Th17細(xì)胞及IL-17A在慢性氣道炎癥疾病中的研究進(jìn)展*

陳曉璐 王華英 徐 濤 俞萬鈞

1 寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院，浙江省寧波市 315211； 2 鄞州人民醫(yī)院呼吸與危重癥科

1 Th17細(xì)胞

30余年前學(xué)者將CD4+T輔助細(xì)胞根據(jù)分泌的細(xì)胞因子譜和作用的不同分為Th1和Th2亞型。Th1細(xì)胞分泌干擾素(Interferon,IFN)-γ，在自身免疫性疾病和清除細(xì)胞內(nèi)病原體中起作用；Th2細(xì)胞通過產(chǎn)生白細(xì)胞介素IL-4、IL-5和IL-13，參與針對(duì)寄生蟲和過敏反應(yīng)的體液免疫。近年來，Park等[1]在自身免疫性腦炎動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)第三類CD4+T輔助細(xì)胞，因其分泌白介素-17而被命名為Th17。Th17由幼稚CD4+T細(xì)胞發(fā)育而來，雖然在健康人循環(huán)CD4+T細(xì)胞中只占到0.1%～0.5%，但其可通過動(dòng)員、募集和活化中性粒細(xì)胞參與多種宿主防御機(jī)制和炎癥疾病過程。多種轉(zhuǎn)錄因子和細(xì)胞因子參與Th17的發(fā)生和分化過程，如維甲酸相關(guān)孤兒核受體RORγt，它與Th17的分化和高表達(dá)密切相關(guān)，當(dāng)前者表達(dá)降低時(shí)，Th17表達(dá)水平同步降低。干擾素調(diào)節(jié)因子4(Interferon regulatory factor 4,IRF4)不僅可通過常規(guī)的IL-6和TGF-β信號(hào)通路，還可以通過IL-21調(diào)控Th17細(xì)胞分化，而Th17細(xì)胞又可以分泌IL-17A、IL-17F、IL-6、IL-21、IL-22等細(xì)胞因子，起到正反饋?zhàn)饔?。此外，STAT-3和AHR也被認(rèn)為在Th17分化過程起著不可或缺的作用[2]。相反，Ets1和STAT-5對(duì)Th17細(xì)胞分化起負(fù)調(diào)控作用。另外，有研究表明Notch信號(hào)通路也可調(diào)節(jié)CD4+T淋巴細(xì)胞的增殖和分化，當(dāng)Notch信號(hào)通路被阻滯時(shí)，促進(jìn)Th17細(xì)胞分化的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子如ROR-γt合成減少，從而抑制Th17細(xì)胞成熟[3]。Th17細(xì)胞可激活B淋巴細(xì)胞，參與巨噬細(xì)胞的活化和遷移，并調(diào)節(jié)CD8+T細(xì)胞的活化和發(fā)育。 總之，Th17的調(diào)控過程極其復(fù)雜，具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步闡明。

2 IL-17A

IL-17A，最早于1993年在嚙齒動(dòng)物T細(xì)胞雜交瘤的轉(zhuǎn)錄過程中被發(fā)現(xiàn)，該雜交瘤源自小鼠細(xì)胞毒性T細(xì)胞克隆和大鼠T細(xì)胞淋巴瘤的融合，隨后在2005年在小鼠和人類Th17細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)由該細(xì)胞分泌。多種其他免疫細(xì)胞如γδ-T淋巴細(xì)胞、自然殺傷性T細(xì)胞、部分CD8+T細(xì)胞及淋巴組織誘導(dǎo)細(xì)胞也能分泌IL-17A。IL-17A的致病機(jī)理在于它可以與各種細(xì)胞因子協(xié)同作用以增強(qiáng)促炎反應(yīng)的能力。有研究表明，低劑量的TNF-α聯(lián)合IL-17A比單獨(dú)應(yīng)用IL-17A更能激活NF-κB通路，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的促炎因子如IL-8，CXCL1和COX-2的mRNA的表達(dá)和有效翻譯[4]。IL-17A可以與IL-1β和IFN-γ協(xié)同作用，增強(qiáng)促炎效果并進(jìn)一步誘導(dǎo)IL-1β表達(dá)，通過絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)調(diào)節(jié)的啟動(dòng)子活性以及與NF-κB順式作用元件和轉(zhuǎn)錄因子AP-1的協(xié)同作用來增強(qiáng)IL-8 mRNA的表達(dá)和蛋白質(zhì)翻譯。此外，有研究發(fā)現(xiàn)IL-17A通過激活I(lǐng)κB激酶epsilon(IKKε)/ TRAF2 / TRAF5依賴性途徑，增強(qiáng)了不穩(wěn)定的促炎藥物的穩(wěn)定性[5]。

作為IL-17家族中研究最廣泛的成員，它在宿主防御多種微生物病原體及組織炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用，與IL-17F促進(jìn)中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的氣道炎癥。最近，IL-17A與IL-17A分泌細(xì)胞已成為治療各種形式的自身免疫和炎性疾病的藥物制造的重要分子?？笽L-17A抗體在2015年被FDA批準(zhǔn)用于治療銀屑病，該抗體也已在哮喘、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化、移植排斥和炎癥性疾病中進(jìn)行了研究。

3 Th17及IL-17A與慢性氣道炎癥疾病的關(guān)系

鑒于Th17和IL-17A在炎癥過程中的重要作用，近年來越來越多的研究聚焦于以上兩者和哮喘、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化等各種炎性疾病的關(guān)系，其中與慢性氣道炎癥疾病的相關(guān)發(fā)病機(jī)制也正被逐步揭示。慢性氣道炎癥性疾病是指由多種細(xì)胞參與引起的一種非特異性炎癥，主要包括哮喘、慢性阻塞性肺病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、囊性纖維化(Cystic fibrosis,CF)、結(jié)節(jié)病和支氣管擴(kuò)張等疾病。慢性氣道炎癥性疾病的發(fā)生由呼吸道的結(jié)構(gòu)細(xì)胞、炎癥細(xì)胞以及細(xì)胞組成成分的共同作用導(dǎo)致，而炎癥細(xì)胞包括Th17細(xì)胞居于核心地位。

3.1 與哮喘的關(guān)系 哮喘是主要由Th2介導(dǎo)的炎癥為特征的慢性氣道炎癥疾病，IL-4、IL-5和IL-13等細(xì)胞因子廣泛參與其發(fā)病過程。然而，哮喘的發(fā)病機(jī)制及發(fā)作的嚴(yán)重程度已經(jīng)不能單純用Th2細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥過程解釋。David等[6]通過活檢不同分期、分級(jí)的哮喘患者氣道黏膜標(biāo)本發(fā)現(xiàn)Th17細(xì)胞及其分泌的IL-17A水平隨著病情的加重相應(yīng)增高。Jing 等[7]也在數(shù)百名由被動(dòng)吸煙引起的哮喘幼兒外周血標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)Th17細(xì)胞的比例和IL-17A的水平增加。同樣的，在小鼠哮喘動(dòng)物模型中也發(fā)現(xiàn)外周血中Th17細(xì)胞比例增加，同時(shí)IL-17A的表達(dá)也增加，同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)IL-17A失活足以減輕小鼠的過敏性哮喘[8]。Al-Ramli等人[9]首次發(fā)現(xiàn)了Th17細(xì)胞因子、IL-17A和IL-17F在重癥哮喘患者氣道活檢組織中高表達(dá)，且表達(dá)水平隨著疾病的嚴(yán)重程度增加。由此可見，Th17細(xì)胞不僅參與介導(dǎo)了哮喘的氣道炎癥的發(fā)生，更與哮喘的嚴(yán)重程度相關(guān)。Th17分泌的IL-17A也通過影響氣道平滑肌(Airway smooth muscle,ASM)功能介導(dǎo)氣道炎癥中的氣道重塑過程，是嚴(yán)重哮喘后期氣道結(jié)構(gòu)改變的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。IL-17A亦通過增加表達(dá)CXCR2的肺泡巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)，增強(qiáng)中性粒細(xì)胞聚集和氣道高反應(yīng)性，促進(jìn)氣道炎癥反應(yīng)的發(fā)展[10]。臭氧暴露與哮喘的炎癥持續(xù)狀態(tài)及病情加重有關(guān)。Zhang等[11]利用臭氧暴露建立哮喘小鼠模型，在其肺泡灌洗液中發(fā)現(xiàn)IL-17A明顯升高，且在應(yīng)用IL-17A抗體后的肺組織中發(fā)現(xiàn)炎癥減輕，并在分子水平上發(fā)現(xiàn)IL-17A mRNA表達(dá)下降，從而進(jìn)一步驗(yàn)證哮喘炎性狀態(tài)下IL-17A的產(chǎn)生。該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)IL-17A抗體與糖皮質(zhì)激素協(xié)同應(yīng)用可以抑制糖皮質(zhì)激素受體的下調(diào)，說明該抗體還可以通過增加糖皮質(zhì)激素效果發(fā)揮抗炎作用，為聯(lián)合用藥提供新的理論基礎(chǔ)。Th17細(xì)胞和IL-17A水平的升高程度與支氣管周組織中的微血管密度呈正相關(guān)。其中IL-17A通過激活PI3K/AKT1途徑誘導(dǎo)肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞PMVEC管的形成，從而促進(jìn)哮喘中的氣道血管重塑[12]。然而也有研究表明IL-17A可能通過多種機(jī)制改善哮喘氣道嗜酸性粒細(xì)胞炎癥。氣道滴入IL-17A能降低嗜酸性粒細(xì)胞趨化受體3、轉(zhuǎn)錄因子Gata 1等的基因表達(dá)，抑制嗜酸性粒細(xì)胞分化，改善哮喘小鼠氣道嗜酸性粒細(xì)胞炎癥。綜上，Th17細(xì)胞及其分泌的IL-17A在哮喘的發(fā)病及嚴(yán)重程度中發(fā)揮著重要的免疫調(diào)控的作用，并為哮喘的治療提供了新思路。

3.2 與慢性阻塞性肺疾病的關(guān)系 慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是常見的慢性氣道炎癥性疾病,中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和CD4+CD8+T細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子在發(fā)病的病理生理過程中起重要作用。其中Th17細(xì)胞和其分泌的細(xì)胞因子是目前COPD慢性炎癥中的研究熱點(diǎn)。已有研究表明COPD穩(wěn)定期患者和急性加重期(Acute exacerbation chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)患者外周血Th17及IL-17水平均明顯升高,且AECOPD患者升高更明顯，并與FEV1、FEV1%、FVC、FVC%、FEV1/FVC等肺功能指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，表明外周血Th17及IL-17A與COPD患者肺功能有良好的相關(guān)性,是早期預(yù)測(cè)AECOPD的有效指標(biāo)[13]。Li等[14]發(fā)現(xiàn)COPD患者痰液標(biāo)本中IL-17A升高，且痰中RORC2 mRNA的比例相應(yīng)升高，表明COPD疾病期間Th17細(xì)胞激活。相同的，在長(zhǎng)期暴露于香煙煙霧的小鼠肺組織中也發(fā)現(xiàn)Th17細(xì)胞的比例以及IL-17A的表達(dá)升高，尤其在24周時(shí)最為明顯[12]。

小氣道纖維化是COPD的主要病理特征，目前的治療方法難以逆轉(zhuǎn)該過程。在COPD發(fā)病過程中炎性細(xì)胞聚集是導(dǎo)致氣道纖維化的主要因素。有學(xué)者對(duì)COPD小鼠分別注射抗IL-17A受體(IL-17 Receptor A，IL-17 RA)抗體和抗IL-17A抗體，發(fā)現(xiàn)阻斷IL-17A/IL-17 RA通路可顯著降低了小鼠氣道周圍炎性細(xì)胞的聚集和小氣道纖維化程度，證實(shí)IL-17A是氣道纖維化的促炎介質(zhì)[15]。以上結(jié)果表明，IL-17A/IL-17 RA通路對(duì)鼠氣道纖維化至關(guān)重要，而IL-17A則可能是針對(duì)預(yù)防COPD中氣道纖維化發(fā)展的靶點(diǎn)。蔡杰[16]在小樣本的COPD患者中發(fā)現(xiàn)趨化因子CXCL12和IL-17A水平均升高,并且升高的程度與肺功能中FEV1和FVC的下降分期呈明顯負(fù)相關(guān),提示IL-17A和CXCL12可能與COPD的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。但這兩種因子之間通過何種通路相互關(guān)聯(lián)仍需進(jìn)一步考究。

COPD作為最為常見的呼吸系統(tǒng)疾病，發(fā)展至晚期可明顯影響患者的心肺功能,對(duì)社會(huì)造成重大負(fù)擔(dān)。Th17細(xì)胞及其分泌的IL-17A作為該疾病發(fā)生發(fā)展過程中的重要因子，可為未來COPD的治療提供新靶點(diǎn)。

3.3 與支氣管擴(kuò)張癥的關(guān)系 支氣管擴(kuò)張癥是由于氣道反復(fù)發(fā)生感染和炎癥造成支氣管和細(xì)支氣管管腔的異常擴(kuò)張，是一組異質(zhì)性疾病造成的共同結(jié)果。以往認(rèn)為結(jié)核、百日咳、麻疹是該病的首要病因，但隨著醫(yī)療條件的改善，支氣管擴(kuò)張的發(fā)病率仍居高不下，因此目前認(rèn)為該疾病的發(fā)病可能與免疫缺陷存在關(guān)聯(lián)。支氣管擴(kuò)張的發(fā)病過程是感染、炎癥和酶(如彈性蛋白酶、基質(zhì)金屬蛋白酶等)三者共同作用的結(jié)果。在一項(xiàng)對(duì)合并COPD的支氣管擴(kuò)張患者和僅患COPD的患者進(jìn)行的大樣本回顧性研究中發(fā)現(xiàn)，前者FEV1、FEV1%、FEV1/FVC等幾項(xiàng)肺功能指標(biāo)較差，相對(duì)于后者，前者外周血中Th17細(xì)胞、IL-17A的升高具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[17]。Bayes等[18]對(duì)比支氣管擴(kuò)張患者和健康人的肺泡灌洗液，發(fā)現(xiàn)與Th17途徑相關(guān)的細(xì)胞因子和趨化因子都顯著增加，包括直接參與該信號(hào)通路的效應(yīng)物(IL-17A、IL-6、IL-8和TNF-α)和參與該信號(hào)通路的調(diào)節(jié)劑(IL-1α、IL-1β、IL-6和IL-23)。在支氣管擴(kuò)張患者活檢組織中也顯示Th17細(xì)胞的比例顯著增加[19]。也有研究認(rèn)為IL-17A對(duì)支氣管擴(kuò)張癥有積極作用。銅綠假單胞菌定植造成慢性感染被認(rèn)為是支擴(kuò)遷延不愈的因素之一，有研究發(fā)現(xiàn)IL-17A可募集中性粒細(xì)胞清除細(xì)菌，并通過IL-1β產(chǎn)生正反饋?zhàn)饔脕泶龠M(jìn)銅綠假單胞菌的清除[20]。

囊性纖維化(Cystic fibrosis，CF)是造成支氣管擴(kuò)張癥的常見病因，它是CF跨膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)劑(CF transmembrane conductance regulator，CTFR)基因突變導(dǎo)致氣道纖毛喪失清除功能的常染色體隱性遺傳疾病，在高加索人群中最常見，且通常比非CF支氣管擴(kuò)張更為嚴(yán)重。在CF小鼠慢性感染模型中發(fā)現(xiàn)，小鼠縱隔淋巴結(jié)有明顯增大，進(jìn)一步分離淋巴結(jié)細(xì)胞進(jìn)行離體再刺激3d后發(fā)現(xiàn)IL-17A大量產(chǎn)生[18]。而在人體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)臨床穩(wěn)定的CF患者IL-17A水平升高，但在疾病惡化期間CF患者的呼吸道標(biāo)本中IL-17A水平進(jìn)一步增加，在抗生素治療病情緩解后下降，說明IL-17A的表達(dá)水平與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)[21]。目前關(guān)于Th17細(xì)胞及IL-17A在支氣管擴(kuò)張癥中的研究還相對(duì)匱乏，但已有的一些研究結(jié)論為Th17細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子在該病的發(fā)病機(jī)制中的作用做了良好的鋪墊，未來的研究方向可集中在Th17途徑參與的支氣管擴(kuò)張癥的信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中。

3.4 與結(jié)節(jié)病的關(guān)系 結(jié)節(jié)病是一種病因不明的多器官肉芽腫炎性疾病，好發(fā)于中青年，最常累及的部位是肺，其次還常見于縱隔、眼、皮膚等器官。既往結(jié)節(jié)病被認(rèn)為是由Th1驅(qū)動(dòng)的。但近期越來越多的研究表明Th17在該疾病發(fā)生發(fā)展中也起到不可或缺的作用。Judson等[22]在活動(dòng)性和復(fù)發(fā)性結(jié)節(jié)病患者的肉芽腫組織中均發(fā)現(xiàn)Th17細(xì)胞。在小鼠結(jié)節(jié)病動(dòng)物模型中，Song等[23]發(fā)現(xiàn)小鼠BALF液及外周血液的Th17比例和IL-17A水平升高，而IL-17A基因敲除和IL-17A抗體的注射可減輕結(jié)節(jié)病小鼠的肺部炎癥，阻止結(jié)節(jié)病樣肉芽腫發(fā)展，并降低外周血和BALF中的炎癥因子水平。但也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)疾病活動(dòng)期患者的Th17細(xì)胞減少，且Treg/Th17比值與結(jié)節(jié)病活動(dòng)度和對(duì)治療的反應(yīng)呈負(fù)相關(guān)[24]。以往認(rèn)為Th1途徑產(chǎn)生的IFN-γ是結(jié)節(jié)病發(fā)病的關(guān)鍵細(xì)胞因子，近期Joris Ramstein等[25]在結(jié)節(jié)病CD4+T細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一類僅產(chǎn)生IFN-γ的Th17細(xì)胞擴(kuò)增明顯，并將其定義為Th17.1細(xì)胞。鑒于Th17.1細(xì)胞和Th1細(xì)胞均可產(chǎn)生IFN-γ，因此Th17途徑可能是對(duì)Th1致病的經(jīng)典理論的重要補(bǔ)充。近一半的結(jié)節(jié)病患者疾病遷延不愈，其中約20%的患者可進(jìn)展至肺纖維化，甚至對(duì)其他重要臟器造成嚴(yán)重功能損害。因此，進(jìn)一步明確該疾病的發(fā)病機(jī)制和尋找新的治療靶點(diǎn)意義重大。

4 展望

目前關(guān)于Th17細(xì)胞亞群及其分泌的炎癥因子IL-17A在慢性炎癥及組織破壞過程的機(jī)制被不斷揭示，研究發(fā)現(xiàn)越來越多的疾病與IL-17A和Th17細(xì)胞有關(guān)，與之相關(guān)的臨床前期研究和臨床實(shí)驗(yàn)也在進(jìn)行中，增加了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)在臨床方面的應(yīng)用，豐富了有關(guān)Th17細(xì)胞和IL-17A的概念，更為其在炎癥性疾病的治療上提供了新的治療靶點(diǎn)。