雄激素通过交感神经元信号调节过敏性肺部炎症

《Science Immunology》：Androgen signaling via sympathetic neurons regulates allergic pulmonary inflammation

　　

哮喘发病和缓解率的性别差异表明，性激素可能在特定类型哮喘的致病机制中发挥重要作用。在此，研究人员证明，雄性小鼠内源性雄激素生成增加可在早期生命阶段反复过敏原暴露后减轻肺部2型炎症（type 2 inflammation）。基于先前表明免疫细胞可响应雄激素信号的研究，研究人员报告称，雄激素还能促进肺部交感神经支配（pulmonary sympathetic innervation），后者通过神经递质去甲肾上腺素（norepinephrine）抑制2型炎症。在交感神经元中敲除雄激素信号足以干扰雄性小鼠肺部交感结构的建立，从而放大对过敏原的2型炎症反应。因此，一个内分泌-神经免疫轴（endocrine-neuroimmune axis）在发育过程中促进了过敏性哮喘的性二态性（sexual dimorphism）。

**研究背景与问题**
哮喘是一种常见的慢性呼吸系统疾病，常在儿童期发病。青春期是性激素水平剧烈变化的关键发育阶段，在此期间，相当比例的儿童患者出现哮喘缓解，且男性缓解率高于女性。同时，哮喘患病率和严重程度也从青春期前男性占优势转变为成年后女性占优势。已有研究表明，性激素（如雄激素和雌激素）能差异性地调节哮喘发病中关键免疫细胞（如2型固有淋巴样细胞（ILC2s）和辅助性T 2（T_H2）细胞）的功能。然而，性激素对非免疫性肺部细胞（如外周神经元）的调控作用尚不明确。外周神经是肺实质的重要组成部分，感觉神经、交感神经和副交感神经纤维通过与局部免疫细胞和实质细胞相互作用，调节气道高反应性和2型炎症等多种哮喘特征。尽管已有证据表明性激素在中枢神经系统中有调节潜力，但对外周神经元的作用了解有限，更不清楚激素如何改变神经免疫相互作用进而影响疾病表型。为此，研究人员利用小鼠过敏性哮喘模型，探究性激素对外周交感神经元的影响及其对肺部免疫的后果。

**研究内容与结论**
研究人员发现，雄性小鼠内源性雄激素生成增加可减轻早期生命阶段反复过敏原暴露后诱导的肺部2型炎症。机制上，雄激素通过其受体（androgen receptor, AR）作用于交感神经元，促进肺部交感神经支配（sympathetic innervation），进而通过神经递质去甲肾上腺素抑制2型炎症。特异性敲除交感神经元中的AR信号足以破坏雄性小鼠肺部交感神经结构的建立，导致过敏原诱导的2型炎症反应加剧。该研究揭示了一个新的内分泌-神经免疫轴（endocrine-neuroimmune axis），它通过雄激素调控交感神经支配来抑制过敏性肺部炎症，从而解释了发育过程中过敏性哮喘的性二态性。论文发表在《Science Immunology》。

**主要技术方法**
研究人员使用了以下关键技术方法：
1. 小鼠模型：采用野生型（WT）C57BL/6小鼠，以及Th-Cre;Ar^fl/Y条件性敲除小鼠（在交感神经元中特异性敲除AR基因），并进行了去势手术（gonadectomy, GDX）以去除性腺来源的激素。
2. 过敏原暴露方案：从出生后第15天（P15）开始，连续3周鼻内给予屋尘螨（HDM）提取物，模拟围青春期过敏原暴露。
3. 组织学与免疫荧光：对肺部进行全组织免疫标记、光学透明化（iDISCO(ace)）和三维成像，定量分析酪氨酸羟化酶（TH）阳性交感神经纤维密度。
4. 转录组分析：对小鼠颈上神经节（SCG）进行批量RNA测序（bulk RNA-seq），以及对肺部CD45+免疫细胞进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）。
5. 流式细胞术：检测支气管肺泡灌洗液（BALF）和肺组织中的免疫细胞（如嗜酸性粒细胞、ILC2s、T_H2细胞等）。
6. 肺功能检测：使用flexiVent系统测量小鼠对乙酰甲胆碱的气道阻力（Rrs）和弹性（Ers）。
样本来源：所有小鼠均购自Charles River International或Jackson Laboratory，并在北京大学动物设施中饲养。

**研究结果**
**1. 过敏原诱导肺部炎症的性别差异**
经HDM提取物暴露后，雄性小鼠肺部ILC2数量、嗜酸性粒细胞数量以及2型细胞因子（IL-4、IL-5、IL-13）的mRNA和蛋白水平均低于雌性小鼠，表明早期生命阶段过敏原暴露诱导了性二态性肺部炎症，主要表现为ILC2和嗜酸性粒细胞积累及2型细胞因子水平的差异。

**2. 雄性性激素抑制过敏原诱导的肺部炎症**
对P14小鼠进行去势手术（GDX）后，雄性小鼠原本较低的2型炎症反应消失，肺部ILC2和嗜酸性粒细胞数量增加，2型细胞因子表达升高。而雌性去势对肺部2型免疫反应影响较小。睾酮替代治疗可逆转去势小鼠的炎症加剧，证实雄性性激素（雄激素）在围青春期抑制过敏性炎症并贡献于性二态性。

**3. 雄激素信号改变交感神经节的转录组**
通过免疫荧光证实AR在颈上神经节（SCG）的TH+交感神经元中表达。对去势小鼠SCG进行批量RNA-seq分析，发现雄激素特异性上调了317个基因，这些基因显著富集于神经发育相关通路。从中鉴定出10个与神经元生长或功能相关的基因（如Ngfr、Chgb、Fgf1、Areg、Ret、Enc1、Prr15、Kcnab1、Agrp、Vgf），并在完整雄性小鼠SCG中验证其表达高于去势小鼠。这些基因大多在肺支配神经节（SCG和星状神经节）的交感神经元中优先表达，且多数含有AR结合位点，表明雄激素通过转录调控促进交感神经元发育相关基因表达。

**4. 雄激素信号促进肺部交感神经支配**
对光学透明化肺组织进行三维成像和定量分析，发现完整雄性小鼠肺部TH+交感神经纤维密度（总长度、体积和分支点）显著高于去势雄性小鼠和完整雌性小鼠，尤其在肺中央区域（内侧区域）更为明显。雄激素不影响肺部感觉结构（如CGRP+纤维），表明雄激素特异性促进围青春期肺部交感神经支配。

**5. 神经元中雄激素信号缺失加剧肺部炎症**
利用Th-Cre;Ar^fl/Y小鼠在交感神经元中特异性敲除AR，发现其肺部TH+交感神经密度降低。HDM暴露后，这些小鼠BALF和肺组织中的嗜酸性粒细胞数量增加，IL-5表达升高，但ILC2数量无显著变化（与去势小鼠不同，提示ILC2积累受雄激素非交感依赖方式调节）。肺部嗜酸性粒细胞的scRNA-seq显示活化型和循环型嗜酸性粒细胞亚群均增加，且炎症介质（Il1b、Il1rn、Ptgs2）表达上调。此外，Th-Cre;Ar^fl/Y小鼠还表现出气道杯状细胞增生加剧以及气道高反应性（呼吸系统阻力Rrs和弹性Ers）增强，表明交感神经元中的雄激素信号缺失加重了哮喘特征。

**总结与讨论**
**讨论部分概述**：
哮喘缓解的年龄和性别依赖性强烈提示性激素调控疾病发病机制。与先前聚焦于雄激素与肺部2型细胞直接相互作用的研究不同，本研究描述了一种性激素驱动的神经免疫机制——雄激素通过增强肺部交感神经支配间接抑制过敏原诱导的炎症。该通路可能与雄激素对肺部免疫的直接作用协同促进男性哮喘缓解。未来研究应评估去甲肾上腺素信号是否与其他神经信号（如肺神经内分泌细胞来源的CGRP或副交感神经乙酰胆碱）相互作用，共同调节ILC2活性。雄激素信号先前已被证明可促进运动神经元和背根神经节神经元的轴突再生，本研究在围青春期观察到对交感神经（而非感觉神经）支配的效应，这可能与发育阶段有关。女性性激素（如雌激素和孕激素）同样参与调节过敏性炎症和气道高反应性，其在不同时间点对肺部神经免疫相互作用的潜在贡献有待研究。组织特异性神经支配受内源性配体调控的概念引出了多个开放性问题：小鼠模型与人类患者的比较如何？内分泌-神经信号通路的内在缺陷或对有害暴露的适应不良是否导致某些病例无法缓解？靶向这些通路是否有助于永久性缓解疾病？尽管对哮喘中肺支配神经元的单细胞水平扰动理解有限，但雄激素介导的2型反应抑制的治疗潜力得到本研究和其它工作支持，包括一项临床试验显示脱氢表雄酮补充剂改善了女性哮喘患者预后。未来对肺支配神经元中雄激素信号级联的靶向调控可能提供一种减少直接雄激素补充全身不良反应的策略。

**研究结论翻译**：
本研究证明，雄性小鼠内源性雄激素生成增加可减轻早期生命阶段反复过敏原暴露后的肺部2型炎症。基于先前表明免疫细胞可响应雄激素信号的研究，研究人员发现雄激素还通过促进肺部交感神经支配来抑制2型炎症，该作用由神经递质去甲肾上腺素介导。在交感神经元中敲除雄激素信号足以破坏雄性小鼠肺部交感结构的建立，从而放大对过敏原的2型炎症反应。因此，一个内分泌-神经免疫轴在发育过程中促进了过敏性哮喘的性二态性。