气道重塑(airway remodeling)
在急性发作期,平滑肌收缩、黏液分泌增加、气道壁水肿是主要的病理学异常。这些改变是可逆的,当急性发作控制后,肺功能应恢复正常。然而有些患者无论病情轻重,是否治疗,是否有症状,气流阻塞持续存在。另有资料显示成人哮喘患者的FEV1平均每年下降24 mL,且在哮喘诊断后的最初几年更明显;而非哮喘患者下降仅6.3 mL,这些皆提示气道重塑导致的不可逆阻塞存在。近10年来气道重塑受到高度重视。
(一)气道的结构细胞与气道重塑 上皮损伤是哮喘气道的典型特征。气道上皮细胞与免疫炎症细胞之间的信息交流可能在局部黏膜免疫系统调节中发挥重要作用。气道结构细胞的重塑,特别是损伤的上皮细胞修复过程中的重塑,有可能产生新的信号转导通路,屏蔽了变应原诱导的正常T淋巴细胞免疫耐受机制,进而促进局部黏膜免疫炎症的发生、发展。损伤的气道上皮细胞产生多种介质,如血小板衍化生长因子(PDGF)、TGF-βl、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、胰岛素样生长因子(IGF)等,可以诱导上皮下的成纤维细胞活化,转分化为表达α平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的成肌纤维细胞(MFB),后者合成细胞外基质(ECM)的能力显著增强。与成纤维细胞相比,成肌纤维细胞的显著特点是具有收缩能力、合成分泌更多的ECM 及多种细胞因子,因而在哮喘气道AHR的形成过程中有重要地位,是气道重塑形成的关键步骤和核心环节。
(二)气道重建的组织学特点
(1)气道壁平滑肌层增厚:形态学研究显示,哮喘患者的气道壁平滑肌层增厚有两种形式:①当平滑肌层增厚仅限于中央气道时,表现为平滑肌细胞增殖;②当平滑肌层增厚累及整个气道时,除中央气道可见少许平滑肌细胞增殖外,整个支气管树主要表现为平滑肌细胞肥大,且周围小气道尤为严重。可见在不同支气管水平及不同病因,促平滑肌细胞生长的机制和特点不同。
(2)基底膜增厚及玻璃样变:ECM 中纤维蛋白堆积引起基底膜增厚,电子显微镜下显示主要是网状层增厚,而致密层和疏松层的组织结构未见明显变化。免疫组织化学技术显示增厚的网状层主要成分是Ⅲ型和Ⅴ型胶原,小部分为Ⅰ型胶原和纤维连接蛋白。超微结构研究显示,基底膜胶原增厚的程度与上皮下成肌纤维细胞数量有关,故可认为成肌纤维细胞是基底膜网状层增厚的组织来源。基底膜中胶原(特别是Ⅲ型和Ⅴ型胶原)和纤维连接蛋白的沉积及成肌纤维细胞增殖还可能是支气管壁基底膜玻璃样变的原因,因此气道壁中成肌纤维细胞的出现和Ⅲ型、Ⅴ型胶原的增多也可以作为气道重建的标志。(https://www.daowen.com)
(三)气道重塑与肺功能的关系
虽然气道重塑的病理学特征已经基本明确,但其与肺功能之间的关系则仍未完全明确。James应用数学方法显示气道内膜层厚度的增加可以改变气道的机械性质,在某一给定的平滑肌收缩水平,内膜厚度增加可使气道阻力增加。Machlem 用计算机模拟支气管模型评价用力呼气情况下的气流受限与肺间质的关系,显示肺间质作为弹性负荷施加于平滑肌上。在肺功能正常的健康人,肺间质的正常弹性回缩力是维持适当的平滑肌张力和收缩力,继而维持气道的正常开放和正常阻力的基本因素,称为肺弹性回缩力与平滑肌耦联。外膜增厚减弱了间质与气道的联系,导致肺弹性回缩力与平滑肌脱偶联,使施加于平滑肌上的弹性回缩力减弱,导致气道过度收缩。
这两个模型虽然初步探讨了气道重构与气道功能的关系,但均未阐明基础状态下,即不考虑平滑肌收缩的情况下,气道重构对气流阻塞的影响。Lambert应用计算机模拟的支气管模型分析显示,哮喘患者全层气道壁厚度的增加导致基础气道阻力增加;当平滑肌收缩时气道狭窄进一步加重。
假如气道壁瘢痕形成是肺功能逐渐减退的原因,就应该发现上皮下纤维化与病程的相关性;但事实并非如此。Chu研究了不同程度哮喘患者的支气管镜活组织资料,发现上皮下纤维化与FEV1及病程无明显相关性;Boulet等的研究也得出相似的结果。气道重构与肺功能之间未能建立明确的相关性,可能有以下原因:①病理取材的局限性,因为支气管镜仅能取到第2~5级支气管且仅限于气道壁内层,不能纵观整个气道及全层支气管的全貌,所以要建立肺功能异常与整个气道的全面联系几乎不可能的;②儿童哮喘患者肺的生长发育受损,有报道哮喘患儿的肺生长减慢,并与哮喘的严重程度正相关,青春期时FEV1最大值是其成年期FEV1变化的决定因素,因此儿童期发育对肺功能的影响削弱成年患者气道重构与FEV1的关系。再次哮喘患者之间个体差异较大,FEV1有很大程度的不均一性;最后,不同治疗情况对哮喘患者结果的分析也有影响。
总体而言,与可逆性气道阻塞相比,气道重塑是次要的,且有明显的个体差异;大部分患者没有气道重塑或明显气道重塑。