陳超,李建軍
IL-23/IL-17軸在強直性脊柱炎發(fā)病中的作用及治療意義研究進展
陳超1,李建軍2
強直性脊柱炎(AS)發(fā)病機制至今不明,治療效果不佳。白細胞介素(IL)-23/IL-17軸是近幾年受到高度重視的重要免疫通路。本文對IL-23/IL-17軸在AS發(fā)病遺傳學(xué)和免疫學(xué)中的作用進行論述,并介紹了抗IL-23和抗IL-17抗體用于治療AS的新進展。IL-23/IL-17軸在AS發(fā)病和治療中的重要作用提示其可能成為一個有效的新治療靶點。
脊柱炎,強直性;白細胞介素23;白細胞介素17;免疫療法;綜述;IL-23/IL-17軸
強直性脊柱炎(AS)致殘率較高,發(fā)病年齡輕,進展迅速,晚期多形成脊柱和(或)髖、膝關(guān)節(jié)強直畸形,嚴重影響患者生活,而矯形手術(shù)難度大、風(fēng)險高。AS治療的重點在于早期行藥物治療,控制疼痛,延緩或終止病情進展,但目前臨床尚無能達此要求的藥物[1]。柳氮磺胺吡啶等傳統(tǒng)藥物起效慢、療程長、不良反應(yīng)多、依從性差,且不能很好地抑制疼痛,而腫瘤壞死因子(TNF)-α拮抗劑雖起效較快,但存在藥效不足或病因針對性不強等缺點。白細胞介素(IL)-23/IL-17軸是近幾年逐漸受到重視的重要免疫通路,在遺傳學(xué)和免疫學(xué)方面均與AS有密切的關(guān)聯(lián),可能成為一個有效的新治療靶點,本文對此作一綜述。
IL-23/IL-17軸主要包括IL-23、IL-23受體(IL-23R)、信號傳導(dǎo)子及轉(zhuǎn)錄激活子(STAT3)、蛋白酪氨酸激酶(JAK2)和IL-17等。IL-23/IL-17軸作用通路為:由樹突狀細胞、巨噬細胞和其他抗原提呈細胞分泌IL-23,IL-23與表達IL-23R的細胞特異性結(jié)合后,激活JAK2,磷酸化IL-23R的非連續(xù)位點,繼而形成STAT3的停泊位點;隨后STAT3被JAK2磷酸化,具備了二聚作用和轉(zhuǎn)移至Th17細胞核的能力;在細胞核中,STAT3將上調(diào)維甲酸相關(guān)孤兒受體C(RORC),后者是重要的Th17細胞特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,可促進IL-17的生成[2]。
Burton等[3]進行的全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)顯示,IL-23R基因多態(tài)性與AS易感性相關(guān)性很強。另有多項研究顯示,白種人后裔人群均存在這一相關(guān)性[4-5]。但有研究顯示,我國人群兩者不存在這一關(guān)聯(lián)性[6]。有針對東亞人群(中國、日本、韓國)進行的薈萃分析結(jié)果證實,與歐美人群的研究結(jié)果相反,IL-23R多態(tài)性與東亞人群AS易感性并無關(guān)聯(lián)[7]。不過,該通路中另2個關(guān)鍵因子STAT3和(或)JAK2的基因變異與我國漢族人群AS發(fā)病相關(guān)[8-9]。這說明在基因?qū)用嫔希捎谶z傳背景不同,不同種族人群之間AS的發(fā)病機制可能有所差異,但IL-23/IL-17軸在AS發(fā)病中起重要作用基本是共通的。
3.1 IL-17的炎癥破壞效應(yīng)AS的早期病理特征是骶髂關(guān)節(jié)和肌腱、韌帶的骨附著點處呈急性或慢性炎癥,后期則進展為椎間盤炎和椎小關(guān)節(jié)炎;且AS患者均存在骨密度下降的現(xiàn)象。研究顯示,AS患者外周血和椎小關(guān)節(jié)中Th17細胞數(shù)量及IL-17濃度均較健康者顯著升高[10]。另有研究顯示,IL-17在AS軟骨下骨炎發(fā)病中起重要作用[11]。IL-17能激活巨噬細胞、樹突狀細胞、內(nèi)皮細胞、成纖維細胞、軟骨細胞以及成骨細胞等多種細胞,這些細胞將生成數(shù)量眾多的致炎破壞性因子。在骨組織中,IL-17誘導(dǎo)成骨細胞表達細胞核因子κb受體活化因子配體(RANKL),激活破骨細胞,從而誘發(fā)骨吸收,累積性地加劇骨丟失,直接或間接地導(dǎo)致骨質(zhì)破壞[12-13]。有研究顯示,IL-17還能破壞關(guān)節(jié)軟骨[14]。
3.2 IL-23/IL-23R影響IL-17的生成的機制IL-17主要由Th17細胞生成。Th17細胞分化中關(guān)鍵的細胞因子有IL-1β、IL-6、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)、IL-23、IL-21等。鼠類的Th17細胞是在IL-6和TGF-β存在的環(huán)境下,由幼稚的CD4(+)T細胞分化而來,然后在IL-21和IL-23的作用下快速成熟穩(wěn)定[15]。實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)和膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(CIA)的模型研究顯示,IL-23與Th17細胞的發(fā)育高度相關(guān),缺乏IL-23的小鼠體內(nèi)未生成IL-17的CD4(+)的T細胞[16]。早期的小鼠研究顯示,IL-23能誘發(fā)IL-17的表達,輔助已分化的Th17細胞擴增和存活[17]。后期研究顯示,IL-23R僅在激活的T細胞上表達,IL-23雖能上調(diào)Th17細胞的IL-17水平,但卻不能使幼稚的T細胞向Th17細胞分化[18]。IL-23是Th17細胞發(fā)揮效應(yīng)的必需因素而非分化所必需[19]。
Zeng等[20]研究發(fā)現(xiàn),在感染環(huán)境中的脂多糖作用下,AS患者體外分離的巨噬細胞IL-23生成水平顯著增高。目前,臨床關(guān)于IL-23/IL-23R信號和AS的發(fā)病機制的關(guān)系研究尚無定論。有學(xué)者對此作出假設(shè),即AS患者體內(nèi)IL-23水平的變化和(或)IL-23R信號的改變導(dǎo)致了IL-17的生成增加[21]。目前,Th17細胞尚能在缺乏TGF-β的環(huán)境下聯(lián)合應(yīng)用IL-23和IL-6進行分化已達到臨床共識。ROR-γt是Th17分化的一個重要的調(diào)節(jié)因子。在小鼠中,ROR-γt無論在體外還是體內(nèi)均是IL-17表達的充分及必要條件;在人類,ROR-γt的人類直向同源物RORC是由IL-23、IL-1β和IL-6誘導(dǎo),而這些細胞因子本身也可誘導(dǎo)IL-17的產(chǎn)生[20]。
IL-23是一種異二聚體結(jié)構(gòu)的致炎因子,是IL-12家族的成員,IL-23和IL-12以及它們的受體之間存在很多結(jié)構(gòu)上的共享現(xiàn)象[22]。IL-23由p19和p40兩個亞基組成,其中的p40亞基與IL-12的p40亞基相同。IL-23和IL-12通過與各自的受體結(jié)合產(chǎn)生信號,它們的受體同樣共用一個亞基IL-12Rβ1。IL-23R是IL-12Rβ1和IL-23R的一個異二聚體,而IL-12R則包含IL-12Rβ1和獨特的IL-12Rβ2亞基。研究表明,IL-23和IL-1β能刺激IL-17的生成和表達[23]。
IL-23信號通路改變可導(dǎo)致AS患者IL-17應(yīng)答增強。一方面,R381Q為IL-23R與AS相關(guān)的一個主要的保護性多態(tài)性,其能減弱AS對IL-23的應(yīng)答,從而導(dǎo)致IL-17(+)的T細胞在帶有R381Q的健康者中數(shù)量減少[24-25]。另一方面,HLA–B27(+)的AS患者體內(nèi)表達殺傷細胞免疫球蛋白樣受體3DL2(KIR-3DL2)的CD4(+)T細胞群增多,后者的集聚也是生成IL-17的重要一環(huán)[25]。
研究顯示,IL-23可以增加IL-23R在Th17細胞上的表達[26]。AS患者外周血IL-23R陽性者的T細胞比例亦增高,IL-23R表達增加,體內(nèi)γ/δ T細胞分泌的IL-17增多,γ/δ T細胞對IL-23的病理性應(yīng)激反應(yīng)增強,因而該研究認為,AS患者IL-23R表達的增加同時伴隨著IL-17的生成增多[26]。
3.3 JAK2/STAT3的橋梁作用在Th17細胞的分化過程中,細胞因子的信號通過STAT3進行傳導(dǎo),從而啟動種系特異性轉(zhuǎn)錄程序。STAT3對于Th17細胞的分化以及存活起重要的調(diào)節(jié)作用。JAK2則是STAT3磷酸化并轉(zhuǎn)移至細胞核的必需因子。因此,有研究認為,抑制JAK2將極大程度減少STAT3的磷酸化[27]。
STAT3可直接與IL-17A、IL-17F以及IL-21基因座結(jié)合并對各基因進行調(diào)控,從而調(diào)節(jié)ROR-γt和IL-23R的表達[28]。首先,IL-17A/F基因具有公認的STAT結(jié)合位點,STAT3能直接與這一啟動子結(jié)合。其次,IL-6、IL-21和IL-23均能夠激活Janus激酶家族并優(yōu)先激活STAT3,而IL-6介導(dǎo)的IL-21的生成是依賴于STAT3的,STAT3能與IL-21啟動子結(jié)合。第三,STAT3在ROR-γt的表達中起重要作用,后者是Th17分化所需的一個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子。雜合的STAT3基因變異能使功能性STAT3二聚體的利用率降低25%,相應(yīng)地可使ROR-γt的表達減少4倍[29]。最后,IL-6、IL-21和IL-23能夠上調(diào)IL-23R的表達,而這也是STAT3依賴性的。
最近的一項研究顯示,STAT3的變異可對人Th17細胞的發(fā)育造成損害,STAT3缺如的T細胞在體外分化為Th17細胞的能力極大地受損;Th17細胞優(yōu)先表達ROR-γt,而表達該轉(zhuǎn)錄因子的功能在缺乏STAT3的T細胞中同樣受損;相反地,逆轉(zhuǎn)錄病毒過度表達激活的STAT3將導(dǎo)致IL-17生成增加[30]。
4.1 抗IL-23抗體目前有關(guān)抗IL-23抗體用于AS臨床治療方面的研究少見。有體外實驗表明,抗IL-23抗體能阻斷IL-23/IL-17軸,抑制IL-23介導(dǎo)的IL-17的產(chǎn)生[31]。Chen等[32]報道,抗IL-23抗體能抑制多種炎癥通路,改善EAE的癥
狀。特異性阻斷IL-23免疫通路能安全有效地治療包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)在內(nèi)的多種自身免疫性炎癥疾病[33]。
由于IL-23與IL-12共享p40亞基,因此,以往針對IL-12p40的抗體也逐漸開始應(yīng)用于IL-23相關(guān)疾病的治療研究中。注射抗p40抗體阻斷IL-23和IL-12的活性已被證明有效可行,IL-23受體拮抗劑在多種免疫性疾病的臨床應(yīng)用階段或臨床前階段的研究已深入開展[34]。
Ustekinumab是近年來研究廣泛的一種抗IL-12的單克隆抗體,它通過與p40亞基結(jié)合,阻止IL-12與IL-12受體復(fù)合體的IL-12β1鏈結(jié)合,繼而達到中和IL-12的作用。通過與IL-23和IL-12共有的p40亞基結(jié)合,ustekinumab也能阻止IL-23與IL-23受體復(fù)合體的IL-12β1鏈的結(jié)合,從而發(fā)揮類似的中和IL-23生物活性的作用。研究顯示,ustekinumab以細胞因子∶抗體為2∶1的比例結(jié)合于IL-12/ 23 p40亞基上的1號結(jié)構(gòu)域[34]。因此,筆者認為,ustekinum?ab這種既能與IL-12也能與IL-23的p40亞基結(jié)合的能力是其能同時中和IL-12和IL-23生物活性的基礎(chǔ)所在。
Ustekinumab的研發(fā)最初是用于治療銀屑病,但對其他免疫介導(dǎo)的炎癥性疾病也可能有效。Ustekinumab能阻斷IL-12/IL-23與它們的受體之間的相互作用,進而阻斷它們之間的信號傳導(dǎo)、分化和細胞因子的生成。研究表明,Th17通路失調(diào)與多種疾?。郯L(fēng)濕類疾?。?5],如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、銀屑病關(guān)節(jié)炎(PsA);胃腸疾?。?6],如克羅恩?。–D)、潰瘍性結(jié)腸炎等]之間均存在因果關(guān)聯(lián)[37]。2009年,Ustekinumab獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)和歐洲藥品局(EMA)批準(zhǔn)上市,用于治療非皮膚病損疾病如CD[38]。目前,有關(guān)ustekinumab治療AS的研究報道尚少見。除ustekinumab外,另一種作用于相同分子的生物制劑briakinumab(ABT-874)目前還處于治療銀屑病的申請批準(zhǔn)階段[39]。
4.2 抗IL-17抗體抗IL-17抗體用于AS的治療已有相關(guān)研究。目前的抗IL-17抗體命名為secukinumab(AIN-457),是一種完全的人類IgG1單克隆抗體,能中和IL-17的效應(yīng)。最近歐洲的一項研究顯示,經(jīng)脊柱關(guān)節(jié)病國際學(xué)會評估表(ASAS)評估,secukinumab治療重度AS患者有效率可達61%,而安慰劑對照組僅為17%[39]。MRI顯示,secukinum?ab減輕脊柱炎癥的效果最早在第6周即可出現(xiàn)[40]。因此,IL-17抗體的應(yīng)用研發(fā)前景值得期待。
綜上所述,IL-23/IL-17軸在AS發(fā)病和進展過程中的重要作用已基本確認,但作用機制仍不明,臨床治療意義仍在探討中。由于IL-23/IL-17軸包含若干因子,今后開發(fā)每種因子的拮抗劑是否能有效緩解病情,甚至幾種因子的拮抗劑組成的合成藥物是否可以明顯減輕AS的臨床癥狀尚有待研究深入。
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(2015-01-30收稿 2015-05-12修回)
(本文編輯 陸榮展)
Roles of IL-23/IL-17 axis in pathogenesis and treatment of ankylosing spondylitis
CHEN Chao1,LI Jianjun2
1 Department of Spine Surgery,Tianjin Hospital,Tianjin 300233,China;2 Beijing Bo Ai Hospital,China Rehabilitation Research Center
The treatments for ankylosing spondylitis(AS)are still not effective,which partially due to its unclear patho?genesis.Interleukin(IL)-23/IL-17 axis is a significant immunologic pathway which has attracted much attention in the past few years.This article reviewed the role of IL-23/IL-17 axis in genetic and immunological pathogenesis of AS,and intro?duced the recent progresses in treatments of AS using anti-IL-23 or anti-IL-17 antibody.The important role of IL-23/IL-17 axis in the pathogenesis and treatment of AS indicates its potential use as a new therapeutic target.
spondylitis,ankylosing;interleukin-23;interleukin-17;immunotherapy;review;IL-23/IL-17 axis
R593.23
A
10.11958/j.issn.0253-9896.2015.10.034
北京市博士后A類經(jīng)費資助課題(2011ZZ-02);中國康復(fù)研究中心科研基金面上課題(2011-24)
1天津,天津醫(yī)院脊柱外科(郵編300233);2中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院
陳超(1981),男,主治醫(yī)師,博士后,主要從事脊柱外科研究