1、Th17 细胞的分化调控因素及在自身免疫性疾病中的作用【摘要】 Th17 细胞是在近来受到广泛关注的一类 CD4+T 细胞亚群，在诸如牛皮癣、类风湿性关节炎、移植排斥等病理过程中发挥着重要的作用。近年来众多研究发现，其在体内外的分化调节受到包括 IL-6、IL-21、IL-23、TGF- 和诸如全反式维甲酸、HIF 等因子作用的广泛影响，而 TH17 亚群和其所分泌的 IL-17、IL-22 等细胞因子，在体内也拥有广泛的受体。这些因子也被证明在前炎性因子释放、粒细胞募集等方面发挥着十分广泛的作用。对 Th17 细胞分化及其分泌细胞因子的研究，对解决上述疑难的自身免疫疾病和器官移植问题，都具有
2、重大的意义。 【关键词】 CD4 阳性 T 淋巴细胞;辅助 T 细胞-17 亚群;IL-17 细胞因子;细胞分化AbstractTh17 cells，a class of CD4+T cell subsets is attracted widespread attention recently，which plays an important role of pathological processes，such as psoriasis，rheumatoid arthritis and transplant rejection.As reported，IL-6,IL-21,IL-23,TGF
3、-,HIF，RA，and other relational cytokines involved in the differentiate of internal Th17 cells have already been identified.TH17 subsets and cytokines like IL-17，IL-22，has diversified receptors.These cytokines have also been reported to plays general roles in release of pro-inflammatory cytokine and g
4、ranulocytes raised.Investigations on the differentiation of Th17 and its secretion of cytokines would undoubtedly be of great significance in resolving these gynecological autoimmune diseases and transplant rejection.Key wordsCD4-positive T-lymphocytes;help T-lymphocytes 17;tinterleukin-17;cell diff
5、erentiation1Th17 细胞分化的调控Th17 和 iTreg 同 Th1/Th2 细胞亚群一样，是从共同的初始 T 细胞分化而来的。初始 T 细胞在 TCR 通路和细胞因子(主要是 IL-6、TGF-)双通路的刺激下开始向 Th-17 亚群分化1，随后 IL-21(主要由旁分泌和自分泌途径产生)促进 Th-17 细胞亚群增殖，IL-23 则维持 Th17 亚群的活性并促使其分泌 IL-172产生促炎症反应。1.1IL-6 和 IL-21 对 Th17 亚群分化的作用 IL-6 是最早发现的可诱导 Th17 分化并且作用最显著的细胞因子，IL-6 分泌过剩可导致包括多发性硬化症(MS
6、)、类风湿性关节炎(RA)在内的多种与 Th17 密切相关的自身免疫性疾病3，而在实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)和胶原诱导性关节炎(CIA)等跟 Th17 密切相关的自身免疫性疾病模型中，IL-6 基因敲除的老鼠的反应较野生型老鼠明显耐受，并且体内增生的 Th17 细胞较野生型明显减少4，5。 IL-6 是一种能由多种细胞产生的多效能的细胞因子，最初是作为 B 细胞分化因子而确定的，它可以由 DC 细胞、巨噬细胞、单核细胞、肝细胞或者活化的 T 细胞亚群分泌，在调节免疫反应、造血、急性排斥反应、炎症和骨髓肿瘤生长等方面发挥着重要作用6。幼稚 T细胞表达的 IL-6 受体由 IL-6R (I
7、L-6 receptor) 和 gp130 两部分构成，当细胞膜外的 IL-6R 与 IL-6 结合，位于膜内 gp130 的均二聚作用被活化，并表达络氨酸磷酸激酶的活性，可以活化包括 MAPK 通路、SHP-2 通路在内的多条信号通路，并最终导致 JAK/STAT 通路的活化，RORt 则通过STAT3 通路和其他通路的共同作用而被激活6，7。IL-6 在 Treg 细胞与Th17 细胞分化的平衡中扮演着非常重要的角色。在使用由 LPS 激活的 DC细胞和 TGF- 诱导 Th17 细胞分化的试验中，加入 IL-6 的抗体，可以导致 Th17 细胞亚群的分化完全停止。而相对的，使用高剂量 I
8、L-6 的培养实验中，可以明显观察到幼稚 T 细胞中 TGF- 介导的 Foxp3 基因表达降低和 IL-17 分泌的增加1。IL-6 缺陷老鼠也明显表现出 Th17 细胞数量减少和 Treg 细胞的增加3。然而，在 IL-6 基因敲除小鼠模型的病程发展过程中，伴随着 Treg 细胞的减少，Th-17 细胞亚群开始占优势，并且病症开始逐渐加重。这提示除了 IL-6 可能还有另一种细胞因子调控着Th17 亚群,目前认为是 IL-21。 IL-21 是一种主要由活化 T 细胞和 NKT 细胞产生的细胞因子，属于 IL-2 家族，它们共用一条 链，并在 NK 细胞的分化、B 细胞活化和免疫球蛋白亚型
9、转换中发挥着重要作用。IL-21 可以由 Th17 细胞自身来大量分泌，作用于 Th-17 细胞的 IL-6 通过激动STAT3 通路可以促使 IL-21 的自分泌。IL-21 与 TGF- 共同作用，使细胞分化向 Th-17 亚群偏移8。因此类似 Th1、Th2 亚群既分泌INF、IL-4，分化又能受其正调控并抑制另一亚群，IL-21 很可能是Th-17 自体信号放大环路的关键因子。但同时有研究发现，在 IL21R(-/-)和IL21(-/-)老鼠的实验中，Th17 细胞的分化和炎症组织中的募集作用，并没有因为 IL-21 和其受体的缺失而较野生型有所下降9。故推测在体内环境中，IL-21
10、分化增殖 Th17 的作用可以由周围免疫系统大量并持续分泌的 IL-6，协同 TGF- 来替代。但是，IL-21 在自身免疫性疾病和组织炎症，以及 GVHD 等方面发挥着重要的作用，在鼠 GVHD 中使用 IL-21 抗体和自身缺陷型小鼠实验证明，IL-21 相关基因的敲除对小鼠具有明显的保护作用10。1.2IL-23 促使成熟 Th17 的活化与 IL-17 的分泌 IL-23 受体是已经分化成熟的 Th17 细胞表达分泌 IL-17 的关键因素。IL-23 也是促使成熟Th17 细胞活化分泌 IL-17 的关键因子。TGF- 与 IL-6 和 TGF- 与 IL-21 的刺激因子组合都可以
11、介导细胞表达 RORt 通路，RORt 通路则继续正调控细胞表达 IL-23 受体;但在缺乏 TGF-1 的环境下，仅用 IL-6和 IL-21 通过 STAT3 通路也能诱导 IL-23 受体的产生11。而 STAT 下游的 RORt 在 IL-23 受体的产生过程中也发挥着作用，RORt 缺陷的老鼠，分化过程中 IL-23 受体的产生则明显减少12。同时 IL-23 起着维持Th17 细胞继续分化和亚群稳定的效能。IL-23 与 IL-12 十分相近，它们共用 P40 亚基，而 IL-23 特有 P19 亚基，并可以由活化或者记忆 T 细胞、真皮组织内的 DC 细胞、M 细胞分泌13。当敲
12、除掉实验小鼠的 p19 基因后，可明显降低 IL-17 产生水平和降低自身免疫性疾病的发生率并减轻疾病的严重程度12。HLA-B27 基因就与系统性红斑狼疮和强直性脊柱炎中 IL-23 和 IL-17 分泌上调有着密切的联系。在大鼠肝移植模型中，IL-23 在作用于 Th17 细胞的同时，也能促进肝内 NK 细胞分泌 IL-17 增加14。在免疫细胞移植中，来自供体的 APC 分泌的 IL-23 是 GVHD 病理过程的关键因素：在结肠 GVHD 中，由供体 APCs 分泌的 IL-23 与前炎性因子的产生和 GVHD 病理损伤有着密切的关系。在通过对供体动物处理导致的供体 APC 介导分泌的
13、 IL-23 缺失时，病理损害明显的减轻，并且结肠微环境中标记的 LPS 和前炎性细胞因子的产生明显减少15。这些发现都提示，IL-23 及其受体在人类自身免疫性疾病的发展中发挥着关键的角色。但是，IL-23 影响 Th17 细胞的具体作用机制目前还不明确，在自身免疫性实验性关节炎中，IL-23 能通过抑制 T-B-bet 和 FoxP3 因子来促进Th17 细胞亚群的分化和加重病症16，但可以肯定的是，IL-23 可以提高并稳定已经分化的 Th17 亚群活性，并促进 IL-17 的分泌。1.3TGF- 转化生长因子-(Transforming growth factor- )是一种在 T 细
14、胞分化、生长、效应和免疫耐受等方面发挥广泛作用的细胞因子，在粒细胞为主的淋巴细胞和原始 T 细胞上高表达。也在固有免疫系统相关的 nTreg 细胞分化中发挥着重要作用。最新研究发现，TGF- 也在维持皮肤结构和功能完整性17，癌细胞生长过程18等方面，均发挥着广泛的作用。通过对单 T 细胞 TGF- 基因缺陷的小鼠的研究发现，这些小鼠发生了致死性的自身免疫性疾病，并伴随 Th1 和 Th2 细胞的高表达。TGF- 可以促进 Treg 细胞的特异转录因子-Foxp3 的表达。而 Foxp3 正是在诱导和维持外周免疫系统中 Th-17/Treg 细胞亚群分化中发挥着关键作用19。Th17 与 Tr
15、eg 细胞是通过同一祖细胞分化来的，它们的分化均需要 TCR 信号途径的刺激。在 TGF- 相对高表达而 IL-6 相对缺乏的微环境下，细胞高表达 Foxp3 并抑制 IL-23 受体的形成。Foxp3反过来又进一步抑制 RORt 蛋白并沉默相应的基因，这些作用促使 T 细胞向 Treg 亚群分化。另一方面，TGF- 如与 IL-6 或 IL-21 协同作用，将激活 stat3,此蛋白可以抑制 Foxp3 活性并增强 RORt 蛋白的转录，最终使细胞群高表达 IL-23 受体并向 Th17 亚群分化，从而使这群从幼稚 T细胞分化而来的细胞高表达 IL-1720。同时在 TCR 通路在刺激幼稚
16、T 细胞向 Th17 亚群分化的过程中，也会使细胞膜表面的 IL-6R 的表达下调和脱失，使细胞对 IL-6 的应答减弱，而研究发现 TGF- 具有增强 IL-6R 的表达的作用，可能由此来提高细胞对 IL-6 的响应。由此推断，TGF-1 对于 Th17 细胞的分化应该是至关重要。但是最近发现也有研究认为 TGF-1 并非 Th17 细胞分化的必需因素。TGF-1 信号通路缺失的小鼠小肠肠黏膜固有层内 Th17 细胞绝对数并没有减少21。同时，体外分化实验证实仅仅依靠 IL-1、IL-6 和 IL-23 就可以在缺乏 TGF-1 或者 TGF-1 受体缺陷细胞环境中诱导出 Th17 细胞22
17、。其中，IL-1和 IL-6 可以诱导 IL-23 受体的表达，该作用可以被 IL-23 增强，被 TGF-1 削弱。在没有 TGF-1 的情况下，IL-1、IL-6 和 IL-2 通过改变IL-17A/F、RORC 启动子区域的表观遗传学状态，来刺激 Th17 亚群的分化。同时，对这种在无 TGF-1 环境下分化出的 Th17 细胞进行表型和功能的分析发现：与传统的 Th17 细胞(经由 IL-1、IL-6、TGF-1 和 IL-23联合作用分化而来)相比，在表型方面这类 Th17 细胞 CCL9、IL-2、IL-33、IL18R1 和 CXCR3 表达水平较高， IL-19、IL-10、C
18、CL20 和 CXCR6 表达水平较低，且可以同时表达 Th17 细胞特异性的转录因子 RORC 和 Th1细胞特异性的转录因子 T-bet。通过诱导小鼠 EAE 模型，将这两种 Th17细胞分别回输到 Rag2-/-小鼠内，居然发现回输了无 TGF-1 环境下分化的 Th17 细胞对 EAE 病情的促进作用较常规途径分化的 Th17 细胞增强，且病灶部位的 Th1 细胞和 Th17 细胞数也较常规途径分化的 Th17 细胞所诱导的明显增多22。这可能说明，TGF-1 因子不仅通过调控 Treg 细胞亚群的产生来发挥免疫抑制作用，同时，也在 Th17 细胞内，发挥着免疫抑制的功能。1.4 免疫
19、系统对 Th17 细胞分化的调控 DC 细胞作为人体重要的固有免疫细胞，是体内抗原呈递功能最强的 APC,其最大的特点是能刺激初始型 T 细胞的活化增殖，被认为是特异性免疫应答的始动者，不仅担负着激活 TCR 通路，通过 MHC 分子呈递抗原的功能，而且也能分泌 IL-1、IL-6、IL-12、IL-23、IL-27、TNF-、IFN- 等多种细胞因子,当其中一些或一部分细胞因子分泌占主导优势后，就能使 Th1/Th2 和 Treg/Th17 细胞亚群的平衡发生倾斜。虽然 IL-23 不是 Th17 分化所必需的因子，但其在活化和维持 Th17 细胞的应答上发挥重要作用。由其他免疫细胞(如 D
20、C或者巨噬细胞)分泌的 IL-23 是调节 Th17 细胞免疫应答和炎症反应的关键因素，并左右着机体免疫应答与免疫耐受的平衡2326。由此可以推测，IL-23 是固有免疫系统调节 Th17 细胞亚群的主要方式。全反式维甲酸对 Th17 细胞亚群的影响也日益受到关注，这是一种维生素 A 的衍生物，可以诱导 Treg 细胞分化并抑制 Th17 细胞的产生，并改善小鼠的急性免疫性肠炎症状27，28。并且 CD103+的固有层 DC 细胞(非脾脏 DC 细胞)可以分泌这种物质，在体外培养中他与 TGF- 协同使用较单独使用 TGF- 能使 Treg 细胞的比例提高。研究同时指出，有 CD103+DC
21、细胞的肠固有层淋巴结内 Foxp3+ Treg 细胞比例较下游的次级淋巴结高出三倍以上28，29。全反式维甲酸直接作用于幼稚 T 细胞，增强 TGF- 并抑制IL-6 信号通路。在 T 细胞中上调 TGF- 介导的 Smad3 基因磷酸化作用，但是抑制 TGF- 对 IL-6R 亚基的上调作用。同时镇压 IRF4 和 IL-23受体的负转录调控，来减少 Th17 细胞的产生30。所以，其他细胞也可以通过分泌类似全反式维甲酸的物质来调节 Th17 细胞与 Treg 细胞的平衡，并左右免疫应答和耐受。也可以推测，CD103+DC 细胞和其分泌的全反式维甲酸在肠道内对各种抗原和菌群的免疫耐受中扮演着
22、重要的角色。1.5Th17 细胞分化调控中的信号通路 IL-6、IL-21 通过调控 Foxp3和 RORt 的平衡来调控幼稚 T 细胞的分化方向。它们能抑制 TGF- 介导的 Foxp3 的表达。ROR 和 RORt(高表达于 Th-17 亚群)与 Foxp3(高表达于 Treg 亚群)之间的相互对抗作用，可能是 Th17 细胞与 Treg 细胞分化平衡的分子生物学基础31。IL-6 可强烈而短暂地活化 stat3 通路，同时虽然 stat3 所关联的大部分基因已经被证实是启动 TH17 细胞分化增殖的基因，但同时有报道32stat3 在维持 Th17 和 Treg 细胞比例的同时，也在其他
23、 CD4+ T 细胞存活和增殖中起着关键的作用，并关联着部分与 T细胞存活和增殖所必需的基因，这种基因的非特异性提示可能还有额外的通路共同调控着 Th17 细胞的特异性分化。ROR-t 在 Th-17 细胞的分化中同样起着重要作用，它特异性地表达于体外分化的 Th17 细胞和幼鼠固有层分泌 IL-17 的细胞中。RORt 基因缺陷幼鼠的骨髓细胞的体外培养试验中，向亚群 Th17 分化能力明显减弱，但是，在这种老鼠体内仍然能监测出 IL-1733。一种猜测是与最近的研究发现了一种 RORt 及其相似并也广泛表达于 Th17 细胞的因子-ROR 有关。IL-6 或 IL-21 与少量 TGF- 协
24、同作用下可以在 Th17 细胞分化过程中使 RORt 和 ROR 高表达，ROR 虽然与 RORt 相似，却在介导 Th17 细胞的分化的作用机制中并不完全相同。目前，RORt 与 ROR 在 Th17 细胞分化中的作用和促进 IL-17 的合成的机制和区别还没有完全明了。另一种观点认为 ROR-t是与其他一些因子共同作用调控 Th17 亚群的分化，如最近比较受关注的IRF4。研究发现 IR4F 敲除的小鼠对 EAE 具有一定的抵抗能力并且病程中Th17 细胞的比例较低。体外培养发现：IRF4 敲除小鼠的幼稚细胞在 IL-6加 TGF- 环境下分化为 Th17 细胞的能力明显减弱，而这种细胞内
25、 ROR-t 是高表达的34，这进一步提示了 IRF4 或其下游因子与 ROR-t 协同作用于 Th17 细胞的分化和 IL-17 的分泌。1.6Hif 和 mTOR 在 Th17 细胞分化中的角色 Eric V.Dang 等的最新研究35发现，缺氧介导因子(hypoxia-inducible factor)HIF-1(一个以往认为是用来调控在缺氧情况下，细胞能量代谢从氧化磷酸化为主转变到无氧酵解的细胞因子)在 TH17 细胞的分化中，有着重要作用。它通过直接激活 RORt 和与 RORt 协作调控 Th17 下游基因的方式，来正调控 Th17 细胞亚群。并通过加速 Foxp3 蛋白的分解，来
26、抑制 Treg 细胞的分化。而且其中 HIF-1 无论在缺氧或者氧环境正常的情况下，均可由stat3 通路正调控。同时，HIF-1 的缺乏也导致 Th-17 分化的减少和标志受体表达的降低。mTOR 的表达在 T 细胞的分化中起着重要的作用。缺乏 mTOR 的 T 细胞向 Th1、Th2 和 Th17 分化的能力明显减弱。同时在正常的细胞因子调控下，缺乏 mTOR 的 T 细胞会向高表达 Foxp3+的调节 T 细胞分化36。2 自身免疫性疾病中的 Th17 与 IL-172.1Th17 通过分泌 IL-17 为主的细胞因子作用于自身免疫性疾病在以往的研究中，Th17 细胞一直缺乏明确的表面标
27、志，起初，人类的 Th17细胞被鉴定为是 CCR2+CCR5-CD4+ T 细胞37，同年也有文章指出CCR4+CCR6+是分泌 IL-17 的 T 细胞的表面标志38。目前研究中普遍采用的，是 2009 年提出的分泌 IL-17a 是人类 Th17 细胞的表型特征39，它们同时也能分泌 IL-17F、IL-21、IL-22、GM-CSF，并可能也分泌部分 TNF 和 IL-6。上文也提到，IL-17 和 IL-21 以及其主要分泌细胞 Th17 因为这些因子在众多免疫和非免疫细胞中拥有广泛的受体，因而与大量而广泛的疾病有着重要的联系，如多发性硬化症、实验性自身免疫性脑脊髓炎、免疫性肠炎和炎症
28、诱导的癌变40、免疫性皮肤病、类风湿性关节炎41、同种异体移植排斥。类风湿性关节炎患者，外周血 Th17 细胞比率和 Th17 细胞相关细胞因子的水平明显增加(IL-17、IL-23、IL-6、TNF -)，而在 Treg 的细胞比例及 Treg 细胞相关的细胞因子的显著下降(TGF -1)41。同时，在视神经脊髓炎和多发性硬化症患者中Th17 细胞数量和表达水平也是升高的42。在 MS 的病程中，由 Th17 细胞分泌 IL-17、IL-6、IL-21、IL-22、IL-23 和肿瘤坏死因子 TNF- 发挥着关键作用，自体活化的 Th17 细胞通过分泌 IL-17 和 IL-22，来破坏原先紧密链接的由中枢神经内皮细胞构成的胶质蛋白网，穿透血脑屏障，进入中枢神经系统实质内，这一过程也被证明是 MS 发病的起始和关键过程43。同时在 MS 病人外周血检测中，发现 DC 细胞分泌 IL-23 水平增
