受神经支配、通过分泌神经递质影响哮喘发生发展，「肺神经内分泌细胞」的研究成果为哮喘治疗提供了哪些新思...
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。
* 参考文献（略）
作者：蓝歌雷 时国朝 - 上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科 上海交通大学医学院呼吸病学研究所