Th17细胞与过敏性疾病

Glebfal

作者：上海市交通大学附属第一人民医院检验科   王娟，李莉

Th1/Th2平衡是免疫反应分子机制和/或疾病研究的重要发现,在过去的20年被广泛视为重要的免疫调节“模式”,用以解释和研究基础免疫和免疫性疾病的发生机制。新近发现的Th17细胞为揭示Th1/Th2模式不能解释的免疫现象提供了新的依据。Th17细胞是以产生白细胞介素17(IL-17)类细胞因子为特征的CD4+T辅助细胞亚群, Th17细胞及其产生的细胞因子已被证实在多种炎症性疾病如过敏性哮喘、实验性自身免疫性脑脊髓炎、多发性硬化、类风湿性关节炎、炎症性肠病及真、霉菌感染等的发生中发挥着重要作用。

一、IL-17细胞因子和Th17细胞

1.IL-17细胞因子家族 IL-17细胞因子家族成员包括IL-17A(又称IL-17)、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E(即IL-25)和IL-17F[ 1],其中对IL-17A、IL-17E和IL-17F的表达和功能已有较清晰的认识。IL-17A主要由CD4+记忆性T细胞产生,分泌IL-17A的CD4+T细胞亚群称为Th17细胞。而γδT细胞、自然杀伤性T(nature killer T,NKT)细胞、自然杀伤性(nature killer,NK)细胞、单核细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞也可产生IL-17A。因此,IL-17A既是天然免疫也是适应性免疫细胞产生的效应因子,在2种免疫反应间起桥梁作用。IL-17A是引起中性粒细胞迁移、募集和激活的关键细胞因子[ 2],可诱导多种细胞产生细胞因子[如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimutaing factor ,GM-CSF)、粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor,G-CSF)]、趋化因子[如CXC趋化因子配体(CXC chemokine ligand,CXCL)1、CXCL8、CXCL10等]及金属蛋白酶[ 3, 4],参与多种炎症性疾病的炎症反应。IL-17B和IL-17C在组织中广泛表达,但具体的细胞来源还不清楚。IL-17D则主要来源于CD4+T细胞和CD19+B细胞。IL-17E并非由Th17细胞产生,而是由Th2细胞产生,骨髓源性肥大细胞在IgE与其表面受体交联后也可产生IL-17E[ 1]。IL-17E可诱导Th2型细胞因子(IL-4、IL-5、IL-13等)和CC趋化因子配体(CC chemokine ligand,CCL)5、CCL1的产生,并且可能参与Th2型过敏反应[ 5]。IL-17F和IL-17A高度同源,两者有50%的氨基酸序列一致,而其他几种IL-17家族成员与IL-17A只有10%~30%的同源序列。IL-17F具有与IL-17A相似的生物学活性,可诱导多种细胞因子产生,发挥促炎作用。Th17细胞还可分泌IL-21和IL-22等细胞因子[ 6],通过与组织中广泛分布的IL-17R和IL-22R相互作用从而引发炎症反应。由此可见,参与炎症反应是Th17细胞的重要功能。

2.IL-17受体及信号转导 IL-17受体(IL-17 receptor,IL-17R)家族包括IL-17RA、IL-17RB、IL-17RC、IL-17RD和IL-17RE, 其亚基都是含单个跨膜结构的蛋白质,由499~866个氨基酸残基组成。这些受体亚基包含一些特定的保守结构基序,包括胞外段纤维连接蛋白Ⅲ样结构域和胞浆段的SEF/IL-17R(SEFIR)结构域(19575028)[ 7]。IL-17RA可与IL-17A和IL-17F结合,但其与IL-17A亲和力更高。小鼠IL-RC是IL-17F的特异性受体,不与鼠IL-17A结合;人IL-17RC是人IL-17F的高亲和力受体,但也可与人IL-17A结合[ 6]。IL-17RA和IL-17RC形成异聚体,从而与IL-17A和IL-17F结合[ 8]。IL-17R复合物由最少2个IL-17RA和1个IL-17RC组成,其精确比例还不清楚[ 9],当其与配体(IL-17A、IL-17F或IL-17A/F)结合后IL-17RA胞内SEFIR结构域及Toll/IL-1R样环(TIR-like loop,TILL)与衔接蛋白ACT-1结合,ACT-1招募肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 ,TRAF6)从而引起下游级联信号反应包括诱导核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)、有丝分裂原激活蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases,MAPK)及CCAAT增强子结合蛋白(CCAAT-enhancer binding protein,C/EBP)信号途径等[ 7]。NF-κB :IL-17可激活经典NF-κB途径中p50和p65,并无证据表明非经典NF-κB途径参与IL-17A信号转导。但IL-17A激活非经典NF-κB途径中的NF-KB诱导激酶(NF-κB-inducing kinase,NIK);MAPK:IL-17A诱导的MAPK信号途径活化导致激活蛋白-1(activator protein-1,AP-1)激活,其作用主要是控制mRNA转录产物的稳定性;C/EBP:在对IL-17靶基因进行微阵列分析时发现IL-17上调C/EBP-δ和C/EBP-β的表达,C/EBP-δ和C/EBP-β转录因子有助于介导IL-17A靶向启动子的激活[ 7, 9]。IL-17RB是IL-17E(IL-25)的受体,也与IL-17B低亲和力结合,IL-17RB信号活化可促进Th2型免疫。目前IL-17RD和IL-17RE的配体还不清楚[ 6]。

3.Th17细胞分化调节 Th17细胞是新发现的CD4+T细胞亚群。转化生长因子β(tumor necrosis factor beta,TGF-β)和IL-6是诱导Th0细胞分化为Th17细胞的关键组合。在IL-6缺乏时,白细胞介素21(IL-21)与TGF-β,IL-1β与白细胞介素23(IL-23)也可协同诱导Th17细胞分化[ 6]。在人体中,TGF-β并非Th17细胞分化所必需的,IL-1β与IL-23或IL-1β与IL-6协同可显著诱导Th17细胞分化[ 10, 11]。Th17细胞分泌的IL-21有自反馈作用,IL-21通过抑制TGF-β诱导的Foxp3的表达来抑制调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)的分化,并且同TGF-β一起诱导初始T细胞向Th17细胞亚群分化[ 6]。IL-23是参与调节Th17细胞分化的重要的细胞因子之一。IL-23是IL-12异型二聚体细胞因子家族成员,由IL-23p19和IL-12p40 2个亚单位组成。该细胞因子能特异性地刺激记忆性CD4+T淋巴细胞,通过IL-12Rβ1和IL-23R传递信号,调节IL-17的表达[ 12]。IL-23不能直接诱导初始T细胞分化成Th17细胞,但是能增强CD4+记忆性T细胞库中Th17细胞增殖,并且维持Th17细胞的存活[ 13]。白细胞介素25(IL-25)即IL-17E在体外激活并诱导Th2细胞产生的白细胞介素4(IL-4)信号通路,可以抑制Th17细胞的生成。转录因子GATA-3为Th2细胞系分化和IL-4表达所必需。而T细胞T盒蛋白(T-box expressed in T cells, T-bet)可以与γ-干扰素(interferon-γ,IFN-γ)启动子结合,从而诱导IFN-γ的表达。与Th1、Th2不同,维A酸相关孤独受体γ胸腺异构体(retinoid related orphan receptor gamma thymus-specific isoform,ROR-γt)是Th17细胞分化的关键转录因子,可诱导编码IL-17A和IL-17F基因表达,使CD4+T细胞在IL-6和TGF-β的作用下进行分化为Th17细胞。Ivanov等[ 14]发现ROR-γt缺陷的小鼠Th17细胞分化受损,而且在天然T细胞中转入含ROR-γt的逆转录病毒载体后诱导其分化为产生Th17细胞。在ROR-γt缺陷小鼠体内Th17细胞虽然减少但并非缺乏。另一种维甲酸受体家族成员抗视黄酸相关孤儿受体α(antibody to retinoid-related orphan receptor alpha,RORα)同ROR-γt类似,也表达于Th17细胞[ 15]。Yang等[ 15]研究发现在Th17细胞分化过程中RORα的作用与ROR-γt相似但不完全相同,而RORγt和RORα调节IL- 17产生的机制尚未完全阐明。

Treg/Th17细胞分化平衡对维持免疫系统平衡至关重要。CD4+Treg细胞主要分为2个亚群:自然调节性T(nature Treg, nTreg)细胞和诱导调节性T(induced Treg,iTreg)细胞。nTreg在胸腺中发育成熟,且Foxp3为其特异性转录因子;iTreg是CD4+CD25-T细胞在外周血或体外由特异性抗原刺激并在细胞因子的诱导下分化而来。TGF-β诱导初始CD4+T细胞表达Foxp3/ROR-γt,使其分化成为天然调节性T细胞或Th17细胞[ 16]。TGF-β单独刺激时促进Treg细胞分化抑制适应性T细胞反应和自身免疫。当IL-6与TGF-β协同刺激时诱导Th17细胞特异性转录因子RORγt和RORα表达使其分化为Th17细胞,同时抑制TGF-β诱导的Treg细胞分化[ 17]。IL-6可激活信号转导与转录激活因子(signal transducer and activators of transcription,STAT)3和 STAT1, STAT3上调IL-6诱导的RORγt、RORα及IL-17的产生[ 9],而STAT1激活后则抑制Th17细胞的分化[ 17]。

二、Th17细胞与过敏性疾病

过敏性疾病主要是以CD4+T细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞聚集和浸润为特征的炎症性疾病。以下分述了Th17细胞与过敏性哮喘、接触性超敏反应和过敏性鼻炎的关系。

(一)Th17细胞与过敏性哮喘

过敏性哮喘是一种以呼吸道高反应性和慢性过敏性炎症为主要特征并反复发作的呼吸道常见疾病。Th细胞在过敏性哮喘中发挥着重要的免疫调节作用,Th2 占优势的Th1/Th2 失衡是过敏性哮喘发病的一个重要机制。主要表现为Th1功能相对受抑, Th2细胞过度活化、Th2类细胞因子表达增加,进而导致IgE合成增加和嗜酸性粒细胞激活。近年来发现Th17细胞及IL-17与过敏性哮喘关系密切,过敏性哮喘患者的血清、肺泡灌洗液及支气管活检免疫组化均表明IL-17和/或IL-17 mRNA增加,并且与患者气道高反应性的严重程度相关[ 18, 19]。在严重的过敏性哮喘患者气道中以中性粒细胞增多为主,而中性粒细胞增多与气道重建及气道高分泌密切相关。IL-17则在促进过敏性哮喘患者气道中性粒细胞募集过程中发挥作用。IL-17可诱导气道平滑肌细胞、巨噬细胞及成纤维细胞产生促炎症因子IL-6、IL-8、前列腺素E2、细胞间黏附分子(intercellular adhesion molecule,ICAM)-1等以及趋化因子CXCL1、CXCL20、CXCL8等[ 1],IL-17A和IL-17F可激发嗜酸性粒细胞释放趋化因子CXCL1/Gro-α、CXCL8/IL-8和CCL4/MIP-1β[ 20],从而促进气道中性粒细胞的募集及炎症的反应发生[ 2]。过敏性哮喘患者外周血单核细胞(peripheral blood monouclear cells,PBMCs)中Th17细胞比例和血浆中IL-17的浓度增加,并且Th17细胞及IL-17表达增加与哮喘的严重性呈正相关;转录因子ROR-γt的mRNA水平显著增加[ 14],患者PBMCs在体外经PMA刺激后能够产生明显高于健康对照者的IL-17。这些都表明Th17细胞可能通过多种机制调节过敏性哮喘的肺部炎症和全身免疫反应[ 21]。

IL-17在哮喘中作用的重要性在动物实验中进一步得到证实。Tilley等[ 22]发现RORγ基因敲除小鼠过敏性哮喘模型中以淋巴细胞激活、肺泡灌洗液中炎症细胞增多为特征的肺部炎症反应减弱,嗜酸粒细胞性肺部炎症减弱,CD4+淋巴细胞减少,Th2细胞因子蛋白及mRNA表达下降。IL-17RA或IL-17A基因敲除小鼠体内过敏原激发引起的肺部中性粒细胞募集明显减少,用抗IL-17A抗体处理可明显减少过敏性哮喘小鼠气道中性粒细胞的数量[ 23]。OVA致敏的过敏性哮喘小鼠用抗原激发后IL-17表达增加[ 23];过敏性哮喘小鼠的肺组织中IL-17特异性转录因子RORγt的mRNA和蛋白异常高表达[ 14]。因此,有学者认为IL-17的中和治疗可以作为严重哮喘的治疗方案的辅助性方法之一。

IL-17在嗜酸性粒细胞炎症性过敏性哮喘中发挥双向调节作用。Nakae等[ 24]对IL-17A和IL-17RA基因敲除小鼠研究发现,在建立过敏性哮喘模型的致敏阶段,IL-17A诱导抗原特异性Th2细胞激活、嗜酸性粒细胞聚集及血清IgE的产生。因此IL-17在致敏阶段促进哮喘的发展;而OVA致敏的哮喘小鼠激发阶段注射抗IL-17A单克隆抗体引起嗜酸性粒细胞募集和肺泡灌洗液中IL-5产生增加;给予IL-17A则抑制肺部嗜酸性粒细胞聚集及气道高反应性。同时抑制Th2型细胞因子IL-4、IL-5、IL-13以及嗜酸性粒细胞趋化因子Eotaxin、Th2淋巴细胞趋化因子TARC的产生。表明IL-17A在Th2型过敏性反应激发阶段发挥了负向调节性作用[ 25]。Wakashin等[ 26]研究发现将抗原特异性Th17细胞转入BALB/c小鼠体内,抗原激发后诱导气道中性粒细胞而非嗜酸性粒细胞聚集;而将抗原特异性Th17细胞和Th2细胞共同转入小鼠体内显著增强气道嗜酸粒细胞性炎症和气道高反应性。这些研究表明Th17细胞不仅诱导中性粒细胞性气道炎症,而且上调Th2细胞介导的嗜酸粒细胞性气道炎症,但其作用机制仍需进一步研究。

(二)Th17细胞与接触性超敏反应(contact hypersensitivity,CHS)

过敏性皮炎患者外周血及其急性皮损部位Th17细胞数量明显高于健康对照者,Th17细胞的增加程度与CHS的严重性呈正相关[ 27]。Nakae等[ 21]研究发现,抗原特异性皮肤源性T细胞产生的IL-17可诱导人角质细胞表达IL-6、IL-8、ICAM-1、HLA-DR等,从而引发炎症反应。IL-17基因敲除小鼠CHS和局部炎症细胞浸润明显减弱、抗原特异性CD4+T细胞活化受损,抗IL-17抗体中和IL-17后炎症被抑制。IL-17不仅对CHS抗原特异性CD4+T细胞的激活发挥关键作用,而且对体液反应也有影响。IL-17基因敲除的小鼠血清中抗原特异性IgG水平显著降低[ 21]。因此IL-17是引发CHS重要的炎症细胞因子。

(三)Th17细胞与过敏性鼻炎

Ciprandi等[ 29]检测发现过敏性鼻炎患者血清IL-17增高,且增高水平与血清特异性IgE、外周血嗜酸性粒细胞数量和中重度患者临床症状的严重性成正相关[ 28]。但也有研究报道过敏性鼻炎患者鼻腔分泌物中IL-17水平并无增加,这种矛盾的结果可能与研究对象的数量有限、患者个体特异性及检测的部位有关。

三、Th17细胞的检测方法

目前对于Th17细胞亚群的鉴定尚无有效的检测方法。由于CD4+T细胞群中仅Th17细胞表达IL-17,因此可通过双色法流式细胞术检测CD4和IL-17双阳性T细胞群界定Th17细胞。首先用荧光标记的抗CD4单克隆抗体标记细胞,对细胞进行固定、破膜后,再用不同荧光标记的抗IL-17抗体标记后筛选双阳性细胞群即Th17细胞。另外还可通过流式细胞术或免疫印迹方法检测RORγt的表达从而界定Th17细胞。

四、总结和展望

目前对于过敏性疾病的治疗仍缺乏有效的方法。Th17细胞的发现进一步增加了我们对过敏性炎症的分子机制的认识,但同时也提出了一个问题,即“在过敏性疾病中Th17细胞和Th2细胞如何协同作用”,这些都值得我们进一步研究。总之,Th17细胞为我们研究过敏性疾病的发病机制以及治疗方法都提供了一个新的靶点。

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