【综述】阻塞性睡眠呼吸暂停患者免疫功能改变的研究进展
2021年6月30日 星期三
作者：沈冲 欧阳若芸 刘婷 彭逸伦
单位：中南大学湘雅二医院呼吸与危重症医学科
引用本文: 沈冲, 欧阳若芸, 刘婷, 等. 阻塞性睡眠呼吸暂停患者免疫功能改变的研究进展 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2021, 44(6) : 578-582. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20200809-00883.
摘要
除了间歇性缺氧和睡眠结构破坏等特征外，阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）患者的免疫功能也发生了改变。国内外研究表明，OSA患者多种免疫细胞数量及功能均发生了改变，且OSA患者这些免疫功能的改变与一系列疾病如感染、动脉粥样硬化、肿瘤及自身免疫性疾病等发生率的增高相关。本文就阻塞性睡眠呼吸暂停患者的免疫功能改变及其可能的机制作出简要综述。
一、OSA中的免疫功能改变
1.OSA与树突状细胞：树突状细胞（dendritic cell，DC）是宿主免疫应答的重要组成部分，低氧可触发DC的表型和功能改变［1］。对于OSA患者是否存在DC数目减低的免疫损伤，目前尚无统一定论。Galati等［2］发现，与健康对照组相比，OSA患者外周血中树突状细胞的所有亚群均显著减少，其中骨髓树突状细胞（dmyeloid dendritic cell，mDC）和浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cell，pDC）亚群受损更严重。且OSA组树突状细胞数目减少与炎症环境共存，IL-6、IL-10和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等炎症因子可影响DC的成熟，DC数目与IL-6的表达呈负相关，从而致机体激活T细胞的能力降低。反之，最近一项研究则表明［3］，OSA组与健康对照组比较，mDC、pDC和mDC/pDC的百分比无显著差异，且mDC、pDC数目与OSA患者呼吸暂停低通气指数（apnea hypopnea index，AHI）和最低血氧饱和度无明显相关性。 2.OSA与Toll样受体：先天免疫系统的主要成分之一是Toll样受体（toll-like receptors，TLR），TLR是炎症信号转导的门户蛋白，是识别病原体和产生持续性全身炎症瀑布效应的中间环节，通过抑制TLR的功能，可以调控促炎反应。研究发现，OSA患者TLR2/6在中性粒细胞和单核细胞上的共表达上调且这一免疫改变经持续正压通气（continuous positive airway pressure，CPAP）治疗后可逆转，同时，体外试验慢性间歇性缺氧再充氧过程亦可诱导免疫细胞TLR2/6表达共上调［4］。该研究同时也进行了TLR2/TLR6 DNA甲基化的观察，发现与健康组相比，OSA患者TLR2启动子区域DNA甲基化异常、TLR6基因体的DNA甲基化及蛋白表达增加，且上述改变与较高的AHI独立相关，CPAP治疗可以部分逆转TLR2和TLR6 DNA甲基化水平及蛋白表达的变化［5］。因此，上述研究表明，睡眠期间的慢性间歇性缺氧可引起TLR2/TLR6表达共上调以及其基因表观遗传学和下游蛋白表达的变化，且这种改变能被CPAP治疗所逆转。 3.OSA与中性粒细胞：中性粒细胞与淋巴细胞比率（neutrophil-to-lymphocyte ratio，NLR）是描述炎症的常用指标，在OSA患者中观察NLR及其与疾病严重程度的关系结果显示，与健康组相比，OSA患者NLR升高且与OSA的严重程度存在显著相关性，并且NLR与冠心病独立相关［6］，同时亦有研究者发现OSA患者进行CPAP治疗后NLR值显著降低［7］。 4.OSA与淋巴细胞：OSA涉及多种免疫细胞，尤其是T细胞。γδT细胞和自然杀伤T细胞（natural killer T-cells，NKT）是介于固有免疫和适应性免疫之间的固有类淋巴细胞。研究发现在OSA患者中穿孔素阳性的CD3+γδT细胞数量减少，且氧饱和度越低对CD3+γδT细胞抑制性越强。在动物模型中，大鼠在暴露于低氧环境后，CD3+γδT细胞随着暴露时间延长其活化程度从最初的增强逐渐降低［8］。人类有两种NKT细胞家族成员：受CD1d刺激的不变NKT （invariant natural killer T-cells，iNKT）细胞和依赖MHC呈递抗原的NKT样细胞，研究发现OSA患者外周血中NKT样细胞增多［9］，反之，亦有研究证明OSA患者的循环iNKT细胞显著减少且与OSA严重程度相关［10］。 适应性免疫细胞包括T细胞和B细胞。T细胞按功能可分为CD8+细胞毒性T细胞、CD4+T辅助细胞（Th1和Th2）、T抑制细胞（Th17）和调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）等。研究发现，在OSA患者中，CD4+T细胞和CD8+T细胞计数增加［9, 10］，且在进行CPAP 治疗6个月后，OSA患者的总淋巴细胞和CD4+淋巴细胞计数明显下降，而CPAP治疗依从性差的OSA患者CD4+淋巴细胞数量并未变化，表明CPAP治疗对OSA患者前期的免疫激活具有一定的逆转作用［11］。 CD8+T细胞的数目改变与特定疾病相关，如CD8+T细胞数目增加已被证实与动脉粥样硬化密切相关，而CD8+T细胞的减少与上皮组织的细胞毒性降低、结肠炎症的预防和肿瘤诱导的免疫抑制等有关［3］。外周血中CD8+T细胞数目增加在成人和儿童OSA患者中均有报道［9，12］。在CD8+T细胞中，细胞毒性最大的是表达自然杀伤受体CD56和CD16的亚群，其中CD8+/CD56+T细胞通常含有大量穿孔蛋白，具有更强的细胞毒性［9］。Dyugovskaya等［13］针对OSA患者细胞免疫的研究结果显示，CD8+T细胞表现出活化表型（CD56和CD16自然杀伤受体、CD56+/穿孔蛋白表达增加），对各种靶细胞的细胞毒性增加，且细胞毒性与AHI呈正相关，CPAP治疗可降低CD8+T细胞细胞毒性及活化表型的表达。 Th1细胞产生细胞因子刺激细胞免疫，如干扰素-γ和肿瘤坏死因子。Th2细胞刺激体液免疫，产生细胞因子，如IL-4、6、10［14］。目前探讨OSA患者Th1/Th2免疫失衡的研究尚少，且结果不一。Nadeem等［15］测量OSA患者的血浆细胞因子水平发现，Th1型细胞因子在OSA患者中普遍激活。反之，Dyugovskaya等［13］发现OSA患者的免疫反应倾向于Th2占主导地位的炎症，且Th2的优势可能与睡眠障碍或儿茶酚胺的增加有关。 B细胞的功能是体液免疫。Domagała-Kulawik等［9］发现OSA患者中B细胞比例减低、数量减少，并首次观察到OSA患者外周血B细胞数量减少与代谢紊乱和肥胖密切相关，循环B细胞的耗竭似乎促进了OSA的全身性炎症。
二、OSA免疫功能改变与相关疾病的关系
1.OSA免疫功能改变与感染：中性粒细胞在对抗细菌感染中发挥重要作用，文献报道［16］，OSA患者中性粒细胞的吞噬作用和NADPH氧化酶的活化功能降低，且这种现象与睡眠剥夺有关。同样有研究发现，OSA通过促进炎症反应和促Th2反应增加CD4+T细胞和自然杀伤细胞的增殖能力，从而降低中性粒细胞的吞噬作用和NADPH氧化酶活性［13］。表明OSA患者的抗菌防御机制受到影响，由此可以推测OSA患者可能更容易受到细菌感染。肺表面活性物质（pulmonary surfactant，PS）在气管、支气管和肺泡上皮中发挥促进液体清除、宿主防御和免疫调节的作用。文献报道［17］，OSA患者氧化应激产生大量的氧自由基可损伤气道内皮细胞，引起局部炎症反应，提高肺泡壁的通透性，抑制肺泡表面活性物质的表达，从而可增加OSA患者感染的风险。 2.OSA免疫功能改变与动脉粥样硬化：文献报道OSA促进血管内皮功能障碍和动脉粥样硬化的发生。Toll样受体在组织定植的巨噬细胞上表达，并诱导炎性细胞因子（如TNF-α、IL-1、IL-6等）、趋化因子以及前列腺素的产生，睡眠剥夺会激活TLR通路，从而诱导促炎细胞因子的产生和有害因子的释放，引发促炎级联反应，进而引发内皮细胞损伤［18］。研究发现中重度OSA患者颈动脉斑块TLR2、TLR4、TLR9及晚期糖基化终末产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE）表达升高，TLR和RAGE介导的通路可能在OSA依赖的动脉粥样硬化发生中发挥作用［19］。OSA间歇性缺氧可促进IL-6的生成并诱导巨噬细胞向脂肪组织聚集并向M1型巨噬细胞极化，从而引起脂肪组织炎症，造成胰岛素抵抗及动脉粥样硬化的发生［20］。C-C趋化因子受体5为单核细胞募集和动脉粥样硬化启动的重要受体，间歇缺氧可上调单核细胞中C-C趋化因子受体5的表达，从而增强了单核细胞对血管内皮细胞的黏附和趋化作用［21］。激活T细胞是导致炎症介质和黏附分子释放的关键步骤之一，在动脉粥样硬化形成和血管重塑中发挥重要作用，OSA患者Th17细胞分化增加，且与反映动脉粥样硬化进展的指标（颈动脉中内膜厚度）呈正相关，表明Th17细胞可能参与了OSA患者动脉粥样硬化的发展［22］。 3.OSA免疫功能改变与肿瘤：近年来，研究者已经认识到任何与慢性局部或全身炎症相关的疾病都可能与肿瘤的发生发展相关。免疫系统参与癌症过程，包括血管生成、侵袭和转移等。调节性T细胞（Tregs）、骨髓来源抑制细胞（bone marrow derived suppressor cells，MDSC）和肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）已被证实支持大多数癌症的肿瘤进展和生存。 OSA反复夜间低氧血症和局部组织缺氧有助于形成致癌环境：低氧通过稳定低氧诱导因子促进肿瘤血管生成和肿瘤增殖，低氧诱导的免疫调节失调可损害免疫监测系统，有利于肿瘤细胞的逃逸，导致OSA患者肿瘤风险增加。有关研究通过检查OSA患者肿瘤特异性免疫功能发现睡眠呼吸障碍可致机体先天抗肿瘤能力降低，从患有重度OSA的初治患者循环白细胞中提取的基因组测序显示，促肿瘤基因上调，而在大约1个月的CPAP治疗后，这些基因的表达下降［23］。 程序性细胞死亡受体1及其配体（the programmed cell death-1 receptor and its ligand，PD-L1/PD-1）增加可抑制T细胞增殖和效应功能，降低CD8+T细胞的细胞毒活性，增强骨髓源性抑制细胞（MDSC）的增殖，而MDSCs是肿瘤免疫抑制网络中的主要成分之一，从而增加某些肿瘤的发病率，而抗体抑制PD-L1可提高这些肿瘤患者的总体生存率［24］。Huang等［25］发现IH可增加OSA小鼠模型中PD-L1的表达；并引起OSA患者的PD-L1/PD-1升高，导致CD8+T细胞活化程度和细胞毒性降低，增加MDSCs。提示OSA可能增加肿瘤的发病率和侵袭性。 巨噬细胞是肿瘤生物学中的关键效应细胞，也是肿瘤微环境中最丰富的免疫细胞［26］。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）可根据肿瘤微环境分化为肿瘤抑制表型（M1型）和肿瘤促进表型（M2型），肿瘤的进展往往与巨噬细胞的表型从M1型到M2型转变有关［27］。OSA患者在睡眠中表现为血氧饱和度的反复降低，且氧供应的反复波动在高灌注和代谢率增高的组织中更为明显，这种波动可改变TAMs的表型和功能。Almendros等［28］通过研究发现小鼠肺上皮肿瘤暴露于间歇性缺氧后，其生长和侵袭性增强，而这种更具侵袭性的肿瘤表型依赖于TAMs极性从M1向M2的转变。因此，OSA间歇性缺氧对TAMs极性向M2的转变可能引起患者肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭和外渗特性的增强。Campillo等［29］通过对小鼠Lewis肺癌（LLC1）模型的研究，发现暴露于IH可通过TAMs向M2表型的转化加速小鼠肿瘤的进展，而COX-2抑制剂塞来昔布可抑制IH诱导的M2极化，从而预防了IH诱导的肿瘤不良结局。此外，从使用塞来昔布处理的IH暴露小鼠中分离的TAMs抑制了LLC1幼稚细胞的增殖，提示COX-2信号通路在IH加重的肿瘤进展的过程中发挥重要作用。 不变的自然杀伤T细胞（iNKT）是强大的免疫调节细胞，体外和动物模型的研究已证实iNKT细胞具有预防肿瘤、对抗现有肿瘤以及直接裂解肿瘤细胞的作用。循环iNKT细胞的数量和功能在肿瘤患者中降低，恢复iNKT细胞数量和功能的治疗策略在肿瘤免疫治疗中有重要前景。一系列的体外模型试验提示缺氧可致iNKT细胞毒性降低、细胞存活率降低、干扰素分泌受损，从而导致iNKT细胞裂解肿瘤细胞的能力下降。研究发现，重度OSA患者的循环iNKT细胞显著减少且与OSA严重程度相关，且与肥胖的混杂效应无关，且这种损伤在一定程度上可以通过CPAP治疗得到纠正［10，30］。由此可以推测重度OSA患者iNKT免疫细胞的减少可能参与这一类人群肿瘤发生发展的过程。 4.OSA免疫功能改变与自身免疫性疾病：Th17是细胞免疫的关键效应细胞，在自身免疫和过敏反应中发挥重要作用。Treg在维持自身免疫耐受和预防器官特异性自身免疫、过敏以及同种异体排斥反应方面发挥关键作用。因此，Th17/Treg平衡可能控制自身免疫和炎症的发展。文献报道促进Th17细胞分化的IL-6和IL-17在OSA患者中显著升高，导致Th17/Treg功能失衡并促进炎性细胞因子微环境的形成（促炎细胞微环境以IL-17和IL-6水平升高和TGF-β1的浓度降低为特征）［31, 32］。国内学者对比OSA患者和健康人，发现OSA组Th17/Treg明显升高，且Th17/Treg与OSA严重程度及血清C反应蛋白水平呈正相关［33］。由此推测，Th17/Treg比值升高可能在OSA患者自身免疫性疾病的发病机制中发挥作用。有学者认为，睡眠呼吸暂停可能是自身免疫现象发展的触发因素，睡眠呼吸暂停引起的细胞损伤，可导致高尿酸血症并影响树突状细胞的成熟和抗原提呈，当高尿酸血症达到足够的浓度以尿酸钠的形式沉淀时，T细胞免疫反应被触发。这种细胞损伤和免疫反应长时间内的频繁重复，可致机体免疫耐受性的丧失，从而导致自身免疫性疾病的发展、持续或加重［34］。
三、OSA免疫功能改变可能的机制
睡眠可增强免疫防御，打乱正常的昼夜节律和睡眠质量降低可影响免疫系统并增加感染性和炎症性疾病发生的风险。睡眠不足可引起炎症和免疫变化，炎症和免疫反应所释放的细胞因子是一类重要的免疫调节剂，OSA患者通常以炎性细胞因子浓度升高为特征［35］。OSA的间歇性缺氧可激活许多信号通路，这些通路涉及氧感、氧化应激、代谢、儿茶酚胺合成和免疫应答，随着时间的推移，这些过程的累积会破坏细胞完整性，导致其功能下降、细胞损伤和细胞死亡［36］。OSA患者IH及复氧过程可产生大量氧自由基，还可造成细胞内ATP水平下降、破坏钙稳态，使花生四烯酸代谢产物前列腺素E2、抗炎性因子、一氧化氮产生增加，从而造成免疫器官及免疫细胞功能受损［37］。
四、结语
目前已有部分的国内外研究表明OSA存在免疫功能改变，包括单核巨噬系统及T、B细胞等的功能和数量变化，可致一系列疾病如感染、动脉粥样硬化、肿瘤及自身免疫性疾病等疾病发生率的增高，夜间CPAP治疗可能会改善OSA免疫功能的变化从而降低OSA相关共病发生的风险。但目前关于OSA免疫功能的研究尚处于探索阶段，且研究结果缺乏一致性，未来还需要大量的体内外临床研究来进一步证实OSA的免疫功能改变及其相关机制以及OSA免疫功能改变与OSA相关共病的关系。
参考文献（略）
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