Th17、白細(xì)胞介素17A對慢性阻塞性肺疾病影響的研究進(jìn)展▲

譚建梅 王紅嫚 羅 俊 李有霞 馮玉琦

[1 遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，廣東省珠海市 519100；2 四川省內(nèi)江市第二人民醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，四川省內(nèi)江市 641199]

【提要】 慢性阻塞性肺疾病是一種常見的、可以預(yù)防和治療的疾病，通常是由香煙、空氣污染和有毒有害顆粒造成氣道和肺實(shí)質(zhì)發(fā)生慢性炎癥，進(jìn)而引起持續(xù)的呼吸道癥狀和氣流受限。該病具有極高的患病率、致死率和致殘率，但目前仍未能發(fā)現(xiàn)有效預(yù)防及阻止疾病進(jìn)展的干預(yù)措施，其原因主要是由于慢性阻塞性肺疾病的病因較為復(fù)雜，且其炎癥機(jī)制至今尚未完全闡明。Th17分泌的白細(xì)胞介素(IL)-17A、IL-22除可以清除細(xì)胞外的細(xì)菌和真菌以發(fā)揮保護(hù)作用外，在多種人類疾病中還發(fā)揮致病作用。近年的研究表明，Th17在慢性阻塞性肺疾病的病理機(jī)制中占有重要地位。本文就Th17及IL-17A在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病機(jī)制中的潛在作用進(jìn)行綜述。

慢性阻塞性肺疾病是一種常見的、可以預(yù)防和治療的疾病，以持續(xù)且不可逆轉(zhuǎn)的氣流受限為特征，有著極高的患病率、致死率和致殘率[1-2]。多種炎性細(xì)胞參與的肺部及全身性炎癥是其重要的病理機(jī)制之一，主要環(huán)節(jié)包括巨噬細(xì)胞/中性粒細(xì)胞/T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)炎癥反應(yīng)活化，最終導(dǎo)致小氣道狹窄、肺泡壁破壞、黏液高分泌等病理變化[3]。炎癥機(jī)制的研究有助于指導(dǎo)慢性阻塞性肺疾病的診斷和治療。根據(jù)人類Th可抵御不同類別病原體的能力，可將其分為Th1、Th2、Th17等多個(gè)細(xì)胞亞群，而清除的病原體類別又取決于其分泌物的細(xì)胞因子[4]。其中，由Th17分泌的白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-17A、IL-22等除了可以清除細(xì)胞外的細(xì)菌和真菌發(fā)揮保護(hù)作用，還可以誘發(fā)多種人類疾病[5-6]。近年的研究表明，Th17及IL-17A在慢性阻塞性肺疾病病理機(jī)制中占有重要地位。本文就Th17及IL-17A在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病機(jī)制中的作用進(jìn)行綜述。

1 慢性阻塞性肺疾病與炎癥反應(yīng)

慢性阻塞性肺疾病的病理生理基礎(chǔ)是患者長期接觸香煙等吸入性刺激物后，呼吸道的炎癥細(xì)胞被激活，這些活化細(xì)胞釋放的炎性細(xì)胞因子和肺部微環(huán)境中的化學(xué)引誘物共同誘導(dǎo)肺部發(fā)生慢性炎癥反應(yīng)，募集炎癥細(xì)胞聚集，包括單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞[7]。肺部的這些病理生理改變最終導(dǎo)致氣道結(jié)構(gòu)改變和阻塞、肺氣腫、組織破壞和黏液分泌過多。慢性阻塞性肺疾病周期性的氣道癥狀加重被稱為慢性阻塞性肺疾病急性加重期，作為慢性阻塞性肺疾病進(jìn)展中的一個(gè)重要階段，疾病的加重期進(jìn)行性地降低了患者的肺功能和生存期并提高了住院率[8]。肺部及全身性炎癥和促炎-抗炎反應(yīng)失衡學(xué)說是慢性阻塞性肺疾病的重要發(fā)病機(jī)制之一，主要表現(xiàn)為促炎反應(yīng)增強(qiáng)、抑炎反應(yīng)不足和免疫紊亂，慢性阻塞性肺疾病的動(dòng)態(tài)進(jìn)程和嚴(yán)重程度高度依賴于抗原的暴露、患者的易感性和免疫反應(yīng)的類型[7,9]。因此，控制氣道炎癥是控制慢性阻塞性肺疾病疾病進(jìn)展的關(guān)鍵。雖然關(guān)于慢性阻塞性肺疾病的研究報(bào)告非常多，相關(guān)指南也在持續(xù)更新，但預(yù)防疾病及阻止疾病進(jìn)展的干預(yù)措施目前尚未確定[8]，其原因主要是慢性阻塞性肺疾病的炎癥分子機(jī)制至今尚未完全闡明。慢性阻塞性肺疾病全球倡議組織近年提出慢性阻塞性肺疾病的個(gè)體化治療策略[10]，建議進(jìn)一步研究慢性阻塞性肺疾病的分子機(jī)制，明確分子途徑，以期識別不同臨床表型，優(yōu)化藥物選擇方案。

適應(yīng)性免疫反應(yīng)參與了慢性阻塞性肺疾病的免疫紊亂，主要包括T細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，尤其是CD4+T淋巴細(xì)胞功能異常。大量研究表明，具有高Th2細(xì)胞因子應(yīng)答的慢性阻塞性肺疾病患者的嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)升高，支氣管擴(kuò)張劑應(yīng)答增加，對吸入性糖皮質(zhì)激素(inhaled corticosteroid,ICS)治療的應(yīng)答提高[11]，對靶向細(xì)胞因子IL-5的單克隆抗體的臨床反應(yīng)也增強(qiáng)[12]。這些研究揭示了慢性阻塞性肺疾病中分子表型的研究前景，但除高Th2細(xì)胞因子外的慢性阻塞性肺疾病炎癥反應(yīng)類型還需進(jìn)一步研究。

2 Th17的概述

Th17是近年發(fā)現(xiàn)的一種不同于Th1、Th2的新型效應(yīng)性CD4+T淋巴細(xì)胞亞群[11]，其分泌的IL-17A、IL-22除可以保護(hù)細(xì)胞免受細(xì)菌和真菌的破壞外，還參與了人類多種疾病的發(fā)病過程[12]。如IL-17A可引起嚴(yán)重的嗜中性粒細(xì)胞反應(yīng)，以及類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、炎癥性腸病和牛皮癬等慢性炎癥反應(yīng)性疾病，目前被認(rèn)為主要由Th17細(xì)胞因子驅(qū)動(dòng)[13]。當(dāng)免疫失調(diào)時(shí)，Th17的可塑性更強(qiáng)，易于分化為更具致病性的Th1類細(xì)胞[14]。

Th17的分化發(fā)育是指初始T淋巴細(xì)胞Th0被病原體激活為抗原呈遞細(xì)胞后，被T淋巴細(xì)胞受體進(jìn)一步激活活化。初始T淋巴細(xì)胞CD4+或CD8+來源于造血干細(xì)胞，在胸腺中分化發(fā)育和成熟，在它們成為效應(yīng)T淋巴細(xì)胞之前需要經(jīng)過抗原呈遞細(xì)胞的活化，這包括3個(gè)過程：第一個(gè)過程是T淋巴細(xì)胞受體與主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex,MHC)相互作用；第二個(gè)過程主要是CD28與抗原呈遞細(xì)胞表面B7分子(CD80/86)相互作用，其凈效應(yīng)是刺激T淋巴細(xì)胞增殖和分化；而第三個(gè)過程決定了T淋巴細(xì)胞的類型，特別是在CD4+T淋巴細(xì)胞的發(fā)育與成熟過程中還受到多種細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)，IL-6和轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)是啟動(dòng)CD4+T淋巴細(xì)胞初始分化為Th17的主要細(xì)胞因子，IL-6和TGF-β還可通過Janus 激酶/信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子通路誘導(dǎo)IL-21的表達(dá)，進(jìn)而使IL-17A、IL23受體(interleukin 23 receptor，IL-23R)、維A酸相關(guān)孤兒受體γt擴(kuò)增，使Th17表型趨于穩(wěn)定[15]。

3 Th17在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病中的潛在作用

Th17在多種細(xì)胞因子誘導(dǎo)下能夠分泌大量的IL-17A，在戒煙后或解除其他暴露因素后IL-17A的分泌仍持續(xù)增加并引起中性粒細(xì)胞性慢性炎癥，從而導(dǎo)致進(jìn)行性氣道阻塞和肺氣腫[16]。但機(jī)體內(nèi)IL-17A的表達(dá)水平還不足以明確Th17的致病性，已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)Th17顯示出較高的可塑性，其在炎性環(huán)境下可轉(zhuǎn)換成的Th17/Th1雙陽細(xì)胞[17]。最新研究表明，Th17的分化表型是可逆的，并且給予足夠的刺激后可以獲得不同的效應(yīng)表型特征[18-20]。特別是處于抗原刺激持續(xù)存在的慢性炎癥狀態(tài)下，Th17可以分別向更具致病性的Th17/Th1或Th17/Th2表型分化，產(chǎn)生γ干擾素、免疫轉(zhuǎn)錄因子等[21-23]。Xu等[19]的研究顯示，Th17/Th1細(xì)胞的轉(zhuǎn)化與慢性阻塞性肺疾病的全身性炎癥有關(guān)。另外，正常情況下介導(dǎo)促炎反應(yīng)的Th17 和介導(dǎo)免疫耐受的調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞(T regulatory lymphocyte,Treg)處于一種平衡的狀態(tài)，當(dāng)IL-17A 過量表達(dá)后可導(dǎo)致過度炎癥反應(yīng)而引起疾病。慢性阻塞性肺疾病的動(dòng)態(tài)進(jìn)程和嚴(yán)重程度與抗原的暴露、患者的易感性和免疫反應(yīng)的類型，以及肺部免疫系統(tǒng)的改變、發(fā)展和預(yù)后均密切相關(guān)。研究表明，慢性阻塞性肺疾病患者Treg細(xì)胞因子和Th17細(xì)胞因子之間的平衡受損[24]。因此，Th17在慢性阻塞性肺疾病中的作用受到廣泛關(guān)注，研究Th17在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病中的潛在作用或可為Th17成為治療慢性阻塞性肺疾病的新靶點(diǎn)提供依據(jù)。

4 IL-17A的概述

IL-17A可以刺激多種促炎性介質(zhì)表達(dá)和釋放，因此最初被認(rèn)為是促炎性細(xì)胞因子[25]。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)IL-17A參與了不同的生理過程，具有抗感染和促炎雙重特征。在抗感染方面，當(dāng)機(jī)體存在感染風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，IL-17A可誘導(dǎo)介導(dǎo)防御反應(yīng)的IL-6、IL-1β、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)等促炎癥因子的釋放，促進(jìn)白細(xì)胞增殖，并刺激粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor,G-CSF)和趨化因子生成來調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞；誘導(dǎo)和招募淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和單核細(xì)胞，加劇機(jī)體炎癥反應(yīng)，促進(jìn)機(jī)體修復(fù)[26]，對機(jī)體具有一定的保護(hù)作用[27]。在促炎方面，當(dāng)機(jī)體處于病理性炎癥反應(yīng)時(shí)，IL-17A可誘導(dǎo)多種炎癥因子和趨化因子的表達(dá)，促進(jìn)免疫細(xì)胞的募集，使黏膜組織破壞，促進(jìn)疾病發(fā)展[27]。在慢性阻塞性肺疾病的急性發(fā)作和慢性進(jìn)展過程中，IL-17A的抗感染作用可以降低患者的感染風(fēng)險(xiǎn)，戒煙后或解除其他暴露因素后，IL-17A的持續(xù)分泌會(huì)引起中性粒細(xì)胞性慢性炎癥，導(dǎo)致進(jìn)行性氣道阻塞和肺氣腫[16]。

5 IL-17A與慢性阻塞性肺疾病

臨床研究顯示，慢性阻塞性肺疾病患者外周血IL-17A水平升高，隨著慢性阻塞性肺疾病病情的加重，IL-17A水平升高[28-29]，且外周血IL-17A水平與第1秒用力呼氣量(forced expiratory volume in one second,FEV1)呈負(fù)相關(guān)[28,30]。盡管IL-17A是Th17分泌的特征性細(xì)胞因子，但其來源并不局限于該細(xì)胞，肺組織的各種固有免疫及適應(yīng)性免疫細(xì)胞，如γδT淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(natural killer T cell,NKT)、記憶性CD8+T淋巴細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞等均可分泌IL-17A[31]。慢性阻塞性肺疾病患者肺部的慢性炎癥以中性粒細(xì)胞浸潤為特征，IL-17A可以促進(jìn)中性粒細(xì)胞相關(guān)炎癥，這可能是慢性阻塞性肺疾病重要的病理生理學(xué)機(jī)制之一。但目前IL-17A在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病機(jī)制中的作用尚未明確，相關(guān)研究結(jié)果多來源于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，而由于慢性阻塞性肺疾病發(fā)病的復(fù)雜性，建立標(biāo)準(zhǔn)化且符合臨床慢性阻塞性肺疾病特征的動(dòng)物模型有一定的難度。目前有關(guān)慢性阻塞性肺疾病動(dòng)物模型的構(gòu)建方法的研究較多，這些研究通過將動(dòng)物暴露于香煙煙霧中構(gòu)建慢性阻塞性肺疾病模型以闡述該病的病因，并概括了慢性阻塞性肺疾病的組織病理學(xué)特征，為該病的治療研究提供可靠依據(jù)[32]。如Beckett 等[33]采用香煙煙霧誘導(dǎo)建立小鼠肺氣腫模型，結(jié)果顯示建模后小鼠表現(xiàn)出氣道黏液高分泌和氣道重塑，以及糖皮質(zhì)激素抵抗的氣道炎癥組織病理學(xué)特征，同時(shí)伴有肺功能下降，這與慢性阻塞性肺疾病患者的組織病理學(xué)及臨床癥狀較為相似；相關(guān)因子檢測結(jié)果提示，小鼠模型的IL-17A水平升高，IL-17A可能參與了慢性阻塞性肺疾病相關(guān)的病理生理學(xué)過程。

5.1 IL-17A與肺氣腫 Voss等[34]采用香煙煙霧誘導(dǎo)野生型小鼠肺氣腫模型，建模后小鼠肺組織IL-17A水平升高，而IL-17A缺陷型小鼠給予香煙煙霧誘導(dǎo)后并未出現(xiàn)肺氣腫。彈性蛋白是一種重要的基質(zhì)蛋白，它在一定程度上可以保持肺結(jié)構(gòu)的完整性和彈性，蛋白酶在氣道、肺實(shí)質(zhì)內(nèi)表達(dá)增加、活性增強(qiáng)，可導(dǎo)致肺內(nèi)蛋白溶解，使氣道、肺實(shí)質(zhì)遭到破壞，從而引起小氣道阻塞和肺氣腫。有研究報(bào)告，野生型小鼠經(jīng)彈性蛋白酶誘導(dǎo)后，其肺組織出現(xiàn)肺氣腫，且肺組織IL-17A表達(dá)水平及Th17細(xì)胞數(shù)量增加；而IL-17A缺陷型小鼠經(jīng)彈性蛋白酶誘導(dǎo)后并未出現(xiàn)肺氣腫[35]。這說明香煙煙霧或彈性蛋白酶誘導(dǎo)的肺氣腫與IL-17A有一定關(guān)系。還有研究發(fā)現(xiàn)，IL-17A可加重呼吸道合胞病毒感染后香煙煙霧引起的肺氣腫[36]，其機(jī)制可能是IL-17A使基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)增加，導(dǎo)致蛋白酶-抗蛋白酶失衡，從而誘發(fā)肺氣腫。

5.2 IL-17A與細(xì)菌定植 細(xì)菌定植是其感染機(jī)體的第一步。有學(xué)者在肺炎克雷伯桿菌定植的慢性阻塞性肺疾病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，IL-17A 募集中性粒細(xì)胞的過程是避免細(xì)菌定植的關(guān)鍵[37]。另外，IL-17A和IL-22以協(xié)同方式誘導(dǎo)上皮細(xì)胞產(chǎn)生抗菌肽(如防御素等)[12]，從而清除細(xì)胞外細(xì)菌，起到保護(hù)宿主的作用。在金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌定植的小鼠模型中也觀察到IL-17A具有類似的抗感染作用[38-39]。Jaeger等[40]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠共生菌在呼吸道(鼻腔、氣管、肺部)定植后可引起Th17反應(yīng)，進(jìn)而使分泌型抗菌肽的水平增加，緩解肺部炎癥。Wang等[41]對510例慢性阻塞性肺疾病患者的1 706份痰樣本進(jìn)行微生物組分析，并根據(jù)患者呼吸道微生物的情況將患者分為兩個(gè)亞組，發(fā)現(xiàn)嗜血桿菌占優(yōu)勢的患者其IL-1β和TNF-α水平升高，且水平相對穩(wěn)定；而微生物組成較為平衡的患者的痰液和血清IL-17A水平升高，且呈隨時(shí)間變化的趨勢。上述研究結(jié)果提示，IL-17A與細(xì)菌定植存在一定關(guān)系，兩者可相互影響。

5.3 IL-17 A與肺部炎癥 IL-17A在清除細(xì)菌發(fā)揮抗感染作用的同時(shí)，也具有促炎作用。Roos等[42]在不可分型流感嗜血桿菌(nontypeableHaemophilusinfluenzae,NTHi)感染引起的慢性阻塞性肺疾病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，IL-17A可以促進(jìn)趨化因子1、趨化因子5的表達(dá),引起中性粒細(xì)胞募集，加重氣道炎癥反應(yīng)，加速病情惡化，從而使疾病進(jìn)展到急性加重期。類似的研究發(fā)現(xiàn)，IL-17A 的分泌完全依賴于NTHi的暴露，低劑量的NTHi可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞主導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，而高劑量的NTHi可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞主導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[43]。合并NTHi感染的慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者的IL-17A水平升高可能反映潛在的疾病類型，靶向慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者的IL-17信號傳導(dǎo)或許可以預(yù)防疾病的進(jìn)展[42]。

5.4 IL-17A在淋巴濾泡新生中的作用 淋巴濾泡源于淋巴組織新生，屬于異位淋巴組織，又稱為三級淋巴濾泡[44]。在氣道、肺血管或肺泡實(shí)質(zhì)周圍的肺組織中存在由T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞組成的三級淋巴濾泡是慢性阻塞性肺疾病的一個(gè)特征之一[45]。Hogg[46]發(fā)現(xiàn)，慢性阻塞性肺疾病患者小氣道和肺實(shí)質(zhì)中存在主要由B淋巴細(xì)胞組成的淋巴濾泡，且淋巴濾泡的數(shù)量與肺功能相關(guān)，重度和極重度患者肺組織淋巴濾泡增多。有研究顯示，香煙煙霧或微生物刺激可造成氣道和肺實(shí)質(zhì)的大量淋巴細(xì)胞浸潤團(tuán)形成，進(jìn)而聚集形成三級淋巴濾泡，而IL-17A參與了香煙煙霧誘導(dǎo)的淋巴濾泡形成過程[47]。值得注意的是，慢性阻塞性肺疾病患者肺功能下降除與淋巴濾泡的數(shù)量相關(guān)外，還與肺組織中IL-17A的表達(dá)水平有關(guān)[42]。有學(xué)者在小鼠模型中觀察到，淋巴濾泡對微生物刺激的反應(yīng)主要是通過IL-17A刺激氣道上皮細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子，進(jìn)而募集淋巴濾泡中的B淋巴細(xì)胞在氣道周圍浸潤[48]。有研究發(fā)現(xiàn)，即使患者戒煙后表達(dá)IL-17A的T淋巴細(xì)胞群和淋巴濾泡還是持續(xù)存在，這說明即使暴露因素解除，IL-17A還可能會(huì)促使淋巴濾泡新生，參與慢性阻塞性肺疾病的發(fā)展過程[49]。

5.5 IL-17 A在氣道黏液高分泌中的作用 氣道分泌細(xì)胞產(chǎn)生的黏液可以捕獲外界進(jìn)入呼吸道的有害微粒和微生物，而慢性阻塞性肺疾病患者的黏液分泌失調(diào)，纖毛細(xì)胞功能受損[50-51]。Newcomb等[52]研究發(fā)現(xiàn)，IL-17A可調(diào)節(jié)氣道上皮細(xì)胞的黏蛋白表達(dá)，導(dǎo)致黏液高分泌。Xia等[53]發(fā)現(xiàn)IL-17A可以通過核因子κB途徑，上調(diào)IL-6表達(dá)，增加氣道黏蛋白5AC和黏蛋白5B的表達(dá)，導(dǎo)致杯狀細(xì)胞增殖，促進(jìn)氣道黏液分泌，同時(shí)IL-17A還可促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積及氣道平滑細(xì)胞增殖，導(dǎo)致氣道重塑[54]。IL-17A的上述作用均可能與慢性阻塞性肺疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

6 結(jié) 語

Th17和IL-17A具有抗感染和促炎雙重特征，在慢性阻塞性肺疾病急性加重及慢性進(jìn)展中發(fā)揮多種作用。隨著對IL-17A 在呼吸道的固有和適應(yīng)性免疫應(yīng)答中的作用研究的深入，學(xué)者們對Th17和IL-17A在慢性阻塞性肺疾病中的作用機(jī)制逐漸明了，但目前尚缺乏相關(guān)的臨床研究證據(jù)。今后可進(jìn)一步研究Th17和IL-17A在慢性阻塞性肺疾病炎癥反應(yīng)中的作用，探索其與患者臨床特征和結(jié)局的相關(guān)性。