PI3K/Akt/mTOR通路在調(diào)控器官移植Treg/Th17平衡中的作用

王凱，高偉（天津市第一中心醫(yī)院小兒肝移植科，天津市器官移植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市器官移植臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300192）

調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell， Treg）與Th17細(xì)胞間的相對(duì)平衡是實(shí)現(xiàn)器官移植術(shù)后免疫耐受的關(guān)鍵因素。PI3K/Akt/mTOR通路是調(diào)節(jié)Treg/Th17平衡的作用機(jī)制之一，對(duì)二者的分化、功能和增殖均有重要影響。本文就PI3K/Akt/mTOR通路在Treg/Th17中的作用進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

近年來，器官移植的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)從抑制急性排斥反應(yīng)轉(zhuǎn)移到如何延長(zhǎng)移植物存活并提高患者生存質(zhì)量［1-3］，而實(shí)現(xiàn)免疫耐受成為解決器官移植術(shù)后此類問題的關(guān)鍵。作為免疫特惠器官，肝移植與其他器官相比，術(shù)后排斥反應(yīng)發(fā)生率低，更容易實(shí)現(xiàn)免疫耐受［4-6］。研究報(bào)道顯示，肝移植術(shù)后撤除免疫抑制劑實(shí)現(xiàn)操作性耐受的受者比例為40.2% ～ 62.5%［7-9］。

1 器官移植中Treg與Th17細(xì)胞失衡

Treg與Th17細(xì)胞間的平衡在肝移植免疫調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用［10］。移植受者的預(yù)后是發(fā)生排斥反應(yīng)還是移植物耐受，取決于可引起細(xì)胞損害的Th1類細(xì)胞、Th17細(xì)胞與阻斷排斥反應(yīng)、對(duì)移植物具有保護(hù)作用的Treg細(xì)胞之間的相對(duì)平衡［11］。以Th17細(xì)胞為主的Treg/Th17失衡及白細(xì)胞介素-17（interleukin-17， IL-17）可能是移植物排斥反應(yīng)的機(jī)制之一［12］，在停用免疫抑制劑5年以上的肝移植患者中，肝穿組織中Treg比例增加［13］?；謴?fù)Treg/Th17平衡可顯著延長(zhǎng)移植物存活，改善肝功能，增加移植物內(nèi)Treg細(xì)胞數(shù)量［12］。在前期研究中我們發(fā)現(xiàn)，在成人肝移植受者中存在Treg/Th17平衡失調(diào)的現(xiàn)象［14］。但目前對(duì)體內(nèi)調(diào)控Treg/Th17平衡及誘導(dǎo)移植免疫耐受機(jī)制尚不明確，這成為限制其在肝移植基礎(chǔ)研究中開展與臨床應(yīng)用的障礙。

2 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）在T細(xì)胞發(fā)育中的作用

細(xì)胞代謝在T細(xì)胞發(fā)育中起著關(guān)鍵作用，直接決定了細(xì)胞的分化與功能，而mTOR是促進(jìn)T細(xì)胞分化的核心角色［15］。初始T細(xì)胞經(jīng)外來抗原刺激后，可分化為輔助性T細(xì)胞（Th1、Th2或Th17細(xì)胞）和Treg。體外分化的Th1、Th2和Th17 細(xì)胞具有更高的糖酵解活性［16］，而Treg細(xì)胞的脂質(zhì)氧化水平更高［17］。mTOR是淋巴細(xì)胞激活第3信號(hào)通路中的一種蛋白激酶［18］，屬于PI3K信號(hào)通路，直接參與細(xì)胞的增殖、分化與代謝，對(duì)于增強(qiáng)活化細(xì)胞的糖酵解具有非常重要的作用［19-20］。在體內(nèi)，人類和小鼠的Treg細(xì)胞糖酵解均處于較高水平，這與mTOR的過渡激活有關(guān)［21-22］。mTOR蛋白由mTORC1（mTOR complex 1）和mTORC2 （mTOR complex 2）組成［23］。前者是適應(yīng)性免疫的核心調(diào)節(jié)因素，影響Th1和Th17細(xì)胞［24-25］，而mTORC2為Th2細(xì)胞分化所必需［26］。作為代謝過程與免疫系統(tǒng)中關(guān)鍵的細(xì)胞調(diào)節(jié)因子，mTOR與特異性轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)節(jié)代謝過程及決定CD4+T細(xì)胞的命運(yùn)［27］。

近幾年的研究表明，mTOR對(duì)Treg/Th17平衡具有重要影響，Treg細(xì)胞的分化、FoxP3的表達(dá)、表型的穩(wěn)定與Treg細(xì)胞代謝均受局部環(huán)境與代謝的影響［28］。mTOR被廣泛認(rèn)為是新產(chǎn)生的Treg細(xì)胞分化與擴(kuò)增中關(guān)鍵的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，但它又是Treg細(xì)胞功能的正性決定因素。糖酵解可促進(jìn)CD4+T細(xì)胞分化為不同的效應(yīng)T細(xì)胞（Th1、Th2與Th17細(xì)胞），mTOR抑制劑可以阻斷這個(gè)過程，同時(shí)促進(jìn) Treg細(xì)胞生長(zhǎng)［16，29］。T 細(xì)胞特異性丟失mTOR不僅可以抑制Th1、Th2和Th17細(xì)胞的產(chǎn)生，而且會(huì)促進(jìn)Treg細(xì)胞的生成，同樣，剔除mTOR可以促進(jìn)T細(xì)胞發(fā)育向Treg偏移［30］，抑制mTOR也有助于Treg細(xì)胞的擴(kuò)增［21］。二甲雙胍可以抑制mTOR磷酸化，增加FoxP3的表達(dá)。限制熱量的攝入可以產(chǎn)生類似于雷帕霉素的作用，通過降低瘦素水平，降低mTOR活性，促進(jìn)Treg細(xì)胞生成，而后者可抑制Th1與Th17細(xì)胞的生成［31］。炎癥信號(hào)分子與FoxP3可以平衡mTORC1信號(hào)與糖代謝過程，調(diào)控Treg細(xì)胞的增殖和抑制功能［32］。

在臨床研究中，也觀察到了mTOR抑制劑對(duì)Treg細(xì)胞的促進(jìn)作用。在對(duì)腎移植患者分離出的外周血單個(gè)細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）進(jìn)行體外分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，西羅莫司可以抑制Th17細(xì)胞分化，而他克莫司則無此作用，由此可以認(rèn)為在腎移植患者中將他克莫司轉(zhuǎn)換為西羅莫司有助于調(diào)控Treg/Th17失衡［33］。在另一項(xiàng)研究中，將腎移植患者使用的鈣調(diào)神經(jīng)蛋白抑制劑（calcineurin inhibitor， CNI）類免疫抑制劑轉(zhuǎn)換為依維莫司后，Treg細(xì)胞的數(shù)量比轉(zhuǎn)換前有所增加，抑制功能未見變化，而IL-17細(xì)胞明顯減少［34］。

但過度表達(dá)的mTOR會(huì)抑制Treg，短暫的TCR刺激會(huì)誘導(dǎo)激活PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，拮抗 FoxP3的表達(dá)［35］。mTOR-HIF1軸可以促進(jìn)FoxP3的降解和轉(zhuǎn)錄因子RORγt的活性，進(jìn)而直接調(diào)控可誘導(dǎo)性Treg細(xì)胞（inducible regulatory T cell，iTreg）和 Th17細(xì)胞的分化［36］。mTOR 通路激活后會(huì)抑制FoxP3的表達(dá)，限制Treg的免疫抑制功能［37］。但也有研究認(rèn)為，mTOR的作用主要在于促進(jìn)Th1與Th17細(xì)胞的分化，而不是Treg細(xì)胞的擴(kuò)增與活性［38］。

3 PI3K/Akt/mTOR通路在調(diào)節(jié)Treg/Th17平衡中的作用

mTOR主要是通過PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路發(fā)揮作用進(jìn)而調(diào)控Treg/Th17的平衡。代謝與免疫信號(hào)匯集于PI3K/Akt信號(hào)通路，進(jìn)而啟動(dòng)下游級(jí)聯(lián)代謝程序，其中的一個(gè)重要信號(hào)分子就是mTOR，其將能量需求與蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞生長(zhǎng)相連接［39］。器官移植中，mTOR抑制劑可以經(jīng)由PI3K/Akt/mTOR通路促進(jìn)Treg基因的表達(dá)和脂質(zhì)代謝，抑制同種異體反應(yīng)性T細(xì)胞的活化，使Treg/Th17平衡向Treg與免疫耐受方向轉(zhuǎn)變［40］。有學(xué)者認(rèn)為mTOR/Akt信號(hào)通路可以控制移植物的慢性排斥反應(yīng)發(fā)生和進(jìn)展中所面臨的促炎癥效應(yīng)［41］。雖然PI3K/Akt/mTOR通路可以調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞代謝，但Treg細(xì)胞本身并不需要mTOR激酶，在缺少mTORC1的情況下，盡管Treg數(shù)量會(huì)增加，但這種Treg的抑制功能將受損。對(duì)于mTOR在Treg/Th17平衡中的具體作用位點(diǎn)及PI3K/Akt/mTOR通路調(diào)控Treg/Th17平衡的機(jī)制尚不明確。

作為信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄因子，JAK/STAT信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞的生理和病理反應(yīng)發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用［42］，也在Treg/Th17平衡中起著關(guān)鍵作用，主要的轉(zhuǎn)錄因子包括STAT3和STAT5。Treg細(xì)胞和Th17細(xì)胞都產(chǎn)生與自身分化相關(guān)的獨(dú)特轉(zhuǎn)錄因子，STAT3和RORc主要涉及Th17細(xì)胞的分化，而STAT5和FoxP3參與Treg細(xì)胞的分化［43］。二者競(jìng)爭(zhēng)同一DNA基因序列，因此，激活STAT3或STAT5決定了Th細(xì)胞分化為Th17細(xì)胞還是Treg細(xì)胞［44］。IL-6可通過STAT3促進(jìn)Th17細(xì)胞的生成，IL-2和IL-15則通過STAT5促進(jìn)Treg細(xì)胞的誘導(dǎo)［45-47］。作為mTOR抑制劑，有研究表明，西羅莫司可以抑制CD4+T細(xì)胞中STAT3的磷酸化，提示在STAT3與mTOR之間存在相互作用［48］。西羅莫司減少STAT3激活與Treg細(xì)胞的分化密切相關(guān)，而與Th17無關(guān)，同時(shí)，抑制STAT3可以增加FoxP3的活性［34］。而某些促炎癥因子（如STAT3）釋放的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶可被IL-2/STAT5信號(hào)所抑制，Treg細(xì)胞仍有維持FoxP3表達(dá)和對(duì)抗效應(yīng)性細(xì)胞因子的功能［49-50］。

4 總 結(jié)

目前，對(duì)于Treg細(xì)胞誘導(dǎo)器官移植免疫耐受的策略仍處于基礎(chǔ)研究階段，常規(guī)增加Treg細(xì)胞比例或轉(zhuǎn)移輸注Treg細(xì)胞并不能達(dá)到臨床免疫耐受的效果。通過PI3K/Akt/mTOR通路調(diào)控效應(yīng)T細(xì)胞與Treg之間的平衡，促進(jìn)保護(hù)性的Treg細(xì)胞擴(kuò)增，減少炎性效應(yīng)性T細(xì)胞浸潤(rùn)，這將是有利于患者生存與移植物長(zhǎng)期存活的新策略。