尹 悅 李 莉

(上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院檢驗(yàn)科,上海200080)

IgE(Immunoglobulin)最初由Ishizakas等人于1967年首次發(fā)現(xiàn)，其原本是哺乳動(dòng)物為防御寄生蟲等病原體進(jìn)化而來，而現(xiàn)為人熟知的主要作用是介導(dǎo)Ⅰ型超敏反應(yīng)，又稱即時(shí)/速發(fā)型超敏反應(yīng)。正如術(shù)語所暗示，雖然IgE在生理狀態(tài)下含量極低，卻能作為一個(gè)高度敏感的免疫放大器，在少量抗原與幾個(gè)IgE分子相互作用后即可誘導(dǎo)極快、甚至致命的病理反應(yīng)[1]。由此，IgE成為矚目的藥物干預(yù)及阻斷靶標(biāo)。此外，IgE的許多方面在免疫生物學(xué)是獨(dú)特的，包括IgE的產(chǎn)生與調(diào)節(jié)、其特異性細(xì)胞受體、介導(dǎo)其功能的效應(yīng)細(xì)胞譜系及其免疫調(diào)節(jié)特性，這些內(nèi)容都將在本綜述中闡述。

1 IgE概述

1.1IgE的結(jié)構(gòu) IgE的分子結(jié)構(gòu)與其他免疫球蛋白類似，由兩條相同的重鏈和輕鏈組成。其重鏈ε與IgG的γ鏈相比增加了一個(gè)結(jié)構(gòu)域Cε2，位于與IgG鉸鏈區(qū)對(duì)應(yīng)的位置。Cε2區(qū)使Cε3-Cε4區(qū)形成明顯的彎曲，增加Fc段柔韌性，其不僅參與IgE與高親和力受體FcεRⅠ的結(jié)合還可穩(wěn)定IgE-FcεRⅠ復(fù)合物[2,3]。Cε3是IgE與FcεRⅠ結(jié)合的關(guān)鍵部位。抗IgE藥物奧馬珠單抗正是通過識(shí)別IgE的Cε3區(qū)，中和游離IgE從而避免效應(yīng)細(xì)胞的激活。另外，IgE-FC的這些結(jié)構(gòu)特征也同樣適用于IgE分子的膜形式——膜IgE(membrane-bound IgE，mIgE)。mIgE分子與信號(hào)鏈Igα和Igβ共同構(gòu)成了B細(xì)胞的抗原受體(IgE-BCR)，其中mIgE的Cε4區(qū)和跨膜序列之間含有一個(gè)附加的胞外膜近端結(jié)構(gòu)域(Extracellular membrane-proximal domain，EMPD)。Anti-CεmX抗體以EMPD作為抗原位點(diǎn)，用于免疫靶向表達(dá)mIgE的B細(xì)胞，起到抑制IgE生成的作用[4]。總之，IgE結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為深入了解IgE-FcεRⅠ相互作用提供線索，也為靶向IgE治療帶來曙光。

1.2IgE蛋白網(wǎng)絡(luò) IgE蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)主要受體即FcεRⅠ(IgE高親和力受體)和CD23(FcεRⅡ；IgE低親和力受體)，以及IgE、FcεRⅠ結(jié)合蛋白即半乳凝集素-3(Galectin-3，Gal-3)。前兩者存在兩種形式，跨膜蛋白型及可溶性亞型，而Gla-3僅具有游離狀態(tài)(圖1)。FcεRⅠ由結(jié)合IgE兩個(gè)免疫球蛋白樣胞外結(jié)構(gòu)域的α鏈、具有信號(hào)放大功能的四次跨膜β鏈以及與信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的γ鏈組成，存在FcεRⅠ αβγγ和FcεRⅠ αγγ兩種跨膜亞型?？扇苄訤cεRⅠ(soluble FcεRⅠ，sFcεRⅠ)是蛋白翻譯后修飾的產(chǎn)物，由一個(gè)截短的α亞基組成。單一CD23分子對(duì)IgE的親和力很低，但CD23分子通常以同源三聚體形式存在，可達(dá)到與FcεRⅠ接近的親和力。可溶性CD23(soluble CD23，sCD23)由蛋白酶水解產(chǎn)生，所有異構(gòu)體均具有與IgE相互作用的能力。Gla-3主要由巨噬細(xì)胞分泌，通過與細(xì)胞表面蛋白的碳水化合物結(jié)構(gòu)相互作用而黏附于細(xì)胞表面；胞內(nèi)的Gal-3也可與細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核蛋白結(jié)合。Gal-3因其雜亂的結(jié)合模式而參與多種免疫反應(yīng)。

圖1 人IgE Fc受體及其可溶性亞型[5]Fig.1 Human IgE Fc-receptors and their soluble isoforms[5]Note: The high affinity IgE Fc receptor, FcεRⅠ, has two transmembrane isoforms, FcεRⅠαβγ2 and FcεRⅠαγ2.The soluble isoform,sFcεRI,is a single chain receptor consisting of a truncated version of the IgE-binding FcεRⅠα subunit. The low affinity IgE Fc receptor,FcεRⅡ or CD23, also has soluble isoforms:sCD23.Gal-3 is a secretory IgE Fc receptor.After secretion,Gal-3 can attach to cell membranes via interacting with a large number of carbohydrate structures displayed by cell surface proteins.Additionally,an intracellular pool of Gal-3 can be found in the cytoplasm and the nucleus.

表1 IgE結(jié)合受體的表達(dá)及主要功能[6]

Tab.1 Expression and main functions of IgE receptors[6]

Receptors or moleculesCell typeaMajor functionsFcεRⅠ(αβγγ or αγγ)Mate cells(MCs),basophils,Langerhans,DCs,mono-cytes,eosinphils,neutrophils,platelets and bronchial epi-thelial cells of ashmatics and airway smooth-muscle cells. In mice:dendritic cells after Sendai virus infection, neu-trophils and eosinophils during Plasmodium infection and superior cervical ganglion and myenteric plexus neu-rons.In rat:pinealocytes. αβγγ.Immediate hypersensitivity,parasite immunity, enhanced cytokine production and survival in mast cells and MC p recruitment in the airway.αγγ.Antigen presentation.FcεRⅡ(CD23)B cells,T cells,NK cells,monocytes, follicular dendritic cells, Langerhans,bone marrow stromal cells,neutrophils, eosinophils, platelets and airway and intestinal epithelial cells.Regulation of IgE production, killing of intracellular pathogens (Leishmania majior and Toxoplasma gondii) or tumor cells,facilitated antigen presentation and trans-port of IgE and antigens across the epithelium.FcγRⅡ and FcγⅢ(in miceb)MCs and macrophages.Cell activation.FcγRⅣ (only in mice)Monocytes,neutrophils and macrophages.Phagocytosis,cytokine production and antigen presen-tation in macrophages.Gal-3MCs, basophils, neutrophils, monocytes and macroph-a-ges,eosinophils, Langerhans,T,B and DCs.Potentiate FcεRⅠ activation.

Note：a.The cell types listed in bold are expressed in both humans and mice.b.Human FcγRⅢ has no affinity for IgE. However, human mast cells and basophils express the immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif-containing receptors, FcγRⅡB, which can reduce activation of these effector cells through the FcεRⅠ when it is co-ligated with the FcεRⅠ.

2 IgE的功能

IgE的功能包括蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)成員之間的相互作用以及與不同細(xì)胞的相互作用。IgE受體的不同亞型在小鼠和人細(xì)胞中的分布不盡相同，并且介導(dǎo)不同的免疫反應(yīng)(表1)。

2.1IgE蛋白網(wǎng)絡(luò)成員間的相互作用 血清sFcεRⅠ可與天然配體結(jié)合為sFcεRⅠ-IgE復(fù)合物，還可進(jìn)一步與抗原反應(yīng)形成更為復(fù)雜的免疫復(fù)合物。sFcεRⅠ也可與B細(xì)胞表面的mIgE相互作用，基于配受體一比一結(jié)合比率，因此，不會(huì)導(dǎo)致B細(xì)胞的受體交聯(lián)和活化。以上描述的所有的相互作用理論上都是可能的，但最終結(jié)果取決于組織中sFcεRⅠ與血清中sFcεRⅠ的濃度比例。另外，從外周血遷移的細(xì)胞也可作為轉(zhuǎn)運(yùn)sFcεRⅠ到組織的載體(圖2B)。有趣的是，sFcεRⅠ可能還存在負(fù)調(diào)節(jié)功能。sFcεRⅠ與IgE Fc的結(jié)合阻斷了IgE與表達(dá)IgE受體細(xì)胞的相互作用，繼而減少M(fèi)Cs、嗜堿性粒細(xì)胞脫顆粒和細(xì)胞毒性介質(zhì)的釋放[7]。因此，sFcεRⅠ有可能鈍化過敏反應(yīng)的急性發(fā)作程度。然而，若sFcεRⅠ-IgE-抗原復(fù)合物與表面表達(dá)的FcεRⅠ相互作用，則這些復(fù)合物可通過FcεRⅠ交聯(lián)活化細(xì)胞，前提條件是復(fù)合物含有游離IgE Fc結(jié)構(gòu)域。通過這種激活途徑，sFcεRⅠ可能加劇過敏反應(yīng)[5]。對(duì)DCs而言，當(dāng)游離的sFcεRⅠ阻斷IgE與表面表達(dá)的受體結(jié)合時(shí)，可以減低IgE介導(dǎo)的抗原提呈作用。因此，可能影響過敏原的致敏階段以及慢性過敏反應(yīng)的Th2型免疫應(yīng)答[8]。如果sFcεRⅠ作為sFcεRⅠ-IgE-Ag復(fù)合物的一部分被抗原提呈細(xì)胞(Antigen presenting cell，APC)吞噬，則內(nèi)源性α鏈可呈現(xiàn)外源性過敏原的作用，此過程可解釋抗FcεRⅠα自身抗體的病理機(jī)制。不過，迄今尚未確定與人血清sFcεRⅠ結(jié)合的配體。

圖2 體內(nèi)sFcεRⅠ的相互作用伙伴[5]Fig.2 Possible interaction partners of soluble FcεRⅠ in vivo[5]Note: A.FcεRⅠ exists as a membrane bound as well as a soluble isoform in human blood.In serum,sFcεRⅠ is found as a true soluble form or as a sFcεRⅠ-IgE complex when bound to its natural ligand.Potentially,sFcεRⅠ-IgE complexes can interact with antigens and form immune complexes of higher order.Free sFcεRⅠ can additionally interact with membrane IgE expressed on B cells.sFcεRⅠ-IgE complexes cannot bind to trimeric or tetrameric FcεRⅠ expressed on the cell surface of peripheral blood cells,because the binding site of IgE and the cellular receptor is blocked by sFcεRⅠ in solution.B.In tissue,all interactions described for peripheral blood in A are theoretically possible.It remains to be defined whether the local concentration of sFcεRⅠ in tissue is comparable to sFcεRⅠ serum levels.Cells migrating from the periphery blood could also serve as vehicles to transport sFcεRⅠ into tissue.

IgE結(jié)合蛋白Gal-3在過敏反應(yīng)中具有IgE依賴或非IgE依賴的促炎活性。Gal-3可通過碳水化合物相互作用直接交聯(lián)FcεRⅠ，或交聯(lián)受體結(jié)合型IgE活化致敏或非致敏狀態(tài)的MCs、嗜堿性粒細(xì)胞及嗜酸性粒細(xì)胞，促進(jìn)炎癥因子釋放。Gal-3基因敲除的小鼠研究同樣驗(yàn)證了Gal-3可放大哮喘或特應(yīng)性皮炎的病理表現(xiàn)這一觀點(diǎn)[9]。

2.2IgE與細(xì)胞間的相互作用

2.2.1與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞作用介導(dǎo)超敏反應(yīng)及自身免疫病 IgE的主要生物學(xué)作用是與MCs、嗜堿性粒細(xì)胞上的FcεRⅠ結(jié)合介導(dǎo)Ⅰ型超敏反應(yīng)。過程如下：機(jī)體首次接觸過敏原后，產(chǎn)生的IgE分子與其受體結(jié)合而使效應(yīng)細(xì)胞處于致敏狀態(tài)，當(dāng)相同的多價(jià)抗原再次進(jìn)入機(jī)體交聯(lián)細(xì)胞表面IgE分子，形成FcεRⅠ-IgE-Ag復(fù)合物，使Src蛋白酪氨酸激酶家族成員Lyn等相互作用而磷酸化，繼而通過β及γ鏈的免疫受體酪氨酸激活基序?qū)⒒罨盘?hào)傳遞至細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)磷脂酰肌醇途徑和絲裂原激活的蛋白激酶途徑，引起Ca2+內(nèi)流，誘導(dǎo)MCs釋放預(yù)先形成的顆粒內(nèi)物質(zhì)，例如蛋白聚糖、蛋白酶、生物胺，同時(shí)也會(huì)誘導(dǎo)其重新合成和釋放新合成的脂質(zhì)介質(zhì)如花生四烯酸、前列腺素D2、細(xì)胞因子和趨化因子[10]，引起血管通透性增加、平滑肌收縮、腺體分泌增加，這是Ⅰ型超敏反應(yīng)的速發(fā)相。在遲發(fā)相反應(yīng)中，IgE激活MCs并促使其分泌炎性介質(zhì)而募集、激活循環(huán)白細(xì)胞，此外，有證據(jù)表明重復(fù)或持續(xù)暴露于變應(yīng)原可以導(dǎo)致針對(duì)多個(gè)不同抗原表位的IgE的產(chǎn)生，并且IgE和MCs可通過相互依賴或彼此獨(dú)立的方式促進(jìn)哮喘的慢性氣道炎癥和組織重塑，因此可以推測(cè)IgE在慢性過敏性炎癥中可能存在持續(xù)作用[6]。

IgE的作用不僅局限于過敏性疾病，近期大量研究指出多種自身免疫病患者[系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus，SLE)、大皰性類天皰瘡(Bullous pemphigoid,BP)]血清總IgE升高，同時(shí)檢出IgE型自身抗體。IgE型自身抗體是一種免疫球蛋白亞型為IgE的自身抗體，與過敏反應(yīng)中識(shí)別過敏原抗原表位的IgE不同，其識(shí)別的是自身組織成分，通過結(jié)合MCs或嗜堿性粒細(xì)胞表面的FcεRⅠ來活化細(xì)胞產(chǎn)生炎性介質(zhì)；通過漿細(xì)胞樣DCs表面的FcεRⅠ傳送自身抗原及產(chǎn)生Ⅰ型干擾素致病[11,12](圖3A)。

傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為IgE參與MCs活化需要通過抗原或抗IgE抗體交聯(lián)FcεRⅠ結(jié)合的IgE(圖3A)。實(shí)際上，在缺少以上兩種因素的情況下，IgE單體與FcεRⅠ結(jié)合也具有豐富的生物學(xué)效應(yīng)，包括增強(qiáng)MCs的活性、穩(wěn)定細(xì)胞表面FcεRⅠ的表達(dá)甚至引起FcεRⅠ上調(diào)、影響細(xì)胞存活、分化和遷移等。有意義的是，結(jié)合IgE的MCs變得更加敏感，各種因素結(jié)合受體激活細(xì)胞和促使細(xì)胞顆粒釋放的閾值降低[13]。

2.2.2黏膜B細(xì)胞和漿細(xì)胞局部合成IgE介導(dǎo)器官特異性過敏 IgE以兩種形式產(chǎn)生：①B細(xì)胞膜受體形式(mIgE)，經(jīng)過類別轉(zhuǎn)換產(chǎn)生IgE，mIgE可介導(dǎo)B細(xì)胞的抗原攝取和呈遞；結(jié)合共刺激信號(hào)可觸發(fā)B細(xì)胞增殖與分化；②淋巴組織中的漿細(xì)胞分泌(主要形式)，即抗原經(jīng)APC攝取并呈遞給同源幼稚T細(xì)胞，后者獲得Th2細(xì)胞表型。Th2細(xì)胞與同源B細(xì)胞相互作用并分泌IL-4和IL-13，誘導(dǎo)B細(xì)胞發(fā)生類別轉(zhuǎn)換重組而產(chǎn)生短壽的IgE漿細(xì)胞分泌抗體及部分IgE記憶B細(xì)胞[6,14]。值得注意的是，以往認(rèn)為抗原致敏主要發(fā)生在淋巴生發(fā)中心，實(shí)際上產(chǎn)生IgE的B細(xì)胞也可以于呼吸道、胃腸道黏膜經(jīng)歷克隆選擇和親和力成熟[15，16]。IgE在局部產(chǎn)生并影響局部，食物過敏患者的胃腸道與健康個(gè)體相比IgE濃度更高等跡象表明IgE可能是造成器官特異性過敏性疾病的原因。這些組織器官可能是長(zhǎng)壽命IgE抗體分泌漿細(xì)胞的聚集處，且在外周循環(huán)中檢測(cè)到的IgE可能主要是來自于疾病部位。

圖3 IgE與B細(xì)胞、肥大細(xì)胞或嗜堿性粒細(xì)胞作用機(jī)制Fig.3 Mechanism of interaction between IgE and B cells,mast cells or basophilsNote: A.Interactions of membrane-bound IgE (mIgE) with CD23 on B-cells regulates soluble IgE (sIgE) production；B.Cross-linking of IgE bound to FcεRⅠ on mast cells or basophils by allergen,IgE autoantibodiy and autoreactive anti-IgE triggers the release of mediators,causing disease.

2.2.3與單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、B細(xì)胞表面受體作用促進(jìn)抗原提呈 FcεRⅠ同樣介導(dǎo)抗原提呈，主要體現(xiàn)在單核細(xì)胞和DCs。攜帶抗原的IgE與單核細(xì)胞和DCs的FcεRⅠ結(jié)合后啟動(dòng)抗原加工與呈遞[17]。此間，IgE的作用是至關(guān)重要的，不存在IgE時(shí)，抗原提呈效率將大大減低。由于單核細(xì)胞和DCs缺乏FcεRⅠβ，因此這些細(xì)胞中的FcεRⅠ信號(hào)傳導(dǎo)可能需要FcεRⅠ的重度交聯(lián)，這種信號(hào)傳導(dǎo)可以促進(jìn)或抑制免疫刺激，這取決于環(huán)境因素，包括組織部位、鄰近細(xì)胞和細(xì)胞因子。基于其促進(jìn)抗原提呈以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的能力，有研究提出DCs和單核細(xì)胞上的FcεRⅠ通過增強(qiáng)T細(xì)胞免疫和炎癥來促成過敏性疾病[18]。

此外，抗原-IgE復(fù)合物可通過結(jié)合B細(xì)胞的CD23，繼而將抗原提呈給同源Th細(xì)胞，而不受B細(xì)胞受體的特異性限制，此過程稱為促進(jìn)抗原提呈(Facilitated antigen presentation，F(xiàn)AP)。FAP是表位擴(kuò)散的有效機(jī)制，即導(dǎo)致產(chǎn)生針對(duì)同一或不同抗原其他表位的抗體，誘發(fā)過敏性疾病惡化[6]。其余通過IgE受體介導(dǎo)抗原提呈的細(xì)胞見表1。

2.2.4IgE蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)成員與細(xì)胞共同作用調(diào)節(jié)IgE水平 IgE在體內(nèi)含量極低并且其水平受到嚴(yán)格調(diào)控，持續(xù)低水平且短暫的血清IgE特性可能有助于最大限度地減少IgE的交叉反應(yīng)性，這在避免引發(fā)過度的過敏反應(yīng)結(jié)果中十分重要。血液IgE通過DCs、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的胞吞作用部分清除，IgE與受體結(jié)合后被內(nèi)吞并遞送至溶酶體，隨后被降解[19]。相比之下，B細(xì)胞的CD23不可介導(dǎo)血清IgE的清除，但可通過結(jié)合總IgE以減少血清游離IgE水平。有研究表明組織MCs可延伸跨越血管壁選擇性地從循環(huán)中獲取IgE，以確保IgE長(zhǎng)時(shí)間維持于細(xì)胞表面并對(duì)抗原產(chǎn)生特異性即時(shí)應(yīng)答，提示在速發(fā)型超敏反應(yīng)中，感染或皮炎可能出現(xiàn)的局部血管通透性改變可能會(huì)進(jìn)一步調(diào)節(jié)IgE負(fù)荷[20]。

此外，IgE受體本身及其游離形式可調(diào)節(jié)IgE的產(chǎn)生。如上所述，IgE與攜帶FcεR Ⅰ 的骨髓細(xì)胞(主要為APC)結(jié)合后依次作用于Th2及B細(xì)胞從而增加抗原特異性IgE的產(chǎn)生。IgE連接膜CD23經(jīng)負(fù)反饋環(huán)抑制B細(xì)胞產(chǎn)生IgE。與此相反，sCD23通過CD21和mIgE的共連接增加IgE的產(chǎn)生[21](圖3B)。

3 IgE的臨床應(yīng)用

國內(nèi)外關(guān)于IgE與疾病及其嚴(yán)重程度的相關(guān)性研究眾多，除過敏性疾病以外，IgE與呼吸系統(tǒng)疾病如哮喘、結(jié)核病，與常見皮膚病如皮炎、濕疹，與結(jié)腸炎、腸應(yīng)激綜合征等消化系統(tǒng)疾病，與SLE、特應(yīng)性皮炎、BP、銀屑病等自身免疫病等均有涉及[22]。提示其可作為疾病診斷及監(jiān)測(cè)的標(biāo)志物，但仍需進(jìn)行多中心、多樣本量的驗(yàn)證。

關(guān)于IgE相關(guān)疾病的治療，前文提及的奧馬珠單抗已在我國獲批用于治療傳統(tǒng)藥物控制不佳的中重度過敏性哮喘、過敏性鼻炎、食物過敏或特應(yīng)性皮炎[23-25]。然而，奧馬珠單抗并不是對(duì)所有患者均有效，昂貴治療費(fèi)用也限制了它的應(yīng)用。因此，研究者們正傾注大量精力探尋靶向IgE更有效且更經(jīng)濟(jì)的方法，包括使用合成IgE肽疫苗以消除IgE、設(shè)計(jì)IgE阻斷肽、融合蛋白干擾IgE與FcεRⅠ的結(jié)合等[26,27]。此外，基于IgE抗體的癌癥免疫療法也正在研究中，在胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌的小鼠模型中證實(shí)，IgE可通過招募IgE相關(guān)效應(yīng)細(xì)胞至腫瘤部位，介導(dǎo)抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用、吞噬作用、促進(jìn)抗原攝取及提呈等方式殺傷腫瘤細(xì)胞[28]。