哮喘是儿童最常见的呼吸系统慢性疾病，目前基础治疗可以实现对部分哮喘症状的良好控制，对于基础治疗无法控制的中重度哮喘，生物治疗是新的治疗选择。其中抗IgE抗体(奥马珠单抗)是最早上市的用于治疗哮喘的生物制剂，继之有大量靶向不同位点的新型单克隆抗体问世，并用于哮喘治疗。本文就哮喘的免疫机制、分型及生物治疗的发展史进行阐述，同时展望哮喘的生物治疗趋势。
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哮喘是重要的公共健康问题，也是儿童最常见的呼吸系统慢性疾病。全球有超过3亿的哮喘患者[1]，其中3%～10%为重度哮喘[2]，其花费约占哮喘医疗保健总成本的50%[3]。通过增加控制药物的剂量和联合应用第2种控制药物的方式，可以实现对大多数轻至中度哮喘的良好控制。然而，对于在此基础上仍无法达到良好控制的中至重度哮喘，可以选择生物制剂作为附加治疗。其中抗IgE抗体，即奥马珠单抗(Omalizumab)是最早上市的用于治疗哮喘的生物制剂。现就哮喘的发病机制及分型进行阐述，并通过回顾IgE的发现和抗IgE抗体的产生史，展望哮喘的生物治疗趋势。
哮喘是由多种细胞(嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、气道上皮细胞等)和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病[4]。其炎症通路可分为2型炎症通路和非2型炎症通路。
2型炎症通路是过敏原刺激气道上皮细胞，引起气道上皮细胞分泌胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)、白细胞介素(IL)-25、IL-33，进而激活Th2细胞和2型先天淋巴样细胞(ILC2)，产生IL-4、IL-5和IL-13等细胞因子，激活浆细胞释放IgE，IgE作用在高亲和力的FcεR Ⅰ，活化嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞等，导致气道平滑肌痉挛和上皮细胞活化，从而产生与哮喘相关的临床表现[5]。
非2型炎症通路是由于病原和刺激物激活Th17和Th1细胞，通过释放IL-6、IL-17、IL-8、γ干扰素(INF-γ)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)刺激嗜中性粒细胞，从而产生炎症[6,7]。
哮喘受复杂的免疫-炎症网络调控，单一的治疗标准无法满足临床需求，了解哮喘的异质性有助于发展针对不同哮喘患者的精准治疗。哮喘的异质性一般从哮喘表型(phenotypes)和内型(endotypes)两方面进行阐述。
哮喘表型是基于人口统计学、临床和病理生理特征的差异的分型。2020年全球哮喘防治创议(GINA)将哮喘分为过敏性哮喘、非过敏性哮喘、迟发性哮喘、持续气流受限型哮喘、肥胖型哮喘[4]。此外哮喘还可以从以下角度进行分型：根据触发因素分为过敏性哮喘、运动性哮喘、阿司匹林性哮喘及职业性哮喘等；根据治疗反应分为激素敏感性哮喘和激素抵抗性哮喘[8,9,10]。哮喘表型有助于识别不同的哮喘患者，制定不同的治疗方案，但哮喘表型并不都与特定的病理过程或治疗反应密切相关。
为了实现哮喘治疗的精准化，对哮喘分子机制的探索逐步深入。1999年Wenzel等[11]将哮喘分为2种炎症亚型，即以高嗜酸性粒细胞水平为特征的2型哮喘和以低嗜酸性粒细胞水平为特征的非2型哮喘。2008年Anderson[12]认为不应将哮喘视为简单的Th2细胞介导的炎症反应，而需要从生理学、病理学、基因等方面立体审视哮喘，并首次提出"哮喘内型"的概念，然而作者未给出具体的哮喘内型分型，目前仍主要采用2型和非2型对哮喘进行内型分型。不同的哮喘内型揭示不同的炎症通路，生物治疗即为针对不同炎症通路的精准治疗，其中抗IgE抗体为生物制剂治疗哮喘的第一个尝试。
从IgE的发现到抗IgE抗体的应用经历了漫长的过程。1919年研究发现血液中可能存在介导过敏反应的因子；1966年Ishizaka等[13]在豚草过敏患者的血清中首次分离出IgE；1970年至1975年研究发现高亲和力和低亲和力IgE受体；1981年Hook和Siraganian[14]第1次描述了抗IgE单克隆抗体可以减少组胺释放；1984年Baniyash和Eshhar[15]进行的小鼠实验发现抗IgE的单克隆抗体可有效抑制IgE与其受体结合；1987年Chang等[16]首次提出可用抗IgE抗体来治疗IgE介导的过敏性疾病；1993年Presta等[17]率先人源化鼠源性抗IgE抗体；1996年至2001年抗IgE抗体在美国和欧洲进行了Ⅰ～Ⅲ期临床试验；2003年美国食品与药品监督管理局(FDA)正式批准奥马珠单抗上市，用于12岁及以上的过敏性哮喘人群。
奥马珠单抗是重组的95%人源化单克隆IgG1k抗IgE抗体，通过与游离IgE结合，阻止IgE与嗜碱性粒细胞、肥大细胞表面的高亲和力IgE受体Fc段的Cε3区结合以及随后的效应细胞激活，抑制炎症介质的释放，从而达到治疗哮喘的目的[18,19,20,21,22]。早期研究证实奥马珠单抗不仅可以减少96%～99%的游离IgE，还可以下调52%～83%的肥大细胞、嗜碱粒细胞、树突状细胞表面的FcεR Ⅰ表达，从而减弱IgE的效应作用[23]。还有研究表明，奥马珠单抗可以通过特异性靶向细胞膜IgE阳性的B淋巴细胞，诱导该细胞进入一种无反应状态，从而减少或中止细胞对抗原或变应性刺激的反应[24]。
奥马珠单抗每2或4周皮下注射1次，并根据年龄、治疗频率、治疗前总IgE水平和体质量进行给药。给药剂量为75～375 mg[25,26]。注射后7～8 d达到药物峰浓度，其生物利用度为62%，半衰期约为26 d，至少使用12～16周以判断其有效性[27]。
对皮肤或体外过敏原试验阳性，通过吸入治疗不能完全控制症状的中至重度持续性哮喘患者，奥马珠单抗有较好的疗效。最初治疗中重度过敏性哮喘的有效性和安全性的证据主要基于青少年和成人的研究。但越来越多的证据表明其可用于6～12岁的过敏性哮喘儿童，目前奥马珠单抗已被批准用于6岁及以上的儿童。
奥马珠单抗最突出的作用是减少哮喘急性发作次数。一项汇总了25个随机对照试验(RCT)的系统综述提出，在治疗48周时，奥马珠单抗组的哮喘发作减少26%，安慰剂组为16%[28]。对于中重度过敏性哮喘患者，奥马珠单抗还可以减轻哮喘症状，改善肺功能，提高哮喘控制测试评分(asthma control test，ACT)，减少吸入性糖皮质激素(inhaled corticosteroid，ICS)和急救药物的应用，降低住院率，改善生活质量[29,30,31,32,33,34]。此外，还有研究证实奥马珠单抗可能降低鼻病毒的易感性和随后哮喘发作的风险[35,36]。
在儿童患者中，奥马珠单抗也可控制哮喘急性发作次数，缓解哮喘症状。自2001年Milgrom等[37]在6～12岁儿童中开展大样本RCT研究，后续几年相继有其他RCT研究证实奥马珠单抗可有效缓解哮喘症状，改善肺功能[如第1秒用力呼气容积(FEV1)]，降低呼出气一氧化氮(FeNO)，降低住院率，减少ICS的使用，增加完全撤除ICS的患者比例[29,37,38,39]。我国的临床研究数据显示，应用奥马珠单抗治疗16周的儿童，其儿童哮喘控制评分(C-ACT)、儿童哮喘生活质量问卷(PAQLQ)、简易哮喘生活质量问卷(Mini-AQLQ)评分均有升高，肺功能指标[FEV1、FEV1占预计值百分比(FEV1% pred)、最大呼气流量占预计值百分比(PEF% pred)、呼出25%肺活量时的最大呼气流量(MEF 75)、最大呼气中期流速(MMEF 75/25)]也有所改善[40]。国外的长期纵向研究证实，与应用奥马珠单抗52周的患者相比，应用104周的患者急性发作降低83%，控制良好的比例从67%升至80%，但肺功能与ICS用量无明显差异[41]。
随着临床试验的推进，奥马珠单抗的应用建议逐渐细化，适用的年龄范围也逐步扩大。2009年欧盟批准奥马珠单抗用于6～12岁的重度持续性哮喘患儿的治疗；2013年4月24日，美国国家健康和护理卓越研究所(National Institute for Health and Care Excellence，NICE)发布了指南，推荐奥马珠单抗作为重度、持续性、确诊的过敏性(IgE介导的)哮喘的标准治疗之上的选择。推荐应用的人群为需要持续或经常(定义为前1年应用4个及以上疗程)应用口服糖皮质激素(oral corticosteroid，OCS)的6岁及以上的患者[44]。2014年欧洲呼吸病学会/美国胸科学会(European Respiratory Society/the American Thoracic Society，ERS/ATS)重症哮喘指南推荐在儿童重度过敏性哮喘中可以使用奥马珠单抗治疗；2016年中国发布的《儿童支气管哮喘诊断与防治指南》中提出奥马珠单抗对IgE介导的过敏性哮喘具有较好的效果，但由于价格昂贵仅适用于血清IgE明显升高、大剂量ICS和长效β2受体激动剂无法控制的≥6岁重度持续性过敏性哮喘患儿[45]。2020年，GINA建议对于4～5级治疗控制不佳的≥6岁的中度或重度过敏性哮喘患者，附加抗IgE单克隆抗体(奥马珠单抗)治疗[1]。欧洲过敏和临床免疫学会(European Academy of Allergy and Clinical Immunology，EAACI)在2020年制定了针对2型重症哮喘的5种生物制剂的应用指南，其中说明了奥马珠单抗适用于吸入过敏原的皮肤点刺实验阳性或体外反应阳性，且经ICS治疗仍不能良好控制的≥6岁中至重度持续性哮喘患者[26]。
继靶向IgE的奥马珠单抗后，其他靶向2型炎症通路的单克隆抗体也源源不断问世。IL-5是2型炎症反应通路的关键细胞因子，一直以来备受关注，靶向IL-5的单克隆抗体也最先出现。20世纪末，美国率先人源化抗IL-5抗体Mepolizumab，并于2000年进行了Ⅰ期临床试验[46]。英国几乎同期人源化抗IL-5抗体Reslizumab[47]，并通过临床试验逐渐证实其对哮喘治疗的积极作用。2009年以IL-5受体为靶点的Benralizumab也应运诞生，并很快投入临床研究[48,49]。在IL-5相关抗体正迅速发展的同时，也有基础研究者瞄准2型炎症通路的其他关键因子，IL-4和IL-13。Dupilumab靶向IL-4R复合体，可以同时阻断IL-4和IL-13的信号通路，自2013年投入Ⅱ期临床试验后，有大量Ⅱ、Ⅲ期临床试验证实其治疗哮喘的积极作用。然而靶向IL-13的Lebrikizumab却并未在哮喘的治疗方面收获一致好评。随着对TSLP的了解逐渐深入，其在2型炎症通路中的核心作用得到肯定，抗TSLP抗体Tezepelumab也迅速兴起。虽然出现较晚，但Tezepelumab的生物作用广泛，目前的临床试验已初步证实其可以减少哮喘发作。
目前的研究不仅局限于2型炎症通路，针对非2型炎症通路的生物制剂，如靶向CXC型趋化因子受体2(CXCR2)和IL-17的药物，也在积极进行基础研究和各期临床试验，并有望在不久的将来得到应用，为不同内型的哮喘患者带来治疗选择。
IL-5是嗜酸性粒细胞产生、分化、成熟和活化的关键细胞因子。研究证实哮喘患者的气道上皮IL-5 mRNA和IL-5的表达均有增加，并与疾病严重程度相关。外源性吸入IL-5可以导致痰液内嗜酸性粒细胞增加及气道高反应。靶向IL-5的单克隆抗体可能通过阻断以嗜酸性粒细胞为中心的2型炎症反应通路从而达到治疗哮喘的目的[5]。
Mepolizumab和Reslizumab是最初人源化的抗IL-5抗体。2000年左右进行的初期临床试验证实：2种抗IL-5抗体均有减少血及痰液内嗜酸性粒细胞的作用[46,50]，但无法减少哮喘发作[46,51]。随后的临床试验将入组的患者筛选为嗜酸性粒细胞增多的重度哮喘患者，证实了抗IL-5抗体的哮喘治疗作用，进而大量的Ⅱ、Ⅲ期临床试验逐渐开展起来。2014年发表在新英格兰医学杂志上的2篇文章均证实，在血嗜酸性粒细胞计数增多(检测时超过150个细胞/μL或前一年达到或超过300个细胞/μL)的患者中皮下注射Mepolizumab可以减少50%左右的哮喘发作。其他次要结局，如FEV1，ACT评分及全身性糖皮质激素应用也有改善[52,53]。2015年Castro等[54]进行的Ⅲ期临床试验证实，与安慰剂组相比，静脉注射Reslizumab(3 mg/kg，每4周)可以降低54%的哮喘发作，并改善FEV1和ACT评分。因大量的临床试验证实了Mepolizumab及Reslizumab的有效性、耐受性和安全性，2020年EAACI建议Mepolizumab可以作为12岁以上重症嗜酸性哮喘患者的附加维持治疗，Reslizumab可以作为18岁以上重症嗜酸性哮喘患者的附加维持治疗[26]。
Mepolizumab和Reslizumab的成功催化了以IL-5受体为靶点的Benralizumab的诞生。同样在血嗜酸性粒细胞增多的重症哮喘患者中，Benralizumab被证实能够安全、有效地减少哮喘发作，并有助于减少全身性糖皮质激素的应用[55,56]。2020年EAACI建议Benralizumab可以作为12岁以上重症嗜酸性哮喘患者(血嗜酸性粒细胞计数≥150/μL)的附加维持治疗[26]。
抗IL-5抗体及抗IL-5受体抗体之间的比较研究提示，上述3种生物制剂均可显著降低哮喘发作，但在血嗜酸性粒细胞计数相似的患者中，Mepolizumab的治疗作用更显著[57]。
IL-4和IL-13都能与IL-4R特异性结合，促进浆细胞产生IgE，诱导气道平滑肌高反应，并通过增加血管细胞黏附分子-1 (VCAM-1)和嗜酸性趋化因子的表达促进嗜酸性粒细胞的趋化[5,57]。
Dupilumab是一种人源化IgG4单克隆抗体，靶向IL-4R复合体共有的IL-4受体α链(IL-4Rα)，同时阻断IL-4和IL-13的信号通路。2013年，一项Ⅱ期临床试验证实，Dupilumab可以减少Th2细胞相关炎症因子，并减少哮喘发作(P<0.001)[58]。随后多项临床试验均证实Dupilumab可以减少大多数患者的急性发作次数，改善FEV1、FeNO，缓解哮喘症状，减少应用全身性糖皮质激素的剂量，提高生活质量[59,60]，且嗜酸性粒细胞基线水平较高的患者获益更大[61]。Dupilumab组和安慰剂组之间，Dupilumab组注射部位的局部不良反应稍多，但未观察到药物不良反应或不良事件发生率的显著差异[62]。基于Dupilumab的有效性及安全性，2020年EAACI建议将其作为12岁以上中至重度嗜酸性哮喘或OCS依赖哮喘患者的附加维持治疗。
Tralokinumab是靶向IL-13的单克隆抗体，其可以通过减少黏液的生成和平滑肌的收缩，缓解IL-13诱导的气道高反应及胶原蛋白沉积和纤维化。目前已有较多研究证实其可改善变应性皮炎的预后，也有研究表示Tralokinumab可以改善中重度难治性哮喘患者的FEV1，减少速效β2受体激动剂的使用量。但随着临床试验时间的延长，Tralokinumab并不能改善肺功能或减少哮喘急性发作[63,64]，未来需更多基础及临床研究评估其对哮喘患者的治疗价值。
TSLP是一种上皮细胞来源的细胞因子，其表达水平与Th2细胞因子表达及疾病严重程度相关。当吸入变应原、病毒或污染物时，上皮细胞释放TSLP，活化树突状细胞、T和B淋巴细胞及先天免疫细胞，从而引发IL-5、IL-4和IL-13等炎症因子介导的一系列下游炎症反应，因此TSLP在2型炎症反应通路中起重要作用[65]。
Tezepelumab通过特异性与TSLP结合从而阻断TSLP与受体的结合，显著降低哮喘的急性发作率(低剂量组61%，中剂量组71%，高剂量组66%，均高于安慰剂组，P<0.001)[66]。Ⅱ、Ⅲ期临床研究证实，Tezepelumab不仅可以降低血和痰液内嗜酸性粒细胞，还可以降低FeNO，改善肺功能和远期预后[67]。此外，TSLP还作用于2型炎症通路以外的免疫或非免疫细胞，驱动非嗜酸性炎症和气道重塑[68]。未限制入组患者为2型哮喘患者的临床研究也得出了Tezepelumab对哮喘的治疗作用[66,69]，意味着Tezepelumab可能对非2型哮喘也有作用，但目前还需更多临床研究验证，且其长期安全性和有效性也有待进一步评估。
IL-17A和IL-17E (IL-25)与IL-17RA受体特异性结合引发哮喘炎症反应。在部分对激素不敏感哮喘患者中，气道中IL-17水平升高，并与中性粒细胞炎症和疾病严重程度呈正相关，这可能与IL-17RA介导的气道高反应性和气道重塑相关[70]。
Brodalumab是一种人源化抗IL-17RA的抗体，通过与高亲和力的IL-17RA结合，从而阻断IL-17家族介导的信号通路。目前已有较多研究数据肯定了其在银屑病治疗中的积极作用[71]，近年来也有部分研究者尝试将其用于哮喘治疗。在一项Ⅱb期临床研究中，302例中度至重度成年哮喘患者分别在第0、7、14、28、42、56和70天皮下注射了3个剂量水平的Brodalumab(140 mg、210 mg、280 mg)或安慰剂。12周后，在吸入支气管扩张剂后FEV1可逆性高的组别中，哮喘控制问卷(ACQ)评分有轻微的改善，但从整体水平来看，Brodalumab组与安慰剂组之间并没有显著治疗差异[72]。通过筛选痰液中中性粒细胞增多或2型生物标志物缺失的患者，Brodalumab可能会被证明有效，但仍需临床试验验证。
从对哮喘机制的探索，到第一个治疗哮喘的生物制剂上市，再到目前生物制剂兴起，可以看到哮喘的治疗正在逐步走向精准化。对于中重度哮喘患者，如果不能通过基础的治疗达到控制目标，应考虑将生物制剂作为附加治疗选择。大量临床试验证实，基于单克隆抗体的生物治疗可减少哮喘发作，改善预后，且耐受性及安全性良好。但目前国内批准上市的生物制剂仅有奥马珠单抗，临床研究有限，有效性及安全性还需进一步评估。生物制剂是未来哮喘附加治疗的趋势，由于目前的生物制剂种类繁多，选择生物制剂时需要严格把握适应证，明确药物应用剂量及方法，了解药物相关不良反应，监测治疗效果，以期实现哮喘患者的利益最大化。
所有作者均声明不存在利益冲突
