IgE在过敏性疾病中的作用及靶向治疗

罗阳，姚煦

免疫球蛋白E(IgE)相关的过敏性疾病影响大约30%的世界人口。症状可能从相对轻微，如鼻结膜炎，到潜在威胁生命，如哮喘或过敏反应。IgE在变态反应性疾病的发展和维持中起着关键作用。已有研究表明，循环中长期去除IgE很难实现。通过免疫吸附去除血清的IgE后，IgE水平下降是暂时的，即使在没有外源性过敏原刺激的情况下，IgE水平也会在一周内恢复到基线水平。表明尽管IgE丰度较低，但仍在不断产生IgE，以维持血液中的IgE水平。人类产生IgE的细胞尚未完全表征，现有技术很难捕获IgE产生细胞，并且很难与携带IgE受体的细胞区分开来。IgE在介导过敏性疾病中的核心作用使其成为开发新的治疗方法的重要和有吸引力的靶点。本文介绍过敏反应患者IgE产生和作用机制，以及针对IgE的一些治疗方法，为临床更好地理解和诊治过敏性疾病提供理论依据。

1 IgE特征

IgE是1966年发现的一类Ig，相对分子质量为160 000，是体内丰度最低的免疫球蛋白亚型，仅占血清总Ig的0.002%[1]。IgE表达水平受到严格调控。健康人游离血清IgE浓度约为50～200 ng/mL，而其他免疫球蛋白同种类型的浓度约为1～10 μg/mL。IgE的寿命非常短暂，血浆中游离的IgE活性只有1 d，但结合到FcεRI上的IgE能维持数周到1个月的时间，并且IgE与FcεRI的结合能够增加FcεRI受体的表达水平。在IgE存在的情况下，抗原提呈效率可提高100～1 000倍[2-3]。综上所述，血清IgE的低稳态水平和IgE反应的暂时性可能有助于最大限度地减少 IgE 的交叉反应，避免引发过度反应。

2 IgE受体

IgE与组织和循环中免疫细胞上的IgE受体结合。IgE有两种受体：高亲和力Fc受体(FcεRI)和低亲和力Fc受体(FcεRII，又称CD23)。FcεRI是一种多聚体蛋白，以αβγ2四聚体或αγ2三聚体的形式存在[4]。四聚体结构的FcεRI，主要表达于肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面，介导I型变态反应。小鼠体内只有四聚体结构的FcεRI。人类还具有三聚体结构的FcεRI，表达于APCs(Antigen-presenting cells, APC)如巨噬/单核细胞、DCs等表面，具有抗原提呈作用。α亚基包含胞外区和穿膜区。胞外区α亚基是触发过敏反应的关键部位，去除α亚基的小鼠因不能完整表达FcεRI而不会发生IgE介导的过敏反应。α亚基是由具有单一的免疫受体酪氨酸活化基序(immunoreeeptor tyrosine，Based activation motif，ITAM)的四次跨膜结构域组成，ITAM对于接受免疫受体信号是必不可少的，它能够在IgE与受体交联后使酪氨酸磷酸化。γ链是一个仅一次穿膜的简单结构，胞外由二硫键连接两个γ亚基，其各有一个穿膜区，胞内区也具有ITAM基序[5-6]。

与FcεRI或任何Fcγ受体不同，CD23是一种Ⅱ型跨膜蛋白(N端在细胞内)，具有IgE结合的C型凝集素结构域，是唯一不属于免疫球蛋白超家族成员的免疫球蛋白受体。CD23表达于多种细胞，包括单核细胞、树突状细胞、朗格汉斯细胞、嗜酸性粒细胞以及胃肠和呼吸道上皮细胞[5-6]。人体中的CD23除了作为IgE的受体外，还与第二个配体-B细胞表面分子CD21结合[7-8]。APC上表达的CD23能够促进抗原-IgE复合物的摄取，以处理和提呈给T细胞。肠上皮细胞表面CD23介导食物过敏原-IgE复合物从肠腔到黏膜的转运[9]。过量表达CD23的转基因小鼠可抑制IgE应答[10]。相反，CD23缺陷小鼠在免疫后具有更高和更持久的特异性IgE效价[11]。

3 IgE产生

IgE的产生经历基因重组和类别转换。过敏原特异性的IgM和IgD B细胞在识别其同源抗原后被激活，随后将抗原信息提呈给T细胞，活化的TH2细胞产生IL-4和IL-13，促进B细胞向IgE的类别转换[2]。IgE有两条主要的免疫球蛋白类型转换途径：从IgM到IgE的直接途径，和从IgM到IgG1中间体再到IgE的顺序途径。当机体暴露于季节性过敏原时，只有已建立的过敏原特异性记忆被激活，这一结果支持了直接类别转换的假说，并表明再次接触变应原可以激发已存在的IgE+记忆B细胞[12]。也有证据表明人类存在顺序类别转换。在鼻黏膜外植体上清液中观察到sγ开关圈的存在。过敏症患者血液中IgH谱系的分析表明，IgE细胞也可能来源于突变的IgG1表达细胞的同种异型转换[13-14]。

即使没有过敏原的刺激，人体内的过敏原特异性IgE记忆也可以持续几年甚至几十年。同时，季节性过敏原暴露可诱导过敏原特异性IgE水平迅速升高，并提高总IgE水平。这些研究表明人体内IgE水平可能由两种不同的机制维持：一种是在没有过敏原刺激的情况下持续产生IgE以维持IgE水平，也许是长寿的浆细胞。另一种是通过过敏原暴露诱导IgE产生。这一假设得到了两个观察结果的支持。首先，观察到使用免疫置换从血浆中耗尽IgE后，IgE水平的降低只是暂时的，即使在没有过敏原暴露的情况下，IgE水平也会迅速恢复到治疗前的水平，表明存在持续的IgE产生[15]。这种IgE水平如何维持的机制尚不完全清楚。其次，经呼吸道黏膜暴露的季节性变应原可导致过敏原特异性IgE水平迅速增加，同时也观察到了过敏原特异性T细胞增殖的增加[16]。

总之，尽管IgE的半衰期很短，但存在持续产生IgE的机制，很可能是由长寿的浆细胞以及对过敏原作出快速反应的记忆细胞产生的IgE，这有助于维持过敏患者的过敏原特异性IgE水平。

4 IgE产生细胞

体内IgE产生和调节的研究一直很困难，一个原因是IgE B细胞和IgE浆细胞在可获取的人体组织(如血液、鼻黏膜或扁桃体)中很少，另一个原因是很难特异性识别IgE B细胞，因为血清IgE与所有B细胞表面的FcεRII结合[17-18]。大多数人类IgE产生机制的研究都使用了外周血单个核细胞(PBMCs)或扁桃体来源的B细胞[19-21]。在过敏患者的血液中观察到产生IgE的血浆细胞和IgE+记忆细胞，但数量很少，其产生的IgE仅占血清总IgE的约0.2%[22]。因此，大多数产生IgE的细胞和IgE记忆细胞被认为驻留在其他地方。例如，人类B记忆细胞不仅存在于骨髓中，而且还存在于其他淋巴器官中，如脾脏和扁桃体。在鼻黏膜接触空气过敏原的部位，观察到IgE阳性B和浆细胞的数量增加[23]。此外，腺样体和扁桃体中也发现含有IgE+细胞，并产生IgE。在过敏性和哮喘患者的痰和肺中也检测到IgE转录本和抗体[24-25]。到目前为止，在不同的淋巴部位发现IgE的产生，但仍无法解释过敏这些区域中IgE的产生是过敏反应的持续还是从头开始。因此推测，过敏原暴露部位的淋巴组织(如鼻黏膜，肠黏膜)含有IgE+记忆细胞，这些细胞可以被激活，而骨髓中的浆细胞可能负责持续产生IgE。

5 IgE在变态反应中的作用机制

IgE的生物学功能是由过敏原与免疫细胞上的IgE受体相互作用介导的。IgE在过敏性免疫反应的早期和晚期都起重要作用。

5.1 IgE激活的肥大细胞和嗜碱性粒细胞对变应性炎症和TH2反应的辅助作用

在过敏反应的早期阶段主要参与者是嗜碱性粒细胞和肥大细胞。这些细胞都含有预先形成的细胞内颗粒，在FcεRI被过敏原-IgE交联后，而迅速从细胞膜中排出，导致脱颗粒以及组胺等介质释放，介导I型变态反应。嗜碱性粒细胞和肥大细胞被激活后产生的IL-4可以促进TH2型细胞反应[4]。除了促进TH2反应外，IgE激活的肥大细胞抑制了调节性T(Treg)细胞的生成，并促使Treg向TH2或TH17方向极化。肥大细胞激活后产生的细胞因子中IL-1，IL-4，IL-6和TNF-α抑制Treg细胞的发育和功能[26-27]。

5.2 FcεRI和CD23是APC识别过敏原和功能活化的重要受体

过敏原特异性T细胞的激活在变态反应的发展中起着重要作用，特别是在变态反应的后期阶段[28]。T细胞激活产生Th2型细胞因子，如IL-4、IL-13和IL-5，这些细胞因子可以促使嗜酸性粒细胞募集到过敏性炎症组织中。FcεRI和CD23均在APC上表达，可促进与IgE结合的过敏原的摄取。FcεRI的三聚体形式(αγ2)也表达在单核细胞以及常规和浆细胞样DC上。过敏性疾病发作期间，特应性皮炎患者皮肤中DC和Langerhans细胞上的FcεRI明显上调[29]。 培养的单核细胞和DC中的FcεRI信号传导可激活NF-κB途径并产生促炎性介质，包括TNF-α，IL-6和CCL-28[4, 30]。体外研究还发现FcεRI交联引起抗炎因子，包括IL-10和吲哚胺2，3-二加氧酶的产生，并抑制T细胞增殖[31-32]。

CD23主要表达在静息状态下的幼稚IgD+B细胞表面。当IgE-过敏原复合物与CD23结合时，这些复合物被内吞和加工，进一步将过敏原衍生的多肽装载在MHC II上，被特定的T细胞识别[33]。或者，携带CD23的原代B细胞将IgE-变应原复合物转移到树突状细胞，经进一步处理后将变应原衍生肽呈递给T细胞。IgE-抗原复合物是诱导T细胞活化的非常有效的过程，在体外触发T细胞活化所需的过敏原与特异性IgE复合的量比单纯的过敏原少100～1 000倍[34]。此外，CD23介导的过敏原特异性T细胞活化伴随着促炎细胞因子的释放。用特异性抗CD23抗体，Lumiliximab阻断过敏原刺激的PBMCs中的CD23，过敏原特异性T细胞活化降低50%[35]。

6 IgE临床检测

IgE在过敏性疾病的发展中起着关键作用，检测IgE水平有助于临床医生对患者病因进行鉴别诊断和治疗评估。IgE检测包括血清总IgE检测和过敏原特异性IgE检测。目前常用的检测方法有放射过敏原吸附、荧光免疫分析、 酶联免疫吸附实验等，其中免疫CAP系统检测方法是应用最广泛的变应原定量体外检测系统。有研究报道，过敏性鼻炎患者血清总IgE升高所占比高达66%，支气管哮喘患者总IgE升高率达53%[36]。此外，过敏原特异性IgE检测是临床诊断IgE 型食物过敏常用方法，其浓度水平与此类食物过敏发生风险呈正相关[37]。IgE的临床检测仅限于游离血清/血浆IgE，这忽略了细胞结合的IgE，或许这也是许多过敏患者血清IgE水平正常的原因。因此检测血清IgE浓度并不能准确地反映全身IgE的水平。有研究将细胞结合的IgE通过乳酸法解离出来，Elisa方法检测外周血总IgE(细胞结合IgE+血浆IgE)水平，90%的患者可以检测到高水平的IgE[38]。因此，使用外周血总IgE进行过敏诊断或许是未来更为精准的一种总IgE检测方法。

7 靶向IgE治疗

IgE在介导过敏性疾病中的核心作用使其成为开发新的治疗方法的重要和有吸引力的靶点。第一代IgE抗体的作用机制是中和体内游离的IgE。Omalizumab是第一个获得许可的针对IgE的人源化单克隆抗体，用于治疗严重哮喘以及荨麻疹。在给药2 h内将游离IgE水平降低99%，并在3个月内降低人类嗜碱性细胞反应性[39]。它也可能在体外抑制B细胞的IgE合成。第二代IgE抗体的作用机制是抑制B细胞产生IgE抗体。Quilizumab主要结合细胞膜IgE上的M1结构域，结合之后通过细胞凋亡和ADCC去除相关表达细胞膜IgE的细胞，从而间接降低IgE血浆细胞和游离的IgE。也就是说Quilizumab主要是抑制IgE生成，却无中和IgE的能力，因此无法迅速清除引发过敏的IgE。一项对500多例过敏性哮喘患者进行的大型临床试验显示，在36周的治疗中，哮喘的恶化没有减少。该抗体终止于哮喘临床二期[40]。第三代IgE抗体UB-221既可以作用于IgE免疫球蛋白的Cε3 结构域而中和IgE，也可通过与B细胞表面的CD23(FcεRII)受体上的IgE结合而阻断IgE的生成，目前获得FDA批准进行中重度慢性自发性荨麻疹(CSU)的I期临床研究[41]。综上，针对IgE的治疗方法目前主要有两种方法：一是靶向抗体本身；二是消除产生IgE的细胞，从来源上抑制IgE的产生。

综上，虽然IgE是免疫球蛋白中含量最少的一类，半衰期极短，但它在过敏性疾病中起着核心作用。过敏原特异性IgE的产生由两种模式组成：一种是连续模式，即使在没有过敏原刺激的情况下也能保持IgE水平；另一种是反应性模式，即在外源性过敏原刺激后IgE产量增加。在过敏患者中，这两种IgE产生模式所涉及的IgE产生细胞的确切位置和性质尚不清楚。此外，在过敏性疾病中B细胞分化途径,IgE+记忆细胞的性质和位置、长寿命IgE浆细胞的产生机制仍不清楚。然而，由于在介导过敏早期和晚期的中心作用，游离IgE、IgE携带效应细胞和IgE产生细胞是重要的治疗靶点。未来随着对IgE产生和参与过敏反应机制的进一步研究，抗IgE疗法将会越来越多，这也有助于通过掌握IgE轴调节过敏性疾病。