银屑病是一种常见的慢性皮肤炎症性疾病,对患者的生活质量和心理健康都造成严重影响。世界范围内的银屑病发病率约为2%~3%,银屑病药物的全球市场每年高达33亿美元。转化医学是一门新兴学科,涵盖了从基础科学到临床应用的各个方面,是创新药理学工具、生物标记、临床方法和技术的综合运用,其主要目的是将基础研究与临床实践联系起来,将科研创新成果转化成新的诊疗技术或医疗保健产品。
转化医学的流程主要为三个阶段,分别为:T1阶段:将基础科学研究转化成临床疗效,即把有意义的基础科研成果转化成有潜力的临床项目;T2阶段:将临床疗效转化成临床效果,即对治疗药物的疗效和安全性进行评估研究;T3阶段:将临床效果转化成医疗保健措施,即进行实际临床验证工作,进入临床推广和大规模使用。银屑病等遗传性皮肤病学是我国出产高水平成果较多的一个专业领域,近年来我国在这方面取得一系列重要成果,因此,银屑病也将成为我国实践转化医学最理想的方向之一。
一、 银屑病致病基因的转化医学研究
虽然银屑病的遗传方式还不明确,但是一些以双胞胎和家族遗传为纳入对象的研究都显示银屑病有强烈的遗传性。银屑病患者的兄弟姐妹或直系亲属的患病危险率是常人的4倍,同卵双生双胞胎是异卵双生的3倍。儿童期罹患该病的患者中,71%的患儿有家族史。通过基因组研究已揭示9个不同的银屑病基因座。其中,HLA—C是目前为止信号最强的基因,它可能与抗原提呈细胞至CD8+T细胞这段通路有关,似乎是由于CD8+T 细胞迁移到表皮层才导致银屑病皮损的发生。HLA—C的等位基因中,以HLA—Cw6的危险度最大。携带HLA—Cw6的银屑病患者高达60%,而正常人中只有15%。携带这个等位基因的个体发生银屑病的危险度是常人的10~20倍。研究发现,HLA—C,IL12B,IL23R这三个基因区域不仅与银屑病的发生发展有关,它们之间也有明显的相关性。临床实验证实,靶向p40的抗体ustekinumab(Stelara,Centocor)能有效治疗银屑病的关键原因是IL—12和IL—23共用p40亚基,因此Stelara可以同时靶向这两个细胞因子。IL12B编码p40,IL23R编码IL23受体的一个组分,IL23R的其中一个变异型也与克罗恩病有关,而克罗恩病一直被认为与银屑病相关。
生物靶向制剂TNF—α抑制剂治疗银屑病效果显著。研究发现,TNFAIP3和TNIP1这2个新型基因信号均涉及到TNF—α信号的调控。所有与TNFAIP3相似的基因也与风湿性关节炎和红斑狼疮有关。银屑病会增加心肌梗死的危险度,而实验证明,Tnfaip3对冠状动脉疾病也有影响。这2个基因为治疗干预提供了新的靶点。另外,由于Stelara的临床实验,使人们认识到是Th17细胞推进了银屑病的发生,当前银屑病发病机制的模型都是围绕着Th17细胞,这个模型起源于人银屑病皮损的免疫组化和微阵列分析,源于治疗学和最近的全基因组关联研究,后者产生Th17细胞因子和核因子(NF)—kB能对TNF—α的下游途径发信号的学说。
在天然免疫系统中,TNF—α和Toll样受体能识别小分子物质,刺激机体产生免疫应答,而以上这些基因所产生的的效应就是阻断这样的免疫反应,从而导致疾病的发生。随着发现银屑病的危险标记物增多,我们可预测患者对治疗的反应,还可以预测个体患上寻常性、关节病性银屑病和心血管并发症的可能性。最近又一个新的银屑病敏感基因ZNF312/RNF14被发现可能通过泛激素链激酶活动来调节T细胞的活化。这些研究把所有银屑病的基因座在一条似乎很合理的路径上连接起来,即多种基因产物对银屑病免疫调节的共同作用构成了疾病的发病机制,为转化医学的临床治疗提供新的靶点。通过转化医学的桥梁,未来银屑病的个体化用药和临床预测都可能成为现实。
二、从银屑病发病机制研究探索转化医学线索
虽然致病基因在银屑病发生发展过程中的作用举足轻重,但即便是在同卵双生双胞胎中,银屑病的发病率也不是100%,甚至可以低至35%,这提示了环境因素是一个重要的因素。临床观察结果显示,链球菌感染、精神压力和药物(包括β阻断剂和锂剂)等这些危险因素对银屑病危险基因所造成的影响,最终导致了银屑病的发生。
㈠ 银屑病发病机制的假说:当前银屑病发病机制假说认为,在某钟前炎症刺激因子的作用下,皮肤树突细胞(DC)和T细胞之间形成了“免疫突触”,DC活化后,通过共刺激分子的信号传递,把抗原信号传递给T细胞,同时促进了其他DC分泌细胞因子,使T细胞分化成效应亚型中的一种(如Th1、Th2和Th17)并进行克隆增殖。DC生成的细胞因子决定了T辅助细胞的分化类型并驱动T细胞的分化,如IL—12刺激Th1细胞的分化,IL—23和IL—1β引起Th17细胞的分化。每一个细胞亚型可产生至少一种有特征的细胞因子。这些依次产生的细胞因子,如IL—17和IL—22启动了角化细胞的增殖和变异,角质形成细胞增殖并产生各种各样的细胞因子,包括肿瘤坏死因子(TNF—α),趋化因子和抗菌肽,进一步加强了T细胞和抗原提呈细胞的活化,尤其是银屑病斑块里的DC的活化,从而形成一个恶性循环。虽然银屑病确切的发病机制尚未清楚,但是近年来银屑病转化医学的研究打破了从实验室逐步到临床实验的传统模式,在很大程度上促进了银屑病发病机制的研究发展。
㈡ T细胞在银屑病中的作用:银屑病最初被认为是一种表皮角化细胞疾病,一直到20世纪80年代免疫组化的出现,人们在银屑病皮损中找到了大量的T细胞浸润才使这个观点产生了动摇。随后,人们在银屑病皮损中又发现了T细胞的单克隆,再者,临床应用能阻断T细胞释放细胞因子的免疫抑制剂(环孢素和他克莫司)对银屑病治疗有效,这些证据都加固了T细胞在银屑病中的作用。银屑病是一种T细胞介导的自身免疫性疾病,表皮的过度增生只是细胞免疫渗透的结果,该理论可以说是银屑病生物时代的里程碑。
1979年,美国食品药品管理局(FDA)正式批准环孢素治疗银屑病。环孢素有强大的抗增殖效应,其对T细胞的作用尤为显著,能下调T细胞的活性及其生成细胞因子的数量。环孢素最初是作为一种高效的免疫抑制剂应用于器官移植后的排斥反应,在后来的临床实践中发现,它还可有效改善银屑病患者的皮损,由此,提示了T细胞在银屑病中的作用,也使人们开始研究银屑病的本质——一种自身免疫性疾病。特异性CD3、CD4的单克隆抗体以及其他选择性更高的T细胞拮抗剂对一些严重银屑病也有临床缓解的作用。IL—2—白喉毒素融合蛋白可以选择性地消耗在银屑病皮损中表达IL—2受体的活性T细胞,使寻常性银屑病皮损的症状在临床和组织病理上均得到缓解。另外,使用T淋巴细胞抗原4—免疫球蛋白作为融合蛋白能逆转银屑病的临床症状和细胞特性,其原因是这个试剂阻断了DC细胞与T细胞的共刺激,但不直接消耗T细胞。该机制提示银屑病活动的维持需要持续性的T细胞共刺激。这些研究激起了应用靶向T细胞的药物来治疗银屑病的热潮,加固了T细胞在银屑病发病机制中的地位,为银屑病的转化医学研究T1阶段提供了更多的理论支持。
⒈ Th2细胞在银屑病中的作用:人们曾经以为银屑病是由Th1细胞促使的,因为银屑病皮损中有大量的Th1细胞,并且,IFN—γ,TNF—α和IL—12等Th1细胞因子均升高的。临床实验显示,把细胞因子的环境从Th1向Th2转变可能会改善银屑病的炎症反应。这使人们开始把治疗靶点定在驱动Th1细胞分化的IL—12(由p35和p40两个亚基组成的异二聚体)上。因此,Centocor公司生产了抗IL—12 p40抗体(Stelara)来对付Th1细胞,但当时不知道IL—12的p40亚基是与IL—23公用的,也不知道IL—23对Th17的作用。Stelara进入临床后,虽然取得了预期的良好疗效,但在后来的验证实验中,Centocor公司的研究者却发现Stelara能有效改善银屑病皮损的原因并不是如他们所设计的那样,而是因为结合p40的药物Stelara能抗IL—23。疗效一样,但原因却大相径庭。IL—23是在2000年被发现的,到了2005年,它在Th17细胞增殖中的作用逐渐为人们所了解。后来的证据都表明原来是IL—23和Th17细胞推进了银屑病的产生,而不是IL—12或者Th1细胞,之前误认为IL—12存在于银屑病皮损中是因为IL—12p40亚基的mRNA含量太多,才使人们误认为银屑病是一种Th1疾病。Th1细胞衍生的细胞因子IFN—γ和TNF—α主要刺激炎症介质级联的产生,从而导致银屑病皮损的发展和持续。IFN—γ和TNF—α结合细胞表面受体,激活STAT—1和NFkB转录途径并引起其他免疫以及炎症介质的产生。
美国FDA正式批准Stelara治疗银屑病。在这个事件中,Stelara在银屑病中能起作用是因为它同时攻击了IL—23和Th17细胞,远非公司最初对该药的基本原理的阐述,遗传学和动物实验只是用来确认研究者的猜测,这是银屑病转化医学史上的一个传奇故事。
⒉ IL—23/Th17轴在银屑病中的作用:IL—23是一个二聚体细胞因子,由IL23p19和IL—12p40组成,IL—12p40同时也是IL—12的一个亚基。全基因组研究显示,IL—23受体的基因变异以及它的配基IL—12B是与银屑病关联的,由此,奠定了IL—23/Th17轴在银屑病中的地位。IL—23介导了表皮增生、棘皮症、角化不全和角化过度,在小鼠皮下注射IL—23可以出现银屑病样的表现。2010年,伦敦大学国王学院的研究者在动物实验中发现,抗IL—23单克隆抗体能阻断银屑病,这是目前能证明IL—23推进了银屑病发生的最好证据,前面提及Stelara的临床转化医学研究也对这一作用提供了有力的支持。另外,在银屑病皮损中,IL—23p19和IL—12p40(IL—23的前体)在mRNA水平上都是过度表达,在临床上应用抗TNF—α制剂、环孢素、A、UV或者生物治疗等方法来降低IL—12和(或)IL—23水平,均能改善银屑病患者的症状,这些临床研究支持了IL—23在银屑病中的致病作用。
IL—23与受体结合后可使T细胞分化成Th17细胞。Th17细胞转而产生IL—17A、IL—17F、IL—22和IL—26等促炎因子。这些细胞因子能激活角质形成细胞从而导致过度增生并由此促使更多的促炎因子、趋化因子和抗菌肽的产生,这些因子反过来会导致炎症皮肤的其他免疫细胞聚集和活化,从而导致炎症反应的和临床症状的进一步扩大。
㈢ TNF—α的作用:把TNF—α抑制剂用于银屑病只源于一个意外发现,当时是用英利昔单抗(Remicade)治疗一例妇女的炎症性肠炎,巧合的是,该患者同时也患有银屑病,在接受了这单一药物的注射后,她身上的银屑病皮损也消失了。由此,人们开始了TNF—α抑制剂的银屑病临床实验。在2006年FDA正式批准了英利昔单抗作为治疗这个病的药物。
由于依那西普(etanercept),英利昔单抗和阿达木单抗(adalimumab)等TNF—α抑制剂对银屑病临床症状的有效改善,TNF—α在银屑病中的作用得到了证实。银屑病患者真皮的血管增殖从组织学看来是由血管生成因子驱使的,在斑块型银屑病中,血管内皮生长因子的水平是升高的,而血管内皮生长因子和血管生成素/Tie2信号途径的相互作用是由TNF—α调控的。TNF—α是银屑病中的一个关键的前炎症细胞因子。TNF—α可能对早期细胞因子的产生有强大的调节作用,并且支持由IEN—γ 驱动的炎症反应、信号转导物以及转录通路的激活,由此,TNF—α通过支持细胞因子的产生来调节T细胞和DC在皮肤上的相互作用。
疲乏和抑郁都是银屑病的相关合并症,它们都与TNF—α有关,在银屑病患者的中枢神经系统中可检测到TNF—α受体,因此,靶向TNF—α的生物治疗可能还可治疗此类银屑病的相关疾病。
三、结语
银屑病是一种多基因遗传的自身免疫性疾病。近年来,银屑病生物治疗的有效性推动了人们对该病发病机制的研究,而使得这些药物具备传奇色彩的原因不仅是由于它们显著的疗效,更是因为它们打破了从实验室逐步到临床的传统模式(首先从遗传学得到了可能的疾病机制,然后经过一系列漫长而繁琐的体外和动物实验来验证,最后只有极少数的科研成果能通往临床药物实验),在转化医学的道路上不断充实银屑病的发病机制,并为临床实践提供卓有成效的新药。转化医学是基础与临床的桥梁,一方面,实验室的研究成果,要迅速有效地转化为技术、方法和药物,应用于临床实践;另一方面,临床的需求和问题,又要能及时地反馈到实验室,作为开展医学科研的导向,以此指导和配置科研资料,使医学科研在开展伊始,就具备转化为现实生产力的性质。银屑病为其他疾病,尤其是自身免疫性疾病提供了一个转化医学研究的榜样。张学军认为,转化医学的实质是转化,就是要实现有用信息在基础研究、诊疗方案研发和临床应用之间的通畅流动,这将是医学科研成果真正体现在提高人类健康水平上的最合理策略。 (参考来源:张敏,曾文军,张堂德.银屑病的转化医学研究[J]中华皮肤科杂志,2012,45(10))