Th17/Treg 細(xì)胞失衡與自身免疫性心肌炎①

徐 玲 呂仕超 張軍平 (天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，天津 300193)

隨著生活環(huán)境質(zhì)量的下降，病毒性心肌炎(VMC)的發(fā)病率呈逐年上升趨勢。VMC 發(fā)病機制主要包括病毒直接損傷和自身免疫損傷兩方面。病毒感染后引發(fā)的自身免疫反應(yīng)是心肌損傷發(fā)生發(fā)展的核心，也是導(dǎo)致心肌纖維化，乃至擴(kuò)張型心肌病(DCM)的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，Th17、Treg 細(xì)胞表達(dá)失衡在這一過程中發(fā)揮著重要作用，對心肌炎的發(fā)展及轉(zhuǎn)歸有重要影響。因此，探討Th17、Treg 細(xì)胞的分化與調(diào)控機制，明確其在心肌炎中的作用機制，發(fā)現(xiàn)其生物學(xué)治療靶點成為當(dāng)今的研究目標(biāo)。本文將對Th17 細(xì)胞和Treg 細(xì)胞分化和調(diào)控機制以及二者在心肌炎中的作用研究概況做一簡要綜述。

1 Th17、Treg 概述

1.1 Th17 細(xì)胞的分化和調(diào)控 Th17 細(xì)胞是獨立的T 細(xì)胞亞群，其發(fā)現(xiàn)源于對實驗性自身免疫性腦脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)［1］，以及對膠原蛋白誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎這兩個典型自身免疫疾病動物模型的研究。Th17 細(xì)胞的分化包括3 步:一個依賴于TGF-β 和IL-6 的分化階段;一個由IL-21 介導(dǎo)的放大階段以及一個依賴于IL-23 的穩(wěn)定階段。Th17 細(xì)胞的分化受諸多因素的調(diào)控。其中，ROR-γt 是控制IL-17 分化的關(guān)鍵性、特征性轉(zhuǎn)錄因子。Stat3，是IL-6、IL-21 和IL-23 的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，對于IL-17 的產(chǎn)生必不可少，同時Stat3 也與IL-23R 的誘導(dǎo)有關(guān)［2］。此外，Th17 細(xì)胞活化后自分泌IL-21，IL-21 又以正反饋的方式促進(jìn)Th17 細(xì)胞分化，部分代替IL-6 在Th17 細(xì)胞分化中的作用，從而使Th17 細(xì)胞大量擴(kuò)增［3］;而IL-23 雖然不是Th17 細(xì)胞分化的誘導(dǎo)因子，但在分化起始后Th17 細(xì)胞存活、功能維持以及之后介導(dǎo)的免疫應(yīng)答中發(fā)揮不可或缺的作用［4］。

1.2 Treg 細(xì)胞的分化和調(diào)控 調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(Regulatory T cell，Treg)早在1970 年由Gershon 等［5］提出，是一類具有免疫調(diào)節(jié)功能的T 細(xì)胞亞群。Foxp3是Treg 細(xì)胞的特異性核轉(zhuǎn)錄因子，是調(diào)節(jié)Treg 細(xì)胞分化及功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子［6］。TGF-β 是Treg 分化、功能維持的關(guān)鍵因子，TGF-β 可以誘導(dǎo)活化的CD4+CD25-細(xì)胞表達(dá)Foxp3 基因使其向CD4+CD25+T 細(xì)胞分化［7］。IL-2 是維持Treg 細(xì)胞生存和功能的另一個重要的細(xì)胞因子，體外研究顯示，IL-2能夠選擇性上調(diào)CD4+CD25+T 細(xì)胞中Foxp3 的表達(dá)［8］。Treg 細(xì)胞可以分泌多種細(xì)胞因子，包括TGFβ、IL-10、IL-2、TNF-α、IL-4、IL-13 等，這些細(xì)胞因子是Treg 細(xì)胞發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素［9］。

2 Th17 與Treg 細(xì)胞平衡

Treg 與Th17 細(xì)胞功能和分化相互遏制，在維持二者平衡過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子是TGF-β 和IL-6。正常情況下，TGF-β 單獨存在誘導(dǎo)初始CD4+T 細(xì)胞分化為Treg 細(xì)胞;而感染或炎癥時大量IL-6 存在，則能協(xié)同TGF-β 誘導(dǎo)Th17 細(xì)胞分化。IL-6 是控制Foxp3/ROR-γt 平衡的開關(guān)，在Treg 及Th17 細(xì)胞的平衡中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用［10］。研究表明，當(dāng)微環(huán)境中缺乏IL-6 時，T 細(xì)胞在TGF-β 的作用下，上調(diào)體內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子Foxp3 的表達(dá)，而促使T 細(xì)胞向Treg 細(xì)胞分化［11］。而當(dāng)TGF-β 和IL-6 同時存在時，則會通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子ROR-γt 表達(dá)而促進(jìn)T 細(xì)胞向Th17 分化，同時Th17 細(xì)胞通過自分泌IL-21 細(xì)胞因子的方式，通過誘導(dǎo)STAT、ROR-γt 的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)促進(jìn)T 細(xì)胞向Th17 細(xì)胞亞群分化［12］。TGF-β 是維持Treg 與Th17 細(xì)胞平衡的關(guān)鍵因子，其調(diào)控作用與其濃度密切相關(guān)，當(dāng)TGF-β 低濃度時，與IL-6 及IL-21 協(xié)同促進(jìn)IL-23 受體和ROR-γt 表達(dá)而偏向Th17 細(xì)胞分化;高濃度時則會誘導(dǎo)Foxp3 產(chǎn)生，抑制IL-23 受體表達(dá)并偏向Treg 細(xì)胞分化［13］。

3 Th17/Treg 細(xì)胞失衡在自身免疫性心肌炎中的作用

3.1 急性期 病毒性心肌炎急性期可見心肌細(xì)胞腫脹、壞死，出現(xiàn)以單核細(xì)胞及淋巴細(xì)胞為主的炎性細(xì)胞浸潤，心肌間質(zhì)和血管多未受累。這一時期屬于病毒復(fù)制期，病毒經(jīng)血液直接侵犯心肌，進(jìn)入心肌細(xì)胞后大量復(fù)制并合成病毒蛋白，直接作用于心肌組織，產(chǎn)生心肌細(xì)胞溶解作用，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和促進(jìn)凋亡。病毒感染后，誘發(fā)機體免疫反應(yīng)，出現(xiàn)促炎性Th17 細(xì)胞和抑炎性Treg 細(xì)胞的表達(dá)失衡。

在病毒性心肌炎急性期階段，Th17 細(xì)胞及其相關(guān)因子IL-17 表達(dá)的增加，使心肌炎癥反應(yīng)加劇。臨床研究證實，在急性病毒性心肌炎患者體內(nèi)，外周血Th17 細(xì)胞數(shù)目和血清IL-17 水平和健康者相比均明顯增高［14］。在柯薩奇病毒(CVB3)誘導(dǎo)的急性病毒性心肌炎(AVMC)小鼠模型的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，Th17 細(xì)胞及其相關(guān)因子IL-17 表達(dá)呈上調(diào)趨勢［15，16］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，使用IL-17 抗體中和IL-17 后，小鼠心肌炎癥狀減輕并伴隨著病毒復(fù)制水平的下降［15］，說明Th17 細(xì)胞參與了柯薩奇病毒性心肌炎急性期的病毒復(fù)制過程。最近研究表明，Th17細(xì)胞不僅能促進(jìn)炎癥反應(yīng)，還可以促進(jìn)B 細(xì)胞產(chǎn)生致病性自身抗體［17，18］。Yuan 等［14］發(fā)現(xiàn)AVMC 患者外周血中B 細(xì)胞上IL-17R 的表達(dá)比健康人明顯升高，而且B 細(xì)胞的激活與血清IL-17 水平密切相關(guān)。同樣在CVB3 誘導(dǎo)的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用IL-17 單克隆抗體處理AVMC 鼠后，血清IL-17 水平和血清抗ANT 自身抗體下降，表明IL-17 可能參與AVMC小鼠的體液免疫反應(yīng)過程，并調(diào)控心肌自身抗體的產(chǎn)生而促進(jìn)心肌炎的發(fā)展［19］。

Treg 細(xì)胞能夠調(diào)控心肌炎發(fā)病過程中的自身免疫反應(yīng)，其通過促進(jìn)抗炎因子的產(chǎn)生，抑制病毒復(fù)制而發(fā)揮心臟保護(hù)作用。研究表明，乳糖凝集素-9可以誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞大量增殖，而抑制Th1 和Th17細(xì)胞的增殖。LV 等［20］對CVB3 誘導(dǎo)的心肌炎小鼠的研究表明，乳糖凝集素-9 可以上調(diào)體內(nèi)Treg 細(xì)胞數(shù)量，增加心肌組織IL-10 的表達(dá)，減輕心肌炎癥。研究證實，輸入過繼性轉(zhuǎn)移Treg 細(xì)胞，能夠降低AVMC 小鼠體內(nèi)病毒復(fù)制水平，減少心肌組織炎癥細(xì)胞浸潤，其機制可能是通過增加心肌TGF-β 水平而發(fā)揮其抗病毒作用［21］。Horwitz 等［22］利用TGF-β轉(zhuǎn)基因小鼠誘導(dǎo)病毒性心肌炎模型，與野生型小鼠相比，TGF-β 轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)抗心肌抗體表達(dá)下降，心肌組織炎癥細(xì)胞浸潤也減少。

Th17 細(xì)胞和Treg 細(xì)胞二者數(shù)量的表達(dá)失衡，影響病毒復(fù)制水平，對病毒性心肌炎的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸起關(guān)鍵作用。Xie 等［23］的研究發(fā)現(xiàn)在病毒性心肌炎急性期(AVMC)，Th17 細(xì)胞及其相關(guān)細(xì)胞因子IL-17A和IL-21 表達(dá)升高，同樣，Treg 細(xì)胞及相關(guān)細(xì)胞因子TGF-β、IL-10 的表達(dá)也明顯升高。且心肌組織CVB3 的復(fù)制水平與IL-17A 的表達(dá)呈正相關(guān)，而與TGF-β 的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步研究顯示，使用IL-17A 中和抗體阻斷后，Treg 細(xì)胞及其相關(guān)的細(xì)胞因子TGF-β 的表達(dá)明顯下降，而CD4+、CD8+T細(xì)胞及穿孔素細(xì)胞表達(dá)明顯上升，伴隨著心肌組織中炎癥因子IL-17A、IL-10、IL-2 和IL-21 和心肌病毒復(fù)制水平明顯降低，表明病毒復(fù)制的降低可能與Treg 的數(shù)量及其功能改變有關(guān)。其詳細(xì)機制一方面可能與Treg 細(xì)胞數(shù)量的下降有關(guān)，另一方面可能與Treg 通過介導(dǎo)的抑制T 細(xì)胞的功能下降及增加穿孔素細(xì)胞數(shù)目，以清除病毒在體內(nèi)復(fù)制而發(fā)揮保護(hù)心肌作用有關(guān)。

3.2 慢性期 病毒性心肌炎遷延不愈，轉(zhuǎn)入慢性期，逐漸發(fā)展成為擴(kuò)張型心肌病乃至心力衰竭，其主要病理表現(xiàn)為炎癥細(xì)胞浸潤、心肌細(xì)胞肥大、凋亡、壞死及心肌間質(zhì)纖維化。體外研究表明，IL-17 在培養(yǎng)的心肌成纖維細(xì)胞中，以劑量依賴性方式促進(jìn)膠原和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的產(chǎn)生，阻斷IL-17 受體，顯著減輕心衰和心肌纖維化［24］。這一點在對動物模型的研究中也得到證實。Baldeviano 等［25］發(fā)現(xiàn)IL-17 缺陷小鼠與野生型小鼠比較，野生型小鼠左室擴(kuò)張，心功能下降明顯，而IL-17 缺陷小鼠左室功能則無明顯差異，心肌間質(zhì)膠原沉積明顯降低，心?、?、Ⅲ型膠原基因表達(dá)及MMP 表達(dá)降低，TIMP 表達(dá)增多，而表現(xiàn)為心肌纖維化程度降低。此外，Liu等［26］對EAM 小鼠的研究發(fā)現(xiàn)IL-17RA 和IL-17RC在心肌成纖維細(xì)胞上呈高表達(dá)，并伴隨著Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原表達(dá)升高，進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)IL-17 能夠促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞中PKCβ、Erk1/2 磷酸化，并使NF-κB 相關(guān)因子p65 表達(dá)上調(diào)，而且PKCβ 抑制劑可以減輕心肌纖維化程度，表明IL-17 誘導(dǎo)的心肌纖維化可能是通過激活PKCβ/Erk1/2/NF-κB 信號通路而實現(xiàn)的。

與Th17 細(xì)胞相反，Treg 細(xì)胞在心肌炎慢性期發(fā)揮著心肌保護(hù)作用，其調(diào)節(jié)免疫、發(fā)揮心肌保護(hù)作用的分子機制主要是分泌免疫抑制因子IL-10，IL-10抑制成纖維細(xì)胞膠原合成，而發(fā)揮其抗纖維化的作用［27，28］。Cao 等［29］對柯薩奇病毒感染誘導(dǎo)的心肌纖維化小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，Treg 細(xì)胞數(shù)量與心肌纖維化無相關(guān)性，但是采用抗CD25 抗體中和Treg細(xì)胞，使其減少會導(dǎo)致Ⅰ型膠原、TIMP-1、TIMP-1/MMP-1 和TIMP-1/MMP-3 表達(dá)增加，心肌纖維化加重，表明Treg 細(xì)胞對心肌纖維化具有保護(hù)作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，將脾臟的Treg 細(xì)胞過繼轉(zhuǎn)移至小鼠體內(nèi)，會使膠原沉積減少，心肌纖維化減輕，相反，這一保護(hù)效應(yīng)可以被抗IL-10 抗體阻斷。體外研究也證實，Treg 細(xì)胞以劑量依賴方式減少心肌成纖維細(xì)胞產(chǎn)生Ⅰ型膠原和TIMP-1，相反，IL-10 抗體也以劑量依賴方式增加Ⅰ型膠原和TIMP-1 表達(dá)增加，表明IL-10 在Treg 細(xì)胞介導(dǎo)的心肌纖維化保護(hù)效應(yīng)中發(fā)揮著重要作用，IL-10 抗體可能是未來治療心肌纖維化的有效藥物。

臨床研究表明，心肌炎慢性期患者中同樣存在Th17 細(xì)胞與Treg 細(xì)胞表達(dá)失衡。Li 等［30］發(fā)現(xiàn)DCM 患者Treg 細(xì)胞其轉(zhuǎn)錄因子(Foxp3)表達(dá)明顯減少，說明因具有抑制性作用的T 細(xì)胞減少引起的慢性炎癥促進(jìn)了心肌細(xì)胞的凋亡壞死和心肌纖維化的形成;而Th17 細(xì)胞及其相關(guān)細(xì)胞因子(IL-17、IL-6、IL-23)、轉(zhuǎn)錄因子(RORγt)表達(dá)增加，提示Th17細(xì)胞介導(dǎo)了DCM 的發(fā)生發(fā)展。因此，促進(jìn)Treg 細(xì)胞表達(dá)上調(diào)、Th17 細(xì)胞表達(dá)下調(diào)，使二者恢復(fù)平衡，成為心肌炎慢性期的治療目標(biāo)。

4 小結(jié)

機體免疫組織、免疫細(xì)胞和免疫分子構(gòu)成一個復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，病毒感染后激活心肌自身免疫反應(yīng)是導(dǎo)致心肌炎急、慢性期心肌損害的關(guān)鍵原因。Th17 細(xì)胞具有促炎作用，在心肌免疫損傷過程中占主導(dǎo)地位，而Treg 細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用在保護(hù)心肌自身耐受性、減輕心肌損害方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此，調(diào)節(jié)Th17、Treg 分化的免疫微環(huán)境，控制其效應(yīng)因子的表達(dá)，維持Th17、Treg 間的相對平衡，是未來防治心肌炎及擴(kuò)張型心肌病的新靶點。

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