已有研究表明通过IL-33-ST2介导的信号激活ILC2s有助于抗蠕虫反应和各种变应性疾病的发展。越来越多的证据表明，PPARγ调节包括B细胞、ILCs和Th细胞在内的淋巴细胞的反应以及M2巨噬细胞和树突状细胞的功能[17, 28]。Kang等[29]研究发现常年性AR患者鼻黏膜中PPARγ呈高表达状态。GATA3为Th2细胞转录调节因子，可将Th1型细胞转化为Th2型细胞，在贾全凡等[30]的研究中，与正常组小鼠相比PPARγ激动剂处理后的小鼠中GATA3蛋白表达降低，说明PPARγ激动剂可对免疫细胞调控因子产生影响从而影响小鼠中Th1/Th2比例，对变态反应起到抑制作用。此外，GATA3在ILC2s分化和功能中发挥关键的作用。那么可以推测在AR中PPARγ影响ILC2s上的GATA3从而影响炎症作用。目前关于PPARγ及ILC2s在AR中的作用需要我们进一步探索。
3.3 PPARγ、ILC2s与CRSCRS是一种多因素导致的异质性疾病，是上呼吸道和鼻窦常见的慢性炎症性疾病，通常分为两种主要表型：CRS伴鼻息肉(chronic rhinosinusitis with nasal polyps，CRSwNP)和CRS不伴鼻息肉(chronic rhinosinusitis without nasal polyps，CRSsNP)。Wang等发现，在欧洲和澳大利亚，分别有85%和73%的CRSwNP患者患有Ⅱ型炎症。随着亚洲人生活的西化，亚洲CRSwNP患者中Ⅱ型炎症的患病率也在增加[31-32]。在其炎症病理机制中，Ⅱ型炎症具有重要作用：CRS特征是存在高水平的辅助性T细胞因子，而部分CRSwNP的特征是Ⅱ型炎症，包括IL-5和IL-13在内的高水平Th2细胞因子。
ILC2s与Th2免疫炎症关系密切。Mjösberg等[8]于2011年首次报道了在慢性鼻窦炎患者鼻息肉及外周血中存在大量的ILC2s，并在IL-25、IL-33及TSLP的刺激下可产生大量的IL-13等促炎因子，介导Ⅱ型免疫应答亢进的免疫疾病。Poposki等[33]通过检测人外周血、扁桃体、CRSsNP及CRSwNP中ILC2s的数量，发现只有在鼻息肉中ILC2s的数量显著升高。同时他们证明了ILC2s在CRSwNP中可以被激活，从而产生Ⅱ型细胞因子。CRSwNP中ILC2s的募集和激活可能在其发病机制中发挥了重要的作用。此外，ILC2s分泌大量的Th2型细胞因子和组织生长因子，导致气道嗜酸性粒细胞浸润、黏液增多和气道高反应性，并最终导致CRS和哮喘的形成[34]。
彭先兵等[35]通过免疫组化技术及RT-PCR技术检测PPARγ在人类正常鼻黏膜、CRSsNP鼻窦黏膜及CRSwNP鼻息肉中mRNA的表达，发现在人类正常鼻黏膜中表达，在CRSsNP鼻窦黏膜及CRSwNP鼻息肉中下调，提示PPARγ在CRS的慢性炎症过程中发挥作用。Yang等[36]的研究表明PPARγ激动剂可通过抑制高迁移率族蛋白B1诱导的上皮-间质转化过程，其中该蛋白在CRSwNP的组织重塑中起重要作用。尽管如此，PPARγ在CRS中更确切的作用机制有待进一步研究。
4 总结与展望CRS是耳鼻咽喉科最常见疾病之一，严重影响着患者的生活，甚至对患者的心理也产生了一定的影响。目前CRS发病机制尚未明确，有众多的假说及理论猜测，其中先天性和适应性免疫应答的激活备受人们的关注。随着对ILC2s及PPARγ研究的深入，发现PPARγ和ILC2s均在Ⅱ型免疫反应中起到了关键的作用。在CRS患者鼻腔黏膜中的ILC2s及PPARγ表达增高，其在CRS中如何发挥作用以及两者是否存在关系仍有待深入研究。研究ILC2s及PPARγ在CRS不同类型中的关系，对疾病的发生发展有着重要指引，同时为疾病的治疗提供新的靶点。
| [1] |
王向东, 韩德民, 周兵, 等. 上下呼吸道炎症反应相关性研究[J]. 中华耳鼻咽喉科杂志, 2003, 38(4): 247-250. [CNKI]
|
| [2] |
Bando JK, Colonna M. Innate lymphoid cell function in the context of adaptive immunity[J]. Nat Immunol, 2016, 17(7): 783-789.
[DOI]
|
| [3] |
Artis d, spits H. The biology of innate lymphoid cells[J]. Nature, 2015, 517(7534): 293-301.
[DOI]
|
| [4] |
Matsuki A, TaKatori H, MaKita S, et al. T-bet inhibits innate lymphoid cell-mediated eosinophilic airway inflammation by suppressing IL-9 production[J]. J Allergy Clin Immunol, 2017, 139(4): 1355-1367.
[DOI]
|
| [5] |
Spits H, Artis D, Colonna M, et al. Innate lymphoid cells-a proposal for uniform nomenclature[J]. Nat Rev Immunol, 2013, 13(2): 145-149.
[DOI]
|
| [6] |
Sonnenberg GF, Artis D. Innate lymphoid cells in the initiation, regulation and resolution of inflammation[J]. Nat Med, 2015, 21(7): 698-708.
[DOI]
|
| [7] |
Monticelli LA, Sonnenberg GF, Abt MC, et al. Innate lymphoid cells promote lung-tissue homeostasis after infection with influenza virus[J]. Nat Immunol, 2011, 12(11): 1045-1054.
[DOI]
|
| [8] |
Mjösberg JM, Trifari S, Crellin NK, et al. Human IL-25-and IL-33-responsive type 2 innate lymphoid cells are defined by expression of CRTH2 and CD161[J]. Nat Immunol, 2011, 12(11): 1055-1062.
[DOI]
|
| [9] |
Belvisi MG, Mitchell JA. Targeting PPAR receptors in the airway for the treatment of inflammatory lung disease[J]. Br J Pharmacol, 2009, 158(4): 994-1003.
[DOI]
|
| [10] |
Hart CM, Roman J, Reddy R, et al. PPAR gamma: a novel molecular target in lung disease[J]. J Investig Med, 2008, 56(2): 515-517.
[DOI]
|
| [11] |
Christofides A, Konstantinidou E, Jani C, et al. The role of peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) in immune responses[J]. Metabolism, 2021, 114: 154338.
[DOI]
|
| [12] |
Carvalho MV, Gonçalves-de-Albuquerque CF, Silva AR. PPAR gamma: From definition to molecular targets and therapy of lung diseases[J]. Int J Mol Sci, 2021, 22(2): 805.
[DOI]
|
| [13] |
O'Sullivan TE, Sun JC. Innate lymphoid cell immunometabolism[J]. J Mol Biol, 2017, 429(23): 3577-3586.
[DOI]
|
| [14] |
Robinette ML, Fuchs A, Cortez VS, et al. Transcriptional programs define molecular characteristics of innate lymphoid cell classes and subsets[J]. Nat Immunol, 2015(3): 306-317.
|
| [15] |
Winkler C, Hochdörfer T, Israelsson E, et al. Activation of group 2 innate lymphoid cells after allergen challenge in asthmatic patients[J]. J Allergy Clin Immunol, 2019, 144(1): 61-69.
[DOI]
|
| [16] |
Stevens WW, Kato A. Group 2 innate lymphoid cells in nasal polyposis[J]. Ann Allergy Asthma Immunol, 2021, 126(2): 110-117.
[DOI]
|
| [17] |
Fali T, Aychek T, Ferhat M, et al. Metabolic regulation by PPARγ is required for IL-33-mediated activation of ILC2s in lung and adipose tissue[J]. Mucosal Immunol, 2021, 14(3): 585-593.
[DOI]
|
| [18] |
Xiao Q, He J, Lei A, et al. PPARγ enhances ILC2 function during allergic airway inflammation via transcription regulation of ST2[J]. Mucosal Immunol, 2021, 14(2): 468-478.
[DOI]
|
| [19] |
Batyrova B, Luwaert F, Maravelia P, et al. PD-1 expression affects cytokine production by ILC2 and is influenced by peroxisome proliferator-activated receptor-γ[J]. Immun Inflamm Dis, 2020, 8(1): 8-23.
[DOI]
|
| [20] |
Pelgrom LR, Everts B. Metabolic control of type 2 immunity[J]. Eur J Immunol, 2017, 47(8): 1266-1275.
[DOI]
|
| [21] |
Karagiannis F, Masouleh SK, Wunderling K, et al. Lipid-droplet formation drives pathogenic group 2 innate lymphoid cells in airway inflammation[J]. Immunity, 2020, 52(4): 620-634.
[DOI]
|
| [22] |
Wu Z, Puigserver P, Andersson U, et al. Mechanisms controlling mitochondrial biogenesis and respiration through the thermogenic coactivator PGC-1[J]. Cell, 1999, 98(1): 115-124.
[DOI]
|
| [23] |
Ercolano G, Gomez-Cadena A, Dumauthioz N, et al. PPARƔ drives IL-33-dependent ILC2 pro-tumoral functions[J]. Nat Commun, 2021, 12(1): 2538.
[DOI]
|
| [24] |
中华耳鼻咽喉头颈外科杂志编辑委员会鼻科组, 中华医学会耳鼻咽喉头颈外科学分会鼻科学组. 中国变应性鼻炎诊断和治疗指南(2022年, 修订版)[J]. 中华耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2022, 57(2): 106-129. [CNKI]
|
| [25] |
顾瑜蓉, 李华斌. 变应性鼻炎的发病机制与精准治疗[J]. 中国耳鼻咽喉颅底外科杂志, 2019, 25(6): 578-584. [URI]
|
| [26] |
Doherty TA, Scott D, Walford HH, et al. Allergen challenge in allergic rhinitis rapidly induces increased peripheral blood type 2 innate lymphoid cells that express CD84[J]. Allergy Clin Immunol, 2014, 133(4): 1203-1205.
[DOI]
|
| [27] |
Lin L, Dai F, Wei JJ, et al. Allergic inflammation is exacerbated by allergen-induced type 2 innate lymphoid cells in a murine model of allergic rhinitis[J]. Rhinology, 2017, 55(4): 339-347.
[DOI]
|
| [28] |
Stark JM, Coquet JM, Tibbitt CA. The role of PPAR-γ in allergic disease[J]. Curr Allergy Asthma Rep, 2021, 21(11): 45.
[DOI]
|
| [29] |
Kang HJ, Cinn YG, Hwang SJ, et al. Up-regulation of peroxisome proliferator-activated receptor gamma in perennial allergic rhinitis[J]. Arch Otolaryngol Head Neck Surg, 2006, 132(11): 1196-1200.
[DOI]
|
| [30] |
贾全凡, 任贤灵, 袁龙, 等. PPARγ激动剂对变应性鼻炎治疗机制研究[J]. 中国煤炭工业医学杂志, 2021, 24(1): 10-15. [CNKI]
|
| [31] |
Wang X, Zhang N, Bo M, et al. Diversity of TH cytokine profiles in patients with chronic rhinosinusitis: A multicenter study in Europe, Asia, and Oceania[J]. Allergy Clin Immunol, 2016, 138(5): 1344-1353.
[DOI]
|
| [32] |
Staudacher AG, Peters AT, Kato A, et al. Use of endotypes, phenotypes, and inflammatory markers to guide treatment decisions in chronic rhinosinusitis[J]. Ann Allergy Asthma Immunol, 2020, 124(4): 318-325.
[DOI]
|
| [33] |
Poposki JA, Klingler AI, Tan BK, et al. Group 2 innate lymphoid cells are elevated and activated in chronic rhinosinusitis with nasal polyps[J]. Immun Inflamm Dis, 2017, 5(3): 233-243.
[DOI]
|
| [34] |
张泽栋, 陶爱林, 薛柏吉, 等. 慢性鼻-鼻窦炎内在型研究[J]. 国际耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2019(3): 134-141. [DOI]
|
| [35] |
彭先兵, 孔维佳, 王彦君. PPAR-γ在CRSsNP鼻窦黏膜和CRSwNP鼻息肉中表达差异性研究[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2014, 28(20): 1602-1605. [CNKI]
|
| [36] |
Yang P, Chen S, Zhong G, et al. Agonist of PPAR-γ reduced epithelial-mesenchymal transition in eosinophilic chronic rhinosinusitis with nasal polyps via inhibition of high mobility group Box1[J]. Int J Med Sci, 2019, 16(12): 1631-1641.
[DOI]
|