由最新嗜酸性粒细胞的生物学研究进展，评
关键词
嗜酸性粒细胞生成；嗜酸性粒细胞；颗粒的生物发生；嗜酸性粒细胞亚群；凋亡；脂肪组织；免疫调节；哮喘；慢性鼻-鼻窦炎伴鼻息肉；生物制剂；嗜酸性粒细胞性胃肠道疾病
嗜酸性粒细胞由PaulEhrlich于年使用苯胺染料伊红识别，但此前曾有其他人描述，这一情况由A.B.Kay在《嗜酸性粒细胞早期认知史》一文中提及[1]，如WhartonJones描绘的「粗颗粒细胞」类似于嗜酸性粒细胞，存在于多个物种中，包括七鳃鳗、青蛙、家禽、马和大象。在伊红试剂产生以前也曾在人类发现过类似细胞。Stacy和Raskin[2]利用Wright-Giemsa染色技术研究了来自多种爬行动物的嗜酸性粒细胞，显示出物种之间呈显著的多样性，甚至在同一物种内也是如此。生物体数千年来的进化压力维持了嗜酸性粒细胞谱系在脊椎动物中一直存在，证明了其对健康的重要性。然而，这种细胞在人类健康和疾病过程中的作用仍存在争议。年和年相关研究取得了很大进展，有两种生物制剂获得了审批，药物的作用机制是中和一种重要的选择性嗜酸性粒细胞生成因子，即白细胞介素(interleukin，IL)-5，为嗜酸性粒细胞在疾病中的作用分析提供了药理学依据。本期“变态反应和免疫学基础”栏目旨在于梳理嗜酸性粒细胞生物学在分子学、细胞学、生物化学和临床研究方面的重要进展，阐述关于嗜酸性粒细胞在稳定内环境、免疫反应和相关疾病中的作用的新见解。
1、嗜酸性粒细胞谱系与嗜酸性粒细胞生物学基础
1.1嗜酸性粒细胞发育的转录调控
目前来自小鼠的资料表明，嗜酸性粒细胞来源于产生所有髓系细胞的祖细胞群：前粒细胞-巨噬细胞祖细胞(pre-granulocyte-macrophageprogenitor,pre-GM)和粒细胞-巨噬细胞祖细胞(Granulocyte-macrophageprogenitor,GMP)。然而，产生淋巴系和髓系细胞而非巨核细胞或红细胞谱系的淋巴引物多能祖细胞以及产生髓系细胞、巨核细胞及红细胞谱系而非淋巴系细胞的髓系共同祖细胞均是通过相同的pre-GM细胞群产生髓系细胞系。
Drissen等[3]对pre-GM细胞群进行基因分析并根据其谱系分化潜能分离这些细胞，发现利用转录因子GATA-1的表达与否对仅限于分化肥大细胞、嗜酸性粒细胞、巨核细胞和红系谱系的细胞群(GATA-1+pre-GMs)与仅限于分化单核细胞、中性粒细胞和淋巴谱系的细胞群(GATA-1-pre-GMs及GMPs，图1)进行区分，提示各个谱系之间存在早期的发育分化，对目前经典的理论提出了挑战。
为了研究在稳定内环境中嗜酸性粒细胞发育过程中发生的全局转录组变化，Bouffi等[4]从小鼠骨髓中分离了GMP、嗜酸性粒细胞谱系定向祖细胞(EoP)和成熟静息嗜酸性粒细胞，并通过RNA测序进行分析，发现嗜酸性粒细胞谱系定向过程(在GMP和EoP阶段之间)和嗜酸性粒细胞成熟过程(在EoP和嗜酸性粒细胞阶段之间)中分别有个和个基因发生明显变化，其中在嗜酸性粒细胞而非GMPs上表达的基因中包含56个转录因子，包括2个Ikaros家族成员Helios和Aiolos，这些成员在EoP和嗜酸性粒细胞上表达，而以前并未发现其与嗜酸性粒细胞谱系相关(图1)。
1.2嗜酸性粒细胞颗粒的生物发生过程
在发育过程中，嗜酸性粒细胞会成大量毒性颗粒蛋白，其必须进行翻译后修饰和隔离，以维持细胞活力并确保功能正常。最近的3项研究发现了这些颗粒在生物发生过程中的重要调控点及其在嗜酸性粒细胞发育和存活中的重要性。转录因子X盒结合蛋白1(X-boxbindingprotein1,XBP1)与高分泌细胞相关，如浆细胞、潘氏细胞(Panethcells)或胰腺腺泡细胞，促进编码应激反应因子的基因转录，从而在调节未折叠蛋白反应中起作用。以前人们并未发现XBP1在造血干细胞中发挥的作用，然而，Bettigole等[5]在造血细胞系中剔除Xbp1基因后，发现这种转录因子对于嗜酸性粒细胞的发育极为重要。活性和剪接形式的Xbp1mRNA表达在GMP阶段达峰，但直到嗜酸性粒细胞成熟前仍然普遍存在(图1)。在造血细胞系中剔除Xbp1基因并不影响GMP比例，但显著降低了EoP比例，并完全消除了成熟嗜酸性粒细胞。这种效应似乎是由于颗粒蛋白主要碱性蛋白(majorbasicprotein,MBP)和嗜酸性粒细胞过氧化物酶(eEosinophilperoxidase,EPX)翻译后成熟过程中的缺陷、颗粒的形成受到破坏以及对GATA-1的下游作用所致。
除XBP1的作用外，内源性半胱氨酸蛋白酶抑制剂-胱抑素F[又称为白细胞胱抑素(leukocystatin)]对于适度的颗粒生物合成和嗜酸性粒细胞存活是必需的。胱抑素F的缺失导致小鼠颗粒形成受阻以及细胞存活能力的下降，从而影响嗜酸性粒细胞室(图1)[6]，但可用胱氨酸蛋白酶类药物的抑制剂所逆转，表明调节蛋白酶活性对于颗粒蛋白的适度成熟是必需的。MBP形成次级颗粒的电子致密核心，以往并不知道MBP以何种方式储存或动员以保护嗜酸性粒细胞免受其毒性作用，但目前采用无X射线电子激光晶体学和颗粒核心分离技术进行研究发现，MBP以无害的纳米晶体形式被隔离起来，而在脱颗粒过程中通过颗粒酸化而被动员出来(图1)[7]。
1.3IL-33在嗜酸性粒细胞生成中的作用
IL-1家族细胞因子IL-33通过其受体ST2传递信号以启动炎症反应，其在2型免疫相关的多种细胞类型上表达。先前已知IL-33可以活化嗜酸性粒细胞，但是最近的一些研究探究了IL-33在促进嗜酸性粒细胞生成中所起的作用。
Anderson等[8]研究发现，BALB/c小鼠暴露于常见的真菌性气传变应原-链格孢霉(互隔交链孢霉Alternariaalternata)中不仅会诱导嗜酸性粒细胞向肺部的募集，同时还加速骨髓中嗜伊红细胞的生成，循环中升高的IL-5被中和或用ST2缺陷型或2型固有淋巴样细胞(type2innatelymphoidcell，ILC2)缺陷型小鼠进行实验时，这种现象就会消失。这些资料表明，在暴露于真菌变应原的情况下，ILC2可应答IL-33，分泌IL-5，促进嗜酸性粒细胞的生成(图1)。然而在稳态条件下，IL-33在嗜酸性粒细胞的生成过程中还发挥直接的作用。
Johnston等[9]发现，由于ST2缺陷小鼠丧失了对IL-33的反应性，使得稳定的内环境下嗜酸性粒细胞生成速率下降。反之，添加IL-33既可以使骨髓中IL-5的生成增多，又可以使IL-5受体α+嗜酸性粒细胞前体的数量增多，从而促进嗜酸性粒细胞的发育(图1)。
1.4嗜酸性粒细胞寿命的调控
除了可对骨髓中嗜酸性粒细胞的生成进行调节外，还可以通过细胞内在和外在方式对外周血中嗜酸性粒细胞的数量进行调节。Kotzin等[10]发现，长链非编码RNAMorrbid在成熟的嗜酸性粒细胞中和其他短寿命的髓系细胞中表达水平升高，小鼠中长链非编码RNAMorrbid的缺失会导致这些细胞凋亡，数量减少(图1)。进一步研究发现，小鼠或嗜酸性粒细胞增多综合征(Hypereosinophilicsyndrome，HES)患者的嗜酸性粒细胞中促生存细胞因子信号的转导可以使Morrbid水平升高。除了可对Morrbid的表达产生影响外，近期的研究发现，促存活细胞因子可通过上调Bcl-xl促进嗜酸性粒细胞的存活，这一过程可被B细胞κ轻链多肽基因增强子核因子(nuclearfactorofκlightpolypeptidegeneenhancerinBcells,NF-κB)信号传导通路抑骨髓：嗜酸性粒细胞从骨髓中的GATA-1+前GMP发育而来。
图1对嗜酸性粒细胞发育、亚群多样性和外周组织功能的最新认知进展
由这些前GMPs分化的GMPs(至少在小鼠中)通过ST2受体对IL-33产生应答，促进嗜酸性粒细胞发育和IL-5受体α(IL-5Rα)的表达。GMPs对经加工的XBP1mRNA表达水平更高，这在后期发育中至关重要，这些GMP分化并产生Siglec-F+IL-5Ra+小鼠嗜酸性粒细胞前体(EoPres)。此外，IL-33促进嗜酸性粒细胞发育，其通过诱导其他骨髓细胞表达IL-5，作用于EoPres和EoPs，然后沿EoPres的谱系进行发育。EoPs对Helios和Aiolos表达水平更高，它们是Ikaros转录因子家族的成员，可在嗜酸性粒细胞发育过程中调节基因表达，并在成熟的小鼠嗜酸性粒细胞中保持高水平表达。适度的颗粒成熟需要表达转录因子XBP1，通过半胱氨酸蛋白酶抑制剂F抑制半胱氨酸蛋白酶活性，并将颗粒蛋白MBP-1结晶成无毒形式。不适当的颗粒成熟可能导致细胞活力丧失和嗜酸性粒细胞发育受阻。长链非编码RNAMorrbid在嗜酸性粒细胞和其他短暂存在的髓系细胞中高表达，可通过抑制促凋亡Bcl2家族成员Bim的转录防止细胞死亡。活化的嗜酸性粒细胞：在外周血中，嗜酸性粒细胞活化导致颗粒酸化，从而通过改变其构象启动MBP-1。MBP-1释放和聚集后对病原体和宿主组织发挥毒性作用。肺：在小鼠肺中存在明显不同的嗜酸性粒细胞亚群，可通过表面标志物的表达加以区分。肺rEos在稳定状态下向肺输送并募集iEos，通过Gr-1表达情况进一步细分，产生相应的趋化因子和细胞因子产物。rEos似乎具有调控能力，如可以抑制偏向2型反应的负载变应原的树突状细胞的成熟，而iEos则没有。黏蛋白Muc4和Muc5b上的唾液酸糖苷与Siglec-F结合，诱导小鼠气道中的嗜酸性粒细胞凋亡。链格孢属物种暴露会引起IL-33信号传导，肺中的ILC2对此产生应答，产生促进嗜酸性粒细胞生成的IL-5。脂肪组织：IL-5激活的小鼠嗜酸性粒细胞通过分泌IL-4诱导AAMs释放肾上腺素和去甲肾上腺素，间接促进米色脂肪细胞的能量消耗。ILC2s不仅产生IL-5，还通过释放脑啡肽直接作用于米色脂肪细胞。嗜酸性粒细胞释放脂联素和儿茶酚胺，分别直接和间接地引起PVAT血管舒张。儿茶酚胺通过脂肪细胞上的β3-肾上腺素能受体(β3-AR)对信号进行转导，通过一氧化氮(NO)和脂联素引起血管舒张。插图由JacquelineSchaffer提供制剂所阻止[11]。因此，特异性敲除嗜酸性粒细胞的内源性抑制剂NF-κB抑制剂α(NF-κBinhibitorα,IκBα)可活化NF-κB，使Bcl-xl表达增多，促进嗜酸性粒细胞的存活。研究表明，Bcl-xL对于嗜酸性粒细胞的存活是充分的且必要的条件。因此，促存活细胞因子通过多种途径调节嗜酸性粒细胞的存活，这些途径共同调节促存活和促凋亡Bcl2家族成员间的平衡。
在细胞外方式中，小鼠嗜酸性粒细胞的寿命可以与唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素(sialicacid-bindingimmunoglobulin-likelectin,Siglec)F的结合进行调节。先前的研究表明，存在内源性肺Siglec-F配体可被细胞因子所诱导，且对蛋白酶和唾液酸酶敏感。Kiwamoto等[12]在小鼠肺中发现了Muc4和Muc5b2种黏蛋白，它们含有Siglec-F的配体(图1)。该研究还发现，从小鼠气管上皮细胞分离的黏蛋白可与小鼠嗜酸性粒细胞上暴露的Siglec-F结合并诱导细胞死亡。在条件性Muc5b缺陷小鼠中气道嗜酸性炎症加重，表明这种黏蛋白含有Siglec-F唾液酸苷配体，能够在体内减轻嗜酸性粒细胞诱导的炎症反应。
另一种已知的对其他细胞类型具有免疫调节活性的凝集素是半乳糖凝集素-1，有助于减轻小鼠嗜酸性粒细胞性炎症反应[13]。半乳糖凝集素-1可与细胞表面O-或N-聚糖上的Lac-NAc残基结合。近期研究发现，半乳糖凝集素-1的表达受气道炎症所诱导，并与嗜酸性粒细胞表面N-聚糖结合。低浓度(≤0.25mmol/L)的半乳糖凝集素-1促进嗜酸性粒细胞与血管细胞黏附分子1的黏附，并抑制向嗜酸性粒细胞趋化因子-1的迁移，而较高浓度(≥1mmol/L)的半乳糖凝集素-1通过丝裂原活化蛋白激酶并以蛋白激酶依赖性和半胱氨酸蛋白酶非依赖性方式诱导嗜酸性粒细胞的凋亡。
前列腺素D2受体是表达于Th2淋巴细胞表达的趋化因子受体同源分子(chemokinereceptorhomologousmoleculeexpressedonTH2lymphocytes，CRTH2)，可作为许多2型免疫细胞的标志物，包括嗜酸性粒细胞。由于哮喘发病机制涉及的不仅仅是单一的细胞类型或炎症介质，故Huang等[14]将CRTH2作为这些细胞的治疗靶点。他们培育了一种在嗜酸性粒细胞、前体细胞和ILC2上表达人CRTH2的小鼠品系，并生产了一种对该蛋白具有高度抗体依赖性细胞毒活性的抗体，发现用这种抗体处理这些小鼠后可清除表达人CRTH2的细胞，对巴西日圆线虫(Nippostrongylusbrasiliensis)感染而诱发的2型免疫反应明显减弱。
1.5嗜酸性粒细胞的分子学特征和表型多样性
分子学特征分析可以通过无偏倚的方式对来自不同条件或不同患者的嗜酸性粒细胞群进行比较，这种更完整的嗜酸性粒细胞分子可用来提出新的假设或有助于对现有问题的解释。以前，嗜酸性粒细胞中存在的蛋白很少被注释。因此，Wilkerson等[15]尝试去确定静息外周血嗜酸性粒细胞的蛋白质组学，并通过磷酸化蛋白质组学分析其受到IL-5刺激后出现的变化。该研究将嗜酸性粒细胞中鉴定的蛋白质数量扩大到了个，并根据估算的相对丰度对进行排序，为未来的研究提供丰富的信息。磷酸化蛋白质组学研究检测到个磷酸异构体，其在受到IL-5刺激5min后出现明显改变，其中一些未曾在嗜酸性粒细胞中发现过。
Barnig等[16]通过对哮喘、其他嗜酸性粒细胞疾病患者或健康受试者的外周血嗜酸性粒细胞进行流式分选并进行RNA微阵列分析，以确定这些患者是否存在不同嗜酸性粒细胞群的转录差异，发现哮喘患者嗜酸性粒细胞的转录谱与皮肤病、寄生虫病或肺曲霉病相关的外周血嗜酸性粒细胞增多症患者的转录谱相似。实时荧光定量PCR检测结果证实，哮喘患者外周血酸性粒细胞中IL2RA、IL10RA和LIPAmRNA水平均较高，而IL8、CCL3和AQP9水平较低。
