半胱氨酰白三烯在过敏性炎症中的作用

《Annual Review of Pathology-Mechanisms of Disease》：Cysteinyl Leukotrienes in Allergic Inflammation

过敏介质白三烯C4（CysLTs）通过5-LO途径合成，作用于CysLT1、CysLT2及OXGR1三种受体，引发炎症和支气管收缩。近年研究发现CysLTs在过敏原诱导的type 2炎症中起关键作用，通过调节DC、ILC2和嗜酸性粒细胞介导的免疫反应，促进哮喘、AERD等疾病发展。其合成受PGE2负调控及雄激素抑制，而受体间存在交叉调节，如CysLT2抑制CysLT1信号。动物模型显示血小板与巨噬细胞相互作用可放大CysLTs生成，并通过OXGR1介导上皮细胞损伤相关炎症。治疗上，CysLT1拮抗剂（如孟鲁司特）有效改善哮喘症状，但需进一步明确CysLT2和OXGR1的功能及靶向治疗潜力。

　　### 深入理解半胱氨酰白三烯（CysLTs）及其在过敏炎症中的作用

半胱氨酰白三烯（CysLTs）是一类由花生四烯酸（arachidonic acid, AA）通过5-脂氧合酶（5-lipoxygenase, 5-LO）途径合成的强效脂质介质。它们包括LTC4、LTD4和LTE4三种形式，这些介质通过三种不同的G蛋白偶联受体（GPCRs）发挥其生物学效应：CysLT1、CysLT2和OXGR1（也被称为CysLT3或GPR99）。尽管CysLTs在过敏性炎症和哮喘的效应阶段的作用早已被确认，但近期的研究揭示了它们在诱导和放大类型2炎症中的新角色。此外，体外实验和小鼠模型的研究还揭示了多种调控机制，这些机制能够限制或增强CysLT受体的激活和功能。本文旨在综述CysLT的生物合成与调控、CysLT受体的分子与功能药理学特性，以及它们在哮喘、阿司匹林加重性呼吸道疾病（aspirin-exacerbated respiratory disease, AERD）和类型2炎症中的已知和新兴作用。

### CysLTs的合成与调控机制

CysLTs的合成主要依赖于花生四烯酸的代谢途径，这一过程在细胞激活时被启动。花生四烯酸首先被细胞膜磷脂中的胞质磷脂酶A2（cytosolic phospholipase A2, cPLA2）释放，随后由5-LO催化转化为5-羟过氧二十烷酸（5-hydroperoxyeicosatetraenoic acid, 5-HPETE）和白三烯A4（leukotriene A4, LTA4）。LTA4可以进一步通过LTA4水解酶（LTA4 hydrolase, LTA4H）转化为LTB4，或通过LTC4合成酶（LTC4 synthase, LTC4S）与谷胱甘肽（glutathione, GSH）结合生成LTC4。LTC4在细胞外空间通过γ-谷氨酰转肽酶（γ-glutamyl transpeptidase, γ-GT）和γ-谷氨酰白三烯酶（γ-glutamyl leukotrienase, γ-LT）去除末端的谷氨酰胺，形成LTD4。LTD4再经由二肽酶1（dipeptidase-1, Dpep1）和二肽酶2（dipeptidase-2, Dpep2）去除末端的甘氨酸，最终生成稳定的代谢产物LTE4。LTC4转化为LTD4的过程迅速，而LTD4转化为LTE4则更快，这使得LTE4在生物体液中相对丰富，其次是LTC4，而LTD4则最少。

CysLTs的合成不仅受到细胞内酶活性的调控，还受到细胞外因素的影响。例如，单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）和基因工程小鼠模型的研究表明，CysLTs的生成可能涉及细胞外途径，如细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）中5-LO、FLAP、LTA4H和LTC4S的表达，这些酶在刺激后可以生成LTA4或LTC4。这些发现为理解CysLTs的生成机制提供了新的视角，同时也揭示了细胞外途径在炎症调控中的潜在作用。

### CysLT受体的分子与功能特性

CysLTs通过三种不同的GPCRs发挥作用：CysLT1、CysLT2和OXGR1。这些受体最初是基于经典药理学和生理学研究预测的，随后通过克隆技术被确认。CysLT1在人类气道平滑肌细胞和巨噬细胞中表达广泛，其对LTD4的亲和力高于LTC4和LTE4。CysLT2的表达则更为复杂，不仅在脾脏和外周血白细胞中存在，还在心脏、肾上腺、大脑和脊髓中高度表达。OXGR1则被重新分类为2-氧代戊二酸受体（oxoglutarate receptor 1），其对LTE4的亲和力远高于其对2-氧代戊二酸（α-ketoglutarate, α-KG）的亲和力。OXGR1的激活可能涉及不同的信号通路，包括cAMP响应元件结合蛋白（CREB）的激活和钙离子动员。

除了CysLT1、CysLT2和OXGR1，还有一些其他GPCRs可以调节CysLT受体的功能，例如P2Y12和GPR17。P2Y12最初被认为是一种LTE4受体，但随后研究发现它并不直接与LTE4结合，而是通过异源二聚化等方式间接调控LTE4的反应。GPR17则被发现可以作为CysLT1的负调控因子，通过减少LTD4与CysLT1的结合，从而抑制CysLT1介导的反应。这些研究揭示了CysLT受体之间复杂的相互作用网络，表明它们的功能高度依赖于特定的细胞环境和信号通路。

### CysLTs在哮喘中的作用

在哮喘的病理生理过程中，CysLTs发挥着重要作用，尤其是在气道收缩、微血管通透性增加、效应细胞募集、黏液分泌和气道重塑等方面。CysLTs的收缩作用主要由CysLT1介导，这一受体在气道平滑肌细胞和巨噬细胞中高度表达。在哮喘患者中，LTE4对气道收缩的敏感性显著高于非哮喘个体，这表明CysLT1在哮喘中的功能可能被增强。此外，尿液中的LTE4水平在哮喘发作时会升高，且与肺功能指标FEV1呈负相关，说明CysLTs在哮喘的进展中具有重要影响。

CysLTs还通过促进炎症反应和气道重塑加剧哮喘症状。例如，LTD4可以增强表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）依赖的气道平滑肌细胞增殖，而LTE4则通过刺激上皮细胞增殖和促进成纤维细胞的胶原合成，进一步推动气道结构的改变。这些作用表明，CysLTs不仅在哮喘的效应阶段起作用，还可能在疾病的早期阶段通过激活免疫细胞和炎症反应促进疾病的发展。

### CysLTs在阿司匹林加重性呼吸道疾病（AERD）中的作用

AERD是一种严重的成人哮喘形式，常伴随慢性鼻窦炎伴鼻息肉（chronic rhinosinusitis with nasal polyposis, CRSwNP）。其特征是摄入阿司匹林或其他非选择性环氧化酶（cyclooxygenase, COX）抑制剂后出现呼吸反应，如喘息和流涕。此外，部分患者还会出现皮肤红斑和胃肠道痉挛。从免疫学角度来看，AERD与隐匿性肥大细胞活化、显著的组织嗜酸性粒细胞增多以及脂质介质生成的失调有关。这种失调不仅促进了炎症反应，还引发了气道收缩。

在AERD中，CysLTs的生成显著增加，这可能与COX-2和微粒体前列腺素E2合成酶（microsomal PGE2 synthase, mPGES1）的表达减少有关。PGE2通常通过抑制5-LO的转位和活性，起到“制动”作用，限制CysLTs的生成。然而，在AERD患者中，这一机制被削弱，导致CysLTs的过度生成。此外，尿液中LTE4的水平在AERD患者中显著升高，尤其是在摄入阿司匹林后。这种升高可能与气道中的肥大细胞活化有关，而肥大细胞释放的介质，如组胺和半胱氨酰白三烯，可能进一步加剧炎症反应。

值得注意的是，某些CysLT2的变异与哮喘和过敏反应的发生相关。例如，一种与哮喘发展相关的CysLT2变异体降低了其对LTD4的结合能力，这可能阻止LTD4对CysLT2功能的抑制作用，从而增强CysLT1的信号传导。这些发现表明，CysLT受体之间的相互作用可能在调控炎症反应中发挥关键作用。

### 小鼠模型揭示CysLTs在AERD中的作用机制

尽管对AERD的理解在过去几十年受到限制，因为无法在小鼠中复制该疾病，但近年来，研究人员成功建立了AERD的小鼠模型，并结合基因敲除小鼠进一步研究其发病机制。例如，使用尘螨（house dust mite, HDM）和赖氨酸阿司匹林（lysine aspirin）诱导的小鼠模型显示，LTC4的生成显著增加，导致气道阻力上升和肥大细胞活化。这些效应可以通过CysLT1拮抗剂（如montelukast）部分抑制，表明CysLT1在AERD中的功能至关重要。

在这些模型中，CysLTs的生成与肥大细胞、血小板和内皮细胞的相互作用密切相关。例如，血小板可以释放LTC4，并通过CysLT2介导的信号传导促进高迁移性族蛋白1（high mobility group box 1, HMGB1）的释放，而HMGB1则通过RAGE受体激活肥大细胞，进一步促进炎症反应。此外，CysLTs还可以通过激活ILC2（type 2 innate lymphoid cells）和释放IL-33，增强炎症反应。这些研究揭示了CysLTs在AERD中的多重作用，表明它们不仅促进炎症，还可能通过多种信号通路放大疾病进程。

### CysLTs在类型2炎症中的作用

除了在哮喘和AERD中的作用，CysLTs还被发现与类型2炎症的诱导和放大密切相关。类型2炎症通常涉及肥大细胞、树突状细胞（dendritic cells, DCs）和ILC2的活化，而CysLTs在这些细胞中均表现出显著的调控作用。例如，树突状细胞在激活后可以生成CysLTs，并通过CysLT1介导的信号传导促进其向淋巴结迁移，从而引导T辅助细胞2（T helper 2, Th2）的分化。Th2细胞随后释放IL-4、IL-5和IL-13等细胞因子，进一步加剧炎症反应。

此外，CysLTs还可以通过激活ILC2，增强其对过敏原的反应。例如，在小鼠模型中，吸入尘螨提取物（Alternaria alternata）可诱导CysLTs的生成，进而促进ILC2的增殖和细胞因子释放。这些效应在体外和体内均得到验证，并且CysLT1拮抗剂可以显著抑制这些反应。这一发现表明，CysLTs在类型2炎症的调控中可能发挥关键作用，尤其是在免疫细胞的激活和效应细胞的募集方面。

### CysLTs与感觉神经的相互作用

近年来，研究还发现CysLTs可能通过调控感觉神经的活动，影响痒感和回避行为。例如，CysLT2在背根神经节（dorsal root ganglion）和迷走神经（vagal sensory neurons）中表达，这些神经元在皮肤和肠道中存在。在小鼠模型中，CysLT2激动剂（如N-甲基LTC4）可以引发痒感，这一过程依赖于瞬时受体电位香草酸受体1（transient receptor potential vanilloid 1, Trpv1）表达的神经元。此外，CysLT2还可能通过调控肠道神经元的活动，影响食物过敏反应。

### CysLTs与肥大细胞的相互作用

肥大细胞是CysLTs的重要来源之一，其在过敏反应和炎症中发挥关键作用。CysLTs可以促进肥大细胞的活化和增殖，尤其是在IL-4的刺激下。例如，在体外实验中，LTC4和LTD4均能诱导肥大细胞的钙离子动员和MAPK激活，从而促进细胞因子（如IL-5和肿瘤坏死因子）和趋化因子（如CCL5）的生成。LTE4则通过激活肥大细胞，促进前列腺素D2（PGD2）的生成，而PGD2又可以进一步增强嗜酸性粒细胞和肥大细胞的募集。

此外，肥大细胞的增殖和存活依赖于CysLTs的调控。例如，在缺乏LTC4S或CysLT1的小鼠中，肥大细胞的增殖能力显著降低，而缺乏CysLT2的小鼠则未表现出类似的效应。这表明CysLT1在肥大细胞的增殖和存活中起着关键作用，而CysLT2可能通过不同的机制调控其功能。

### CysLTs在不同类型炎症中的调控作用

CysLTs的生成和作用不仅受到正向调控因素的影响，还可能受到负向调控因子的抑制。例如，PGE2通过激活EP2受体，促进cAMP的生成，进而抑制5-LO的转位和活性，从而减少CysLTs的生成。在AERD患者中，PGE2的生成和信号传导被显著削弱，导致CysLTs的过度生成。此外，某些细胞因子（如IL-5）可以增强CysLTs的生成，而其他因子（如GPR17）则可能通过抑制CysLT1的功能，限制CysLTs的效应。

### 结论

CysLTs及其受体在多种炎症性疾病中扮演着重要角色，尤其是在哮喘和AERD中。它们不仅通过直接作用于气道平滑肌细胞引起气道收缩，还通过促进炎症反应和气道重塑加剧疾病进程。此外，CysLTs在类型2炎症的调控中也发挥着关键作用，通过激活树突状细胞、ILC2和肥大细胞，促进适应性免疫反应和先天免疫反应。这些发现表明，CysLTs的功能是复杂的，并且可能受到多种细胞和分子机制的调控。

尽管CysLT1在大多数情况下是CysLTs的主要作用靶点，但CysLT2和OXGR1也可能在某些病理条件下发挥重要作用。例如，CysLT2可能在某些炎症反应中增强IL-33的生成，而OXGR1则可能通过调控tuft细胞的活动，影响黏液分泌和气道结构的变化。这些受体之间的相互作用网络表明，CysLTs的生物学效应是高度依赖于细胞环境和信号通路的。

总之，CysLTs及其受体在多种炎症性疾病中的作用是复杂且多方面的。通过进一步研究这些受体的调控机制及其在不同类型炎症中的作用，可以为开发更有效的治疗策略提供新的思路。特别是在哮喘和其他类型2炎症中，针对CysLT1、CysLT2和OXGR1的靶向治疗可能具有重要的临床意义。