视黄酸在哮喘气道炎症中的研究进展

Advances in the Research of Retinoic Acid in Asthmatic Airway Inflammation

摘要: 哮喘是一种慢性气道炎症性疾病，其特征为可逆性的气流受限和呼吸道高反应性。当前哮喘治疗仍以吸入性糖皮质激素(ICS)和长效β2受体激动剂(LABA)联合疗法为主，开发低毒性的辅助治疗策略对于临床哮喘防治至关重要。视黄酸(Retinoic acid, RA)是维生素A的主要生物活性代谢产物，通过促进T细胞增殖和延长其存活时间等，在哮喘中起核心作用。在此，本文就RA与支气管哮喘关系的研究进展进行综述。

Abstract: Asthma is a chronic airway inflammatory disease characterized by reversible airflow limitation and airway hyperresponsiveness. Current therapeutic regimens primarily rely on combined therapy with inhaled corticosteroids (ICS) and long-acting β2-agonists (LABAs). The development of low-toxicity adjuvant therapeutic strategies is therefore critical for clinical asthma management. Retinoic acid (RA), the primary biologically active metabolite of vitamin A, plays a central role in asthma by promoting T cell proliferation, prolonging T cell survival, and modulating immune responses. This review summarizes recent advances in understanding the relationship between RA and bronchial asthma.

1. 引言

近年来，哮喘的发病率在许多国家持续上升，尤其在儿童和青少年中更为显著[1]。当前约5.2%青少年和3.9%的儿童合并重度哮喘，对常规治疗反应不佳，严重影响了未成年人健康与生活质量[2]，因此寻求新的哮喘的治疗方法非常重要。哮喘的发病机制复杂，其免疫机制涉及以Th2细胞为主的适应性免疫反应和以固有淋巴细胞(ILCs)为主的先天性免疫反应[3]。维生素A (Vitamin A, VA)是一组在人类膳食中极易获取的重要微量营养素，通过饮食中的动物性食物或植物性胡萝卜素在肠道中转化后吸收。视黄酸(Retinoic acid, RA)是VA的主要生物活性代谢产物，RA缺乏时，气道黏膜防御能力下降，炎症因子的释放增多，从而为哮喘炎症的发生与加重提供了条件。在此，本文从视黄酸的生物学调节基础、视黄酸水平与哮喘的相关性、视黄酸减轻哮喘炎症的作用机制方面进行综述。

2. 视黄酸的生物学调节基础

VA是指所有含有不饱和脂环的动物、植物来源或化学合成的类视黄醇相关化合物，以及基于由四个异戊二烯单元和五个共轭双键组成的不饱和类异戊二烯链的结构[4]，对身体健康以及免疫系统的正常功能必不可少。它由视黄醇和600多种类胡萝卜素组成，包括β-胡萝卜素、β-隐黄质、叶黄素–玉米黄素和番茄红素等。RA是VA的主要生物活性代谢产物，具有全反式维甲酸(All-trans-retinoic acid, ATRA)、9-顺式视黄酸、13-顺式视黄酸、其他异构体等多种异构体，通过结合并激活细胞核中的视黄酸受体(Retinoic acid receptors, RAR)、类VAX受体(Retinoid X receptors, RXRs)和PPAR‐β/δ/γ等发挥生物作用，介导了发育、神经系统功能、免疫反应、细胞增殖和分化等多种全身效应，可促进多个靶基因的转录[5]。RA-RAR/RXR通路可直接结合DNA上的视黄酸反应元件(Retinoic acid response elements, RAREs)，激活抗炎基因(如FoxP3、IL-10)或抑制促炎基因(如GATA3、RORγt) [6] [7]；也可通过浓度和时间依赖性协同增强细胞中NF-κB和Toll样受体活性，调节IL-6、TNF-α等细胞因子的释放[8]。

RA给药能抑制Th17并促进促进Foxp3调节性T细胞分化分化，减轻气道炎症[9] [10]；能减少免疫球蛋白IgA的产生，作为调节信号在黏膜免疫反应中发挥关键作用[11]。此外，RA还诱导先天免疫细胞归巢，如先天性淋巴细胞(ILC) [12]。在类风湿性关节炎模型中，ATRA治疗还抑制Th17细胞分化，同时促进Treg细胞分化，从而减轻肠道炎症、滑膜炎症和关节炎[13]。此外，RA会影响各种免疫细胞，包括B细胞迁移和归巢、T细胞分化及诱导树突状细胞免疫耐受表型[5] [14] [15]。以上研究说明，RA还具有抗炎作用，在免疫细胞和免疫反应中起着广泛的作用，可以平衡免疫应答、诱导耐受。

3. 视黄酸水平与哮喘的相关性

研究表明，RA水平与哮喘状态及其加重风险有关。Son等人[16]发现哮喘患者的血清VA浓度明显低于正常人群。Luo等人[17]也指出，哮喘的严重程度与血清VA水平高度负相关。并且VA可以通过降低炎症反应的程度来缓解过敏性鼻炎和哮喘的发生[18] [19]。VA缺乏通过增强炎症细胞浸润和2型细胞因子白细胞介素5 (Interleukin-5, IL-5)和白细胞介素13 (Interleukin-13, IL-13)的水平，加剧哮喘肺部炎症[20]。而RA在气道中幼稚T细胞分化为FOXP3+ Treg细胞中起关键作用，其浓度与血清中IL-10和TGF-β水平呈正相关[21]。

RA作为一种抗氧化剂，其摄入量减少与哮喘和过敏性疾病患病率增加有关[22]，其发挥抗过敏作用的机制是通过诱导Treg细胞和抑制Th2反应来实现的[5]。与正常人和对照组小鼠相比，哮喘患者和屋尘螨(House dust mite, HDM)诱导的哮喘小鼠肺组织中RA和视黄醇水平显著降低；哮喘肺组织中RA的代谢减弱，通过使用ATRA或RARγ激动剂增加RAR的信号传导可缓解哮喘气道重塑[23]。在过敏原暴露下连续摄入RA可改善食物过敏小鼠模型中食物过敏的严重程度，降低血浆中卵清蛋白特异性IgE、IgA和IgG1水平[24]。Chen等人的一项研究表明，使用ATRA可减轻哮喘小鼠肺组织气道炎症和平滑肌细胞增殖[25]。Sakamoto H等人[26]将ATRA与OVA同时注射到支气管哮喘小鼠模型中，发现小鼠气道高反应性、嗜酸性粒细胞增多、BALF中细胞因子水平升高和杯状细胞化生水平均显著降低。

但也有研究指出，RA水平与哮喘呈负相关，Schuster等人发现VA缺乏会降低哮喘模型的严重程度，而高剂量VA摄入则加剧了哮喘症状[27]。Checkley等人[28]观察到，慢性VA缺乏症地区补充VA不能降低哮喘风险。而Hu等人发现哮喘患者血清VA水平确实低于健康对照者，但是怀孕期间VA摄入量增高于7岁时哮喘患病风险增加有关，而VA摄入量与儿童哮喘风险之间没有显着相关性[15]。以上研究的不一致性可能与不同研究采用的检测技术的灵敏度与标准化不足有关；也可能与血清RA无法准确反映视黄酸水平有关，VA主要储存在肝脏中，肝脏密切调节循环视黄醇水平，血清RA水平不会下降，直到肝脏几乎耗尽[29]。但更多研究倾向于使用RA作为哮喘和过敏的辅助治疗。

4. 视黄酸减轻哮喘炎症的作用机制

哮喘作为一种慢性气道炎症，Th2/Th1/Treg等免疫细胞动态平衡、气道上皮的屏障功能损伤、气道重塑以及局部氧化应激都可能是疾病进展的关键。

4.1. RA与哮喘气道免疫反应

RA是呼吸道黏液层的组成部分，通过促进黏蛋白分泌改善呼吸道的抗原非特异性免疫功能[30]。Th1/Th2免疫失调是哮喘发生、发展的重要机制，其中Th2细胞过度表达在哮喘发病中起主要促进作用。RA同时以高度特异性的方式调节机体的免疫反应，通过下调过敏相关的Th2途径和促炎性Th17途径，调节炎症介质，减轻气道的炎症反应[31]。在维生素A存在的情况下，IL-2水平升高，刺激T细胞分化为调节性T细胞(Treg)，促进Treg细胞的增殖分化，维持免疫耐受并调节自身免疫反应[32]。RA作为细胞因子转化生长因子-β (TGF-β)依赖性免疫反应的关键调节剂，能够抑制IL-6驱动的幼稚T细胞向促炎性Th17细胞的转化，并促进抗炎性Treg细胞分化[33]。

维生素A缺乏会损害免疫系统对感染的防御，如果维生素A水平不能迅速恢复，这些情况的严重程度和持续时间会延长[34]。动物研究中报道，维生素A缺乏症减少了实验性哮喘的发展，表明维生素A缺乏症可能偏向于Th1细胞介导的反应，而远离诱导哮喘的Th2细胞介导的反应[27]。但人类研究表明，怀孕期间补充维生素A会增加Th1细胞介导的反应，并降低Th2细胞介导的反应，这表明子宫环境中的偏斜可以降低儿童患哮喘的风险[35]。同时，Tian等[36]发现新生儿肺炎链球菌感染后血清维生素A有短期和持续下降，感染后补充维生素A可显著促进Th1细胞的产生，降低Th2细胞表达，减轻气道高反应性和炎症细胞浸润。这表明感染后补充维生素A可通过改变CD4+ T细胞亚群抑制哮喘的进展。

4.2. RA与哮喘气道上皮功能损伤

维生素A能维持气道上皮细胞、黏膜纤毛及平滑肌正常表型结构完整性[37]。维生素A通过促进角质形成细胞向成熟表皮细胞的分化，维持正常上皮细胞的动态平衡。

在哮喘发病过程中，许多哮喘过敏原可以破坏上皮紧密连接[38]，肥大细胞和T2固有淋巴细胞的活化分别促进组胺和IL-13等介质的释放，这可以进一步破坏连接复合物并增加上皮通透性[39]。上皮损伤促进细胞因子的释放如TSLP、IL-1β、IFN-γ、TNF、IL-4、IL-13，它们可以降低连接蛋白的表达，从而形成上皮损伤、气道重塑和炎症反应的循环[40]。目前的研究认为，哮喘等疾病的启动环节与气道上皮结构完整性的破坏或功能紊乱相关[41]。

维生素A缺乏引起肺上皮内层结构改变，肺泡基底膜增厚和I型胶原异位沉积，肺泡间隔减少，导致呼吸道上皮鳞状化生和角化，纤毛上皮细胞被鳞状上皮取代，导致黏液产生减少，易于感染[29]。维生素A缺乏导致的坏死性气管支气管炎和鳞状上皮化生在维生素A水平恢复后可以逆转[32]。Aggarwal等[42]发现在卵清蛋白致敏过程中补充全反式维甲酸可减少杯状细胞化生，参与调节黏液生成。

4.3. RA与哮喘气道高反应性

气道平滑肌的收缩主要受毒蕈碱受体(M2, M3)受体的调控。目前认为，哮喘患者气道高反应性(Airway hyperresponsiveness, AHR)与M2受体功能异常，引起乙酰胆碱释放增加，M3受体过度激活有关。研究表明维生素A缺乏的大鼠的支气管组织中的M2受体表达降低，M2受体介导的支气管收缩抑制的能力降低，故AHR增加。一项研究显示于VAD大鼠的上皮下支气管弹性纤维较对照组明显减少，且在补充维生素A后可明显恢复[43]。

McGowan等发现膳食中缺乏维生素A的成年大鼠具有较高的AHR [44]。一项研究发现，在卵清蛋白诱导哮喘模型中，类维生素A受体的部分激动剂的应用几乎降低了哮喘的所有病理改变，包括AHR，气道炎症细胞聚集，肺泡灌洗液中的促炎细胞因子的水平以及杯状细胞化生[45]。同样的，Sahamoto等人[26]发现在小鼠卵清蛋白诱导模型中，应用全反式维甲酸A后，观察到AHR的降低以及其他哮喘症状的缓解。由此得出，维生素A在调节AHR和维持正常的支气管上皮方面是必不可少的。

4.4. RA减轻哮喘气道氧化应激水平

维生素A是一种抗氧化剂，能清除氧分子和过氧自由基等活性氧并抑制促炎性细胞因子[46]。根据既往研究，哮喘患者维生素A水平的降低可能是由于在过量自由基存在的情况下抗氧化剂维生素A的利用增加引起的。慢性疾病如哮喘常常既是维生素缺乏症的原因又是结果。在哮喘患者中氧化应激增加导致抗氧化剂维生素(如维生素A)的消耗增加，而维生素A的降低可能会促进氧化应激。既往研究显示哮喘患者常伴有维生素水平降低。在哮喘的发病中常合并其他病理生理改变例如肺部感染或气道炎症，故哮喘发生风险与维生素A含量之间的负相关可以通过炎症导致血清维生素A水平降低来解释。目前尚不清楚维生素A水平低是与哮喘病症发病机制相关的主要原因，还是由哮喘炎症过程引起的继发事件。

哮喘的特征是以全身自由基产生增加为特征的气道炎症[47]。氧化应激通过促进T细胞分化向Th2表型导致炎症的发展，氧化应激增加在诱导哮喘等过敏性气道炎症中起着关键作用[48]。可能通过生理性猝灭单线态氧和抑制自由基链反应，避免哮喘炎症反应加重[49]。一项研究表明由于饮食改变导致抗氧化剂摄入量减少会导致肺部抗氧化防御减弱，并增加对气道炎症和哮喘的易感性[50]。

综上所述，RA对于调节哮喘有关键作用，补充RA可通过调节免疫、维持气道上皮完整性、降低气道高反应性、防止气道重塑及下调氧化应激等作用控制哮喘症状。RA还可以通过连接到其核受体(包括RAR、RXR和PPAR-β/δ)来影响翻译或刺激表观遗传效应，从而改变局部微环境与炎症因子水平。由此，RA对哮喘和过敏的有益治疗作用，可将RA作为治疗这些疾病的新型且有前途的辅助治疗剂引入。由于在临床研究中考虑到药物的潜在毒性，目前在哮喘患者补充RA等方面研究中尚无随机对照试验，尚需要安全的临床研究以及更全面的基础研究进一步阐明RA是否可以防治哮喘。