Th17/IL-17炎癥軸介導(dǎo)強(qiáng)直性脊柱炎炎癥的機(jī)制研究

陳 鵬,劉宏瀟

(中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門(mén)醫(yī)院，北京 100029)

Th17/IL-17炎癥軸介導(dǎo)強(qiáng)直性脊柱炎炎癥的機(jī)制研究

陳 鵬,劉宏瀟

(中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門(mén)醫(yī)院，北京 100029)

Th17/IL-17炎癥軸；強(qiáng)直性脊柱炎

強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis,AS)屬血清陰性脊柱關(guān)節(jié)病，是一種慢性、進(jìn)行性炎性疾病，以侵犯骶髂關(guān)節(jié)、脊柱及臨近的肌腱、軟組織等部位為典型特征。炎癥、骨破壞、新骨形成是AS發(fā)展過(guò)程中的3個(gè)典型病理改變[1]。自身免疫介導(dǎo)的炎癥是AS發(fā)展的始動(dòng)環(huán)節(jié)。炎癥過(guò)程中，白細(xì)胞在附著點(diǎn)部位的大量聚集可引起附著點(diǎn)侵蝕、附近骨髓炎、水腫等，形成炎癥性骨破壞；隨后肉芽組織形成，鈣磷積累，導(dǎo)致新骨形成。這一過(guò)程在同一部位反復(fù)發(fā)作，最終可導(dǎo)致關(guān)節(jié)逐漸僵直變形，甚至“竹節(jié)”樣變，后果嚴(yán)重。因此，早期介入抗炎治療，對(duì)于延緩AS患者病情進(jìn)展、保護(hù)關(guān)節(jié)十分必要[1]。AS炎癥的發(fā)生與多方面因素有關(guān)，機(jī)體免疫功能的紊亂是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，而T淋巴細(xì)胞亞群的改變更是在導(dǎo)致機(jī)體免疫功能的紊亂中發(fā)揮了積極的作用[2]。輔助性T淋巴細(xì)胞17(helper T cell 17，Th17)作為T(mén)淋巴細(xì)胞重要組成部分，在越來(lái)越多的研究中被證實(shí)與AS的發(fā)病密切相關(guān)[3]。本文綜述國(guó)內(nèi)外近幾年有關(guān)Th17分化及其功能異常的研究，總結(jié)Th17在介導(dǎo)AS炎癥中的分子機(jī)制，旨在為進(jìn)一步探討AS炎癥發(fā)病機(jī)制和治療提供線索。

1 Th17/IL-17炎癥軸在AS中發(fā)揮重要致炎作用

Th17由幼稚型T細(xì)胞分化而來(lái)，是Harrington等[4]于2005年首次發(fā)現(xiàn)的一種能特異性分泌白細(xì)胞介素17(IL-17)的T輔助性細(xì)胞亞群，廣泛參與了炎癥反應(yīng)、自身免疫疾病、腫瘤和移植排斥。Th17可分泌多種細(xì)胞因子，如IL-17、IL-21、腫瘤壞死因子(TNF)等。Th17/IL-17炎癥軸是Th17的主要效應(yīng)途徑。IL-17在自身免疫病中有著重要的致炎作用，已成為很多疾病研究焦點(diǎn)[5-7]。IL-17受體(IL-17R)在幾乎所有細(xì)胞中都有表達(dá)，因此IL-17可通過(guò)與多種不同細(xì)胞的相互作用而發(fā)揮其生物學(xué)功能。一方面，IL-17可刺激上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等釋放IL-6、IL-8、趨化因子20、粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)及粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)。IL-8等通過(guò)促使中性粒細(xì)胞分化成熟，往炎癥部位聚集；IL-6、G-CSF、GM-CSF等通過(guò)促使骨髓中粒細(xì)胞的生成，發(fā)揮其致炎作用。一方面，IL-17可與單核細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞相互作用，促使其釋放IL-1、TNF、IL-6等炎癥因子；反過(guò)來(lái)，IL-1、TNF、IL-6等炎癥因子也正反饋地與IL-17協(xié)同作用，放大炎癥。而且IL-17還可直接或間接地參與軟骨和骨破壞，IL-17可抑制軟骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞中基質(zhì)的產(chǎn)生，通過(guò)誘導(dǎo)MMP及NOS的生成和功能而參與軟骨破壞；IL-17還可增加核因子κB受體活化因子配體(RANKL)在成骨細(xì)胞中的表達(dá)水平，促使破骨細(xì)胞生成，參與骨的侵蝕。

AS作為一種慢性、進(jìn)行性炎性疾病，患者血清中IL-17的表達(dá)水平異常升高[7]，不僅導(dǎo)致了IL-1、IL-6、IL-8、TNF等炎癥因子異常，使AS炎癥反復(fù)發(fā)作，加劇炎性骨破壞，而且促進(jìn)了金屬基質(zhì)蛋白酶(MMP)、NOS、RANKL等因子的高表達(dá)，間斷性地加劇了軟骨和骨的破壞。兩者的反復(fù)發(fā)作，使骨破壞與新骨形成的進(jìn)程加快，促進(jìn)了AS病情進(jìn)展。近期，針對(duì)IL-17A單抗治療活動(dòng)期AS的實(shí)驗(yàn)顯示IL-17A單抗在治療AS中具有良好而安全的效果[8]。這不僅說(shuō)明了IL-17在AS發(fā)病機(jī)制中具有重要作用，而且說(shuō)明了IL-17可能是未來(lái)治療活動(dòng)期AS的一個(gè)新的靶點(diǎn)。

2 Th17的分化受多種因子共同調(diào)控

IL-17的異常表達(dá)離不開(kāi)Th17的病態(tài)分化，Th17的分化則受多種細(xì)胞因子的共同調(diào)控。Th17的早期分化，即幼稚型T細(xì)胞分化為T(mén)h17，主要受TGF-β和IL-6的協(xié)同誘導(dǎo)；而已分化的Th17則需要IL-23的刺激去維持其存活與擴(kuò)增。以人類細(xì)胞為模型的研究中，Th17的分化同樣是受到多種因子的共同作用[9],其中TGF-β發(fā)揮了不可替代的作用。研究發(fā)現(xiàn)，臍帶血和胸腺中少許CD161+RORc+前體細(xì)胞可在IL-1β和IL-23聯(lián)合誘導(dǎo)下，甚至在完全缺失TGF-β的條件下，實(shí)現(xiàn)向Th17分化。但這樣設(shè)置的模型更像是研究已分化的Th17的擴(kuò)增，而不是初始的Th17分化[9]。 因此，雖然高濃度的TGF-β可抑制Th17的分化，但TGF-β仍然是誘導(dǎo)幼稚型T細(xì)胞表達(dá)Th17特異性轉(zhuǎn)錄因子RORc(小鼠是RORγt)，從而實(shí)現(xiàn)向Th17分化不可或缺的一個(gè)因子。而且IL-1β、IL-6、IL-21、IL-23等炎癥因子可以移除對(duì)于CD4+T細(xì)胞表達(dá)RORc的抑制作用，并促進(jìn)IL-17的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)向Th17的分化。本質(zhì)上而言，幼稚型T細(xì)胞并不表達(dá)IL-1β及IL-23的受體,而在IL-6或IL-21聯(lián)合TGF-β的刺激后，這些受體開(kāi)始表達(dá)，使細(xì)胞可以接受IL-1β及IL-23的調(diào)節(jié)。另外，TGF-β同樣也可通過(guò)抑制Th1的特異性轉(zhuǎn)錄因子T-bet的表達(dá)和Th1的產(chǎn)生，間接地促進(jìn)Th17的分化[9]。

總的來(lái)說(shuō)，人類Th17細(xì)胞的分化需要IL-1β、IL-6、IL-21及IL-23等因子聯(lián)合TGF-β的協(xié)同作用：幼稚型T細(xì)胞向Th17分化，主要受IL-6、TGF-β、IL-21的協(xié)同誘導(dǎo)；IL-1β、IL-23則在已分化Th17的存活和擴(kuò)增中發(fā)揮作用。針對(duì)AS患者的研究發(fā)現(xiàn)，IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等因子水平在AS患者體內(nèi)存在明顯異常[7,10-11]，而且AS患者PBMC可顯著地高表達(dá)IL-1β和IL-6等炎癥因子[12]。由此可見(jiàn)，幼稚型T細(xì)胞向Th17分化或者已分化的Th17分化擴(kuò)增所需要的刺激因子在AS患者體內(nèi)多存在明顯異常。這些因子的異常表達(dá)，反過(guò)來(lái)促進(jìn)了Th17異常分化，從而參與了AS炎癥。

3 IL-23是Th17/IL-17炎癥軸的主要調(diào)控者

作為IL-12家族的一員，IL-23是由與IL-12共有的亞單位IL-12p40及其特異性亞單位IL-23p19共同構(gòu)成。往下游傳遞信號(hào)時(shí)，IL-23信號(hào)通路所涉及的受體主要是由IL-12Rβ1和IL-23Rα構(gòu)成的受體復(fù)合物。這種受體復(fù)合物在多種細(xì)胞中均有表達(dá)，包括Th17。IL-23與IL-23受體復(fù)合物結(jié)合后則可將信號(hào)進(jìn)一步傳遞到Th17細(xì)胞內(nèi),Th17的擴(kuò)增和存活極其依賴IL-23的作用[10,13]。IL-23可以極大地提高Th17的存活水平和擴(kuò)增能力，明顯增加IL-17的表達(dá)水平[14-15]，而阻斷IL-23的小鼠體內(nèi)則伴隨著Th17數(shù)量的減少，IL-17水平也被明顯抑制[16-17]。并且，IL-6和TGF-β1誘導(dǎo)分化的Th17在沒(méi)有IL-23介入的情況下并不能導(dǎo)致自身免疫病[18]。因此，IL-23如果存在異常，則可能極大改變了Th17存活狀態(tài)和功能特性。

IL-23/Th17/IL-17炎癥軸是脊柱關(guān)節(jié)炎中的一條重要的炎性信號(hào)通路[5,19]。AS患者體內(nèi)，IL-23水平較正常對(duì)照者明顯升高，并且與疾病活動(dòng)度(由BASDAI評(píng)分得出)平行[8]。而且IL-23R mRNA水平在AS患者PBMC中存在高表達(dá)，它的基因多態(tài)性與中國(guó)AS患者易患性密切相關(guān)[20]。因此，IL-23的異常升高極大地提高了Th17的擴(kuò)增和存活水平，促使了IL-17的異常合成和分泌，使Th17/IL-17炎癥軸參與了AS炎癥。

4 STAT3是Th17/IL-17炎癥軸信號(hào)傳導(dǎo)的中轉(zhuǎn)站

小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，Th17的分化不僅依賴于RORγt的表達(dá)，還依賴于STAT3的作用，而STAT3可被IL-6、IL-21、IL-23活化[9,21-22]。

Th17的早期分化需要有IL-6、IL-21及TGF-β的參與。幼稚型T細(xì)胞表面存在功能性的IL-6R，由誘導(dǎo)生成的亞單位IL-6Rα和特異性亞單位gp130組成。故而，IL-6可通過(guò)IL-6-gp130-STAT3途徑誘導(dǎo)STAT3的活化。但是這種誘導(dǎo)作用在SOCS3(RORγt的抑制因子)作用下只是短暫存在的。雖然STAT3是誘導(dǎo)RORγt的表達(dá)必須因子，但是無(wú)法單獨(dú)誘導(dǎo)RORγt的表達(dá)，仍需有TGF-β信號(hào)的協(xié)同參與。TGF-β信號(hào)通過(guò)其受體可以激活Smad2信號(hào)通路，同時(shí)刺激RORγt和Treg特異性轉(zhuǎn)錄因子Foxp3的表達(dá)。TGF-β信號(hào)也可以通過(guò)Smad2/3途徑來(lái)抑制IL-6和IL-21誘導(dǎo)的SOCS3的表達(dá)，從而使STAT3在幼稚型T細(xì)胞中的表達(dá)水平和表達(dá)時(shí)間得到強(qiáng)化。STAT3被不斷活化后可以在IL-6和TGF-β存在的情況下移除Foxp3對(duì)于RORγt的抑制作用，提高RORγt的表達(dá)水平，從而促進(jìn)了Th17分化進(jìn)程。另外，IL-6還可誘導(dǎo)Th17分泌IL-21，這個(gè)分泌途徑同樣依賴于STAT3的功能。反過(guò)來(lái)，IL-21又可通過(guò)誘導(dǎo)STAT3的活化而參與Th17的分化。

幼稚型T細(xì)胞在IL-6、IL-21及TGF-β誘導(dǎo)下分化為T(mén)h17細(xì)胞后，開(kāi)始表達(dá)IL-23R和IL-1βR。IL-23信號(hào)可通過(guò)IL-23R受體及JAK/STAT信號(hào)通路進(jìn)一步加強(qiáng)STAT3的活化程度。這種狀態(tài)下活化的STAT3可以通過(guò)與RORγt的共同作用，使Th17細(xì)胞狀態(tài)及其功能得到穩(wěn)定；同時(shí)也可直接與IL-17的啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)IL-17的表達(dá)。而IL-1β則可通過(guò)調(diào)節(jié)干擾素調(diào)節(jié)因子4(Interferon regulatory factor 4，IRF4)的表達(dá)而協(xié)同并增強(qiáng)IL-6、IL-23對(duì)于Th17分化的誘導(dǎo)作用。

STAT3不僅在幼稚型T細(xì)胞向Th17分化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，更是在維持分化后Th17的穩(wěn)定和功能中占據(jù)了重要地位，是IL-6、IL-21、IL-23信號(hào)傳導(dǎo)的一個(gè)不可或缺的中轉(zhuǎn)站。隨著IL-6、IL-21、IL-23表達(dá)水平的異常升高，STAT3可能也隨之異常活化，刺激了Th17的分化和IL-17的表達(dá)。而且，針對(duì)中國(guó)漢族AS患者的研究中發(fā)現(xiàn)，STAT3基因多態(tài)性參與了AS病情進(jìn)展，與歐美AS患者調(diào)查研究的結(jié)果一致[23]。這說(shuō)明了AS患者體內(nèi)STAT3的表達(dá)水平本身可能就存在異常，而IL-6、IL-21、IL-23持續(xù)刺激，使STAT3不斷被活化，進(jìn)一步將信號(hào)傳遞給相對(duì)應(yīng)的基因，從而導(dǎo)致了Th17的異常分化和IL-17的高表達(dá)。

5 小 結(jié)

Th17/IL-17炎癥軸在AS炎癥中發(fā)揮了十分重要的作用，IL-17可通過(guò)與不同細(xì)胞的相互作用而發(fā)揮多種致炎功效。IL-17的高表達(dá)離不開(kāi)Th17的異常分化。Th17的分化受到IL-1β、IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等因子的協(xié)同調(diào)控。其中，IL-6、IL-21和TGF-β主要是在誘導(dǎo)幼稚型T細(xì)胞向Th17分化發(fā)揮作用，而后Th17細(xì)胞開(kāi)始表達(dá)IL-1βR和IL-23R，這時(shí)候IL-1β和IL-23就開(kāi)始調(diào)控活化的Th17的擴(kuò)增和存活。無(wú)論是IL-6、IL-21誘導(dǎo)幼稚型T細(xì)胞向Th17分化，還是IL-23維持Th17的存活和擴(kuò)增，它們的信號(hào)傳導(dǎo)都需經(jīng)由STAT3，活化后的STAT3不僅在幼稚型T細(xì)胞向Th17分化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而且在已分化的Th17的功能和存活中也做出了不可替代的貢獻(xiàn)。針對(duì)AS患者的研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)Th17分化的因子，如IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等均存在明顯異常。而且，IL-23作為T(mén)h17/IL-17炎癥軸重要的調(diào)控因子，其受體基因多態(tài)性與AS發(fā)病密切關(guān)聯(lián)，mRNA水平在AS患者體內(nèi)異常表達(dá)。IL-6、IL-21、TGF-β、IL-23及IL-23R異常表達(dá)不斷活化本身可能就存在異常的STAT3，持續(xù)被活化的STAT3開(kāi)始與Th17的特異性轉(zhuǎn)錄因子RORγt相互作用，或者在誘導(dǎo)Th17早期分化中發(fā)揮作用，或者在維持Th17的功能和存活中發(fā)揮作用。而且被IL-23信號(hào)活化的STAT3可以直接與IL-17基因的啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)IL-17的表達(dá)?？偟膩?lái)說(shuō)，Th17/IL-17炎癥軸在AS病理機(jī)制的致炎作用，離不開(kāi)誘導(dǎo)Th17分化的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的異常，也離不開(kāi)自身可能存在的異常。研究Th17/IL-17炎癥軸及誘導(dǎo)Th17分化的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在AS中的作用，可助于尋找新的、有效的、安全的治療靶點(diǎn)。

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劉宏瀟,E-mail:liuhongxiao＿123@163.com

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.07.046

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1008-8849(2015)07-0796-03

2014-02-20