|
有效的获得性免疫应答对于宿主清除病原微生物具有重要意义，但宿主的免疫系统必须耐受宿主本身组织成分和大多数的外源性抗原，如共生的细菌和食物等。如果机体发生获得性免疫应答失调，人体将并发慢性感染性疾病和自身免疫性疾病。已知，辅助性T细胞（T helper cells，TH）在获得性免疫应答中起到重要作用。CD4⁺TH细胞通过分化成不同的细胞亚型，释放出不同的细胞因子来实现免疫应答，这种方式对免疫系统清除病原体，保护宿主组织器官免受损害发挥着决定性作用。 1986年，Mosmann等首次提出根据CD4⁺TH细胞特异性分泌不同的细胞因子，将小鼠的CD4⁺TH细胞分为两种不同的功能性细胞亚群，即TH1细胞和TH2细胞。TH1细胞分泌产生γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)和白介素-2(interleukin-2，IL-2)，通过活化巨噬细胞清除细胞内的病原微生物并介导迟发型变态反应，从而在细胞介导的免疫应答反应中起重要的作用；TH2细胞选择性分泌IL-4、IL-5和IL-13，介导由嗜酸性粒细胞引起的炎症反应，清除细胞外病原微生物并参与变态反应，与体液免疫应答有关。IFN-γ和IL-4相互拮抗，调控着TH1和TH2细胞的扩增和功能。这种TH1/TH2理论为T细胞的天然性和获得性免疫研究提供了理论基础，其平衡失调与多种疾病的发生、发展和预后密切相关。2000年，Sakaguchi等发表论文，在小鼠的一系列试验中，Sakaguchi等研究者通过切除新生小鼠的胸腺，可导致多器官的自身免疫，但这种情况可以通过外源性加入CD4⁺CD25⁺ T细胞而逆转，从而提出另一种CD4⁺的TH细胞亚群，即调节性T细胞（regulatory T cells，Treg）。初始CD4⁺T细胞可以分化出能分泌高浓度TGF-β的抑制T细胞分化的Treg亚群。Treg细胞在维护机体的免疫平衡中发挥重要作用。然而，随着免疫研究的深入，人们发现T细胞的功能分类并不能完全地解释一些自身免疫病、感染及过敏反应等一些疾病的发病机理。 2005年，Harrington等根据分泌细胞因子的不同，首次提出了“TH17细胞”的概念，今天，它已经14岁了。TH17细胞在生物学功能上完全不同于以往的TH1、TH2细胞，不表达IL-4或IFN-γ，却特异性地高水平分泌IL-17，由此被命名为TH17细胞。TH17细胞介导炎性反应（防御细胞外病原菌的感染）、自身免疫性疾病（类风湿关节炎、系统性红斑狼疮等）、哮喘、肿瘤和移植排斥等的发生和发展。更为重要的是，研究发现TH17细胞与TH1、TH2细胞和Treg细胞的诱导分化过程之间存在微妙的调控关系。TH17细胞的生长发育需要IL-23和TGF-β的支持，同时受IFN-γ和IL-4的负调控。一旦发育成熟，TH17细胞就能抵抗IFN-γ和IL-4的抑制作用。TGF-β既是诱导Treg细胞分化，下调免疫应答的重要细胞因子，而且又是抑制TH1细胞功能，促进TH17分化的重要因子。上述机制提示，T细胞将随着机体状态、局部微环境的改变以及维护机体免疫平衡的需要出现不同的分化。研究TH17的功能、分化机制以及与其他T细胞亚群之间的关系，对于深入了解机体的免疫调节规律，理解疾病的发病机制，从而寻求更有效的疾病治疗靶点具有非常重要的意义。 △ 自身免疫性疾病发病机制 一、TH17的发现 TH17细胞的发现源自于对实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)以及对胶原诱导性关节炎的研究。以往认为这两种疾病是由IL-12诱导的TH1细胞所介导的。既往实验结果显示，体内注射抗IL-12 p40亚单位抗体、敲除IL-12 p40基因或者敲除IL-12Rβ1受体基因后，可以降低自身免疫性疾病的发生或减轻疾病的严重程度。由于IL-12家族中的IL-23细胞因子由IL-12 p40和IL-23 p19两个亚单位构成，与IL-12（由IL-12 p40和IL-12 p35两个亚单位构成）有一个相同的亚基IL-12 p40，两者在生物学功能方面有着许多相似之处，IL-12 p40的单克隆抗体可以同时阻断这两种细胞因子的作用，从而提示IL-23可能也参与了此类反应过程。为了进一步证明IL-23在自身免疫性疾病中的作用，有学者比较观察了IL-12 p35和IL-23 p19亚单位基因敲除小鼠与自身免疫性疾病发生的关系。意外的是，当IL-12 p35基因敲除后，对自身免疫性疾病的发生无明显影响；而在IL-23 p19基因敲除后，可显著降低自身免疫性疾病的发生率和减轻疾病的严重程度。以往的研究结果表明，IL-23能促进CD4⁺T细胞或记忆性T细胞表达致炎细胞因子IL-17，所以IL-23 p19基因敲除会显著降低IL-17的水平或体内TH17细胞的比例，而不影响TH1细胞含量。同时，试验证实体内注射抗IL-17中和性抗体能够降低自身免疫性疾病的发生，减轻疾病的严重程度。结合上述研究结果，提示IL-23与TH17细胞及自身免疫性疾病进程之间可能具有正相关关系。有关产生IL-17的效应T细胞（即TH17）细胞与自身免疫性疾病发生之间的最直接证据是，在IL-23的孵育下，经脂蛋白肽段预刺激的T细胞可以产生大量的IL-17，然后所孵育的CD4⁺T细胞（即TH17细胞）转输给正常小鼠后，可诱导出严重的EAE，但输入TH1细胞（IL-12存在）却不能诱导出EAE。这一研究进一步确定了TH17细胞和TH1细胞在功能和表型上的差异，表明这两个细胞亚群的基因表达是完全不同的。这些结果确认了以前未发现的TH17细胞在自身免疫性疾病中的重要作用，并有力提出了TH17和TH1是分别在IL-23和IL-12诱导下分化的不同细胞亚群的观点。 二、TH17/IL-17细胞因子的生物学功能 TH17细胞是不同与TH1和TH2的一种致炎细胞系，TH17的发现开创了TH细胞的新纪元，弥补了Th1/TH2介导效应机制的不足，从而动摇了Th1/TH2模式，之后TH1/TH2/TH17模式逐渐为人们所认识。 TH17细胞是一类可以特异性产生IL-17的细胞，主要分泌IL-17A、IL-17F、IL-22，还产生少量的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、IL-6和TNF等细胞因子，主要介导防御胞外病原微生物的感染，参与自身免疫和炎症反应。 IL-17细胞因子家族包括IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E（即IL-25）和IL-17F。目前，6个家族成员的配体和5个受体（IL-17RA～IL-17RD和SEF）已经被证实。IL-17又称IL-17A，最初被认为主要由效应和记忆性CD4⁺T细胞产生，但最近研究发现多种细胞均可产生IL-17，例如CD8⁺T细胞、NKT细胞以及主要在固有免疫应答中发挥重要作用的γδT细胞。目前，有关IL-17B～IL-17D的研究较少，但认为这些因子主要是由多种非造血性组织细胞产生。 IL-17与受体结合后，通过活化MAP激酶，激活NF-κB的活性，从而发挥IL-17的生物学活性。IL-17A不仅是促炎细胞因子，具有强大的致炎性，能招募中性粒细胞，促进机体局部组织产生炎症因子及趋化因子IL-6、IL-8、MCP-1等和表达基质金属蛋白酶，引起炎性细胞的浸润和组织破坏，与类风湿关节炎、哮喘、多发性硬化症、银屑病和移植排斥反应密切相关。同时，IL-17A还能促进多种细胞的增殖分化，参与中性粒细胞的增殖、成熟和趋化，对T细胞的活化起协同刺激作用，并能促进树突状细胞的成熟。IL-17能够增加人成纤维细胞间黏附分子1（ICAM-1）的表达，刺激上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞产生IL-6、IL-8、G-CSF和PGE2。在IL-17存在的条件下，成纤维细胞能够维持CD34⁺造皿干细胞的增殖并诱导其分化为中性粒细胞。小鼠、大鼠和人IL-17均能够诱导小鼠基质细胞分泌IL-6，提示不同种属间的IL-17均能结合小鼠的IL-17受体。 IL-17E和IL-17F为IL-17A的类似物，在体内体外都能产生强大的致炎性效应。IL-25与IL-17的基因序列有着相似之处，也被认为是IL-17的家族成员之一。Anne Cooke等认为IL-25就是IL-17E，它的作用与IL-17A相反，起着下调由IL-17A介导的免疫炎症反应。有报道称，IL-17F也能诱导内皮细胞、成纤维细胞、人呼吸道上皮细胞表达多种细胞因子、趋化因子和黏附分子，其表达水平增高可能与人哮喘相关。 TH17也可通过IL-22发挥效应，IL-17与IL-22具有协同作用，可以增强炎症反应并造成组织损伤。IL-22为IL-10家族成员，除了TH17细胞外，NK细胞也能产生IL-22，增强机体的抗感染的免疫效应。 三、TH17细胞分化及调节 已经明确TH1细胞的分化由STAT1信号途径启动，抗原刺激信号由STAT1途径活化静息前体细胞，上调转录调节因子T-bet的水平，促进IL-12受体的表达，同时抑制GATA3的表达。目前认为，T-bet是TH1细胞分化的主要调控因素，是TH1细胞的标记物。TH2细胞的分化则由抗原信号及IL-4受体信号启动，两者通过STAT6途径上调GATA3的表达，促进TH2的分化，同时通过阻止IL-12Rb2的表达，抑制TH1细胞的分化。因此，GATA3也被认为是TH2细胞的标记物。 △ TH17 细胞分化需要TGFβ 和IL6 TH17细胞分化途径不同于TH1和TH2细胞，不依赖于与TH1和TH2分化相关的关键信号转导因子STAT1、T-bet、STAT4和STAT6。最近研究发现，孤儿核受体（RORγt）是控制TH17细胞分化的关键转录因子。RORγt诱导编码IL-17和IL-17F细胞因子基因的表达。当小鼠缺乏RORγt后，TH17细胞的数量减少，自身免疫性疾病的发生率下降。 IL-23参与TH17细胞诱导的自身免疫性疾病的发生，但IL-23不参与TH17细胞的早期分化。因为，研究显示IL-23的缺乏或体内输入外源性IL-23均不能诱导TH17细胞的早期分化，而主要参与维持TH17细胞的存活和增殖。多项研究显示，IL-23能够刺激记忆性CD4⁺T细胞产生IL-17A和IFN-γ，而对初始T细胞分化成TH17细胞无明显作用。 最新研究发现，TGF-β和IL-6是TH17细胞分化启动所必需的。体外实验表明，Treg细胞能够抑制T细胞产生IFN-γ和IL-2，但Treg细胞可通过分泌TGF-β促进IL-17的产生。当加入抗TGF-β中和抗体后，IL-17的产生受到明显抑制，提示TGF-β在诱导初始T细胞分化成TH17细胞中起着重要辅助作用。同时，在研究TGF-β缺陷的小鼠中发现TH17细胞数量显著减少，而过量表达TGF-β的小鼠TH17细胞的数量相应增加，从而加重其自身免疫性疾病的病情。除了TGF-β外，由活化的DC细胞分泌的细胞因子与TGF-β共同诱导TH17细胞的分化。在这些细胞因子中，IL-6起着十分关键的作用，其他的细胞因子如IL-1β及TNF-α都不能代替IL-6的作用。进一步研究显示，缺陷IL-6的小鼠，TH17细胞分化受到显著抑制，从而证实IL-6参与了TH17细胞的分化过程。事实上，TGF-β单独存在时，其作用主要是促进活化的初始CD4⁺T细胞分化成Foxp3⁺Treg细胞。活化的初始CD4⁺细胞在TGF-β和IL-6的共同作用下，分化成TH17细胞但不会分化成Foxp3⁺Treg细胞，表达IL-21，而IL-21又能进一步维持TH17细胞的分化，促进TH17细胞表达IL-23受体和IL-1R1。在活化的巨噬细胞和DC细胞分泌的IL-23、IL-1β和TNF-α的作用下，促进TH17细胞的分化，维持TH17细胞的表型。 在TH17细胞分化过程中，许多细胞因子会调控TH17细胞的分化。IFN-γ和IL-4等细胞因子可以明显抑制TH17细胞的发育分化。在培养体系中，加入外源性IFN-γ和IL-4，可以阻断IFN-γ缺陷的CD4⁺T细胞分泌IL-17，用抗体中和IFN-γ和IL-4的作用后，TH17细胞的表达明显增高。因此，IFN-γ在促进TH1细胞分化的同时抑制IL-17的分泌。IL-4也能促进TH2细胞的分化而抑制TH17细胞的分化，从而说明，TH1和TH2细胞能有效抑制TH17细胞的发育分化。在EAE动物模型中发现IL-27能抑制TH17细胞的分化。 △ 初始T 细胞分化及各亚群功能 初始CD4⁺T细胞在IL-12和IFN-γ的诱导下，分化成TH1细胞，产生IFN-γ，参与细胞介导的免疫应答；在TGF-β和IL-6的共同诱导下分化成TH17细胞，分泌IL-17和IL-6，参与炎症反应和自身免疫性疾病的发生；在TGF-β单独诱导下分化成Treg细胞，分泌TGF-β并表达Foxp3，参与免疫的调节；在IL-4的诱导下分化成TH2细胞，分泌IL-4、IL-5和IL-13，参与体液免疫应答。TH1和TH2细胞分泌的细胞因子以及IL-27抑制TH17的分化。 四、结束语和展望 TH17细胞作为一种独立存在的CD4⁺TH细胞亚型已为人们公认。在免疫应答过程中，CD4⁺T细胞被活化、增殖，最终分化为TH1和TH2细胞，介导细胞免疫和体液免疫应答，参与调控细胞内和细胞外的病原微生物的感染。TH17细胞亚群的发现，弥补了TH1/TH2介导效应机制的不足。TH17细胞不仅能促进炎性反应，而且加强了机体的防御功能。TH1和TH2细胞相互调控，TH1和TH2细胞对TH17细胞的调控，以及Treg细胞对TH17细胞的调控等，使效应和抑制处于一种精细而复杂平衡的状态。TH17细胞和Treg细胞虽同属于CD4⁺T细胞，但生物学作用完全相反。TH17细胞可能是自身免疫性疾病的启动细胞，而Treg细胞只能减轻TH17细胞所诱发的自身免疫性疾病发展，两者相互拮抗的结果从而维持机体免疫状态相对稳定。虽然仍有许多相关的问题有待解决，但TH17细胞的发现和深入研究可以进一步揭示自身免疫性疾病的发生、发展机制，并且有可能促进免疫相关疾病治疗新靶点的发现。
|
|
|
