結(jié)核免疫應(yīng)答相關(guān)白細(xì)胞介素的作用機(jī)制研究進(jìn)展

劉曦，沈洪波，王菲菲，徐軍發(fā)

1. 廣東醫(yī)科大學(xué)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究所臨床免疫學(xué)研究室，廣東 東莞 523808； 2. 同濟(jì)大學(xué)附屬上海市肺科醫(yī)院結(jié)核病臨床研究中心，上海 200433； 3. 復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系，教育部、衛(wèi)健委、醫(yī)科院醫(yī)學(xué)分子病毒學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032

白細(xì)胞介素，簡稱白介素(interleukin，IL)是由多種免疫細(xì)胞產(chǎn)生并且能夠作用于多種細(xì)胞的一類細(xì)胞因子，在調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫狀態(tài)中發(fā)揮重要作用。白介素種類繁多，組成了功能復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[1]。各種白介素的功能差別較大，根據(jù)免疫效應(yīng)功能被大致分成促炎性因子和抑制性因子[2]。

白介素通過與細(xì)胞表面的受體結(jié)合啟動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)通路，對(duì)免疫細(xì)胞發(fā)揮免疫調(diào)控作用，從而介導(dǎo)機(jī)體的多種免疫反應(yīng)，如感染免疫、腫瘤免疫及自身免疫等。白介素調(diào)控著結(jié)核桿菌對(duì)機(jī)體的感染狀態(tài)，與結(jié)核病(Tuberculosis, TB)的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[3]。結(jié)核病的病原菌結(jié)核桿菌(Mycobacteriatuberculosis,Mtb)是胞內(nèi)寄生菌，細(xì)胞免疫在抗結(jié)核免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用[4]，因此白介素對(duì)免疫細(xì)胞的抗結(jié)核免疫應(yīng)答的調(diào)控作用備受關(guān)注，本文對(duì)近些年白介素在此過程中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 結(jié)核抗原誘導(dǎo)的白介素表達(dá)水平與機(jī)體的結(jié)核感染狀態(tài)密切相關(guān)

結(jié)核桿菌感染后，機(jī)體產(chǎn)生部分白介素的表達(dá)水平發(fā)生顯著變化，這種變化能夠用于表征與結(jié)核桿菌感染相關(guān)的機(jī)體狀態(tài)。目前，對(duì)處于潛伏感染(latent tuberculosis infection, LTBI)狀態(tài)人群的鑒別還缺乏明確的標(biāo)志物[5]。眾多研究證實(shí)，白介素2(IL-2)可以用來輔助特異性結(jié)核抗原刺激的干擾素釋放試驗(yàn)(interferon-gamma release assays, IGRAs)以辨別和定義LTBI狀態(tài)[6]。2020年我國研究者對(duì)已發(fā)表的27個(gè)研究，包含 1 404 名受試者和1986個(gè)樣本進(jìn)行了系統(tǒng)分析，證實(shí)IL-2作為一個(gè)診斷標(biāo)志物，不僅能夠區(qū)分LTBI和未感染的健康人，而且能夠區(qū)分LTBI和活動(dòng)性TB患者[7]。

有研究發(fā)現(xiàn)，白介素編碼基因的遺傳缺失或改變能夠影響機(jī)體對(duì)結(jié)核桿菌感染的易感性。不僅IL-17A rs8193036[8]、 IL-17F rs763780[9]等促炎因子的單核苷酸多態(tài)性SNP(single nucleotide polymorphisms)與宿主易感性密切相關(guān)，而且抑炎因子IL-10編碼基因的多態(tài)性SNPs位點(diǎn)1082(G/A), 819(C/T)和592(C/A)與結(jié)核病的病理進(jìn)程也密切相關(guān)[10]。因?yàn)镮L-10可以減弱巨噬細(xì)胞對(duì)結(jié)核桿菌生長的抑制作用，即IL-10有助于結(jié)核桿菌在宿主體內(nèi)的生長，所以IL-10編碼基因敲除的小鼠抗結(jié)核桿菌感染的能力增強(qiáng)[11]，說明IL-10在機(jī)體抗結(jié)核免疫過程中發(fā)揮了重要的抑制作用。

2 白介素對(duì)固有免疫細(xì)胞抗結(jié)核免疫活性的調(diào)控作用

巨噬細(xì)胞等具有吞噬功能的細(xì)胞是結(jié)核桿菌感染的主要靶細(xì)胞，在清除結(jié)核桿菌感染的過程中發(fā)揮重要作用。而且，結(jié)核桿菌具有逃避吞噬細(xì)胞殺滅的能力[12]。因此，結(jié)核桿菌和吞噬細(xì)胞之間的相互作用決定了結(jié)核病的發(fā)生和發(fā)展，吞噬細(xì)胞是機(jī)體清除結(jié)核桿菌感染的主要“戰(zhàn)場”。白介素能夠調(diào)節(jié)吞噬細(xì)胞對(duì)于胞內(nèi)感染結(jié)核桿菌的殺滅或抑制作用。

近期有研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞活化的經(jīng)典通路不僅可以由Th1型免疫反應(yīng)產(chǎn)生的干擾素γ(IFN-γ)活化，而且可以由IL-12和IL-18活化。IL-12和IL-18聯(lián)合作用能夠有效增強(qiáng)宿主細(xì)胞對(duì)胞內(nèi)感染結(jié)核桿菌的殺滅作用。IL-12和IL-18能夠調(diào)節(jié)P38-絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(signal transducer and activator of transcription 4，STAT4)通路，維生素D受體(Vitamin Deceptor VDR)通路以及相關(guān)的抗菌肽表達(dá)；它們還能夠誘導(dǎo)抗菌活性蛋白cathelicidin的表達(dá)，從而誘導(dǎo)自噬[13]。所以，IL-12和IL-18組合依賴IFN-γ和cathelicidin誘導(dǎo)的自噬通路來激活固有免疫反應(yīng)，以達(dá)到抑制胞內(nèi)感染結(jié)核桿菌的生長[14]。

眾多研究已經(jīng)證實(shí)，自噬在巨噬細(xì)胞殺滅胞內(nèi)感染結(jié)核桿菌過程中發(fā)揮重要作用[15]。IL-1的家族新成員IL-36γ 能夠通過活化自噬以及無翼型小鼠乳腺腫瘤病毒整合位點(diǎn) (wingless-type MMTV integration site family 5A, WNT5A)誘導(dǎo)的非經(jīng)典的WNT通路，來促進(jìn)巨噬細(xì)胞的殺菌功能。WNT5A是IL-1下游效應(yīng)分子， WNT5A能夠增強(qiáng)單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞的自噬，誘導(dǎo)環(huán)氧化物酶(COX)-2表達(dá)，并通過非經(jīng)典的WNT途徑降低絲氨酸/蘇氨酸激酶家族-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白AKT/mTOR的磷酸化，從而提高巨噬細(xì)胞的殺菌功能[16]。

此外，IL-36還能通過IL-36/LXR(肝X受體，liver X receptor)軸調(diào)控膽固醇代謝，從而發(fā)揮抗結(jié)核感染的免疫防護(hù)作用。有研究者分析了IL-36以及LXR在膽固醇代謝調(diào)節(jié)中的作用，發(fā)現(xiàn)在Mtb感染的巨噬細(xì)胞中，IL-36信號(hào)通過LXR調(diào)節(jié)膽固醇的生物合成和外排。而且，IL-36和LXR信號(hào)在抗菌肽表達(dá)調(diào)控和抑制Mtb生長的過程中發(fā)揮作用[17]。這些數(shù)據(jù)證明，LXR介導(dǎo)的IL-36和膽固醇代謝在宿主防御Mtb感染時(shí)發(fā)揮重要作用。

有些細(xì)胞因子不僅能夠調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的抗結(jié)核活性，而且能夠作為抗菌蛋白直接殺滅結(jié)核桿菌。最新的研究發(fā)現(xiàn)，IL-26是Th17細(xì)胞分泌的一種抗菌蛋白，能夠直接殺滅細(xì)菌[18]。為了確定IL-26是否有助于宿主抵抗胞內(nèi)菌感染，研究者利用由胞內(nèi)寄生病原體麻風(fēng)分枝桿菌感染引起的麻風(fēng)病模型，通過基因表達(dá)譜和免疫組織學(xué)對(duì)麻風(fēng)皮損的分析顯示，IL-26在自限性結(jié)核樣病變中的表達(dá)水平比在進(jìn)行性麻風(fēng)患者中更高。IL-26可以直接與麻風(fēng)桿菌結(jié)合，降低細(xì)菌活力。此外，IL-26加入感染麻風(fēng)桿菌的人源單核細(xì)胞誘導(dǎo)來源的巨噬細(xì)胞后，IL-26進(jìn)入感染細(xì)胞并與細(xì)菌結(jié)合，降低了細(xì)菌活力。IL-26通過IFN基因的細(xì)胞質(zhì)DNA受體刺激因子誘導(dǎo)自噬以及吞噬體與溶酶體的融合[18]。所以，IL-26有助于宿主抵抗胞內(nèi)細(xì)菌的感染。

3 白介素對(duì)獲得性免疫T細(xì)胞的調(diào)控作用

3.1 白介素對(duì)TCR αβ T細(xì)胞增殖的調(diào)控作用

白介素中有一類γc家族因子，它們傳導(dǎo)信號(hào)都依賴于γc鏈(common γ chain)，主要包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-15等。該類白介素能夠維持CD4和CD8 T細(xì)胞的存活，調(diào)控記憶性T細(xì)胞的生成[19]。在抗結(jié)核免疫反應(yīng)中，該白介素家族發(fā)揮了重要作用。

CD4 T細(xì)胞具有重要的抗結(jié)核感染的保護(hù)作用，越來越多的證據(jù)表明，CD4 T細(xì)胞功能受損是導(dǎo)致結(jié)核病的一個(gè)重要原因[20]。研究發(fā)現(xiàn)，IL-7能夠誘導(dǎo)結(jié)核抗原活化的CD4 T細(xì)胞活化，促進(jìn)CD4 T細(xì)胞產(chǎn)生抗原特異性的IFN-γ，IL-2和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)等[21]。

最近眾多的研究發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞耗竭是結(jié)核病的一個(gè)重要特征。T細(xì)胞耗竭損害了記憶性T細(xì)胞的應(yīng)答潛能。IL-7對(duì)于產(chǎn)生記憶T細(xì)胞發(fā)揮了重要作用，能夠逆轉(zhuǎn)T細(xì)胞耗竭。IL-7與受體IL-7R結(jié)合后主要通過Jak/STAT途徑誘導(dǎo)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。Jak1和Jak3參與IL-7R信號(hào)傳導(dǎo)，STAT5發(fā)生磷酸化并啟動(dòng)多種轉(zhuǎn)錄反應(yīng)[21]。最新的研究發(fā)現(xiàn)，IL-2能夠逆轉(zhuǎn)結(jié)核抗原長期刺激引起的小鼠CD8 T細(xì)胞的耗竭；注射IL-2進(jìn)行治療能夠促進(jìn)CD8 T細(xì)胞產(chǎn)生INF-γ等功能性細(xì)胞因子，降低CD4 T細(xì)胞PD-1的表達(dá)，從而提高了小鼠對(duì)結(jié)核感染的抵抗能力[22]。

IL-15加IL-12的組合能夠刺激肺結(jié)核患者(TB)、艾滋病病毒感染者(HIV)，以及艾滋病病毒和結(jié)核病合并感染患者(HIV+TB)的外周淋巴細(xì)胞。然后，檢測其對(duì)iNKT細(xì)胞的影響，結(jié)果顯示HIV和HIV+TB患者體內(nèi)的iNKT細(xì)胞數(shù)量明顯減少。IL-15加IL-12刺激后，iNKT細(xì)胞數(shù)量在HIV患者中增加，即IL-15和IL-12聯(lián)合應(yīng)用能夠促進(jìn)iNKT細(xì)胞的增殖[23]。

3.2 白介素對(duì)TCR γδ T細(xì)胞功能和擴(kuò)增的調(diào)控作用

γδ T細(xì)胞在抗結(jié)核免疫反應(yīng)中發(fā)揮了重要作用，其中Vγ2Vδ2 T細(xì)胞是靈長類和人特有的能夠識(shí)別磷酸抗原的T細(xì)胞亞群，Vγ2Vδ2 T細(xì)胞占人體循環(huán)γδ T細(xì)胞的60%～95%[24]。多種白介素能夠誘導(dǎo)Vγ2Vδ2 T細(xì)胞的增殖，如白介素12家族。在靈長類動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Th17 相關(guān)細(xì)胞因子，IL-17A、IL-17F、IL-22、IL-23能夠顯著誘導(dǎo)磷酸抗原4-羥基-3-甲基-2-丁烯基焦磷酸鹽(4-hydroxy-3-methyl-2-butenyl pyrophosphate, HMBPP)活化的Vγ2Vδ2 T細(xì)胞的增殖[25]。這些細(xì)胞因子對(duì)Vγ2Vδ2 T細(xì)胞的誘導(dǎo)擴(kuò)增具有磷酸抗原依賴性，即需要磷酸抗原HMBPP來進(jìn)行刺激活化。而且，這些細(xì)胞因子能夠有效誘導(dǎo)卡介苗(Bacillus Calmette-Guérin，BCG)免疫過的動(dòng)物來源的Vγ2Vδ2 T細(xì)胞，對(duì)于BCG沒有免疫過的動(dòng)物細(xì)胞不能有效擴(kuò)增；擴(kuò)增后的細(xì)胞能夠產(chǎn)生功能性細(xì)胞因子[25]。

IL-23能夠有效誘導(dǎo)潛伏結(jié)核感染人群LTBI的Vγ2Vδ2 T細(xì)胞的擴(kuò)增，其擴(kuò)增依賴于IL-2和IFN-γ信號(hào)。但是部分結(jié)核病患者不能被誘導(dǎo)，原因是IL-23R/STAT3信號(hào)出現(xiàn)缺陷[26]。

IL-12是IL-12家族中另一個(gè)能夠有效擴(kuò)增Vγ2Vδ2 T細(xì)胞的因子，其擴(kuò)增的細(xì)胞與IL-23不同，不依賴IL-2或IFN-γ，而依賴于TNF-α。該家族的另外2個(gè)因子IL-27、IL-35不能有效擴(kuò)增Vγ2Vδ2 T細(xì)胞[27]。

4 白介素在結(jié)核病免疫輔助治療中的作用

目前登記在冊用于結(jié)核病臨床免疫輔助治療的白介素及其相關(guān)產(chǎn)品主要包括IL-2、IL-4和IL-12等(見表1)。我國研究者開展了IL-2治療耐多藥結(jié)核病(multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB)的前瞻性隨機(jī)對(duì)照多中心隊(duì)列研究[28]，治療方案如下：rhIL-2組患者接受標(biāo)準(zhǔn)治療的同時(shí)給予4個(gè)療程的低劑量rhIL-2；只接受標(biāo)準(zhǔn)方案治療的受試者作為對(duì)照組。所有MDR-TB患者都接受了為期24個(gè)月的標(biāo)準(zhǔn)化療。完成治療方案后，對(duì)患者進(jìn)行至少36個(gè)月的隨訪。研究結(jié)果證實(shí)，rhIL-2輔助治療方案在較短時(shí)間內(nèi)取得了較高的痰培養(yǎng)轉(zhuǎn)化率和治療成功率，改善了治療效果，該方案在MDR-TB患者中沒有出現(xiàn)安全問題。

表1 靶向白介素及其相關(guān)信號(hào)通路的結(jié)核病免疫治療臨床實(shí)驗(yàn)Tab.1 Clinical trials of tuberculosis immunotherapy targeting interleukins and their related signal pathways

同樣，有研究者系統(tǒng)性回顧分析了IL-2在TB治療中的效果。對(duì)利用rhuIL-2進(jìn)行TB免疫輔助治療的文獻(xiàn)做系統(tǒng)性回顧分析[29]，共篩選出 2 272 份病案，最終納入4個(gè)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，包括656例肺結(jié)核患者。分析發(fā)現(xiàn)，rhuIL-2治療可顯著提高抗結(jié)核治療3個(gè)月后的痰培養(yǎng)轉(zhuǎn)化率和抗結(jié)核治療期間的痰涂片轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，rhuIL-2輔助免疫治療可促進(jìn)CD4 T細(xì)胞和NK細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)化。

白介素-4(IL-4)是結(jié)核病免疫應(yīng)答中的一個(gè)關(guān)鍵細(xì)胞因子，能夠影響細(xì)胞對(duì)分枝桿菌的清除。有研究者正在開展臨床實(shí)驗(yàn)，將抗IL-4的帕斯考利珠單抗(pascolizumab)作為結(jié)核病標(biāo)準(zhǔn)方案治療的輔助手段，擬證實(shí)其可作為藥物敏感結(jié)核病標(biāo)準(zhǔn)治療的輔助用藥，這有可能提高機(jī)體的抗結(jié)核感染能力。該研究將進(jìn)一步證實(shí)抗IL-4單抗在肺結(jié)核患者治療中的安全性[30]。

另外，白介素-12(IL-12)正被用于治療非結(jié)核分枝桿菌感染的臨床實(shí)驗(yàn)[31]。IL-12能夠刺激免疫細(xì)胞產(chǎn)生大量IFN-γ，從而增強(qiáng)抗感染能力。有研究已經(jīng)證實(shí)，IL-12在體外實(shí)驗(yàn)和小鼠實(shí)驗(yàn)中提高了機(jī)體抗分枝桿菌感染的免疫功能[27]。目前正在開展的臨床研究中，患者接受IL-12皮下注射，每周2次，為期1年。期待IL-12能夠在臨床實(shí)驗(yàn)中取得預(yù)期效果。

還有很多細(xì)胞因子具有免疫輔助治療結(jié)核病的潛力，白介素(IL)-15就是其中一員。IL-15是免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子家族的一員，主要由髓樣細(xì)胞和其他類型的細(xì)胞表達(dá)。IL-15具有多種功能，包括控制T細(xì)胞反應(yīng)、調(diào)節(jié)組織修復(fù)和B細(xì)胞歸巢、調(diào)節(jié)炎癥和激活NK細(xì)胞[32]。IL-15已經(jīng)被研究證實(shí)，具有誘導(dǎo)和維持T細(xì)胞應(yīng)答的功能，所以其具有免疫治療的潛力。此外，可以利用IL-15特異抗體或突變型IL-15蛋白進(jìn)行治療以減少炎癥。IL-15多方面的生物學(xué)功能在免疫治療中至關(guān)重要[33]。

5 總結(jié)與展望

白介素在調(diào)控宿主免疫尤其是細(xì)胞免疫應(yīng)答的過程中發(fā)揮了重要作用。細(xì)胞免疫在抗結(jié)核免疫應(yīng)答中發(fā)揮了主要作用。因此，深入探究白介素等細(xì)胞因子的作用機(jī)制，利用保護(hù)性白介素調(diào)節(jié)宿主的免疫狀態(tài)將有助于提高宿主的抗結(jié)核免疫應(yīng)答，白介素和臨床抗癆化學(xué)藥物的聯(lián)合使用在結(jié)核病尤其是耐多藥結(jié)核病的治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。