第 508 期

研究發展
塑化劑等環境污染物與芳香烴受體間的相互作用調控免疫調節性細胞及活體過敏性反應
NHRI & KMU report functional impacts of common environmental pollutants (including phthalates) and aryl hydrocarbon receptor on allergic and inflammatory responses

氣喘及過敏性疾病一直是台灣重要的環境醫學與公共衛生問題。根據中央健保局公布之「100年全民健康保險醫療統計年報」資料顯示，2011年台灣地區因氣喘疾病就診之人數高達89.2萬人之多，每年消耗之醫療費約27億元。尤其在台灣日漸頻繁的病毒感染與過敏疾病，已是病童求診最重要的原因。目前並不瞭解氣喘發生率增加的原因，但流行病學的研究顯示其應與暴露於環境污染物有關聯性。特別是近二十年來罹病人口快速增加，原因可能來自工業化、都市化及環境變遷所伴隨的環境污染。而環境中之細懸浮微粒，例如多環芳香烴（PAHs）及內分泌干擾物環境荷爾蒙（如鄰苯二甲酸酯類（DEHP）等），可能是造成氣喘及過敏性疾病的原因之一，影響了疾病的表現與其嚴重程度。尤其在不肖廠商的推波助瀾下，導致台灣的環境荷爾蒙無所不在，其中塑化劑以及壬基苯酚皆是廣泛存在於環境與食物中的環境荷爾蒙。但是，仍尚未釐清這些常見的環境污染物在氣喘及過敏性疾病所扮演的病理角色。為此，本院環境衛生與職業醫學研究組（環職組）與高雄醫學大學（高醫大）進行長期的學術合作，從臨床角度到基礎機制的探討，試圖釐清環境污染物對國人氣喘及過敏性疾病的機制相關性，同時在發展有效的治療和預防策略上，提供一個合理的基礎。

近期，本院環職組與高醫大以及美國約翰霍普金斯大學氣喘免疫醫學中心共同發表3篇初步成果。其中，環職組黃嘯谷特聘研究員實驗室主導之研究計畫發現芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AhR）對於調控肥大細胞（mast cell）的生長、分化以及功能具有關鍵性的影響力。此論文發表在Blood（impact factor: 9.898）期刊上。肥大細胞位於人體免疫第一道防線的黏膜上，是產生過敏發炎現象的重要細胞。實驗證實AhR的活化會增強人類和小鼠肥大細胞的發炎反應：諸如組織胺的釋放、脂質介質白三烯C4（LTC4）之分泌還有細胞介素IL-13的產生。研究團隊證實其學理機制為AhR配體（ligand）活化AhR之後會促進活性氧化物的生成及細胞內鈣離子濃度增加，且進一步活化下游的蛋白質激酶，使得磷酸水解酵素（SHP-2）因為形成氧化態（oxSHP-2）而降低活性，此一反應加強了蛋白激酶的訊號傳遞，而這些反應導致肥大細胞的發炎現象。除了以配體處理細胞活化AhR來研究其效應，研究發現在AhR基因剔除的肥大細胞中，鈣離子與c-kit/IL-3訊號傳遞及粒線體功能皆產生缺陷。同時，細胞內氧化壓力及細胞凋亡比正常的細胞嚴重，隨後導致體內黏膜肥大細胞的數目顯著減少（圖(A)）。另外，綜合不同實驗策略所驗證的結果首度發現，AhR影響肥大細胞粒線體的膜電位以及細胞內鈣離子動態平衡，以致改變細胞內小分子代謝及氧化壓力的增加。研究團隊認為AhR可以同時感應外在環境的污染物以及體內本身存在的小分子代謝物，並藉由細胞核內或核外的途徑來促成細胞內的小分子代謝物平衡。因此，AhR的功能除了傳統認知的輔助細胞解毒代謝之外，也影響著免疫及代謝系統與發炎過敏反應。


此外，由高醫大小兒科洪志興教授主導與醫學研究所孫昭玲副教授及黃嘯谷特聘研究員的共同研究，則以先前國內爆發之有毒塑化劑DEHP為主角，並與人類最重要免疫調節及抗病毒免疫細胞（類漿樹突細胞（plasmacytoid dendritic cells）連結，研究塑化劑對類漿樹突細胞免疫功能的影響。此研究結果首次證明了塑化劑透過表觀基因調控機制，抑制類漿樹突細胞表現第一型干擾素（type I interferon; IFN-α and -β），進而促進了過敏發炎反應。此篇論文刊登於 Allergy（impact factor: 6.27）期刊中。類漿樹突細胞是人體中主要分泌具有抗病毒作用的第一型干擾素之細胞，也是重要的抗原呈現細胞，能調節後天免疫系統與過敏反應。研究發現DEHP以及鄰苯二甲酸丁基芐酯（benzyl butyl phthalate, BBP）可以透過AhR抑制類鐸受體第九型（toll-like receptor 9）刺激物CpG所誘發的第一型干擾素分泌，而其作用機制是透過抑制細胞內MAPK（ERK）及NF-κB訊號傳遞，以及甲基轉移酵素WDR5從細胞核外到核內的移動，進而抑制在干擾素調節因子-7（interferon regulatory factor-7, IRF-7）基因啟動區的組織蛋白三甲基化（tri-me-H3K4），而減少了IRF-7的表現。這些表觀基因調控機制，抑制了IRF-7在IFN基因啟動區的結合，導致第一型干擾素分泌顯著減少。DEHP與BBP前處理之類漿樹突細胞會抑制CD4+ T細胞分泌丙型干擾素（IFN-γ）而且會促進CD4+ T細胞分泌細胞介素-13（IL-13）（圖(B)）。另外，綜合不同實驗結果發現類漿樹突細胞表現第一型干擾素的抑制結果，降低了對抗病毒之能力。本研究為體外實驗提供了一個很好的基礎，能研究後續塑化劑在體內的作用，並進一步提供塑化劑毒性及管制標準的參考。

另外，高醫大孫昭玲副教授實驗室與黃嘯谷特聘研究員合作，建立了模擬人類長期與低劑量暴露壬基苯酚（4-nonylphenol, NP）的氣喘小鼠模式，證明壬基苯酚在小鼠活體中會透過AhR改變樹突細胞功能，進而促進過敏性第二型T淋巴球（Th2）的分化與功能，導致小鼠的肺部有過敏性發炎現象（圖(C)）。此研究顯示人類長期暴露在環境荷爾蒙中，雖然每天的暴露劑量很低，但由於這類脂溶性環境荷爾蒙，極可能藉由生物累積效應而影響免疫系統，此研究也建立了壬基苯酚長期暴露與過敏性疾病的因果關係。研究結果刊登於Allergy期刊中（ impact factor: 6.27）。這些研究證實環境荷爾蒙不只影響生殖系統，也會改變免疫系統，而免疫系統的改變可能與人類發炎性疾病的發展有極大的關係。

本院與高醫大研究團隊已聯合多家醫學中心、中山大學及台灣大學電機工程學系，組成台灣氣喘研究聯盟（Consortium for Taiwan Asthma Study, CTAS），將持續綜合多學科領域，包括臨床研究、環境污染物暴露評估、環境基因體學、代謝質體學與系統生物學的方法，來探討環境污染物如何影響發炎及氧化應激反應與相關疾病。期望研究成果將來可作為政府制定政策的重要依據，進而對台灣一般民眾在環境與健康的關聯上有直接且重大的助益。
《文/圖：環境衛生與職業醫學研究組曾筱荺博士後研究員、高雄醫學大學小兒科洪志興教授、高雄醫學大學醫學研究所孫昭玲副教授》