IgE在過敏性疾病中的作用及靶向治療

羅陽，姚煦

免疫球蛋白E(IgE)相關(guān)的過敏性疾病影響大約30%的世界人口。癥狀可能從相對輕微，如鼻結(jié)膜炎，到潛在威脅生命，如哮喘或過敏反應(yīng)。IgE在變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)展和維持中起著關(guān)鍵作用。已有研究表明，循環(huán)中長期去除IgE很難實現(xiàn)。通過免疫吸附去除血清的IgE后，IgE水平下降是暫時的，即使在沒有外源性過敏原刺激的情況下，IgE水平也會在一周內(nèi)恢復(fù)到基線水平。表明盡管IgE豐度較低，但仍在不斷產(chǎn)生IgE，以維持血液中的IgE水平。人類產(chǎn)生IgE的細(xì)胞尚未完全表征，現(xiàn)有技術(shù)很難捕獲IgE產(chǎn)生細(xì)胞，并且很難與攜帶IgE受體的細(xì)胞區(qū)分開來。IgE在介導(dǎo)過敏性疾病中的核心作用使其成為開發(fā)新的治療方法的重要和有吸引力的靶點。本文介紹過敏反應(yīng)患者IgE產(chǎn)生和作用機(jī)制，以及針對IgE的一些治療方法，為臨床更好地理解和診治過敏性疾病提供理論依據(jù)。

1 IgE特征

IgE是1966年發(fā)現(xiàn)的一類Ig，相對分子質(zhì)量為160 000，是體內(nèi)豐度最低的免疫球蛋白亞型，僅占血清總Ig的0.002%[1]。IgE表達(dá)水平受到嚴(yán)格調(diào)控。健康人游離血清IgE濃度約為50～200 ng/mL，而其他免疫球蛋白同種類型的濃度約為1～10 μg/mL。IgE的壽命非常短暫，血漿中游離的IgE活性只有1 d，但結(jié)合到FcεRI上的IgE能維持?jǐn)?shù)周到1個月的時間，并且IgE與FcεRI的結(jié)合能夠增加FcεRI受體的表達(dá)水平。在IgE存在的情況下，抗原提呈效率可提高100～1 000倍[2-3]。綜上所述，血清IgE的低穩(wěn)態(tài)水平和IgE反應(yīng)的暫時性可能有助于最大限度地減少 IgE 的交叉反應(yīng)，避免引發(fā)過度反應(yīng)。

2 IgE受體

IgE與組織和循環(huán)中免疫細(xì)胞上的IgE受體結(jié)合。IgE有兩種受體：高親和力Fc受體(FcεRI)和低親和力Fc受體(FcεRII，又稱CD23)。FcεRI是一種多聚體蛋白，以αβγ2四聚體或αγ2三聚體的形式存在[4]。四聚體結(jié)構(gòu)的FcεRI，主要表達(dá)于肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面，介導(dǎo)I型變態(tài)反應(yīng)。小鼠體內(nèi)只有四聚體結(jié)構(gòu)的FcεRI。人類還具有三聚體結(jié)構(gòu)的FcεRI，表達(dá)于APCs(Antigen-presenting cells, APC)如巨噬/單核細(xì)胞、DCs等表面，具有抗原提呈作用。α亞基包含胞外區(qū)和穿膜區(qū)。胞外區(qū)α亞基是觸發(fā)過敏反應(yīng)的關(guān)鍵部位，去除α亞基的小鼠因不能完整表達(dá)FcεRI而不會發(fā)生IgE介導(dǎo)的過敏反應(yīng)。α亞基是由具有單一的免疫受體酪氨酸活化基序(immunoreeeptor tyrosine，Based activation motif，ITAM)的四次跨膜結(jié)構(gòu)域組成，ITAM對于接受免疫受體信號是必不可少的，它能夠在IgE與受體交聯(lián)后使酪氨酸磷酸化。γ鏈?zhǔn)且粋€僅一次穿膜的簡單結(jié)構(gòu)，胞外由二硫鍵連接兩個γ亞基，其各有一個穿膜區(qū)，胞內(nèi)區(qū)也具有ITAM基序[5-6]。

與FcεRI或任何Fcγ受體不同，CD23是一種Ⅱ型跨膜蛋白(N端在細(xì)胞內(nèi))，具有IgE結(jié)合的C型凝集素結(jié)構(gòu)域，是唯一不屬于免疫球蛋白超家族成員的免疫球蛋白受體。CD23表達(dá)于多種細(xì)胞，包括單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞以及胃腸和呼吸道上皮細(xì)胞[5-6]。人體中的CD23除了作為IgE的受體外，還與第二個配體-B細(xì)胞表面分子CD21結(jié)合[7-8]。APC上表達(dá)的CD23能夠促進(jìn)抗原-IgE復(fù)合物的攝取，以處理和提呈給T細(xì)胞。腸上皮細(xì)胞表面CD23介導(dǎo)食物過敏原-IgE復(fù)合物從腸腔到黏膜的轉(zhuǎn)運[9]。過量表達(dá)CD23的轉(zhuǎn)基因小鼠可抑制IgE應(yīng)答[10]。相反，CD23缺陷小鼠在免疫后具有更高和更持久的特異性IgE效價[11]。

3 IgE產(chǎn)生

IgE的產(chǎn)生經(jīng)歷基因重組和類別轉(zhuǎn)換。過敏原特異性的IgM和IgD B細(xì)胞在識別其同源抗原后被激活，隨后將抗原信息提呈給T細(xì)胞，活化的TH2細(xì)胞產(chǎn)生IL-4和IL-13，促進(jìn)B細(xì)胞向IgE的類別轉(zhuǎn)換[2]。IgE有兩條主要的免疫球蛋白類型轉(zhuǎn)換途徑：從IgM到IgE的直接途徑，和從IgM到IgG1中間體再到IgE的順序途徑。當(dāng)機(jī)體暴露于季節(jié)性過敏原時，只有已建立的過敏原特異性記憶被激活，這一結(jié)果支持了直接類別轉(zhuǎn)換的假說，并表明再次接觸變應(yīng)原可以激發(fā)已存在的IgE+記憶B細(xì)胞[12]。也有證據(jù)表明人類存在順序類別轉(zhuǎn)換。在鼻黏膜外植體上清液中觀察到sγ開關(guān)圈的存在。過敏癥患者血液中IgH譜系的分析表明，IgE細(xì)胞也可能來源于突變的IgG1表達(dá)細(xì)胞的同種異型轉(zhuǎn)換[13-14]。

即使沒有過敏原的刺激，人體內(nèi)的過敏原特異性IgE記憶也可以持續(xù)幾年甚至幾十年。同時，季節(jié)性過敏原暴露可誘導(dǎo)過敏原特異性IgE水平迅速升高，并提高總IgE水平。這些研究表明人體內(nèi)IgE水平可能由兩種不同的機(jī)制維持：一種是在沒有過敏原刺激的情況下持續(xù)產(chǎn)生IgE以維持IgE水平，也許是長壽的漿細(xì)胞。另一種是通過過敏原暴露誘導(dǎo)IgE產(chǎn)生。這一假設(shè)得到了兩個觀察結(jié)果的支持。首先，觀察到使用免疫置換從血漿中耗盡IgE后，IgE水平的降低只是暫時的，即使在沒有過敏原暴露的情況下，IgE水平也會迅速恢復(fù)到治療前的水平，表明存在持續(xù)的IgE產(chǎn)生[15]。這種IgE水平如何維持的機(jī)制尚不完全清楚。其次，經(jīng)呼吸道黏膜暴露的季節(jié)性變應(yīng)原可導(dǎo)致過敏原特異性IgE水平迅速增加，同時也觀察到了過敏原特異性T細(xì)胞增殖的增加[16]。

總之，盡管IgE的半衰期很短，但存在持續(xù)產(chǎn)生IgE的機(jī)制，很可能是由長壽的漿細(xì)胞以及對過敏原作出快速反應(yīng)的記憶細(xì)胞產(chǎn)生的IgE，這有助于維持過敏患者的過敏原特異性IgE水平。

4 IgE產(chǎn)生細(xì)胞

體內(nèi)IgE產(chǎn)生和調(diào)節(jié)的研究一直很困難，一個原因是IgE B細(xì)胞和IgE漿細(xì)胞在可獲取的人體組織(如血液、鼻黏膜或扁桃體)中很少，另一個原因是很難特異性識別IgE B細(xì)胞，因為血清IgE與所有B細(xì)胞表面的FcεRII結(jié)合[17-18]。大多數(shù)人類IgE產(chǎn)生機(jī)制的研究都使用了外周血單個核細(xì)胞(PBMCs)或扁桃體來源的B細(xì)胞[19-21]。在過敏患者的血液中觀察到產(chǎn)生IgE的血漿細(xì)胞和IgE+記憶細(xì)胞，但數(shù)量很少，其產(chǎn)生的IgE僅占血清總IgE的約0.2%[22]。因此，大多數(shù)產(chǎn)生IgE的細(xì)胞和IgE記憶細(xì)胞被認(rèn)為駐留在其他地方。例如，人類B記憶細(xì)胞不僅存在于骨髓中，而且還存在于其他淋巴器官中，如脾臟和扁桃體。在鼻黏膜接觸空氣過敏原的部位，觀察到IgE陽性B和漿細(xì)胞的數(shù)量增加[23]。此外，腺樣體和扁桃體中也發(fā)現(xiàn)含有IgE+細(xì)胞，并產(chǎn)生IgE。在過敏性和哮喘患者的痰和肺中也檢測到IgE轉(zhuǎn)錄本和抗體[24-25]。到目前為止，在不同的淋巴部位發(fā)現(xiàn)IgE的產(chǎn)生，但仍無法解釋過敏這些區(qū)域中IgE的產(chǎn)生是過敏反應(yīng)的持續(xù)還是從頭開始。因此推測，過敏原暴露部位的淋巴組織(如鼻黏膜，腸黏膜)含有IgE+記憶細(xì)胞，這些細(xì)胞可以被激活，而骨髓中的漿細(xì)胞可能負(fù)責(zé)持續(xù)產(chǎn)生IgE。

5 IgE在變態(tài)反應(yīng)中的作用機(jī)制

IgE的生物學(xué)功能是由過敏原與免疫細(xì)胞上的IgE受體相互作用介導(dǎo)的。IgE在過敏性免疫反應(yīng)的早期和晚期都起重要作用。

5.1 IgE激活的肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞對變應(yīng)性炎癥和TH2反應(yīng)的輔助作用

在過敏反應(yīng)的早期階段主要參與者是嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞。這些細(xì)胞都含有預(yù)先形成的細(xì)胞內(nèi)顆粒，在FcεRI被過敏原-IgE交聯(lián)后，而迅速從細(xì)胞膜中排出，導(dǎo)致脫顆粒以及組胺等介質(zhì)釋放，介導(dǎo)I型變態(tài)反應(yīng)。嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞被激活后產(chǎn)生的IL-4可以促進(jìn)TH2型細(xì)胞反應(yīng)[4]。除了促進(jìn)TH2反應(yīng)外，IgE激活的肥大細(xì)胞抑制了調(diào)節(jié)性T(Treg)細(xì)胞的生成，并促使Treg向TH2或TH17方向極化。肥大細(xì)胞激活后產(chǎn)生的細(xì)胞因子中IL-1，IL-4，IL-6和TNF-α抑制Treg細(xì)胞的發(fā)育和功能[26-27]。

5.2 FcεRI和CD23是APC識別過敏原和功能活化的重要受體

過敏原特異性T細(xì)胞的激活在變態(tài)反應(yīng)的發(fā)展中起著重要作用，特別是在變態(tài)反應(yīng)的后期階段[28]。T細(xì)胞激活產(chǎn)生Th2型細(xì)胞因子，如IL-4、IL-13和IL-5，這些細(xì)胞因子可以促使嗜酸性粒細(xì)胞募集到過敏性炎癥組織中。FcεRI和CD23均在APC上表達(dá)，可促進(jìn)與IgE結(jié)合的過敏原的攝取。FcεRI的三聚體形式(αγ2)也表達(dá)在單核細(xì)胞以及常規(guī)和漿細(xì)胞樣DC上。過敏性疾病發(fā)作期間，特應(yīng)性皮炎患者皮膚中DC和Langerhans細(xì)胞上的FcεRI明顯上調(diào)[29]。 培養(yǎng)的單核細(xì)胞和DC中的FcεRI信號傳導(dǎo)可激活NF-κB途徑并產(chǎn)生促炎性介質(zhì)，包括TNF-α，IL-6和CCL-28[4, 30]。體外研究還發(fā)現(xiàn)FcεRI交聯(lián)引起抗炎因子，包括IL-10和吲哚胺2，3-二加氧酶的產(chǎn)生，并抑制T細(xì)胞增殖[31-32]。

CD23主要表達(dá)在靜息狀態(tài)下的幼稚IgD+B細(xì)胞表面。當(dāng)IgE-過敏原復(fù)合物與CD23結(jié)合時，這些復(fù)合物被內(nèi)吞和加工，進(jìn)一步將過敏原衍生的多肽裝載在MHC II上，被特定的T細(xì)胞識別[33]。或者，攜帶CD23的原代B細(xì)胞將IgE-變應(yīng)原復(fù)合物轉(zhuǎn)移到樹突狀細(xì)胞，經(jīng)進(jìn)一步處理后將變應(yīng)原衍生肽呈遞給T細(xì)胞。IgE-抗原復(fù)合物是誘導(dǎo)T細(xì)胞活化的非常有效的過程，在體外觸發(fā)T細(xì)胞活化所需的過敏原與特異性IgE復(fù)合的量比單純的過敏原少100～1 000倍[34]。此外，CD23介導(dǎo)的過敏原特異性T細(xì)胞活化伴隨著促炎細(xì)胞因子的釋放。用特異性抗CD23抗體，Lumiliximab阻斷過敏原刺激的PBMCs中的CD23，過敏原特異性T細(xì)胞活化降低50%[35]。

6 IgE臨床檢測

IgE在過敏性疾病的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，檢測IgE水平有助于臨床醫(yī)生對患者病因進(jìn)行鑒別診斷和治療評估。IgE檢測包括血清總IgE檢測和過敏原特異性IgE檢測。目前常用的檢測方法有放射過敏原吸附、熒光免疫分析、 酶聯(lián)免疫吸附實驗等，其中免疫CAP系統(tǒng)檢測方法是應(yīng)用最廣泛的變應(yīng)原定量體外檢測系統(tǒng)。有研究報道，過敏性鼻炎患者血清總IgE升高所占比高達(dá)66%，支氣管哮喘患者總IgE升高率達(dá)53%[36]。此外，過敏原特異性IgE檢測是臨床診斷IgE 型食物過敏常用方法，其濃度水平與此類食物過敏發(fā)生風(fēng)險呈正相關(guān)[37]。IgE的臨床檢測僅限于游離血清/血漿IgE，這忽略了細(xì)胞結(jié)合的IgE，或許這也是許多過敏患者血清IgE水平正常的原因。因此檢測血清IgE濃度并不能準(zhǔn)確地反映全身IgE的水平。有研究將細(xì)胞結(jié)合的IgE通過乳酸法解離出來，Elisa方法檢測外周血總IgE(細(xì)胞結(jié)合IgE+血漿IgE)水平，90%的患者可以檢測到高水平的IgE[38]。因此，使用外周血總IgE進(jìn)行過敏診斷或許是未來更為精準(zhǔn)的一種總IgE檢測方法。

7 靶向IgE治療

IgE在介導(dǎo)過敏性疾病中的核心作用使其成為開發(fā)新的治療方法的重要和有吸引力的靶點。第一代IgE抗體的作用機(jī)制是中和體內(nèi)游離的IgE。Omalizumab是第一個獲得許可的針對IgE的人源化單克隆抗體，用于治療嚴(yán)重哮喘以及蕁麻疹。在給藥2 h內(nèi)將游離IgE水平降低99%，并在3個月內(nèi)降低人類嗜堿性細(xì)胞反應(yīng)性[39]。它也可能在體外抑制B細(xì)胞的IgE合成。第二代IgE抗體的作用機(jī)制是抑制B細(xì)胞產(chǎn)生IgE抗體。Quilizumab主要結(jié)合細(xì)胞膜IgE上的M1結(jié)構(gòu)域，結(jié)合之后通過細(xì)胞凋亡和ADCC去除相關(guān)表達(dá)細(xì)胞膜IgE的細(xì)胞，從而間接降低IgE血漿細(xì)胞和游離的IgE。也就是說Quilizumab主要是抑制IgE生成，卻無中和IgE的能力，因此無法迅速清除引發(fā)過敏的IgE。一項對500多例過敏性哮喘患者進(jìn)行的大型臨床試驗顯示，在36周的治療中，哮喘的惡化沒有減少。該抗體終止于哮喘臨床二期[40]。第三代IgE抗體UB-221既可以作用于IgE免疫球蛋白的Cε3 結(jié)構(gòu)域而中和IgE，也可通過與B細(xì)胞表面的CD23(FcεRII)受體上的IgE結(jié)合而阻斷IgE的生成，目前獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)行中重度慢性自發(fā)性蕁麻疹(CSU)的I期臨床研究[41]。綜上，針對IgE的治療方法目前主要有兩種方法：一是靶向抗體本身；二是消除產(chǎn)生IgE的細(xì)胞，從來源上抑制IgE的產(chǎn)生。

綜上，雖然IgE是免疫球蛋白中含量最少的一類，半衰期極短，但它在過敏性疾病中起著核心作用。過敏原特異性IgE的產(chǎn)生由兩種模式組成：一種是連續(xù)模式，即使在沒有過敏原刺激的情況下也能保持IgE水平；另一種是反應(yīng)性模式，即在外源性過敏原刺激后IgE產(chǎn)量增加。在過敏患者中，這兩種IgE產(chǎn)生模式所涉及的IgE產(chǎn)生細(xì)胞的確切位置和性質(zhì)尚不清楚。此外，在過敏性疾病中B細(xì)胞分化途徑,IgE+記憶細(xì)胞的性質(zhì)和位置、長壽命IgE漿細(xì)胞的產(chǎn)生機(jī)制仍不清楚。然而，由于在介導(dǎo)過敏早期和晚期的中心作用，游離IgE、IgE攜帶效應(yīng)細(xì)胞和IgE產(chǎn)生細(xì)胞是重要的治療靶點。未來隨著對IgE產(chǎn)生和參與過敏反應(yīng)機(jī)制的進(jìn)一步研究，抗IgE療法將會越來越多，這也有助于通過掌握IgE軸調(diào)節(jié)過敏性疾病。