Th17細胞和腸道菌群在炎癥性腸病發(fā)病中的作用

蘆澤蘭 喬宇琪 冉志華

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市消化疾病研究所(200001)

炎癥性腸病(IBD)是一種自身免疫性疾病，發(fā)病機制尚未明確，目前認為是由宿主基因、腸道微生物以及生活環(huán)境等因素綜合作用，引發(fā)機體異常免疫應(yīng)答所致。近年來，Th17細胞與IBD的關(guān)系已成為研究熱點，且越來越多的研究表明，腸道菌群與IBD發(fā)病密切相關(guān)，其作用包括調(diào)節(jié)Th17細胞活性、誘導(dǎo)白細胞介素(IL)-17分泌、激活免疫應(yīng)答等。本文就Th17細胞和腸道菌群在IBD發(fā)病中的作用作一綜述。

一、Th17細胞概述

Th17細胞與Th1、Th2細胞均來源于具有多向分化潛能的原始T細胞群。在抗原呈遞細胞(APC)的誘導(dǎo)下，原始T細胞可分化為 Th1、Th2、調(diào)節(jié)性 T細胞(Treg細胞)以及Th17細胞。單核細胞以及樹突細胞(DC)經(jīng)細菌脂多糖、肽聚糖刺激后，可產(chǎn)生大量 IL-1β、IL-6，其與轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β通過抑制或促進不同轉(zhuǎn)錄因子表達，如STAT3、RORγt等，共同促進表達凝集素受體CD161的原始T細胞向Th17細胞分化。T細胞在趨化因子配體的作用下遷移至特定腸道組織靶點發(fā)揮生物學(xué)功能，類似于分別選擇性表達于Th1細胞和Th2細胞的趨化因子CXCR3、CCR5和CCR3、CCR4，Th17細胞分化與CCR6表達相關(guān)。成熟的Th17細胞主要分泌 IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-26、IL-8、IL-10、腫瘤壞死因子(TNF)-α等細胞因子以及CXC趨化因子配體如CXCL8、CCL20 等［1-2］。

二、Th17細胞與腸道黏膜免疫的關(guān)系

正常腸道組織中，Th17細胞通過募集嗜中性粒細胞至炎癥靶點，在細胞外細菌和真菌免疫防御中發(fā)揮重要作用。Th17細胞分泌的IL-17可誘導(dǎo)免疫炎性細胞因子產(chǎn)生，協(xié)同或放大炎癥反應(yīng)，促進炎癥過程。但在體內(nèi)不同疾病環(huán)境中，IL-17可引起相反的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)［2-3］。Th17細胞在IBD發(fā)生中的作用機制尚未完全闡明，以往研究顯示，腸道抗原可誘導(dǎo)APC活化產(chǎn)生IL-23，后者與其他細胞因子協(xié)同作用，促使原始T細胞向Th17細胞增殖分化，通過釋放炎性介質(zhì)和趨化因子，參與介導(dǎo)腸黏膜組織炎癥和損傷的發(fā)生［4］。Fujino等［5］的研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者結(jié)腸黏膜組織和血清中IL-17水平顯著升高。除IL-17外，多種Th17相關(guān)細胞因子如IL-21、IL-22、IL-23以及IL-26含量在IBD患者腸道黏膜組織中顯著增加。此外，Th17細胞相關(guān)基因如STAT3、IL-23受體(IL-23R)多態(tài)性亦與IBD密切相關(guān)［6-7］。

盡管諸多研究已證實Th17細胞具有促炎作用，但新近研究顯示Th17細胞亞群亦可發(fā)揮宿主保護作用。IL-17A與IL-17F通過IL-17受體介導(dǎo)Th17細胞免疫應(yīng)答反應(yīng)。應(yīng)用抗IL-17A中和抗體可加重葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型的腸道炎癥反應(yīng)，推測IL-17A可能通過加強上皮細胞間緊密連接發(fā)揮腸道保護作用。IL-17F基因缺失DSS結(jié)腸炎小鼠模型腸道炎癥程度較野生型小鼠減輕，提示IL-17F具有促炎作用。然而目前尚未明確為何作用于同一受體的IL-17A和IL-17F所產(chǎn)生的效應(yīng)不同，推測可能與配體親和性以及下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不同有關(guān)。另一方面，在DSS結(jié)腸炎小鼠模型中，IL-22基因缺失小鼠腸道炎癥程度較野生型小鼠加重，推測Th17細胞分泌因子IL-22可能通過增強腸道黏膜屏障的完整性而發(fā)揮保護作用［1，5］。

Th17細胞與Th1和Treg細胞存在相互聯(lián)系?，F(xiàn)已明確Th1細胞分泌的IL-12、干擾素(IFN)-γ以及轉(zhuǎn)錄因子T-bet可抑制Th2細胞分化，而由Th2細胞分泌的IL-4以及轉(zhuǎn)錄因子GATA3可抑制Th1細胞分化，此平衡破壞可促進IBD發(fā)生。與此類似，Th17細胞與Th1和Treg細胞亦通過雙向調(diào)節(jié)共同維持免疫平衡［7］。

三、Th17細胞與腸道菌群

Th1/Th2平衡失調(diào)在IBD發(fā)生機制中的作用已被廣泛認同，近年來其與腸道菌群的關(guān)系備受關(guān)注。研究［8-9］發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌脂多糖與Toll樣受體(TLR)4作用后激活Th1型免疫應(yīng)答，與TLR2作用后激活Th2型免疫應(yīng)答，DC在此過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。微生物抗原刺激DC后，既可激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路引起免疫耐受，亦可針對病原菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答。此外，研究［10-11］顯示益生菌合劑VSL3#可誘導(dǎo)腸黏膜DC分泌IL-10，改變IBD患者的IL-10/IL-12比值，從而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。值得注意的是，近年研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群對Th17細胞存在免疫調(diào)節(jié)作用。Th17細胞與腸道微生物關(guān)系復(fù)雜，穩(wěn)定狀態(tài)的Th17細胞在宿主免疫防御中起有關(guān)鍵作用，相反，致病性Th17細胞可引起免疫性疾病，而兩者均可與腸道菌群相互作用。

1.Th17細胞與腸道菌群的關(guān)系:Th17細胞在腸道組織尤其是小腸黏膜組織中廣泛存在，與其他T細胞共同維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)。正常情況下，腸上皮細胞將腸腔內(nèi)的微生物與腸黏膜免疫系統(tǒng)分隔，而腸黏膜DC和腸上皮細胞可通過模式識別受體(PRR)，包括TLR與腸道菌群相互作用，活化腸上皮細胞表面的多種病原體相關(guān)分子模式(PAMP)，激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，引起炎性介質(zhì)分泌［11］。研究［12］顯示，TLR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可誘導(dǎo)Th17細胞分化。此外，Th17細胞在誘導(dǎo)宿主免疫系統(tǒng)對胞內(nèi)、胞外致病菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答方面亦發(fā)揮重要作用［13］。

2.Th17細胞與腸道菌群的作用:人類腸道黏膜定植著大量腸道菌群，包括益生菌和致病菌。研究指出，轉(zhuǎn)基因或基因敲除造成的免疫缺陷IBD動物模型在腸道無菌環(huán)境下不產(chǎn)生腸道炎癥，重建腸道菌群則可誘發(fā)炎癥反應(yīng)［14］。對IBD患者糞便菌群的分析顯示，克羅恩病(CD)患者糞便雙歧桿菌數(shù)量明顯減少，潰瘍性結(jié)腸炎(UC)患者糞便酸桿菌數(shù)量明顯減少［15-16］。另有研究指出，IBD患者腸道菌群穩(wěn)定性較正常人減弱，腸道菌群平衡易被破壞，表明腸道菌群是參與IBD發(fā)病的重要因素［17］。腸道菌群可通過菌群本身及其產(chǎn)物刺激腸黏膜免疫系統(tǒng)，進而誘發(fā)異常免疫應(yīng)答。Hedin等［18］指出，益生菌治療在部分IBD患者中能有效緩解癥狀并誘導(dǎo)緩解期，推測可能與益生菌與腸黏膜免疫細胞的相互作用有關(guān)。

正常情況下，Th17細胞可促進機體對致病菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答，而某些菌群可抑制IL-17分泌。Tanabe等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒雙歧桿菌可抑制TGF-β和IL-6刺激引起的小鼠脾細胞IL-17分泌和DSS小鼠結(jié)腸炎。Miyauchi等［20］為進一步探索特定菌群與IL-17A分泌細胞以及腸上皮共刺激分子的相互作用機制，予DSS結(jié)腸炎小鼠模型以長雙歧桿菌JCM 1222T培養(yǎng)上清液灌胃，發(fā)現(xiàn)Th1和Th17細胞分泌因子以及結(jié)腸細胞共刺激分子表達下調(diào)，證實長雙歧桿菌 JCM 1222T可抑制IL-17分泌，促使Treg/Th17細胞平衡向Treg方向傾斜，提示腸道共生雙歧桿菌可能對Th17細胞存在免疫調(diào)節(jié)作用。此外，嗜熱鏈球菌ST28可通過抑制IL-17產(chǎn)生誘導(dǎo)T細胞向Th1方向分化，推測益生菌可增強Treg/Th1細胞亞群的作用，并抑制Th17細胞活性［21］。

此外，IL-17A可能在募集吞噬細胞遷移至腸道靶點以對抗微生物感染方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。Conti等［22］的研究發(fā)現(xiàn)，在白色念珠菌孢子誘導(dǎo)的口咽白色念珠菌病小鼠模型中，IL-17A和IL-23p19缺陷小鼠的疾病嚴重程度和播散范圍重于IL-12p35缺陷小鼠，提示Th17細胞在抗病原菌感染方面具有積極作用。

分節(jié)絲狀菌(SFB)是革蘭陽性產(chǎn)孢子菌，作為腸道內(nèi)共生菌黏附于腸上皮細胞，與宿主免疫機制密切相關(guān)。IgA抗體通過阻止胞外菌黏附于腸上皮，在清除腸道胞外致病菌方面發(fā)揮重要作用。無菌條件下小鼠腸道內(nèi)存在低水平IgA，重建腸道菌群可使小鼠腸道IgA水平顯著升高。Klassen等［23］的研究發(fā)現(xiàn)，含SFB菌群和不含SFB菌群定植于無菌小鼠后，前者體內(nèi)IgA數(shù)量顯著上升。Cao等［24］的研究發(fā)現(xiàn)，IL-17R缺失小鼠腸道IgA水平降低，而移植Th17細胞后腸道IgA水平升高，推測Th17細胞可能通過IgA與腸道微生物共同維持腸道免疫平衡。此外，Kinnebrew等［25］的研究發(fā)現(xiàn)，SFB鞭毛通過誘導(dǎo)TLR5(+)吞噬細胞，進而促進CD103(+)CD11b(+)DC分泌IL-23，促使Th17細胞對腸道致病菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答，并可通過激活黏膜DC間接誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生Th17細胞。上述結(jié)果均表明SFB有助于Th17細胞介導(dǎo)的黏膜免疫保護作用。

四、展望

Th1/Th2平衡失調(diào)理論在免疫調(diào)節(jié)機制中占主導(dǎo)地位，隨著對Th17細胞的進一步研究，發(fā)現(xiàn)Th17與Th1和Treg細胞平衡狀態(tài)的破壞亦為誘發(fā)IBD的原因之一，其可導(dǎo)致炎性因子分泌失調(diào)，最終引起腸道黏膜損傷。此外，腸道菌群對Th17細胞及其相關(guān)細胞因子的調(diào)節(jié)作用為IBD的研究提供了新的方向，但具體機制仍需后期大量研究進一步闡明。

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