《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》:Animal models of fungus-related allergic airway disease: exposures, readouts, mechanisms, and translational gaps
真菌致敏是重症哮喘及相关气道疾病的主要危险因素,其临床表型涵盖单纯致敏至变应性支气管肺曲霉病(ABPA)。为覆盖这一谱系,学界提出了变应性真菌气道疾病(AFAD)的概念。动物模型在揭示真菌驱动气道炎症的机制中发挥了核心作用。基于提取物的模型操作简便、重复性好,可凸显上皮报警信号与2型免疫特征,但无法反映慢性感染状态。采用烟曲霉(Aspergillus fumigatus)或链格孢(Alternaria alternata)的孢子模型更贴近人类疾病,可产生混合嗜酸性粒细胞与中性粒细胞炎症、气道高反应性(AHR)及黏液栓形成。采用临床分离株、基因编辑真菌菌株及复合暴露系统(如香烟烟雾联合孢子暴露)的研究进展,进一步通过关联真菌毒力与宿主因素提升了模型的临床相关性。本综述系统总结了现有模型的优势与局限,及其在阐明AFAD发病机制与指导治疗开发中的应用价值。
1 引言真菌致敏是慢性气道疾病日益重要的诱因。烟曲霉、链格孢及其他环境真菌的致敏在重症哮喘患者中十分常见,且与症状控制不佳、急性发作频繁及肺功能加速下降密切相关。该谱系的最严重端为变应性支气管肺曲霉病(ABPA),其特征为免疫球蛋白E(IgE)水平显著升高、反复肺部浸润及支气管扩张。为涵盖这一异质性,学界提出变应性真菌气道疾病(AFAD)概念,描述从单纯致敏到破坏性气道病理改变的连续过程。尽管流行病学与临床研究证据充分,真菌暴露与持续炎症及气道重塑之间的具体机制通路仍未完全阐明。
动物模型推动了该领域的进展。早期实验多采用鼻内给予真菌提取物或培养滤液。此类体系操作简便、重复性好,可稳定诱导以2型免疫为主的炎症,包括嗜酸性粒细胞增多、IgE升高及黏液高分泌,对鉴定上皮来源细胞因子(如IL-33、胸腺基质淋巴生成素[TSLP])作为2型免疫上游介质起到了关键作用。然而,基于提取物的模型缺乏活真菌,无法模拟慢性定植及真菌细胞壁结构的免疫效应。
为弥补上述局限,研究人员开发了活分生孢子暴露模型。反复鼻内或雾化给予烟曲霉或链格孢孢子可诱发混合粒细胞炎症、气道高反应性(AHR)及黏液栓形成,更贴近临床疾病。部分临床分离株(如烟曲霉W72310株)可在小鼠肺部持续存在数周,诱导的复发性炎症与复发型ABPA相似。链格孢的比较研究显示,孢子与滤液并非等效刺激物:滤液主要驱动Th2反应,而孢子还可激活IL-17通路,这或可解释部分患者出现的激素抵抗现象。近期技术进展进一步优化了此类体系。基因编辑真菌菌株(如敲除成孔蛋白的链格孢突变株)证实,上皮细胞膜损伤是变应性致敏的必要条件。其他研究纳入了宿主风险因素,例如将香烟烟雾暴露与烟曲霉孢子结合,模拟慢性阻塞性肺疾病(COPD)中的真菌急性加重。上述方法共同阐释了真菌致病力如何与宿主背景相互作用以决定疾病严重程度。当前真菌过敏模型已涵盖广泛的方法学范围:从侧重上皮报警信号的提取物体系,到重现慢性过程的孢子模型,再到支持毒力因子因果检验的基因定义菌株,以及反映临床合并症的复合暴露模型。各类模型各具优势与局限,共同为解析AFAD机制提供了互补视角。本综述系统梳理现有动物模型,比较其设计与检测指标,评估其在理解疾病发病机制及指导治疗药物开发中的相关性。
2 真菌提取物模型
2.1 模型概述与致敏原理真菌滤液提取物诱导的动物模型最早报道于20世纪90年代,至今仍是最常用的方法之一,可精准复现人类ABPA的核心免疫学特征,产生强烈的Th2免疫反应。真菌粗提物是培养上清与菌丝成分的混合物,组成复杂,包含Asp f 1、Asp f 5、Asp f 13等20余种已知过敏原,以及多种蛋白酶、毒素(包括胶毒素、溶血素)等生物活性分子。其中蛋白酶可直接破坏气道上皮、扰乱黏膜屏障,被视为Th2反应的天然佐剂,推动免疫反应向过敏表型偏移。提取物中丰富的蛋白酶与多糖可能是主要的致敏成分,可激活气道上皮细胞释放IL-33、IL-25及TSLP,进而直接刺激肺组织2型先天淋巴细胞(ILC2s),后者迅速分泌大量2型细胞因子并促进Th2细胞活化,放大炎症反应。
2.2 模型构建的关键参数与优化
2.2.1 实验动物选择推荐选用BALB/c小鼠,因其易发展Th2型免疫反应,适合模拟人类过敏性哮喘与ABPA。相比之下,C57BL/6小鼠相对偏向Th1反应。转基因菌株可用于明确特定分子或通路的功能,例如hβcTg转基因小鼠被用于建立烟曲霉诱导的慢性气道炎症与纤维化模型,该类小鼠对鼠源GM-CSF及IL-5有反应,但对IL-3无反应。另有研究采用囊性纤维化跨膜传导调节因子(CFTR)敲除小鼠联合烟曲霉粗蛋白提取物进行致敏与挑战,成功复现了囊性纤维化患者中的ABPA样免疫病理改变。
2.2.2 暴露途径与方案滤液提取物模型常用腹腔注射与鼻内滴注。腹腔注射可诱导全身致敏,但不一定产生显著的呼吸道症状,因此多用于致敏阶段。鼻内滴注需精细操作以避免窒息,并可能引起嗅球感觉神经元凋亡。除上述方法外,部分研究采用口咽接种烟曲霉菌丝提取物。由于分生孢子不产蛋白酶,萌发孢子尚未形成菌丝,蛋白酶主要由菌丝产生。现有研究表明,鼻内滴注较雾化吸入诱导更强的肺部炎性浸润与细胞因子表达。Mehlhop等人采用鼻内滴注建立了慢性暴露模型,证实即使无IgE参与,仍可出现显著的嗜酸性气道炎症与支气管高反应性。
更新的方案常联合腹腔致敏与鼻内激发,可同时诱导强烈的全身免疫(高IgE水平)与典型的局部肺部病理改变。然而,这些方法并未反映自然的气道真菌气溶胶暴露,因为细胞外与细胞内抗原可能直接释放入悬液,改变了可溶性抗原浓度及真菌颗粒的物理或代谢特性。
2.2.3 真菌菌株选择菌株选择至关重要,决定了滤液提取物的致敏效力。从临床致敏患者或致敏动物分离的菌株制备的提取物,比较验室菌株提取物更易诱导过敏反应。
除烟曲霉外,强效环境过敏原链格孢也被广泛用于构建真菌致敏模型。在链格孢提取物致敏的小鼠模型中,Shi等人利用基因工程菌株证实,成孔蛋白Aeg-S与Aeg-L是驱动2型免疫的关键因素。Geslewitz等人分别采用链格孢滤液与烟曲霉提取物,建立了急性链格孢暴露模型与慢性烟曲霉致敏模型。急性模型采用短期高频暴露,慢性模型采用长期低频暴露(长达12周),以模拟慢性或继发性免疫激活。但该慢性致敏方案使用了佐剂,可能引入非特异性炎症效应。基因工程技术的发展使得更精准地鉴定菌株特异性致敏因子成为可能。Namvar等人分别采用野生型烟曲霉培养滤液(含Asp f 5与Asp f 13蛋白酶)、缺失Asp f 5的Δ5突变株滤液及缺失Asp f 13的Δ13突变株滤液构建模型,分析显示Asp f 5与Asp f 13(尤其是Asp f 13)是招募气道炎症细胞与介导重塑的关键介质,但并非AHR或Th2细胞因子产生的必需因子。值得注意的是,该研究致敏过程中未使用佐剂。
2.3 模型诱导的疾病表型与孢子模型相比,滤液提取物模型表现出更强的致病性。即使无外源性佐剂,无论初次免疫途径如何,均可发生强烈致敏。提取物中的毒素与酶(包括蛋白酶)可能作为天然佐剂,通过破坏气道上皮,使通常被排除的抗原绕过黏膜屏障。
此类模型一致诱导以IL-4、IL-5、IL-13高表达为特征的Th2型细胞因子反应,同时导致嗜酸性粒细胞聚集、血清总IgE升高、烟曲霉特异性IgE/IgG水平上升及AHR。在病理层面,滤液提取物模型可复现ABPA的关键特征,包括肺部嗜酸性炎症、黏液高分泌、气道重塑及纤维化。
2.3.1 与孢子模型的表型比较成年与新生小鼠模型的比较显示,滤液与孢子暴露均可升高AHR,但潜在免疫反应存在差异。滤液模型以嗜酸性粒细胞增多与抗体反应为主,孢子模型则诱导混合中性粒细胞-嗜酸性粒细胞炎症并可激活Th17反应。孢子暴露可使两个年龄组的AHR均显著升高。成年小鼠的淋巴细胞与IgG1水平高于新生小鼠,提示未成熟的新生儿免疫可能增加对过敏性哮喘的易感性。嗜酸性粒细胞计数与IgE水平在两个模型中相近,表明尽管滤液暴露可强烈诱导Th2反应,但无法引发孢子触发的Th17与中性粒细胞组分。Castanhinha等人的研究结果表明,新生小鼠模型可有效模拟儿童真菌致敏。
2.3.2 在其他真菌相关气道疾病建模中的应用Mulligan等人采用BALB/c野生型与补体C3a受体(C3aR)敲除小鼠(8周龄),建立了烟曲霉诱导的慢性鼻鼻窦炎(CRS)模型。经腹腔致敏联合鼻内激发后,模型复现了伴鼻息肉CRS(CRSwNP)的关键特征,包括局部补体激活、2型炎症及息肉样病变。
2.4 模型的优势与局限当前AFAD研究的核心问题之一是区分短暂真菌致敏与持续定植驱动的疾病迁延。本节所述的滤液提取物模型是典型的前者模型。该模型的优势包括:第一,如前所述,操作简便、重复性高,应用最为广泛,可精准复现人类AFAD的核心免疫学特征,包括强烈的Th2免疫反应、嗜酸性粒细胞聚集、血清IgE升高及气道高反应性。第二,可在无活真菌感染干扰的情况下研究上皮2型信号通路的早期事件,其中蛋白酶激活上皮细胞释放IL-33、IL-25及TSLP,进而刺激ILC2s,这一从上皮报警素到ILC2激活的通路是真菌诱导过敏性炎症的关键起始事件。第三,部分研究表明该模型无需外源性佐剂即可产生强烈致敏,因为真菌蛋白酶可作为天然佐剂,因此在某种程度上避免了氢氧化铝等外源性佐剂引入的混杂效应,可更直接地评估真菌成分驱动的过敏反应。
尽管滤液提取物模型可强力诱导致敏,但其成分异质性使得难以确定具有免疫原性的活性分子。制备条件(如温度、提取时长、培养基成分)会引入变异,反复冻融可能导致蛋白酶失活、变性并增加非特异性炎症的可能性。鼻内滴注、腹腔注射及麻醉深度波动也可导致给药剂量不一致,凸显了对更精准递送方式的需求。滤液提取物模型未能完全复现人类自然暴露(通过吸入干燥真菌气溶胶),即便如此,该类模型可实现无创、可重复的操作,并避免佐剂的混杂效应。然而,由于其强致敏能力,可能将动物推向更接近侵袭性肺曲霉病的侵袭性肺部病理改变,这可能反映了提取物本身固有的高侵袭潜能。
2.5 展望与未来方向未来一个潜在的策略是先使用滤液提取物破坏上皮屏障,再使用侵袭性较弱的分生孢子进行致敏。例如,用黄枝孢霉蛋白酶提取物致敏可显著增强随后暴露于活孢子小鼠的过敏性气道炎症。
3 活孢子吸入模型
3.1 概述与基本原理除提取物体系外,活孢子吸入模型也被广泛应用。该类模型通过鼻内滴注或雾化吸入将活的真菌分生孢子递送至呼吸道,直接模拟人类真菌致敏诱导的哮喘。其核心原理是反复向气道递送具有生物活性的活分生孢子。该方法的主要优势在于与自然吸入暴露高度相似,可复现短暂气道定植、持续抗原释放及宿主与真菌的动态相互作用,涵盖致敏、慢性气道炎症及相关生理变化的完整过程。因此,活孢子吸入模型被视为研究真菌相关过敏性哮喘(尤其是慢性疾病)的金标准。
3.2 关键技术参数与模型构建
3.2.1 真菌种类选择与临床相关性真菌种类的选择对构建致敏模型至关重要。烟曲霉因与人类过敏性哮喘(尤其是重症及真菌致敏型哮喘)的强相关性而成为最具临床相关性的物种。例如,从ABPA患者痰液中分离的临床株烟曲霉W72310,可在免疫健全小鼠肺部以分生孢子形式持续存在长达21天,提供持续的抗原刺激,模拟慢性ABPA。黑曲霉也被用于诱导气道真菌感染及哮喘样病理改变。枝孢霉与链格孢被确认为人类呼吸道过敏原,不会引起肺部定植或侵袭性感染,实验安全性更高,适用于过敏性哮喘模型。多数研究采用实验室菌株,如烟曲霉ATCC 13073,这些菌株在马铃薯葡萄糖琼脂或沙氏葡萄糖琼脂等固体培养基上培养,收集的分生孢子用含表面活性剂的PBS冲洗并过滤去除菌丝片段,获得纯净活分生孢子悬液用于动物实验。
3.2.2 使用活孢子的核心原理与必要性孢子活力是启动过敏反应的关键。活的干燥分生孢子保留了表面病原相关分子模式(PAMPs)的自然构象与生物活性。Nayak等人的工作表明,只有活孢子可诱导典型过敏性炎症。一个关键决定因素是萌发过程中β-葡聚糖的暴露,其被Dectin-1识别并触发蛋白酶分泌级联及阶段特异性过敏原释放,通过上皮-免疫细胞相互作用及代谢或细胞器应激加剧炎症。Lea Pylkk?nen等人的体外研究证实,活孢子可特异性激活巨噬细胞等先天免疫细胞,启动促炎细胞因子与趋化因子的产生。Rivera等人进一步表明,活孢子可在小鼠肺部诱导强烈的Th1反应与IgG抗体产生,而热灭活孢子则引发偏向Th2的反应,且无法产生有效的IgG。因此,活孢子更准确地捕捉了自然感染与致敏过程中的免疫谱,代表了具有生理学相关性的暴露材料。在萌发过程中,新抗原(如菌丝蛋白)与PAMPs(如β-葡聚糖)得以暴露,同时蛋白酶释放,共同促进有效致敏。这些发现表明,“孢子活性”是驱动变应性致敏的独立关键因素。
重要的是,真菌活力不仅是致敏的前提,更从根本上决定了免疫反应的极化方向。与活孢子模型呈现的混合免疫表型形成鲜明对比的是,灭活血孢子或真菌提取物的短暂暴露通常仅引发Th2主导的经典过敏反应,IL-17或IL-22分泌极少,这是由于缺乏萌发过程中的动态PAMP暴露(如β-葡聚糖)以及伴随的蛋白酶与代谢活动。相反,活孢子萌发期间暴露的β-葡聚糖被Dectin-1识别,特异性促进Th17分化及IL-17/IL-22分泌,从而将免疫表型从单纯的Th2转变为混合Th2/Th17模式。因此,真菌活力构成了决定这些模型免疫内型的核心开关。这一补充从机制层面阐明了“真菌活力作为免疫内型核心开关”的概念。
3.2.3 关键模型参数的确定与优化对于致敏研究,常使用“静息孢子”模拟自然吸入的过敏原,以研究致敏的早期机制。相比之下,“预肿胀孢子”是将孢子在37°C培养液中孵育数小时获得的预萌发状态,其特征为吸水、细胞壁重塑及甲壳质等免疫原性成分暴露,可产生更强的免疫刺激,适用于研究免疫调节或炎症加重。
动物品系的选择应与研究目标匹配。BALB/c小鼠偏向Th2反应,适合过敏性哮喘模型。C57BL/6小鼠表现出更强的Th17倾向,适用于研究中粒细胞炎症。然而品系选择并非绝对。Samarasinghe、Zeng等人的研究表明,当致敏与挑战方案足够强时,C57BL/6小鼠也可诱导出典型的Th2型哮喘表型,说明模型设计(包括品系与攻击剂的选择)对实验结果影响显著。转基因品系(如人源化βc受体小鼠或Stat6敲除小鼠)可用于分析特定分子通路及评估治疗策略。年龄也具有相关性:Daines等人分别采用5周龄与7日龄小鼠模拟成年与新生儿生命阶段,以验证年龄依赖性致敏。
暴露途径包括鼻内滴注与雾化吸入。鼻内滴注操作简便。雾化吸入使麻醉小鼠在专用舱内暴露于气雾化活孢子,肺部分布更均匀,更贴近自然暴露。Cook等人采用鼻内滴注建立了重复低剂量烟曲霉暴露模型,产生了混合2型与17型炎症,类似于重症哮喘。Ellis与Steele等人采用单次高剂量气管内递送联合重复低剂量挑战,建立了慢性真菌哮喘模型。吸入剂量的标准化可通过控制气流(2 psi)与暴露时长(10分钟)实现。典型剂量范围为每次暴露104至107个孢子。暴露频率与持续时间取决于研究目的:急性模型采用短期高频给药,慢性模型采用长期低频暴露(4-12周)以研究气道重塑。
部分方案采用全身致敏后局部挑战的两阶段策略。动物首先用抗原提取物联合佐剂(如卵清蛋白或可溶性烟曲霉抗原)致敏,再用活孢子挑战,以模拟从致敏到疾病的进展。然而,Denis与Zeng的工作表明,仅长期暴露于天然霉菌孢子,无需任何佐剂或预先致敏,即可打破耐受并诱导完整的哮喘表型。这种非预致敏方法更贴近人类的慢性真菌暴露。
3.3 模型诱导的疾病表型特征
3.3.1 气道炎症与免疫反应活孢子吸入模型的一个标志性特征是气道混合粒细胞浸润,支气管肺泡灌洗液(BALF)中嗜酸性粒细胞、淋巴细胞、巨噬细胞及中性粒细胞显著增加,其中嗜酸性粒细胞可占总BAL细胞的75%。相应地,适应性免疫系统表现为Th2与Th17的同时激活:肺内Th2与Th17淋巴细胞亚群均聚集,其细胞因子(包括IL-5、IL-13及TGF-β)升高,而干扰素-γ(IFN-γ)通常变化不大。值得注意的是,Jones等人报道,在再次激发期间,炎症反应进一步增强,并伴有Th1型(IFN-γ)与Th2型细胞因子的同步升高,凸显了所诱导免疫网络的复杂性。
3.3.2 免疫球蛋白反应在体液免疫方面,模型动物表现出真菌致敏的标志,包括血清总IgE大幅升高及真菌特异性IgE与IgG1水平上升,为过敏性哮喘提供了必要的免疫学证据。
3.3.3 肺功能与气道病理改变在功能与结构层面,动物表现出显著的AHR及典型气道重塑。重塑特征包括杯状细胞增生或化生伴黏液产生增加、上皮下胶原沉积及平滑肌增厚。AHR的严重程度通常与这些结构异常的程度相关。组织学检查常在肺组织中观察到萌发的孢子与菌丝,慢性模型可能出现三级淋巴结构与纤维化病变。例如,Denis等人建立的慢性真菌致敏模型在暴露停止后仍维持显著的AHR,同时伴有大量胶原积累及羟脯氨酸、可溶性胶原与纤连蛋白升高,组织学证实明显的上皮下纤维化。相比之下,某些急性模型(如单独暴露于黑曲霉)可诱导部分重塑特征,但在实验时间窗内不产生纤维化。
3.4 关键机制见解活孢子吸入模型的价值不仅在于精准复现人类真菌致敏哮喘,还在于揭示这一复杂免疫紊乱的核心机制。
3.4.1 免疫反应的启动:屏障破坏与先天识别疾病起始于活孢子与气道上皮屏障的相互作用。真菌抗原具有高蛋白酶活性,活孢子可通过激活蛋白酶激活受体-2(PAR-2)分泌蛋白酶,破坏上皮完整性并刺激IL-33、TSLP与IL-25的释放,从而启动2型免疫。近期研究进一步在树突状细胞(DC)识别层面阐明了这一过程的精细调控,揭示过敏反应的启动高度依赖于真菌孢子形态。Houlder等人证明,树突状细胞需要至少3小时的烟曲霉孢子肿胀才能有效激活并启动变应性气道炎症,而静息或更早阶段的孢子不具备此能力。在此基础上,Cook等人(2025)利用单细胞技术表明,在肺引流淋巴结中,Mgl2+经典2型树突状细胞(cDC2s)是选择性驱动2型(而非17型)炎症的关键亚群。同时,Dectin-1对孢子细胞壁中β-葡聚糖的识别激活了驱动ILC3与Th17反应并促进中性粒细胞炎症的通路。Chatterjee等人进一步证明,气道富铁微环境通过转录因子PrtT上调真菌蛋白酶表达,从而加剧上皮屏障破坏并促进Th2炎症。这些并行的先天机制使得活孢子吸入能够产生稳定的混合Th2/Th17表型,伴中性粒细胞炎症与AHR,成为研究重症或真菌致敏型哮喘的适宜体系。
3.4.2 疾病的慢性化与进展慢性疾病的进展依赖于真菌的持续存在与多条信号通路的协同。例如,烟曲霉W72310株在肺部的长期持续提供了持续的抗原刺激,支持慢性疾病的进展。在慢性阶段,调控网络变得更加复杂。Steele等人证明,通过Dectin-1信号诱导的IL-22是促进黏液过度分泌、趋化因子产生及肺功能受损的关键效应细胞因子;中和IL-22可直接改善肺功能,提示其治疗潜力。代偿机制也被发现。在Stat6缺陷状态下,IL-13仍可通过Stat6非依赖通路驱动AHR与纤维化,挑战了关于Th2介导疾病的传统假设。
3.4.3 揭示复杂性:超越常规的免疫网络该模型强调了多种真菌成分之间的协同作用,而非单一主导因素。Ellis等人表明,单独的甲壳质暴露不能诱导AHR。甲壳质酶介导的孢子细胞壁降解可能释放出其他高免疫原性PAMPs。例如,Dectin-1在感知β-葡聚糖及驱动炎症与AHR中发挥核心作用。吸入活烟曲霉孢子揭示了从Dectin-1识别萌发孢子到IL-33/ST2信号及代谢失调的完整致病级联,凸显了真菌哮喘复杂的免疫回路。
3.5 模型的优势与局限在AFAD动物模型谱系中,重复吸入活孢子模型目前最能反映“真菌定植驱动的慢性疾病”这一核心临床状态。该活孢子吸入模型具有高度的临床相关性与生物学真实性。通过复现自然的真菌气溶胶暴露,模型重现了复杂的免疫内型(包括混合Th2、Th17与Th1反应)及关键病理特征,被广泛用于研究宿主-真菌相互作用,尤其适用于研究慢性化、疾病复发及激素抵抗。
其主要优势在于能够捕捉由活真菌生物活性驱动的免疫调控,这是死孢子或纯化提取物无法复现的。该模型阐明了关键机制,如萌发驱动的Th17/中性粒细胞炎症。与液体滴注孢子相比,直接吸入成熟菌落上的干燥孢子更好地保留了表面疏水性与抗原完整性,更精准地反映人类暴露。该方法还通过使用标准化的孢子培养体系与吸入装置实现了良好的重复性。避免使用佐剂消除了非特异性免疫激活,允许直接研究真菌致病力。
然而,该模型也存在局限性。技术上,它需要生物安全二级(BSL-2)或更高等级的设施,且标准化孢子制备、雾化效率与精确吸入剂量仍具挑战性。慢性模型需要较长的暴露周期(常超过10周),增加了成本与工作量。在机制层面,由于活真菌同时激活多条免疫通路,将特定表型归因于单个真菌成分较为困难。在疾病模拟方面,现有模型仍无法完全复现ABPA的所有特征,如支气管中心性定植。
未来的工作应优先考虑方案标准化以提高剂量精度;更多地使用临床分离株与基因工程真菌;结合人源化小鼠或疾病相关背景以增强转化价值;以及开发靶向真菌毒力通路(如Dectin-1信号)的治疗药物。扩展模型应用,例如利用新生模型筛选预防生命早期致敏与气道重塑的干预措施,可能会进一步推动该领域的发展。
4 复合过敏原-真菌暴露模型
4.1 临床背景与建模意义临床证据表明,变应性气道疾病患者很少仅对单一过敏原致敏,多重致敏更为常见。屋尘螨(HDM)与环境真菌(如链格孢、烟曲霉)的共同致敏与哮喘严重程度更高、症状控制更差及急性发作风险增加密切相关。
这引出了一个关键问题:不同过敏原如何共同促成重症疾病表型?它们触发的免疫通路是独立叠加还是存在协同作用?
为解决这一问题,研究人员开发了复合过敏原-真菌暴露模型。这些模型复现了临床的“多重打击”场景,能够详细研究急性加重背后的“二次打击”机制,并揭示不同过敏原如何相互作用产生复杂的免疫反应,这些发现提供了具有重要直接临床相关性的机制见解。
4.2 模型设计的一般原则复合暴露模型通常基于两种概念策略构建。第一种是使用主要过敏原(如屋尘螨或卵清蛋白)建立稳定的过敏性气道环境,随后引入真菌成分(如真菌提取物或活孢子)以评估其在已有致敏背景下的效应。第二种策略是同时暴露于主要过敏原与真菌成分,直接检验并发的气道挑战。模型参数(包括小鼠品系、真菌形式与剂量、暴露持续时间)需要仔细优化以匹配研究目标。恰当的模型设计对于结果的可重复性与准确解读至关重要。
4.3 模型与机制分析
4.3.1 急性加重模型在一个模型中,BALB/c小鼠首先经鼻内给予HDM提取物致敏三周,建立Th2主导的炎症背景。随后给予单次链格孢提取物激发。该方案诱导了快速的急性加重表型,特征为支气管肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞与中性粒细胞急剧增加、黏蛋白基因MUC5AC与MUC5B表达升高及肺功能显著恶化。链格孢中的丝氨酸蛋白酶活性被确定为关键触发因素。它激活蛋白酶激活受体-2与ATP信号,快速诱导气道上皮细胞释放IL-33,驱动2型先天淋巴细胞激活及混合炎症反应。
4.3.2 慢性加重与免疫耐受崩溃