《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》：IL-5 promotes airway remodeling in asthma by mediating epithelial-mesenchymal transition via the AKT/NLRP3 pathway
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本研究通过建立慢性哮喘模型，探究不同剂量和时间下抗IL-5单抗对气道重塑及上皮-间质转化（EMT）的影响。结果显示，早期低剂量单抗显著改善大、小气道功能及AHR，抑制AKT/NLRP3通路介导的EMT，而晚期高剂量效果较弱。结论强调早期干预的重要性。
赵雷|林燕梅|窦茂森|苏航|韩雷|吴继飞|卢一伟|鲍五平|张敏
上海交通大学医学院附属上海通用医院呼吸与重症医学科，中国上海
摘要
背景
气道重塑是导致气流受限的关键因素，与哮喘的严重程度和进展密切相关。嗜酸性粒细胞炎症在驱动气道重塑过程中起着重要作用。
目的
研究不同治疗时间和剂量的抗IL-5单克隆抗体（mAb）对气道重塑的影响，并探讨与上皮-间充质转化（EMT）相关的分子机制。
方法
通过8周的卵白蛋白暴露建立慢性哮喘模型。分别以高剂量（60 mg/kg）和低剂量（20 mg/kg）的抗IL-5 mAb进行治疗，治疗时间为4周（早期治疗）或1周（晚期治疗），以评估其对肺功能、气道高反应性（AHR）和重塑的影响。使用IL-5刺激Beas-2B细胞。通过RNA测序、分子对接和共免疫沉淀等技术分析潜在的信号通路。
结果
卵白蛋白暴露损害了肺功能，引发了嗜酸性粒细胞炎症和AHR，并伴有胶原蛋白沉积及EMT，表明发生了气道重塑。早期低剂量抗IL-5 mAb治疗显著改善了大气道和小气道的功能及AHR，同时减轻了EMT和重塑。晚期低/高剂量治疗也改善了AHR，但仅高剂量改善了小气道功能，对大气道功能的改善效果不明显，且重塑改善程度低于早期低剂量治疗。体外实验显示，IL-5下调了E-钙黏蛋白并上调了N-钙黏蛋白，同时增加了AKT的磷酸化。AKT与NLRP3相互作用介导IL-5诱导的EMT，这一过程可被MK2206（AKT抑制剂）和MCC950（NLRP3抑制剂）阻断。早期低/高剂量的抗IL-5 mAb抑制了AKT和NLRP3的激活，但在晚期治疗中的效果减弱。
结论
抗IL-5 mAb能够逆转气道重塑，其中早期低剂量治疗效果优于晚期高剂量治疗。它还能更好地恢复大气道功能，并在小气道功能方面与晚期高剂量治疗效果相当。从机制上看，IL-5通过AKT/NLRP3信号通路促进EMT，而早期抗IL-5 mAb治疗能有效抑制这一过程。
引言
哮喘是一种慢性炎症性气道疾病，其特征是气道炎症、重塑和气道高反应性（AHR）。气道重塑是一种关键的病理过程，涉及基底膜增厚、胶原蛋白沉积和平滑肌增生等特定结构变化，是由上皮损伤、慢性炎症和平滑肌功能障碍共同作用的结果[1]。上皮损伤是主要诱因，直接促进成纤维细胞增殖和细胞外基质（ECM）沉积，最终导致气道重塑和不可逆的气流受限[2][3]。值得注意的是，即使在轻度哮喘中也会出现气道重塑，并且随着疾病进展而加重[4][5]。嗜酸性粒细胞型哮喘占重度哮喘的76.8%–83.4%[6]，表现为明显的上皮损伤、胶原蛋白积累、基底膜增厚以及气道弹性降低，从而导致固定的气流阻塞和治疗反应性降低[7][8]。这种由上皮损伤驱动的级联反应是慢性嗜酸性粒细胞哮喘的病理基础。
上皮-间充质转化（EMT）促进了气道重塑[9][10]。在持续刺激或损伤下，气道上皮会失去极性并获得间充质特性，包括迁移能力增强和ECM生成增加（如胶原蛋白），导致气道壁纤维化，其特征是N-钙黏蛋白和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达增加，而E-钙黏蛋白表达减少。抑制EMT可能有助于减轻气道重塑。关于肾脏和肝脏纤维化的研究表明，过度的PI3K/AKT通路激活与EMT密切相关[11][12]。阻断PI3K/AKT信号通路可显著减轻EMT并改善这些组织的结构和功能[13]。然而，PI3K/AKT介导的EMT是否也参与了哮喘中的气道重塑尚不清楚。
针对IL-5信号通路的治疗策略已成为治疗重度嗜酸性粒细胞哮喘的方法之一。IL-5是一种关键细胞因子，通过与受体IL-5Rα结合来调节嗜酸性粒细胞的分化、成熟和存活[14]，并通过MMPs释放和Tgf-β/Smad通路激活促进气道炎症和重塑[15]。除了嗜酸性粒细胞外，IL-5还与气道上皮上的IL-5Rα结合，增加细胞内AKT的磷酸化并促进上皮损伤[16]。抗IL-5单克隆抗体（mAb）可阻断IL-5/IL-5R的相互作用，从而减轻嗜酸性粒细胞炎症、改善肺功能并降低病情加重率[17]。但目前尚不清楚抗IL-5 mAb是否也能通过抑制IL-5/IL-5R相互作用来影响气道上皮。最近的研究表明，一年的抗IL-5 mAb治疗可显著减轻重度嗜酸性粒细胞哮喘中的上皮损伤和气道平滑肌肥大，表明气道重塑得到改善[18]。然而，抗IL-5 mAb是否通过抑制EMT来减轻重塑，以及干预时机（早期 vs. 晚期）或剂量如何影响EMT/重塑结果仍不清楚。
因此，我们通过8周的卵白蛋白（OVA）致敏/激发建立了慢性嗜酸性粒细胞哮喘模型。分别以高剂量（60 mg/kg）和低剂量（20 mg/kg）的抗IL-5 mAb进行治疗，治疗时间为4周（早期治疗）或1周（晚期治疗），以确定减轻气道重塑和EMT的最佳剂量和时机。此外，对IL-5刺激的Beas-2B支气管上皮细胞进行RNA测序（RNA-Seq），发现AKT信号通路与EMT相关。通过小分子抑制剂（MK2206和MCC950）、分子对接和共免疫沉淀（Co-IP）技术研究了AKT及其在EMT和气道重塑中的分子作用。
细胞培养和处理
人支气管上皮细胞系Beas-2B购自Fuheng Biology（中国上海），并在含有10%胎牛血清（S1001–500 BIOAGRIO，上海公司）、100 U/mL青霉素和100 μg/mL链霉素（C100C8，NCM Biotech，苏州公司）的Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM；Gibco，美国加利福尼亚州卡尔斯巴德）中培养。重组人IL-5购自PeproTech（200–05，美国新泽西州罗基山）。
早期低剂量抗IL-5 mAb治疗可改善慢性嗜酸性粒细胞哮喘小鼠的AHR和肺功能
通过8周的卵白蛋白暴露建立慢性嗜酸性粒细胞哮喘模型，分别以高剂量（60 mg/kg）和低剂量（20 mg/kg）的抗IL-5 mAb进行治疗，治疗时间为4周（早期治疗）或1周（晚期治疗）（图1a）。与对照组相比，OVA处理的小鼠表现出明显的大气道和小气道功能受损，表现为FEV25/FVC、MMEF、FEF50和FEF75值降低（图1b-e）。OVA组的LogPC100值也降低，表明存在AHR
讨论
本研究首次证明抗IL-5 mAb显著改善了慢性嗜酸性粒细胞哮喘患者的大气道和小气道功能障碍及重塑。早期低剂量抗IL-5 mAb在恢复大气道功能和减少重塑方面比晚期低/高剂量治疗更有效，同时在小气道功能改善方面与晚期高剂量治疗相当。值得注意的是，即使在低剂量下，早期抗IL-5 mAb也能更有效地逆转EMT和气道重塑。
结论
本研究表明，抗IL-5 mAb可以逆转哮喘中的气道重塑，早期低剂量治疗在结构恢复方面优于晚期高剂量治疗。虽然晚期高剂量治疗也能减轻重塑，但早期低剂量治疗在大气道功能方面的改善效果优于晚期低剂量和高剂量治疗，在小气道功能方面效果相当。从机制上看，IL-5通过AKT/NLRP3信号通路促进EMT，而早期抗IL-5 mAb治疗能有效抑制这一过程。
伦理、参与同意和发表声明
不适用。
CRediT作者贡献声明
赵雷：撰写——原始稿件、可视化、方法学、概念构思。
林燕梅：撰写——原始稿件、方法学。
窦茂森：撰写——原始稿件、方法学。
苏航：可视化、软件处理。
韩雷：可视化、方法学。
吴继飞：方法学。
卢一伟：软件处理。
鲍五平：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集、概念构思。
张敏：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集。
资金来源
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82270027）、非传染性疾病国家科技重大专项（项目编号2024ZD0529900）、上海市科学技术委员会资助的科技创新计划（项目编号22ZR1449600）、广东省中南山医学基金会（项目编号ZNSXS-20240002）以及特殊人才项目（项目编号02.06.01.21.13）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。
