白细胞介素-31在变应原驱动咳嗽中的作用：在粉尘螨诱导哮喘模型中关联蛋白酶激活受体-2激活与迷走神经节敏化

《Brain and Behavior》：Roles of Interleukin-31 in Allergen-Driven Cough: Linking Protease-Activated Receptor-2 Activation and Vagal Ganglion Sensitization in a Dermatophagoides farinae-Induced Asthma Model

　　

背景：慢性咳嗽作为过敏性哮喘的痛苦症状，可能源于气道投射感觉神经元的异常激活。白细胞介素（IL）-31是一种以在瘙痒中神经元效应闻名的Th2细胞因子，其水平在过敏性疾病中升高，但其在哮喘相关咳嗽中的作用仍不清楚。目的：本研究旨在使用粉尘螨（Derf）诱导的哮喘模型确定IL-31影响咳嗽相关神经元敏化的机制。方法：对野生型（WT）和Il31敲除（KO）C57BL/6N小鼠反复鼻内给予Derf提取物。通过组织学、流式细胞术、酶联免疫吸附试验（ELISA）和定量聚合酶链反应（qPCR）分析肺组织、支气管肺泡灌洗液和肺门淋巴结。通过免疫荧光 assay 和Ca2+成像评估迷走神经节和背根神经节。结果：使用激动剂SLIGRL-NH2评估蛋白酶激活受体（PAR）-2活性。Derf上调气道组织中Il31水平。值得注意的是，WT和Il31 KO小鼠的免疫和组织学参数相当，表明IL-31缺乏不改变Th2驱动的炎症。相反，Derf攻击的WT小鼠在迷走神经节中表现出Il31ra和F2rl1（PAR-2）水平及PAR-2阳性神经元比例增加，而Il31 KO小鼠未观察到这些变化。Ca2+成像证实，仅WT哮喘模型小鼠中PAR-2对SLIGRL-NH2的反应性增强。结论：总体而言，IL-31通过增强迷走感觉神经元PAR-2依赖性兴奋性调节过敏性哮喘的神经元而非免疫组分。这些发现突出了IL-31–PAR-2–迷走神经通路作为变应原驱动咳嗽的潜在机制和治疗靶点。

研究背景与立项依据

过敏性哮喘是以气道高反应性、黏液过度分泌及喘息、呼吸困难、咳嗽发作为特征的异质炎症性气道疾病。慢性咳嗽常在标准抗炎治疗后持续存在，成为疾病负担的主要决定因素。尽管气道炎症与支气管收缩是哮喘经典特征，但累积证据表明咳嗽常由气道感觉通路异常激活与敏化维持，而非单纯炎症。咳嗽反射主要由胞体位于颈静脉与结状迷走神经节（VG）的迷走传入神经元介导，辅以背根神经节（DRG）参与胸壁感觉与咳嗽冲动传导。此类神经元表达瞬时受体电位（TRP）通道（如TRPV1、TRPA1）及蛋白酶激活受体（PAR）-2等传感器。粉尘螨（Derf）等变应原丝氨酸蛋白酶可激活PAR-2，诱导上皮细胞因子释放与神经元高兴奋性，降低咳嗽通路激活阈值。IL-31为Th2来源细胞因子，通过IL-31受体A（IL-31RA）与抑瘤素M受体β异二聚体信号转导，在特应性皮炎中经直接激活IL-31RA阳性感觉神经元驱动瘙痒，且哮喘中IL-31表达与血清水平升高并与疾病严重度相关，但其在哮喘病理生理中的机制及其作用于免疫、上皮还是神经元通路仍不明确。研究人员假设IL-31通过增强PAR-2介导的气道感觉神经元兴奋性参与过敏性哮喘咳嗽生成，并在野生型（WT）与Il31缺陷小鼠中以Derf诱导哮喘模型结合免疫学与神经元功能性评估验证该假说。

主要关键技术方法概括

研究人员采用两类样本队列：一是公共基因表达数据库GSE73482中屋尘螨（HDM）致敏非哮喘（nt_HDM）24例与哮喘（asthma_HDM）22例人CD4⁺ T细胞微阵列数据作生物信息学再分析；二是6周龄雌性C57BL/6N WT与Il31 KO小鼠，经Derf提取物在0、7、14天致敏及18至20天连续3天鼻内攻击建立变应原哮喘模型。核心方法涵盖qPCR检测淋巴/神经节基因表达、肺组织HE组织学、流式细胞术分析肺门淋巴结免疫细胞、ELISA测定支气管肺泡灌洗液（BALF）中IL-33/TSLP及血清总IgE、VG神经元免疫荧光定量PAR-2阳性比例、Fura-2 AM负载Ca²⁺成像评估PAR-2激动剂SLIGRL-NH₂诱发的神经元钙响应，并以未配对t检验、Fisher精确检验与双因素方差分析作统计。

研究结果

3.1 HDM致敏诱导哮喘患者Th2炎症反应与IL31上调

研究人员再分析HDM致敏哮喘患者CD4⁺ T细胞微阵列，发现仅Th2代表基因及IL31转录本显著上调，证实IL-31伴随Th2型应答在人中诱导。

3.2 Derf诱导哮喘模型小鼠气道组织IL31水平升高

Derf反复暴露小鼠肺门淋巴结中Il4、Il5、Il13、Il6及Il31 mRNA均较对照显著升高，提示IL-31轴在变应原诱导哮喘中激活且跨种属保守。

3.3 IL-31缺乏不改变气道炎症与免疫细胞谱

WT与Il31 KO小鼠Derf攻击后肺组织围支气管/围血管浸润程度相近，BALF中IL-33与TSLP浓度无差异，肺门淋巴结CD4⁺ T、CD11b⁺巨噬、CD11c⁺树突、CCR3⁺嗜酸细胞分布一致，血清总IgE相当。结论：测试条件下IL-31对Th2介导气道炎症建立非必需，功能偏离经典免疫调控。

3.4 Derf攻击上调VG中Il31ra与F2rl1（PAR-2）水平

VG与DRG中Il31ra均高于对照，VG上调更显著；F2rl1仅在VG显著增加。基因型比对显示Derf攻击WT小鼠VG的Il31ra与F2rl1转录及PAR-2免疫荧光阳性神经元比例均升高，而Il31 KO小鼠无此变化。结论：IL-31信号在过敏性气道炎症中特异性增强迷走感觉神经元PAR-2表达。

3.5 IL-31是变应原增强PAR-2反应性的必要因子

Ca²⁺成像示Derf攻击WT小鼠VG神经元对SLIGRL-NH₂响应比例显著高于未处理对照，Il31 KO小鼠响应比例与幅度回退至基线。结论：IL-31对变应原诱导的PAR-2表达迷走神经元敏化为必要非充分条件。

讨论部分总结

研究人员指出本研究揭示Th2细胞因子IL-31经PAR-2诱导增强VG神经元兴奋性、而非调节免疫细胞招募或细胞因子产生的全新神经免疫机制。IL-31在Derf炎症中上调但不影响气道浸润、嗜酸、IgE及上皮IL-33/TSLP，与皮肤炎中促上皮/巨噬炎症的角色分歧，反映组织特异性IL-31RA表达——气道上皮/免疫稳态低表达、神经元高表达。IL-31缺失消除VG中Il31ra/F2rl1诱导及PAR-2功能敏化，说明其桥接Th2激活与感觉神经敏化：变应原蛋白酶经PAR-2通过TRPV1/TRPA1去极化迷走传入，IL-31上调PAR-2降低激活阈值，解释炎症受控仍持续咳嗽。该轴与特应性皮炎瘙痒平行，IL-31可视为咳嗽高敏中“痒细胞因子”功能类似物；IL-31–IL-31RA可能经JAK–STAT3或RAS–MEK–ERK1/2维持F2rl1转录，且与PAR-2信号存在正反馈。研究局限含未行咳嗽行为直接监测、下游通路未全阐明、直接/间接神经元作用未分。转化上，IL-31RA阻断（如nemolizumab）或成抗炎外止咳新策，VG IL-31/PAR-2可作咳嗽优势表型生物标志。

结论部分翻译

综上，本研究发现以瘙痒作用闻名的Th2细胞因子IL-31经独特神经元机制介导变应原驱动咳嗽：IL-31上调迷走感觉神经元自身受体与PAR-2，增强其对变应原蛋白酶反应并敏化咳嗽反射。不同于其他Th2细胞因子，IL-31不显著调节气道炎症而作用于过敏应答神经元组分。这些发现突出IL-31–PAR-2–迷走神经通路作为哮喘咳嗽高敏下新神经免疫环路，并提示IL-31信号为咳嗽优势过敏性气道疾病治疗靶点。论文发表于《Brain and Behavior》。