IL-17A、自噬在肺部疾病中的研究進(jìn)展

郭小旭 賀艷飛 姚培學(xué) 歐陽(yáng)瑤

IL-17A是一種生物學(xué)功能豐富的細(xì)胞因子，由于在許多疾病的進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用，因此一直是深入研究的重點(diǎn)。自噬是一種普遍存在并可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、存活、發(fā)育和死亡的細(xì)胞代謝過(guò)程，越來(lái)越多的證據(jù)表明其與人類多種疾病密切相關(guān)，如肺部疾病、肝病、神經(jīng)退行性疾病、肌病、心臟病等。有研究表明自噬受到IL-17A的調(diào)節(jié)。既往研究多關(guān)注于IL-17A或自噬分別對(duì)肺部疾病的影響，或IL-17A調(diào)控自噬在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及銀屑病等疾病中的作用，而較少著眼于IL-17A影響自噬進(jìn)而對(duì)肺部疾病的調(diào)控。本文綜述了近年來(lái)IL-17A影響自噬活性在肺結(jié)核、肺纖維化等方面的研究進(jìn)展。

IL-17A生物學(xué)特征及功能

白細(xì)胞介素-17A(Interleukin-17A，IL-17A)既往被報(bào)道為一種介導(dǎo)中性粒細(xì)胞發(fā)揮炎癥作用和抗微生物的細(xì)胞因子，現(xiàn)在普遍認(rèn)為其生物學(xué)功能十分豐富，在自身免疫性疾病、腫瘤及炎癥的進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用，并且在宿主抵抗細(xì)菌和真菌感染的過(guò)程中也至關(guān)重要，如肺結(jié)核、肺纖維化等疾病；同時(shí)，IL-17A已被證明極有利于宿主對(duì)抗胞外細(xì)菌和真菌引起的感染[1-2]。IL-17A是由Rouvier等人在轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)現(xiàn)的，編碼IL-17A的基因位于染色體的6p12區(qū)域，人體IL-17A包含155個(gè)氨基酸，并且以二硫鍵連接的同型二聚體模式分泌[1,3]。IL-17A是IL-17家族中研究最廣泛的成員，IL-17家族是具有高度保守C末端結(jié)構(gòu)(包含半胱氨酸結(jié)折疊結(jié)構(gòu))的一組蛋白質(zhì)[4]。IL-17細(xì)胞因子及其受體家族由6種蛋白質(zhì)(IL-17A至IL-17F)和5種受體(IL-17RA 至IL-17RE)組成[5]。IL-17A及IL-17F由多種類型的免疫細(xì)胞分泌，而IL-17B、IL-17C及IL-17D主要由上皮細(xì)胞來(lái)源。有許多研究表明，IL-17A主要來(lái)源于CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、γδT細(xì)胞、固有淋巴細(xì)胞(ILC)和自然殺傷T細(xì)胞(NKT)；然而在某些情況下，除T細(xì)胞外，嗜中性粒細(xì)胞也會(huì)產(chǎn)生IL-17A[6-7]。盡管IL-17A被認(rèn)為是天然免疫及獲得性免疫反應(yīng)的關(guān)鍵促炎細(xì)胞因子之一，但單獨(dú)的IL-17A并不是強(qiáng)大的炎癥細(xì)胞因子。實(shí)際上，其強(qiáng)大的炎癥作用主要與募集免疫細(xì)胞的能力以及與其他促炎細(xì)胞因子的協(xié)同作用有關(guān)[8]。在肺部疾病中，有研究發(fā)現(xiàn)結(jié)核病患者的支氣管肺泡灌洗液(BALF)和肺肉芽腫周圍淋巴細(xì)胞中IL-17A是增加的，并且有助于肉芽腫的形成和病原體的抑制[9-10]。在博萊霉素(BLM)造模的系統(tǒng)性硬化癥小鼠中，IL-17A可促進(jìn)肺纖維化，也可顯著促使體外培養(yǎng)的肺成纖維細(xì)胞增殖及其I型膠原、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)和IL-6的分泌，而抗IL-17A可以減少它們的表達(dá)[11]。IL-17A除作為促炎細(xì)胞因子之外，也可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的其他生物學(xué)功能(如細(xì)胞自噬)進(jìn)而影響肺部疾病進(jìn)展。

自噬及其途徑概述

自噬(Autophagy)一詞源自希臘語(yǔ)“自食”，是指細(xì)胞內(nèi)所經(jīng)歷的一種高度保守的分解代謝過(guò)程，涉及蛋白質(zhì)聚集體、受損的細(xì)胞器(如線粒體)以及各種病原體等細(xì)胞成分在自噬溶酶體中的降解。目前普遍認(rèn)為自噬對(duì)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和存活至關(guān)重要，自噬途徑代表了一種主要的適應(yīng)性反應(yīng)，以維持細(xì)胞和組織的動(dòng)態(tài)平衡，以應(yīng)對(duì)多種細(xì)胞應(yīng)激[12-13]。自噬各亞類定義為:伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)、微自噬及巨自噬。當(dāng)CMA啟動(dòng)，細(xì)胞溶質(zhì)靶底物通過(guò)識(shí)別熱休克同源物70 kDa(HSC70)結(jié)合含有Lys-Phe-Glu-Arg-Gln (KFERQ)樣五肽基序的伴侶蛋白。接下來(lái)，HSC70以溶酶體相關(guān)膜蛋白2A (LAMP2A)受體依賴方式觸發(fā)底物進(jìn)入溶酶體腔[14]。微自噬是指底物轉(zhuǎn)移到溶酶體中，后通過(guò)溶酶體的直接內(nèi)陷、分隔或突出等以上任一途徑降解。在巨自噬中，自噬體是由雙膜結(jié)合囊泡吞噬細(xì)胞器、細(xì)胞質(zhì)蛋白或其他物質(zhì)而形成的。后自噬體被轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體形成自噬溶酶體[15]。在所有三種類型中，目標(biāo)底物最終被水解酶降解。 自噬相關(guān)基因(ATG)及蛋白是自噬的核心，自噬體是通過(guò)ATG相關(guān)蛋白的協(xié)同作用而產(chǎn)生的。自噬體的形成是自噬的特征。在自噬的初始階段，Atg1復(fù)合物被激活。在酵母中，Atg1復(fù)合物由Atg17-Atg31-Atg29亞復(fù)合物、Atg1和Atg13組成。在哺乳動(dòng)物里此復(fù)合物也稱為Unc-51樣激酶(ULK)復(fù)合物，由哺乳動(dòng)物Atg1同源物ULK1或ULK2、哺乳動(dòng)物自噬相關(guān)的13同源物 (Atg13，酵母Atg17的假定對(duì)應(yīng)物)、RB1誘導(dǎo)的卷曲螺旋1(RB1CC 1)及Atg101組成[16-17]。在囊泡成核階段，必須激活由液泡蛋白分選34 (Vps34)、Beclin1和Atg14組成的磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)復(fù)合物。該復(fù)合物的主要功能是將Atg蛋白召募到自噬體組裝位點(diǎn)(PAS)。對(duì)于囊泡的擴(kuò)張和形成，隨著PAS的擴(kuò)張，隔離膜通過(guò)Atg12-Atg5-Atg16L1的結(jié)合物和磷脂酰乙醇胺(PE)-微管相關(guān)蛋白1輕鏈3的結(jié)合物 (LC3，也稱為Atg8)這兩個(gè)泛素樣(UbI)結(jié)合系統(tǒng)的作用而伸長(zhǎng)。在自噬的最后階段，成熟的自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體，在自噬溶酶體中底物被水解酶降解。最終產(chǎn)物被釋放回細(xì)胞質(zhì)[18-19]。 雖然自噬是細(xì)胞的動(dòng)態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，但它也具有廣泛的其他功能，包括：維持ATP和能量代謝；響應(yīng)饑餓、營(yíng)養(yǎng)缺乏或生長(zhǎng)因子耗竭的細(xì)胞存活[20]，去除功能障礙和受損的細(xì)胞器(例如內(nèi)質(zhì)網(wǎng))[21]，這在蛋白質(zhì)更新以及細(xì)胞器質(zhì)量調(diào)節(jié)中十分關(guān)鍵；以及調(diào)節(jié)線粒體穩(wěn)態(tài)和執(zhí)行程序性細(xì)胞死亡途徑(例如凋亡)[22]。然而，自噬在某些條件下起著相反的作用，并且過(guò)度自噬可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡，這被稱作自噬性細(xì)胞死亡或II型程序性細(xì)胞死亡。在肺部疾病中，有研究報(bào)道暴露在香煙煙霧(CS)中的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人類會(huì)誘導(dǎo)自噬和炎癥的發(fā)生。在CS誘導(dǎo)的人支氣管上皮細(xì)胞自噬和炎癥反應(yīng)中，阻斷自噬作用可顯著降低其IL-1β、IL-6和IL-8的釋放水平，下調(diào)PI3K/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路的活性，上調(diào)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的活性。且CS誘導(dǎo)的自噬通過(guò)啟動(dòng)c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38蛋白激酶(p38)途徑引發(fā)炎癥反應(yīng)[23]。在脂多糖(LPS)導(dǎo)致的RAW264.7巨噬細(xì)胞炎癥中，自噬抑制劑氯喹可減少腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-6及一氧化氮(NO)的釋放來(lái)參與抗炎作用[24]。自噬與人類多種疾病密切相關(guān)，同時(shí)IL-17A可調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，參與肺結(jié)核及肺纖維化疾病進(jìn)展。

IL-17A影響自噬與肺結(jié)核、肺纖維化

一、IL-17A影響自噬與肺結(jié)核

結(jié)核病(Tuberculosis，TB)是當(dāng)今人類最常見(jiàn)的傳染病死亡原因之一，結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，Mtb)是其病原體且存在于世界四分之一的人口中，作為一種胞內(nèi)細(xì)菌，它會(huì)損害多個(gè)系統(tǒng)，其中呼吸系統(tǒng)受到最顯著的影響，以引起肺結(jié)核(Pulmonary Tuberculosis，PTB)最為常見(jiàn)，空氣是肺結(jié)核主要的傳播方式[25]。在Mtb感染過(guò)程中，自噬是一個(gè)由細(xì)胞因子調(diào)節(jié)的過(guò)程，對(duì)于建立成功的宿主反應(yīng)是至關(guān)重要的。自噬與人類對(duì)Mtb的免疫反應(yīng)有協(xié)同作用，并與針對(duì)病原體分泌的特異性干擾素γ(IFNG)有關(guān)。誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞1(Th1)及輔助性T 細(xì)胞17(Th17)免疫應(yīng)答是抗Mtb所必需的。研究發(fā)現(xiàn)肺結(jié)核患者淋巴細(xì)胞中IL-17A的產(chǎn)生與疾病進(jìn)展息息相關(guān)。在感染Mtb H37Rv或突變型MtbΔRD1的單核細(xì)胞的自噬過(guò)程中，根據(jù)活動(dòng)性疾病患者對(duì)Mtb的T細(xì)胞應(yīng)答分為高應(yīng)答(HR)和低應(yīng)答(LR)。IL-17A通過(guò)啟動(dòng)MAPK1/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶2(ERK2)-MAPK3/ERK1增強(qiáng)HR患者感染單核細(xì)胞的自噬反應(yīng)，但在LR患者的單核細(xì)胞感染過(guò)程中，IL-17A對(duì)自噬反應(yīng)無(wú)影響。相反，在感染的單核細(xì)胞中加入干擾素，在HR和LR患者中都通過(guò)激活MAPK14/p38α而增加自噬。在重癥肺結(jié)核患者的單核細(xì)胞中，由于MAPK1/3信號(hào)通路的缺陷，IL-17A不能增強(qiáng)自噬。IL-17A可增強(qiáng)對(duì)Mtb有較強(qiáng)免疫力患者的自噬水平，并促進(jìn)分枝桿菌的殺傷[26]。此外，由于Mtb在巨噬細(xì)胞內(nèi)寄生，宿主的先天和獲得性免疫系統(tǒng)必須檢測(cè)和增強(qiáng)對(duì)胞內(nèi)細(xì)菌的殺菌活性。Orosz[27]等人證明，在RAW 264.7 巨噬細(xì)胞感染時(shí)，IL-17A增加了LC3-II積累，調(diào)節(jié)LC3的細(xì)胞內(nèi)分布，促進(jìn)自噬通量，并促進(jìn)自噬體以及酸性囊泡細(xì)胞器的形成。IL-17A通過(guò)引發(fā)自噬,在巨噬細(xì)胞中清除土壤分枝桿菌(M.terrae)。上述研究結(jié)果表明，在感染分枝桿菌的人單核細(xì)胞及部分巨噬細(xì)胞中，IL-17A增強(qiáng)自噬活性進(jìn)而促進(jìn)分枝桿菌的殺傷及清除，可作為肺結(jié)核治療的有效靶點(diǎn)。

二、IL-17A影響自噬與肺纖維化

肺纖維化(Pulmonary Fibrosis，PF)是一種嚴(yán)重的間質(zhì)性肺疾病，以彌漫性肺泡炎、成纖維細(xì)胞增生、細(xì)胞外基質(zhì)堆積和正常肺組織破壞為特點(diǎn)，其病因尚不清楚，遺傳和環(huán)境危險(xiǎn)因素已被證實(shí)有關(guān)，目前治療選擇有限。臨床以呼吸困難逐漸加重、肺功能漸進(jìn)性下降為特點(diǎn)，最終導(dǎo)致呼吸衰竭。肺上皮損傷和功能障礙已被證實(shí)參與肺纖維化的發(fā)生發(fā)展，是啟動(dòng)致病過(guò)程的中心。肺上皮損傷后，生長(zhǎng)因子、細(xì)胞外基質(zhì)活化素和細(xì)胞外基質(zhì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)共同激活多種修復(fù)途徑，導(dǎo)致炎性細(xì)胞募集、成纖維細(xì)胞增多以及細(xì)胞外基質(zhì)堆積，最終導(dǎo)致組織纖維化。肺纖維化存活率較低，從確診之日起，中位生存期只有2～3年，預(yù)后比許多癌癥更差，雖然抗纖維化取得了一定的成果，但至今仍欠缺有效的治療手段。肺纖維化的治療需要新的線索[28-30]。IL-17A與肺纖維化的進(jìn)展密切相關(guān)，有研究報(bào)道IL-17A以TGF-β1依賴的方式增加肺泡上皮細(xì)胞膠原的合成和分泌，促進(jìn)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。利用體內(nèi)纖維化模型發(fā)現(xiàn)IL-17A在纖維化肺組織中表達(dá)升高，及IL-17A相關(guān)信號(hào)通路被激活。體內(nèi)中和IL-17A可促進(jìn)博萊霉素誘導(dǎo)的急性炎癥的消退，減輕肺纖維化，提高存活率。此外，二氧化硅引起的肺纖維化和慢性炎癥可被IL-17A拮抗劑所抑制。阻斷IL-17A可使纖維化肺組織的抑制性免疫應(yīng)答向Th1型免疫應(yīng)答轉(zhuǎn)變，有效地誘導(dǎo)自噬，可促進(jìn)膠原的自噬降解和自噬相關(guān)的細(xì)胞死亡。同時(shí)，IL-17A還可減輕饑餓誘導(dǎo)的自噬，自噬調(diào)節(jié)劑以TGF-β1不依賴的方式調(diào)節(jié)肺泡上皮細(xì)胞膠原降解。自噬抑制劑3-甲基苯丙胺可逆轉(zhuǎn)IL-17A拮抗肺纖維化的療效。該研究表明，IL-17A以TGF-β1依賴和非依賴的方式參與肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展，IL-17A信號(hào)通路的組成部分是治療纖維增生性肺疾病的潛在治療靶點(diǎn)[31]。雖然IL-17A信號(hào)的激活促進(jìn)了急性和慢性肺纖維化的發(fā)展和進(jìn)程，并且IL-17A活性的阻斷通過(guò)促使炎癥的消退和自噬的激活而減弱了肺纖維化。盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)自噬刺激纖維化肺組織中的膠原蛋白降解是負(fù)責(zé)阻斷IL-17A后的抗纖維化作用，但是IL-17A信號(hào)傳導(dǎo)如何抑制自噬有待闡明。劉紅[32]等報(bào)道了在肺上皮細(xì)胞中，IL-17A激活PI3K-糖原合酶激酶3β(GSK3β)信號(hào)傳導(dǎo)途徑以抑制B細(xì)胞CLL /淋巴瘤2(BCL2)的磷酸化，其降低BCL2泛素化并因此降低其降解。由此產(chǎn)生的BCL2和自噬相關(guān)蛋白Beclin 1(BECN1)之間的相互作用，使自噬受到抑制。因此，涉及IL17A-PI3K-GSK3β-BCL2的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)似乎下調(diào)了自噬過(guò)程，這被認(rèn)為是IL-17A誘導(dǎo)的肺纖維化發(fā)生發(fā)展的重要原因。上述研究結(jié)果提示在肺纖維化中，IL-17A可通過(guò)抑制肺上皮細(xì)胞自噬活性參與組織纖維化發(fā)生發(fā)展；相反，通過(guò)中和IL-17A促進(jìn)肺上皮細(xì)胞自噬的激活，增強(qiáng)膠原降解，從而減輕肺纖維化的發(fā)生發(fā)展，是治療肺纖維化的潛在治療靶點(diǎn)。

展 望

IL-17A和自噬在疾病的病理生理學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，IL-17A作為生物學(xué)功能豐富的細(xì)胞因子，在肺部疾病起著重要作用；自噬是一種細(xì)胞代謝過(guò)程，與肺部疾病息息相關(guān)?，F(xiàn)目前兩者分別影響肺部疾病研究眾多，而IL-17A通過(guò)影響細(xì)胞自噬進(jìn)而影響肺部疾病進(jìn)展研究較少。IL-17A可觸發(fā)自噬以消除胞內(nèi)入侵病原體，如Mtb；此外，阻斷IL-17A促進(jìn)自噬并解決炎癥，進(jìn)而減輕肺纖維化的進(jìn)展；可作為肺結(jié)核和肺纖維化的新型治療策略有希望的靶標(biāo)。同時(shí)IL-17A調(diào)控細(xì)胞自噬也可作為炎癥相關(guān)性疾病如RA[33]、銀屑病[34]等有希望的治療靶標(biāo)。因此在不同的疾病中，IL-17A對(duì)自噬的作用取決于細(xì)胞類型和細(xì)胞環(huán)境，進(jìn)而對(duì)疾病產(chǎn)生影響。進(jìn)一步的研究迫切需要了解在具體疾病中自噬過(guò)程和IL-17A之間的平衡以及潛在的復(fù)雜分子機(jī)制，還需要進(jìn)行研究以精確評(píng)估除肺部其它疾病及更多疾病中IL-17A影響自噬對(duì)疾病進(jìn)展的調(diào)控及其具體通路。