Th17/Treg免疫失衡在肺部疾病中的研究進(jìn)展

顧 娜，劉洪斌

(天津市醫(yī)藥科學(xué)研究所，天津 300020)

肌體內(nèi)初始輔助性T細(xì)胞(CD4+T淋巴細(xì)胞)是一類(lèi)在免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用的細(xì)胞，其激活后可分化為輔助性T細(xì)胞1(T helper cells，Th1細(xì)胞)、Th2細(xì)胞、輔助性濾泡T細(xì)胞(follicular T helper cells，Tfh)、Th17細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells，Treg細(xì)胞)五個(gè)亞群。其中，介導(dǎo)炎性反應(yīng)的Th17細(xì)胞和介導(dǎo)免疫耐受的Treg細(xì)胞是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。二者在分化上相互關(guān)聯(lián)而功能上相互制約，生理情況下兩者處于動(dòng)態(tài)平衡從而維持肌體穩(wěn)態(tài)，而兩者失衡則會(huì)引起肌體免疫應(yīng)答異常。本文就Th17/Treg免疫失衡在肺部疾病中的作用及研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 Th17與Treg的生物學(xué)特性

1.1Th17 2005年研究人員在自身免疫性腦脊髓炎小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一群不同于Thl、Th2及Treg的細(xì)胞亞群，因其高水平分泌白細(xì)胞介素17(IL-17)，故命名為T(mén)h17[1]。研究發(fā)現(xiàn)，Th17可分泌IL-17A/F、IL-6、IL-21、IL-22以及腫瘤壞死因子TNF-α和單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1、MCP-2)等，其中，IL-17 是其分泌的主要效應(yīng)因子，可誘使上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、粒-巨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及淋巴細(xì)胞等分泌IL-6、IL-8、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)及細(xì)胞黏附分子1(CAM-1)，從而引起炎癥反應(yīng)并在自身免疫性疾病中發(fā)揮重要作用[2]。Th17 細(xì)胞還可特征性表達(dá)維甲酸相關(guān)孤兒受體-γt(RORγt)，是其特異性細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子。當(dāng)肌體受到微生物入侵時(shí)，作為免疫衛(wèi)士的樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)及巨噬細(xì)胞會(huì)對(duì)這些外源物進(jìn)行識(shí)別、加工并以正確的方式提呈給可識(shí)別的細(xì)胞，從而啟動(dòng)初始T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，隨之，其轉(zhuǎn)錄因子RORγt 驅(qū)動(dòng)活化T細(xì)胞表達(dá)IL-23 受體，通過(guò)IL-23 信號(hào)通路活化轉(zhuǎn)錄活化因子3(STAT3)，促進(jìn)Th17細(xì)胞的擴(kuò)增及分泌炎性細(xì)胞因子[3]。研究發(fā)現(xiàn)，IL-6、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)是Th17細(xì)胞分化最主要的調(diào)控因子，去除TGF-β基因或者抑制IL-6，可使Th17細(xì)胞分化減少，從而IL-17水平下調(diào)[4]。IL-23對(duì)于Th17細(xì)胞分化不是必要的，但是已分化的Th17細(xì)胞必須在其刺激下才可分泌IL-17，從而促進(jìn)各種炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生[5]。而IL-2可通過(guò)STAT5信號(hào)通路抑制Th17細(xì)胞的分化[6]。

1.2Treg 1995 年日本學(xué)者Sakaguchi 等[7]在一項(xiàng)嚙齒類(lèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)一類(lèi)具有負(fù)調(diào)節(jié)作用的T 淋巴細(xì)胞亞群，并稱(chēng)其為CD4+CD25+Treg細(xì)胞。Treg細(xì)胞可以通過(guò)控制對(duì)自身抗原的免疫反應(yīng)來(lái)預(yù)防自身免疫性疾病的發(fā)生，同時(shí)能夠抑制免疫系統(tǒng)對(duì)外來(lái)抗原的應(yīng)答，從而減少T細(xì)胞介導(dǎo)的病理性免疫應(yīng)答。Treg主要分泌TGF-β、IL-10及IL-35等多種細(xì)胞因子，并通過(guò)抑制樹(shù)突狀細(xì)胞、NKT細(xì)胞、B細(xì)胞及巨噬細(xì)胞活化和增殖而在免疫耐受中發(fā)揮重要作用[8]。根據(jù)來(lái)源主要將其分為兩大類(lèi): 一類(lèi)是由胸腺發(fā)育分化而來(lái)、主要通過(guò)細(xì)胞接觸機(jī)制發(fā)揮抑制功能的天然型Treg (nTreg)，另一類(lèi)是在外周組織分化而來(lái)、主要通過(guò)IL-10、TGF-β等可溶性細(xì)胞因子發(fā)揮作用的誘導(dǎo)型Treg(iTreg)，其中nTreg 在CD4+T 細(xì)胞中大概占5%～10%，是體內(nèi)最多的一種Treg亞型[9]。細(xì)胞表面分子主要包括CD25 分子(IL-2 受體鏈， IL-2R)、細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原-4(CTLA-4)、程序化死亡配體-1(PD-L1)、糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的腫瘤壞死因子受體(GITR)及人類(lèi)白細(xì)胞抗原-DR(HLA-DR) 等[10]。研究發(fā)現(xiàn)，免疫抑制性和免疫無(wú)能性是Treg細(xì)胞兩大功能特征。免疫抑制性表現(xiàn)為在經(jīng)過(guò)T細(xì)胞受體介導(dǎo)的信號(hào)刺激活化下抑制T淋巴細(xì)胞的增殖分化、細(xì)胞因子的產(chǎn)生及其免疫調(diào)節(jié)作用，而免疫無(wú)能性則表現(xiàn)在對(duì)IL-2、抗原呈遞細(xì)胞、IL-2特異性抗原等共刺激分子無(wú)反應(yīng)[11]。研究還發(fā)現(xiàn)，叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子3(Foxp3)是Treg特異性轉(zhuǎn)錄因子，可通過(guò)NF-κB阻斷多種炎性因子的表達(dá)，并可通過(guò)干擾轉(zhuǎn)錄活化T細(xì)胞核因子而下調(diào)IL-2、IL-4及IFN-γ合成，逆轉(zhuǎn)錄Foxp3可使初始型CD4+CD25-T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具備調(diào)節(jié)活性的Treg[12]。

2 Th17/Treg免疫平衡

兩者起源于同一類(lèi)初始CD4+T 細(xì)胞，在細(xì)胞分化過(guò)程中相互制衡，功能上相互拮抗，在一定條件下還可以相互轉(zhuǎn)化。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子TGF-β和IL-6是連接二者的關(guān)鍵因子。其中，TGF-β單獨(dú)刺激時(shí)，初始T細(xì)胞可分化為T(mén)reg且TGF-β誘導(dǎo)表達(dá)的Foxp3可拮抗轉(zhuǎn)錄因子RORγt向Th17的轉(zhuǎn)化；而在TGF-β和IL-6 共同作用下，初始T細(xì)胞主要分化為T(mén)h17，并且IL-6可在一定程度上抑制Treg分化[13]。IL-6還可通過(guò)激活STAT3信號(hào)通路下調(diào)Foxp3表達(dá)并上調(diào)IL-23受體(IL-23R)，從而誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化并促進(jìn)其發(fā)育[14]。另外，研究發(fā)現(xiàn)IL-6、IL-21 還可誘導(dǎo)已經(jīng)分化的Treg向Th17轉(zhuǎn)化，因此，IL-6有望成為治療多種自身免疫性疾病的重要靶點(diǎn)[15,16]。生理情況下，Th17相關(guān)的促炎反應(yīng)與Treg相關(guān)的抑炎反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，二者的比例失衡與感染性疾病、癌癥以及自身免疫性疾病密切相關(guān)。

3 Th17/Treg免疫失衡與肺部疾病

3.1支氣管哮喘 支氣管哮喘是由多種免疫細(xì)胞(如嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞等)和細(xì)胞組分參與的一種氣道慢性炎癥性疾病。主要表現(xiàn)為氣道的高反應(yīng)，廣泛多變的可逆性氣流受限，以及反復(fù)發(fā)作的喘息、氣急、胸悶或咳嗽等癥狀，常在夜間和(或)凌晨發(fā)作[17]。近年的研究發(fā)現(xiàn)，Th17/Treg免疫失衡在支氣管哮喘的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。臨床研究證實(shí)，哮喘患者外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMC)內(nèi)Th17/Treg比列上調(diào)[18,19]，Th17及相關(guān)細(xì)胞因子(IL-17、IL-6、IL-21、IL-22)和特異性轉(zhuǎn)錄因子RORγt表達(dá)上調(diào)，嗜酸性粒細(xì)胞聚集浸潤(rùn)，哮喘加重；而Treg相關(guān)細(xì)胞因子IL-10、TGF-β和特異性轉(zhuǎn)錄因子Foxp3表達(dá)下調(diào)[20]，前炎性細(xì)胞因子和趨化因子生成增多，氣道反應(yīng)增強(qiáng)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究也證實(shí)，雞卵清蛋白致敏引起的哮喘小鼠外周血CD4+IL-17+占CD4+比例明顯升高，F(xiàn)oxp3+CD4+CD25+占CD4+比例明顯降低[21]；BALF內(nèi)IL-10、 TGF-β及Foxp3表達(dá)上調(diào)[22,23]；脾臟及肺組織內(nèi)Th17細(xì)胞占CD4+T細(xì)胞百分比上調(diào)而CD4+CD25+Treg細(xì)胞百分比下降，且TGF-β1 蛋白表達(dá)上調(diào)[24,25]，并且發(fā)現(xiàn)IL-17 的表達(dá)與哮喘的嚴(yán)重程度及氣道高反應(yīng)性密切相關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，支氣管哮喘模型中Th17/Treg免疫失衡機(jī)制與Notch信號(hào)通路密切相關(guān)。Notch家族是細(xì)胞生物發(fā)育過(guò)程中一類(lèi)高度保守的、十分重要的跨膜信號(hào)蛋白，主要包括4種受體(Notch1-4)和5種配體(DLL1、DLL3、DLL4、Jagged1 和Jagged2)，其可通過(guò)這些受體和配體之間結(jié)合與相鄰細(xì)胞進(jìn)行某些特定的信息交流，從而在細(xì)胞增殖、分化、凋亡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)通路通過(guò)調(diào)控Th17、Treg細(xì)胞分化及增殖參與肌體多種疾病的發(fā)生[26,27]。綜上所述，Th17細(xì)胞過(guò)度活化和Treg數(shù)目及功能下降是哮喘的免疫防病機(jī)制之一，針對(duì)二者失衡的研究為支氣管哮喘的新藥開(kāi)發(fā)及臨床治療提供了新策略。

3.2慢性阻塞性肺疾病 慢性阻塞性肺疾病簡(jiǎn)稱(chēng)慢阻(COPD)，是一種常見(jiàn)的以持續(xù)性呼吸系統(tǒng)癥狀和氣流受限為特征的破壞性的慢性肺部疾病，巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等多種炎癥細(xì)胞參與其發(fā)病過(guò)程。目前認(rèn)為，氧化性應(yīng)激、蛋白酶/抗蛋白酶失衡、炎性細(xì)胞及炎性介質(zhì)、細(xì)支氣管周和肺間質(zhì)纖維化是其主要發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[28]。COPD主要影響肺實(shí)質(zhì)和外周氣道，從而引起不可逆的、漸進(jìn)性的氣流受限。吸煙、遺傳因素、空氣污染及呼吸道感染等危險(xiǎn)因素均可導(dǎo)致COPD。臨床研究發(fā)現(xiàn)，COPD患者外周血Th17水平高于健康者，與患者肺功能呈負(fù)相關(guān)，且與患者病情進(jìn)展關(guān)系密切(急性加重期COPD患者外周血Th17水平明顯高于穩(wěn)定期COPD患者)[29,30]，并在COPD患者氣道重塑及肺血管重構(gòu)的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要作用；而患者外周血內(nèi)Treg比例下降且肺組織內(nèi)Foxp3表達(dá)下調(diào)，甚至有學(xué)者認(rèn)為這部分Treg存在功能缺陷。基礎(chǔ)研究也證實(shí)，COPD大鼠體內(nèi)存在明顯的Th17/Treg失衡，且該失衡引起的相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)與STAT3/5信號(hào)通路[31]、高遷移率族蛋白1(HMGB1)[32,33]及腫瘤轉(zhuǎn)移抑制蛋白TGF-β/BAMBI信號(hào)通路[34]密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，STAT3/5信號(hào)通路參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學(xué)過(guò)程。Th17細(xì)胞產(chǎn)生的IL-6、IL-21及IL-23等細(xì)胞因子可活化STAT3并驅(qū)使其轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，進(jìn)而調(diào)節(jié)RORγt轉(zhuǎn)錄及Th17細(xì)胞的分化，而STAT5可直接與Foxp3結(jié)合從而調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞的增殖及分化；具有促炎功能的核內(nèi)非組蛋白-HMGB1可由活化后的免疫細(xì)胞分泌釋放，與相關(guān)受體結(jié)合后促進(jìn)炎癥因子生成并介導(dǎo)下游炎癥反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，COPD發(fā)生時(shí)，HMGB1與Th17和Treg細(xì)胞表面的晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE) 結(jié)合，可上調(diào)RORγt表達(dá)而下調(diào)Foxp3的表達(dá)，從而引起體內(nèi)Th17/Treg的失衡；骨形成蛋白和激活素的跨膜抑制劑(BAMBI)是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)通路上的抑制型偽受體，其與TGF-βⅠ型受體競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合配體與TGF-βⅡ型受體復(fù)合物，從而抑制TGF-β通路的信號(hào)傳導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可上調(diào)COPD患者支氣管黏膜內(nèi)BAMBI表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)RORγt和Foxp3轉(zhuǎn)錄表達(dá)，最終引起Th17/Treg的免疫失衡[35]。上述表明，Th17/Treg免疫失衡是COPD發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素，并為其臨床免疫治療提供新的依據(jù)。

3.3肺癌 肺癌是近年來(lái)我國(guó)乃至全世界發(fā)病率和病死率較高的惡性腫瘤之一，吸煙、大氣污染、電離輻射、肺部慢性感染及遺傳等均為其發(fā)病的危險(xiǎn)因素。其中，非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)在肺癌中占的比例高達(dá)80%。眾所周知，肺癌的發(fā)生發(fā)展和肌體免疫功能緊密相關(guān)。正常情況下，人體免疫系統(tǒng)具有免疫監(jiān)視功能，能及時(shí)識(shí)別并清除“異己”，從而消除促腫瘤因素的影響，發(fā)揮抗腫瘤免疫作用。而一旦促腫瘤因素與抗腫瘤免疫之間失去平衡，就會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生及快速進(jìn)展。近年來(lái)，Th17 與Treg 細(xì)胞作為CD4+T淋巴細(xì)胞的兩大亞群在肺癌尤其是NSCLC的發(fā)生發(fā)展中的作用和相互關(guān)系備受關(guān)注。臨床研究發(fā)現(xiàn)，NSCLC患者外周血及BALF內(nèi)Th17和Treg的數(shù)量以及Th17/Treg比例均高于健康人群，且外周血內(nèi)Th17和Treg細(xì)胞的數(shù)量與臨床分期、肌體的荷瘤狀態(tài)、對(duì)化療的敏感性及預(yù)后密切相關(guān)[36，37]。研究人員發(fā)現(xiàn)，NSCLC患者及小鼠體內(nèi)IL-17所占的比例顯著上升，且與腫瘤微血管密度(MVD)及VEGF的表達(dá)成正相關(guān)，推測(cè)IL-17在腫瘤微環(huán)境中可通過(guò)JAK/STAT-1 信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)血管生成誘導(dǎo)物IL-6、IL-8 和VEGF 的產(chǎn)生，從而刺激成纖維細(xì)胞等表達(dá)促進(jìn)血管生成的因子，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞新生血管形成，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展與浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移[38]，且有研究發(fā)現(xiàn)，IL-17也可通過(guò)NF-κB/ZEB1信號(hào)通路誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及ZEB mRNA和蛋白的表達(dá)，上調(diào)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化信號(hào)表型標(biāo)記的波形蛋白和鈣黏素，刺激細(xì)胞定位ZEB的磷酸化，最終促進(jìn)癌細(xì)胞遷移和侵襲[39]；而Treg 細(xì)胞數(shù)目增加或功能增強(qiáng)，可促進(jìn)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)、糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的腫瘤壞死因子受體(GITR)和程序性死亡受體1(PD-1)的高表達(dá)，并可相應(yīng)調(diào)節(jié)TGF-β、IL-6、IL-10及IL-17分泌，抑制CD4+/CD8+T細(xì)胞、DC細(xì)胞及NK細(xì)胞的產(chǎn)生和功能發(fā)揮，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞逃避免疫監(jiān)視(即導(dǎo)致腫瘤免疫耐受)，并促進(jìn)肺癌的轉(zhuǎn)移及進(jìn)展[40]?？傊?，Th17/Treg細(xì)胞在NSCLC免疫微環(huán)境中是一個(gè)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，兩者的比例失衡與Th17細(xì)胞、Treg細(xì)胞的分化、相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)和調(diào)節(jié)作用及NSCLC 的發(fā)生發(fā)展均密切相關(guān)。

3.4肺纖維化 肺纖維化(PF)是一種病因復(fù)雜，發(fā)病機(jī)制尚不十分明確的肺部間質(zhì)性疾病，近年來(lái)發(fā)病率、病死率均逐年增高。其主要病理改變?yōu)槌衫w維細(xì)胞增殖及大量細(xì)胞外基質(zhì)聚集并伴炎癥損傷、組織結(jié)構(gòu)破壞。近年來(lái)研究認(rèn)為，肺纖維化發(fā)展過(guò)程主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：肺泡的免疫和炎癥反應(yīng)、肺實(shí)質(zhì)損傷和受損肺泡修復(fù)(纖維化)，其中Th17 細(xì)胞、Treg 細(xì)胞及Th17/Treg 細(xì)胞的平衡與肺纖維化發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系已成為醫(yī)學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。臨床研究發(fā)現(xiàn)，肺纖維化病人外周血內(nèi)Th17細(xì)胞功能亢進(jìn)，Th17/Treg比例失衡[41]，從而引起Th1、Th2功能障礙，最終導(dǎo)致肺部膠原纖維的沉積；基礎(chǔ)研究也發(fā)現(xiàn)，肺纖維化動(dòng)物體內(nèi)Th17細(xì)胞比例明顯下降，而Treg細(xì)胞比例升高，Th17/Treg 比值增大[42]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，Th17細(xì)胞可分泌IL-17、IL-22等與肺纖維化相關(guān)的細(xì)胞因子，參與成纖維細(xì)胞增殖、肺泡上皮細(xì)胞EMT(上皮向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化)、膠原合成和炎癥細(xì)胞分子分泌等過(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生、發(fā)展[43]。而Treg細(xì)胞在PF中也發(fā)揮重要作用，其可通過(guò)調(diào)控Th17、CD4+CD28-T、 CD4+CD28+T 及CD8+T 細(xì)胞亞群的數(shù)量及功能，并可通過(guò)下調(diào)肺組織內(nèi)NKT細(xì)胞分泌產(chǎn)生IFN-γ，而IFN-γ作為抑制纖維化的細(xì)胞因子是影響PF病情進(jìn)展的重要因素[44]；也有研究發(fā)現(xiàn)，PF動(dòng)物體內(nèi)抑制性細(xì)胞因子IL-35的水平與Treg呈正相關(guān)而與IL-17和Th17/Treg呈負(fù)相關(guān)，IL-35是IL-12家族中最新識(shí)別的成員，主要由nTreg產(chǎn)生，是由α和β鏈組成的異源二聚體蛋白，其在T細(xì)胞增殖活化和細(xì)胞因子產(chǎn)生方面發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。IL-35可通過(guò)上調(diào)IFN-γ的表達(dá)而抑制TGF-β 受體下游效應(yīng)器的磷酸化，從而阻斷TGF-β 的與其受體的結(jié)合，又因TGF-β是促進(jìn)Th17分化的重要細(xì)胞因子，因此最終可導(dǎo)致Th17的分化受到抑制[45]。上述表明，Th17、Treg和IL-35有望成為PF研究的靶點(diǎn)，并為其臨床治療提供新的方向和思路。

綜上所述，Th17/Treg失衡是多種肺部疾病發(fā)生發(fā)展的重要原因之一，但具體機(jī)制尚不明確。隨著基礎(chǔ)免疫學(xué)對(duì)Treg、Th17細(xì)胞研究的不斷深入，以Treg、Th17 及其相關(guān)因子和信號(hào)通路為靶點(diǎn)的藥物，以及對(duì)該兩種細(xì)胞不同調(diào)節(jié)因子的干預(yù)，將為多種肺部常見(jiàn)疾病提供新的臨床治療手段。