白細(xì)胞介素7與15在抗結(jié)核感染中的作用及應(yīng)用

劉冰靨　王德成　范小勇

據(jù)WHO報(bào)道，2016年新發(fā)結(jié)核病患者約為1040萬例，全年約有167萬例死于結(jié)核病[1]。目前，結(jié)核病仍然是危害全球公共衛(wèi)生安全的重大疾病之一。基于結(jié)核病疫情的嚴(yán)峻現(xiàn)狀，尋求新的免疫佐劑或效應(yīng)因子來控制結(jié)核感染迫在眉睫。白細(xì)胞介素15 (interleukin-15, IL-15)和IL-7同屬于IL-2家族細(xì)胞因子，其在結(jié)核病發(fā)生發(fā)展過程中的表達(dá)水平變化提示二者在抗結(jié)核感染T細(xì)胞免疫平衡的調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。筆者以此為出發(fā)點(diǎn)，簡要介紹了IL-7和IL-15生物學(xué)特性及二者通過調(diào)節(jié)抗結(jié)核細(xì)胞免疫中輔助性T淋巴細(xì)胞(Th)1/Th2型細(xì)胞因子平衡的機(jī)制發(fā)揮抗結(jié)核作用，以及二者在抗結(jié)核感染疫苗開發(fā)和診斷方面的應(yīng)用和前景。

生物學(xué)特性

IL-15和IL-7同屬于IL-2家族細(xì)胞因子，在生物學(xué)特性和功能上有一定的相似性，具體見表1。

IL-15具有比IL-2更為廣泛的來源和分布，主要激活CD8+T細(xì)胞和自然殺傷(NK)細(xì)胞等，參與人體的天然免疫和適應(yīng)性免疫。IL-15屬于4-α螺旋家族細(xì)胞因子，是一種相對分子質(zhì)量為14 000～15 000(即14～15 kD，以下不再注明)的低相對分子質(zhì)量糖蛋白。最早是1994 年Grabstein 等[2]研究IL-2時(shí)在猿腎表皮細(xì)胞系上清中偶然發(fā)現(xiàn)的，與IL-2具有某些相同的生物學(xué)活性，在人體內(nèi)的分布較IL-2更為廣泛，主要包括外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMC)、上皮細(xì)胞及成纖維細(xì)胞等。其中在PBMC表達(dá)最多，主要合成場所是樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DC)和單核細(xì)胞。IL-15的異三聚體受體IL-15R由α、β、γ三條鏈組成，其中IL-15Rα是IL-15的高親和力受體，而β、γ鏈的亞單位和IL-2相同[2-3]。

表1　IL-2、IL-7 和 IL-15生物學(xué)特性的對比

注在IL-15R的三條鏈中，IL-15Rα是IL-15的特異性高親和力受體，而IL-15Rβ/γ鏈則與IL-2相同；IL-15以自分泌方式調(diào)節(jié)單核巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子；IL-15和IL-7、IL-21協(xié)同影響CD8+T細(xì)胞的增殖；IL-2、IL-7和IL-15基因結(jié)構(gòu)均查自美國國立生物技術(shù)信息中心(NCBI)系統(tǒng)

其中IL-15Rα主要在DC和單核細(xì)胞表面表達(dá)，IL-15R β、γ在NK細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞表面表達(dá)，IL-15通過與其結(jié)合來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的信號通路[4]，刺激NK細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞分化與增殖，同時(shí)以自分泌形式調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的激活。

IL-7是由骨髓基質(zhì)細(xì)胞和胸腺細(xì)胞組成性表達(dá)的一類多效細(xì)胞因子，相對分子質(zhì)量約為25 000，是重要的免疫調(diào)節(jié)劑，可與多種細(xì)胞因子產(chǎn)生協(xié)同作用。IL-7最早以促前B細(xì)胞刺激因子為人所知，并且參與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)增殖，對于T細(xì)胞分化、增殖等起到一定作用。胸腺及周圍T細(xì)胞穩(wěn)定高水平表達(dá)IL-7對于T細(xì)胞的產(chǎn)生尤為關(guān)鍵[5]。研究表明，IL-7及其受體IL-7R與Tregs聯(lián)系密切[6]。IL-7R、IL-15R都與IL-2R共有IL-2Rγ亞基。與IL-15類似，IL-7對于免疫系統(tǒng)的主要影響在于對細(xì)胞免疫尤其是Th1型細(xì)胞因子分泌和增殖的影響。

IL-7與IL-15共有的信號通路

與IL-2一樣，IL-7和IL-15同樣通過兩面神激酶(Janus kinase，JAK；是一類非跨膜型的酪氨酸激酶)/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(signal transducer and activator of transcription，STAT)通路傳導(dǎo)信號[3,7]。首先，IL-7和IL-15需與其受體結(jié)合才能發(fā)揮作用。然后通過JAK的磷酸化作用，誘導(dǎo)B細(xì)胞淋巴瘤-2基因(B cell lymphoma-2，Bcl-2)等抑制凋亡的基因和原癌基因(cancer-Myc，c-Myc)的表達(dá)，激活轉(zhuǎn)錄因子STAT-5，進(jìn)而活化IL-15[8]，刺激NK細(xì)胞分泌γ干擾素(IFN-γ)等細(xì)胞因子。這些Th1型細(xì)胞因子可以活化更多的效應(yīng)T細(xì)胞，從而達(dá)到殺傷或抑制結(jié)核分枝桿菌(MTB)的目的。

IL-7/IL-15在抗結(jié)核感染中的作用機(jī)制及應(yīng)用

IL-7和IL-15主要通過參與并影響抗結(jié)核細(xì)胞免疫在結(jié)核病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮作用。在此過程中，這2種細(xì)胞因子都更能引發(fā)Th1型免疫反應(yīng)，并誘導(dǎo)T細(xì)胞增殖通過2種途徑(根據(jù)有無抗原特異性)實(shí)現(xiàn)。

一、 IL-7/IL-15與免疫細(xì)胞的相互作用

IL7/IL-15參與了機(jī)體多種免疫途徑，可與多種免疫細(xì)胞包括T細(xì)胞、NK細(xì)胞及DC等相互作用。

1.IL-7/IL-15參與記憶性T細(xì)胞的激活和增殖： IL-7和IL-15是維持記憶性T細(xì)胞平衡的2種重要的細(xì)胞因子。IL-15可作用于表面帶有相應(yīng)的細(xì)胞因子受體的記憶性T細(xì)胞，維持CD8+CD44hi記憶性T細(xì)胞的激活和增殖，對CD8+記憶性T細(xì)胞的維持、保證機(jī)體針對外侵病原體的持續(xù)免疫應(yīng)答具有重要作用[9]。由于IL-15由多種組織分泌，來源廣泛，其發(fā)揮對CD8+記憶性T細(xì)胞的激活和增殖作用并無抗原特異性，使CD8+記憶性T細(xì)胞可以不依賴抗原而長期存在，相比IL-2更有優(yōu)勢。而IL-2則主要由活化的T細(xì)胞產(chǎn)生，能夠刺激效應(yīng)性T細(xì)胞的激活和生長[10]。與IL-2不同， IL-7R在少數(shù)效應(yīng)性T細(xì)胞的表面表達(dá)，最終IL-7將促使效應(yīng)性T細(xì)胞向中央型記憶T細(xì)胞轉(zhuǎn)化。與IL-15類似，IL-7也表達(dá)于靜息的記憶性T細(xì)胞，但I(xiàn)L-7主要影響記憶性T細(xì)胞的存活，促進(jìn)前B細(xì)胞增殖，并且與Tregs息息相關(guān)。

2.IL-7與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞息息相關(guān)： IL-7與Tregs(CD4+CD25+Foxp3+T細(xì)胞)密切相關(guān)。Tregs是一群廣泛抑制機(jī)體天然免疫與獲得性免疫的T細(xì)胞亞群，在T細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)中具有重要影響。IL-7與IL-2一樣，都是參與Tregs調(diào)控的主要因子。研究發(fā)現(xiàn)，IL-7在缺乏IL-2的條件下能夠?qū)regs發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[11]。

3.IL-15在其他免疫細(xì)胞中發(fā)揮作用：DC是IL-15的主要合成場所，而NK細(xì)胞則是IL-15下游主要的效應(yīng)細(xì)胞。IL-15對NK細(xì)胞具有重要的調(diào)節(jié)作用，IL-15通過激活NK細(xì)胞，使其分泌相應(yīng)的Th1型細(xì)胞因子，提高Th1型細(xì)胞免疫應(yīng)答的能力。IL-15激活NK細(xì)胞主要通過與其表面表達(dá)的IL-15R β、γ亞基結(jié)合，激活JAK/STAT信號通路來發(fā)揮作用。

二、IL-7/IL-15能夠調(diào)節(jié)Th1及Th2型細(xì)胞因子的平衡

Th1/Th2 型細(xì)胞因子的動(dòng)態(tài)平衡是機(jī)體有效控制MTB感染的重要保證，一旦失衡, 將導(dǎo)致結(jié)核病的發(fā)生與發(fā)展。對結(jié)核細(xì)胞免疫高度相關(guān)性細(xì)胞因子的研究提示我們，要對Th1/Th2型細(xì)胞因子分別進(jìn)行誘導(dǎo)激活或者抑制，從而提高Th1型細(xì)胞因子表達(dá)水平，抑制Th2型細(xì)胞因子表達(dá)，以達(dá)到增強(qiáng)機(jī)體抗結(jié)核能力的目的。IL-15可以通過激活NK細(xì)胞誘導(dǎo)IFN-γ及腫瘤壞死因子α(TNF-α)等Th1型細(xì)胞因子的分泌，抑制IL-4及IL-10等Th2型細(xì)胞因子合成[12]，從而調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡，提示IL-15 可以考慮作為備選的免疫調(diào)節(jié)劑應(yīng)用于結(jié)核病免疫治療。有研究顯示IL-7也具有類似作用。Cha等[13]曾報(bào)道，在加入IL-7與IL-15后混合培養(yǎng)的T細(xì)胞，尤其是中央型記憶T細(xì)胞(CD62hiCD44hi)的增殖和存活時(shí)間都明顯提升，提示IL-7和IL-15協(xié)同在T細(xì)胞的增殖和記憶T細(xì)胞的分化作用中均發(fā)揮了一定的作用。

Th1型細(xì)胞因子主要激活單核巨噬細(xì)胞，增強(qiáng)其殺滅MTB的活力，從而在抗MTB感染中起著保護(hù)性免疫應(yīng)答作用。如IFN-γ就是公認(rèn)重要的抗結(jié)核細(xì)胞因子。而Th2型細(xì)胞因子則可抑制Th1 型細(xì)胞因子的產(chǎn)生，降低巨噬細(xì)胞殺滅MTB的能力，從而削弱抗結(jié)核免疫應(yīng)答。結(jié)核病患者外周血Th1應(yīng)答減弱，而Th2應(yīng)答基本無變化。研究指出，活動(dòng)性肺結(jié)核患者外周血中IL-15水平較正常人低，而接受過相應(yīng)抗結(jié)核藥物治療的患者外周血中IL-15水平又會(huì)回升，提示IL-15在機(jī)體抗結(jié)核免疫中發(fā)揮了一定作用[14]。

三、IL-7/IL-15在抗結(jié)核免疫治療中的應(yīng)用

目前，國內(nèi)外普遍認(rèn)為結(jié)核病的發(fā)生與機(jī)體的細(xì)胞免疫功能失衡有關(guān)，針對提高機(jī)體免疫力而探索細(xì)胞因子作為免疫治療劑或免疫調(diào)節(jié)劑的研究也時(shí)有報(bào)道。其中，IL-7和IL-15作為調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫平衡的主要因子亦引起了多方關(guān)注。

1.IL-7/IL-15在疫苗開發(fā)中的應(yīng)用： DNA疫苗應(yīng)用于腫瘤、傳染性疾病的預(yù)防和治療由來已久?，F(xiàn)階段DNA疫苗急需提高和補(bǔ)充其免疫效果。利用各種分子佐劑來優(yōu)化DNA疫苗目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于各種疾病領(lǐng)域。近年來，多種MTB保護(hù)性抗原已相繼在卡介苗(BCG)中成功表達(dá)，致力于更好激發(fā)機(jī)體抗感染免疫應(yīng)答，提高重組疫苗的保護(hù)效果[15]，其中包括抗原85復(fù)合體(Ag85)、早期分泌靶抗原6(ESAT-6)、熱休克蛋白65(heat shock protein 65,HSP65)等。而表達(dá)相關(guān)細(xì)胞因子的重組卡介苗或可提高M(jìn)TB感染小鼠的存活率。Tang等[16]成功構(gòu)建了重組卡介苗rBCG-Ag85B-IL15，較之IL-15敲除小鼠，免疫rBCG-Ag85B-IL15組的小鼠存活率更高，這有賴于IL-15作為佐劑對BCG產(chǎn)生抗原特異性CD8+T細(xì)胞的能力的提升，提示在結(jié)核感染過程中，IL-15對CD8+T細(xì)胞免疫的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮了重要作用。在Ag85A抗原刺激下，健康對照人群中IL-15的表達(dá)水平比結(jié)核病患者上升了約4倍[17]。通過Ag85A來刺激IL-15的表達(dá)水平，或可以刺激天然免疫反應(yīng)。

2. IL-7和IL-15在結(jié)核病不同時(shí)期的表達(dá)差異：基于IL-7/IL-15在抗結(jié)核細(xì)胞免疫過程中不同階段的特異性變化，探索IL-7/IL-15作為活動(dòng)性結(jié)核或其他結(jié)核病分類的診斷指標(biāo)成為可行[17-18]。研究顯示，IL-7對于維持肺和呼吸道的過敏原特異性CD4+T細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)起著重要作用[19]。在慢性感染期間，T細(xì)胞的增殖與免疫記憶維持有賴于IL-7。IL-7受體IL-7R的成功表達(dá)和信號調(diào)控是IL-7得以調(diào)控T細(xì)胞的關(guān)鍵。Lundtoft 等[20]的研究顯示，結(jié)核病患者血漿中可溶性IL-7R表達(dá)較健康對照人群明顯要低，且IL-7誘導(dǎo)的STAT5磷酸化能促進(jìn)分枝桿菌特異性CD4+T細(xì)胞的生成。由于在結(jié)核病治療過程中低rIL-7R和高IL-7的表達(dá)差異，可考慮將二者作為評估結(jié)核病治療效果或預(yù)后標(biāo)志的可能性。

總結(jié)與展望

IL-7和IL-15作為參與細(xì)胞免疫應(yīng)答過程和免疫記憶保護(hù)的兩種重要細(xì)胞因子，已經(jīng)引起包括感染性疾病、腫瘤、自身免疫疾病、炎癥反應(yīng)等眾多領(lǐng)域的關(guān)注，目前已在分子佐劑及融合蛋白疫苗等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用，研究前景值得期待。然而，IL-7和IL-15在結(jié)核病發(fā)生發(fā)展過程中的表達(dá)水平變化不一，具體調(diào)節(jié)機(jī)制眾說紛紜，對于二者在預(yù)防及診斷結(jié)核病的應(yīng)用方面造成了一定難度。此外，宿主免疫記憶功能難以把控，雖然目前IL-7或IL-15作為免疫佐劑應(yīng)用到預(yù)防性疫苗開發(fā)中已有應(yīng)用，但機(jī)體二次應(yīng)答水平難以準(zhǔn)確測量評估，疫苗是否可以順利投入臨床使用尚不確定。相信IL-7和IL-15表現(xiàn)出的潛力，對二者在抗結(jié)核感染甚至其他感染性疾病研究中的作用抱以期待，但如需真正發(fā)揮其臨床價(jià)值無疑還有很長的路要走。

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