Th17细胞及其在哮喘发病中的作用
2013/04/24
谢华 焦娇
沈阳军区总医院全军呼吸内科及变态反应疾病诊治中心 110016
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支气管哮喘（简称哮喘）是由多种炎性细胞和细胞因子参与的慢性炎症性疾病。辅助性T细胞在哮喘中发挥着重要的免疫调节作用，长期以来被视为经典途径的Th1/Th2细胞调节失衡在哮喘的发病过程中起着十分重要的作用。在哮喘中， Th2细胞应答增强并促进嗜酸性粒细胞向气道浸润是产生哮喘气道炎症的关键因素。但既往研究显示，阻断Th2细胞分泌的细胞因子不能有效改善哮喘的气道高反应性[1] ，因此不能完全用Th2细胞应答增强来解释哮喘的发病机制。Th17细胞是近年来新命名的一类辅助性 CD4+T细胞，其主要分泌细胞因子白介素17（ IL-17） ， 后者可以加重哮喘小鼠模型的气道炎症和气道高反应性[2]，而IL-17基因缺陷小鼠则不易诱发哮喘。提示 Th17细胞在哮喘的发病中发挥了重要作用，并对经典的Th1/Th2途径的不足作了弥补。Th17细胞有其不同的分化途径和功能。以下就Th17细胞及其在哮喘中的研究进展作一综述。
1.Th17细胞的发现及其生物学特征
1.1 Th17细胞的发现 Th17细胞的发现源于实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis， EAE)和胶原性关节炎(collagen induced arthritis，CIA)的实验研究 [3-5] 。EAE是多发性硬化(multiple sclerosis, MS)小鼠自身免疫模型，而 CIA是风湿性关节炎(rheumatic arthritis, RA)的动物模型。众多研究支持Th1细胞 的表达失衡在自身免疫反应性疾病中发挥重要作用。Th1细胞主要分泌γ干扰素(IFN-)，在 IFN-γ基因缺陷的小鼠模型中，EAE和CIA的症状不仅没有减轻，反而加重；同时，Matusevicius等[4]研究发现，MS患者的脑脊液和血液的单核细胞中IL-17 mRNA的表达增加，说明有其他类型的CD4+T细胞参与 EAE的发展过程，因其主要分泌白介素IL-17，因此命名为 Th17细胞。研究发现人类Th17细胞来源于CD161+CD4+T细胞前体，以表达Th17细胞分化相关转录因子受体类维甲酸相关核孤儿受体C(transcription factor RAR-related orphan receptor C, RORC)为特征[6]，并在细胞表面表达多种细胞因子及趋化因子受体，如IL-23受体(IL-23R)、趋化因子受体CCR6、凝集素受体CD161等。1.2 Th17细胞的生物学特征 Th17细胞作为一种新的CD4+T细胞，其主要分泌IL-17A(也即IL-17)。白介素17家族由六个成员组成，IL-17(A-F)。IL-17A由155个氨基酸组成的同型二聚体，与IL-17F有55%的同源性。IL-17A，F虽然相似度高， 共享细胞表面受体和信号元件，但在疾病的发展过程中他们的生物学效应和表达的水平不同 。IL-17A、F由活化的记忆性 T细胞产生，而IL-17B、IL-17C、IL-17D和IL-17E均由非T细胞源性细胞产生。Th17淋巴细胞通过直接影响白介素-8(IL-8)或间接产生集落刺激因子(CSF)、趋化因子8(CXCL8) 、聚集和活化中性粒细胞等发挥作用。在体外TH17细胞能够刺激人类支气管上皮细胞，产生CXC趋化因子，并表达粘蛋白(MUC)基因MUC5AC和MUC5B[7]。因此，其可能与多种自身免疫性疾病的发生和发展有关。
2. 细胞因子在Th17细胞分化中的作用
细胞因子在Th17细胞分化和发育中起着至关重要的作用，特别是 转化生长因子-β(TGF-β) 、IL-6、IL-21及IL-23，它们通过自身细胞因子作用，维持并放大Th17细胞的作用，诱导前炎性细胞因子及抑制抗炎性细胞因子的生成，参与自身免疫性疾病的发病机制。
2.1 TGF-β与IL-6 TGF-β与IL-6都是具有多种效应的细胞因子。研究发现无论是自分泌还是旁分泌的TGF-β对于Th17细胞的分化都很重要，当T细胞缺乏TGF-β受体时，不能分化成Th17细胞。IL-6是Th17细胞基本的分化因子，重组IL-6对IL-17的生成有强烈的诱导作用。且IL-17也是IL-6重要的诱导因子 [8-9]，形成IL-6与Th17的正反馈环路，且抗IL-6抗体可以完全阻断Th17细胞的分化过程 [10]。研究发现，IL-6与TGF-β联合作用在Th17细胞的分化中起关键作用，仅有IL-6时不能诱导与Th17细胞分化相关的转录因子受体(RORγt)的表达。在小鼠Th17细胞的分化过程中不需要TGF-β。但在人类，TGF-β可通过抑制T-bet基因的表达促进Th17细胞的生成。TGF-β单独作用可下调免疫反应，IL-6单独作用可增强信号传导和转录激活因子3(STAT3)的活性，TGF-β与IL-6联合作用介导Th17细胞的生成。总之，TGF-β与IL-6联合作用共同诱导Th17细胞生成的过程尚不完全清楚，但二者在Th17细胞的分化过程中必不可少。
2.2 IL-21的作用 IL-21属于IL-2细胞因子家族。Th2细胞也可以产生IL-21，但与Th2相比而言，Th17细胞能产生较多IL-21 [11]。IL-21加上TGF-β也能够诱导Th17细胞的分化。同时Th17细胞也可产生IL-21，形成正反馈环路 [11-13]。在机体内，IL-21与IL-6一样在Th17细胞的分化中也起作用。在少量IL-6存在的情况下，IL-21帮助维持并放大Th17细胞前体细胞池。而当有大量IL-6存在时，IL-21则可有可无，推测在缺乏IL-6时IL-21可通过旁路途径诱导Th17细胞生成[11]。因而认为IL-21是Th17细胞诱导扩增的基础物质。
2.3 IL-23的作用 IL-23是IL-12细胞因子家族成员，是一种由p19亚基和p40亚基(与IL-12共享)共同组成的异二聚体。IL-23是维持Th17细胞分化的基础物质，在体外IL-23可以延长Th17细胞的生存期，IL-23p19缺陷小鼠体内只有极少数量的Th17细胞。类似于IL-12对Th1细胞的作用，IL-23的作用在于维持和放大Th17细胞的反应。且IL-23具有诱导前炎性细胞因子和抑制抗炎性细胞因子的作用 [13]。可见，IL-23在Th17细胞的分化及炎症反应中起作用。
3.Th17细胞在哮喘中的研究进展
Th17细胞所分泌的IL-17是一种前炎性细胞因子。随着对哮喘发病机制的深入研究，发现IL-17与哮喘的炎性细胞尤其是中性粒细胞、嗜酸性粒细胞以及气道重塑相关，从而参与哮喘的发生和发展。
3.1. 对中性粒细胞的作用 近年发现部分重症哮喘患者气道黏膜内有大量中性粒细 胞浸润，诱导痰里的中性粒细胞也显著增多。同时哮喘患者肺组织、支气管肺泡灌洗液、痰液及外周血中IL-17表达也上调。且痰液中IL-17 mRNA的表达水平增加与中性粒细胞数量呈相关关系，因此认为IL-17可能促进哮喘的中性粒细胞聚集。尽管哮喘以Th2细胞介导的嗜酸性粒细胞、肥大细胞炎症为主要特征，但部分重度哮喘患者气道及血浆内Th17细胞所占比例增加，IL-17的水平也增高 [14]，气道内也以中性粒细胞数量增加为主 [15]，推测IL-17诱导气道内中性粒细胞的聚集，是重度哮喘发病的主要影响因素。对哮喘模型鼠的研究发现，IL-17能增加鼠肺泡灌洗液中中性粒细胞的绝对数，且抗IL-17抗体既能抑制IL-17的活性，又减少气道内中性粒细胞的浸润 [16]。IL-17能够使人类气道平滑肌细胞，支气管上皮细胞及支气管成纤维细胞产生的IL-8增多，IL-8是由肺实质细胞产生的一种有效的中性粒细胞趋化物。提示，IL-17在气道内可通过增加IL-8的产生间接促中性粒细胞聚集 [17]。
Th17细胞对于中性粒细胞炎症的作用主要通过IL-17实现，IL-17诱导粒细胞和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 (GM-CSF)的生成 [18] 。哮喘患者痰液内IL-17与中性粒细胞趋化因子 (CXCL8)的表达增加，也与痰液内中性粒细胞水平呈相关性 [19]。对Th17细胞转移重建的动物模型进行地塞米松治疗，显示治疗后气道内中性粒细胞数量反而增多，说明激素能减少气道内嗜酸性粒细胞的数量，却增加气道内中性粒细胞的数量。IL-17能诱导CXC趋化因子和GM-CSF的分泌、气道内中性粒细胞的聚集、粘液高分泌和气道高反应，并对地塞米松不敏感 [20]。说明在哮喘的气道炎症和气道高反应性的复杂关系中，Th17细胞分泌的IL-17也作为重要的调节因子参与非嗜酸性粒细胞哮喘的激素抵抗和气道高反应性。
3.2 对嗜酸性粒细胞的作用 Schnyder-Candrian[21]等对IL-17基因缺陷鼠进行抗原激发试验，发现气道内中性粒细胞和嗜酸性粒细胞的聚集减少，肺组织内活化的嗜酸性粒细胞过氧化物酶减少，血清内卵清蛋白(OVA)特异性的IgE也减少。Wakashin [22]等发现Th17细胞能加强抗原的诱导作用，已知Th2细胞介导气道内嗜酸性粒细胞的聚集和气道高反应性。Th2细胞也能分泌IL-17，并在哮喘急性加重时起作用[23]。故IL-17也在Th2细胞介导的哮喘的嗜酸性粒细胞炎症中起作用。研究显示，用抗IL-17抗体抑制IL-17的活性可显著减少抗原诱导的嗜酸性粒细胞的浸润，降低肺泡灌洗液内Th2细胞因子的水平和气道高反应。提示IL-17与Th2细胞介导的哮喘嗜酸性粒细胞炎症有关，且Th2细胞与Th17细胞反应可以相互作用，共同介导哮喘急性加重过程。
3.3与气道重塑 哮喘的气道阻塞与继发气道重塑有关，气道重塑导致气道壁增厚、肺功能逐渐下降，也是导致哮喘反复发作及对激素等抗炎治疗不敏感的主要原因。哮喘气道重塑过程的病理生理特征包括上皮改变、上皮下的纤维化、炎性细胞浸润、粘液高分泌及支气管平滑肌肥厚。Th17细胞还与IL-6、IL-11、血管表皮生长因子(VEGF)和基质金属蛋白酶（MMPs）等细胞因子有关 [24-25] ，它们都是气道重塑相关的细胞因子。Th17细胞参与OVA诱导的气道重塑，这种效应主要依赖于其分泌的IL-17 [26]。IL-17作用于气道上皮细胞，后者在哮喘气道重塑的发病机制中起重要作用 [26]，其通过产生细胞因子和生长因子从而参与气道重塑。表皮生长因子(EGF)家族细胞因子，如EGF、肝素结合表皮生长因子(HB-EGF)及TGF-α在上皮细胞修复中起重要作用。气道上皮细胞和气道平滑肌细胞上表达表皮生长因子受体(EGFR)，哮喘患者肺组织中EGFR的表达上调。损伤的上皮细胞通过EGFR信号通路可促进MUC5A的表达 [27]，同时 EGFR与其配体结合能够促进多种细胞增殖，包括上皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞。研究发现Th17细胞增加HB-EGF mRNA及其蛋白在气道上皮细胞的表达，促进气道重塑[28]。在体外将Th17细胞与气道平滑肌细胞(ASM)共培养，发现ASM有增生反应，推测Th17所分泌的IL-17可刺激ASM细胞增生。另外HB-EGF/EGFR通路的细胞因子，如IL-6和血管EGF也与ASM细胞增生有关 [27]。可见Th17与ASM细胞增殖有关。
Chen[7] 等发现IL-17刺激粘蛋白基因MUC5B和MUC5AC的表达，IL-17可通过IL-6介导的JAK2依赖途径间接促进气道上皮细胞粘蛋白基因MUC5B的表达 ，从而形成气道粘液的高分泌，对IL-17转基因鼠和OVA激发模型的研究发现粘液分泌的多少也与肺部IL-17的水平呈相关关系。除此之外气道重塑的另一特征是支气管周围胶原沉积。Park [29]等对IL-17转基因鼠的研究显示，与对照组相比小鼠肺泡壁增厚及上皮下胶原沉积与IL-17过表达相关。TGF-β与IL-6还是潜在的前纤维化细胞因子，两者联合不仅促进Th17细胞的分化，还能加速OVA诱导的气道重塑。IL-17能促进IL-6在肺组织细胞、ASM细胞和成纤维细胞的表达，并通过刺激前纤维细胞因子如IL-11和TNF-α来促进肺部胶原沉积 [24]。可见IL-17通过复杂的调控在气道重塑的形成中起作用 [29]。但是抗IL-17抗体并不能完全阻止长期OVA刺激小鼠的上皮下胶原沉积 [28]，提示除IL-17以外，还有复杂的细胞因子和分子网络参与支气管周围胶原沉积。
4. 结语和展望
目前关于Thl7细胞在哮喘中的研究日渐受到关注。Th17细胞能够通过多种途径介导炎症反应 、炎症细胞浸润、组织损伤和机体的功能紊乱。尽管Th17细胞只是哮喘发病机制的一个方面，随着对Th17与哮喘关系的进一步深入研究，可能在未来为哮喘的治疗提供新的途径。
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