三甲
Th17细胞与克罗恩病的相关性研究进展
Th17细胞与克罗恩病的相关性研究进展
刘颂 任建安
南京大学医学院临床学院南京军区南京总医院普通外科研究所 江苏南京 210002
【摘要】 Th17细胞是近年来新发现的一种T细胞亚群。研究发现，Th17细胞与克罗恩病等免疫性疾病关系密切，IL-23/Th17轴及Th17分泌的多种细胞因子在炎症性肠病中具有重要作用。本文就Th17细胞与克罗恩病的相关性研究做一全面综述。
1．概述
克罗恩病（Crohn’s disease, CD）与溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis, UC）是炎症性肠病（Inflammatory bowel disease, IBD）的两种主要类型，其具体的病因与发病机制目前仍尚未明了。但越来越多的研究表明，CD是在基因易感性基础上，由过度放大的免疫应答造成的[1]。
传统观点认为，CD主要由Th1细胞介导，而UC主要由Th2细胞介导。近来，多项研究均证实了一种与IL-23相关的新的Th细胞亚群，其表面具有IL-23R，主要表达IL-17A、IL-17F、IL-22、IL-21等，可介导炎性介质反应，参与自身免疫性疾病，被命名为Th17细胞[2]。
全基因组关联研究（Genome-wide association study, GWAS）显示，Th17细胞在CD发病中具有重要作用，其表面表达的IL-23R及其他几个参与Th17细胞分化的基因均为CD的易感基因[3]。各种研究结果提示，CD可能是一种由Th1及Th17共同参与的炎症性肠病。
2．Th17的分化及其调控
总体而言，CD4+T细胞主要可分化为四个亚群。Th1细胞主要由IL-12及IFN-γ介导，经T-bet、STAT4、STAT1等，生成IFN-γ，参与细胞免疫。Th2细胞主要由IL-4介导，经GATA-3、STAT-6等，生成IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子，参与体液免疫及过敏性疾病。而调节性T细胞（Treg）主要由TGF-β介导，参与免疫耐受，抑制免疫系统对自身抗原的应答。新近发现的Th17细胞起源于幼稚T细胞，由TGF-β及IL-6共同启动其分化过程，再由IL-21和IL-23增强放大，RORγt是Th17最主要的转录因子，其他转录因子还包括STAT3、RORα、Runx1等[4]。而其负向调节因子则包括IL-25、IL-27、T-bet和IFN-β等。
正常情况下，肠道免疫系统通过调节效应性T细胞（Th1、Th17）与调节性T细胞（Treg），维持免疫应答与免疫耐受之间的平衡。当效应性T细胞的炎症效应超过了调节性T细胞的耐受效应时，机体易诱发CD。
TGF-β与IL-6：关于TGF-β在Th17分化中的必要性曾经存在争议。Wilson[5]等人研究认为，在小鼠模型中，联合运用TGF-β及IL-6即可诱导幼稚T细胞向Th17细胞分化；而在人体模型中，联合运用TGF-β及IL-6并不能诱导Th17细胞的分化，反而会降低IL-17A、IL-17F及IL-22的分泌量。他们认为，IL-1β及IL-23是人体内Th17细胞发育的必需因子，其中IL-1β诱导分化，IL-23维持增生。而Acrosta-Rodriguez[6]等人则研究认为，单纯运用IL-6和IL-1β即可驱使幼稚T细胞向Th17细胞分化，而TGF-β则会抑制Th17细胞的分化过程。而Manel[7]等人的研究则表明，TGF-β连同IL-1β、IL-6等都是Th17分化的必需因子，启动Th17的分化过程。TGF-β能够抑制Th1及Th2的主要转录因子，从而促进Th17的分化[8]。在STAT6/T-bet缺陷型小鼠模型中，由于其无法生成Th1及Th2细胞，即使缺少TGF-β，IL-6也能够独自启动Th17的分化[9]。TGF-β同时也参与Treg的分化，通过上调FOXP3，使幼稚T细胞分化为Treg。在人体内，IL-6决定TGF-β诱导形成的Th17与Treg之间的比例，IL-6可抑制TGF-β对Treg的诱导作用，IL-6与TGF-β同时存在时，Treg生成减少，Th17生成增加[10]。
人体免疫系统能够自动调节Th17与Treg之间的比例，从而适应环境。正常情况下，由于抗原提呈细胞缺少病原体的刺激，不产生IL-6，幼稚T 细胞在TGF-β作用下主要向Treg分化，防止自身免疫病的发生。当病原体入侵时，抗原提呈细胞可分泌IL-6，IL-6与TGF-β共同作用，诱导幼稚T细胞向Th17细胞分化，并抑制TGF-β对Treg的诱导效应，免疫应答增强，有助于机体清除病原体。
RORγt：Dambacher[11]等人在CD病人的肠道固有层中发现，表达RORγt的T细胞增多。Ivanov[12]等人在小鼠模型中发现，当RORγt缺陷时，肠道表达的IL-17明显降低，免疫功能减弱；而体外研究发现，敲除了RORγt基因的CD4+T细胞不表达IL-17，若RORγt过表达，则会使T细胞在无相关刺激下自发表达IL-17。
IL-23：IL-23是Th17分化的必需因子，其并非作用于Th17分化的起始阶段，但对Th17细胞的稳定与增生至关重要。Hoeve[13]等人研究发现，内源性或外源性的IL-23均可造成CD4+T细胞的IL-17表达上调。而体外模型显示，IL-23并不能介导幼稚T细胞向Th17分化，Th17细胞的早期分化以及IL-17的分泌均不需要IL-23[14]。
3．Th17及其细胞因子与克罗恩病
IL-17A、IL-17F：IL-17A与IL-17F是Th17分泌的特征性因子。IL-17A主要由Th17分泌，而自然杀伤性T细胞（NKT）、γδT细胞及CD8+T细胞也可分泌IL-17A。IL-17A能够与上皮细胞、内皮细胞、纤维母细胞表达的IL-17受体（IL-17RA）结合，激活NF-κB及MAPK途径。
Sonder[15]等人最新研究发现，IL-17可与其下游的CIKS/Act受体结合，通过TRAF6进而激活NF-κB。他们还在CIKS的N端发现了一段新区域，推测这段区域是与TRAF结合的一个新位点。他们进而认为，这个新位点与之前公认的两个经典结合位点，共同参与了IL-17激活NF-κB，参与自身免疫性疾病（包括克罗恩病）的过程。
研究显示，IL-17缺陷型小鼠的抗原特异性T细胞激活受阻，抗体生成减少[16]。Fujino[17]等人在IBD患者体内发现，其肠道黏膜中的IL-17A mRNA表达水平升高，胞内蛋白生成增加。与此相似，Seiderer[18]等人在活动性CD患者体内发现，IL-17F mRNA表达水平升高。在三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的小鼠结肠炎模型中发现，IL-17RA表达缺陷可阻断CXCL2的表达及中性粒细胞向结肠的迁移[19]。Rodriguez[20]等人发现，IL-17RA缺陷的小鼠可表现出粒细胞生成缺陷及粒细胞集落刺激因子（G-CSF）应答障碍，导致小鼠对实验性肺炎克雷伯菌肺部感染的易感性增加，并由此推测，IL-17RA缺陷可增加感染并发症的发病率。
总体而言，IL-17A作为Th17细胞最主要的分泌因子，通过作用于肠道上皮细胞、内皮细胞、巨噬细胞、成纤维细胞及结肠肌纤维母细胞等，诱导释放促炎性趋化因子、细胞因子及其他促炎介质（如前列腺素、MMPs、粒细胞集落刺激因子等），介导粒细胞的早期动员，参与早期炎性介质反应。同时介导淋巴细胞及树突状细胞的大量募集及聚集，维持肠道持久的炎性介质反应。另外，IL-17A还参与中性粒细胞的增生、成熟及凋亡，促进树突状细胞成熟，通过多种途径引发炎性介质反应[21]。
虽然IL-17A的生理效应主要为增强炎症应答，一些研究也展现了IL-17A的上皮屏障保护效应，如增强抗菌肽的表达，调节紧密连接，维持上皮屏障的稳定[22]。Ogawa[23]及Yang[24]等人分别研究发现：在葡聚糖硫酸钠（Dextram sodium sulfate，DSS）诱发的小鼠急性结肠炎模型中，给予抗IL-17A抗体或敲除小鼠的IL-17A基因，均可导致严重的体重丢失及结肠上皮细胞的损伤，提示IL-17A可能具有肠道保护效应。与此相反，若敲除小鼠的IL-17F基因，会恶化结肠炎症程度，提示IL-17F可能仅仅增强炎症应答，并不具有肠道保护作用。一项针对AIN457（IL-17的单克隆抗体）与CD相关性的研究正在进行，其结果有助于更深入地揭示IL-17的致病机制[25]。
IL-22：IL-22R复合体由IL-22R1和IL-10R2组成，其中IL-22R1属特异性亚单位，而IL-10R2则与IL-10R、IL-26R共享。Brand[26]等人研究证实，肠道上皮细胞表达有IL-22R复合体。IL-22与其受体结合后，既可在肠道上皮细胞中通过STAT3途径，激活多种促炎因子的表达，又可在结肠上皮下的成纤维母细胞中通过NF-κB及AP-1途径，增加促炎因子、化学增活素、金属蛋白酶等的表达。
Brand[26]等人的研究同时发现，IBD患者肠道内的IL-22表达水平偏高，然而此时高表达的IL-22是否来源于Th17细胞尚有争议。事实上，其他一些研究则显示，IBD患者肠道内的IL-22与IL-17A的来源不同，其可能来源于一种IL-22分泌型T细胞（称为Th22细胞）[27]。
IL-22不仅具有促炎效应，也具有肠道保护作用。IL-22可增强肠道上皮细胞的增生与迁移，刺激防御素的表达。Brand[26]等人最近还发现，IL-22能够上调防御素β2，介导肠道创伤的愈合。IL-22还能够增加抗菌肽的分泌，上调脂多糖结合蛋白（LBP）的表达水平，进而对抗循环性内毒素（LPS），发挥保护效应[28]。
总而言之，IL-22在CD中具有双向效应[29]。一方面，IL-22可上调一系列促炎介质的表达，另一方面，IL-22也可通过增加抗菌肽的生成，介导肠道上皮细胞的增生与迁移，增强肠道屏障功能。
IL-26：IL-26R复合体由IL-20R1及IL-10R2组成，在肠道上皮细胞表达。IL-26可激活MAPK、Akt、STAT1/3以及促炎因子的转录。然而，与IL-22的促增生效应相反，IL-26可抑制细胞增生，因而阻碍肠道创伤愈合过程[30]。在CD患者的结肠炎病灶中，Dambacher[30]等人发现IL-26 mRNA表达上调，这种上调与IL-8及IL-22相关。免疫组化证实，活动性CD的结肠内，表达IL-26的T细胞（包括Th17）数目增加[30]。Pene[31]等人同样发现，CD患者的肠道黏膜内存在表达IL-26的Th17细胞。
目前，IL-26致肠道炎症的确切机制尚未明了，由于IL-26仅在人体表达，不在小鼠体内表达，因此限制了IL-26的研究进展。
IL-21：IL-21由Th17分泌，其表达依赖于IL-6及STAT-3。IL-21以自分泌的方式介导CD4+T细胞向Th17的分化，并通过自身正反馈增强Th17的表达与效应[32]。
在CD患者体内，尤其是肠道固有层淋巴细胞中可发现IL-21表达上调。Monteleone[32] 等人研究认为，Th1分泌的IL-12可通过IFN-γ上调正常固有层淋巴细胞的IL-21的表达，若阻断CD患者固有层单核细胞中的IL-12，可下调IL-21的表达。研究同时发现，针对CD患者固有层单核细胞IL-21的中和作用，可导致STAT4磷酸化受阻及T-bet表达下调，进而抑制IFN-γ的生成[32]。
因此，IL-21可能不仅参与Th17介导的炎性介质反应，而且参与Th1介导的黏膜免疫应答，其促炎效应部分是通过纤维母细胞分泌的基质金属蛋白酶（MMP）介导的[33]。
CCL-20：趋化因子CCL-20也是Th17分泌的一种效应蛋白。CCL-20是CCL-6的配体，而Th17细胞表面表达有CCL-6，因此CCL-20通过自身正反馈不断促进Th17细胞的集聚，维持肠道炎性介质反应的持续存在。
Brand[34]最近的研究发现，CD患者体内存在与IL-8 mRNA相关的CCL-20表达增强，CCL-20的单克隆抗体具有保护小鼠免受TNBS诱导性结肠炎的作用。
4．IL23/Th17与克罗恩病
传统观点认为，CD主要是由IL-12/Th1/IFN-γ轴介导的免疫性疾病，但越来越多的研究显示，IL-23/Th17/IL-17轴才是CD发病的关键因素，并为临床治疗提供了新的靶点。
IL-23由p40和p19两个亚单位组成，其中p40也可与p35组成IL-12，两者共有p40亚单位。以往的临床研究证实，抗p40抗体治疗CD具有确切疗效，但由此得出的IL-12的致病能力可能被过分夸大了，因为抗p40抗体不仅能够阻断IL-12p40，而且能够阻断IL-23p40。
在自身免疫模型中发现，IL-12p35缺陷型小鼠仍然能够发生炎性介质反应，但若IL-23p19缺陷，炎症便不再发生，由此推断，自身免疫与IL-23关系更为密切[35]。在肠道炎症模型中也能够得到同样的结果，Hue[36]等人证实，在T细胞缺陷的肝螺杆菌感染的RAG敲除小鼠模型中，抗IL-23p19抗体能够抑制慢性肠道炎症。在转染的UC模型中发现，IL-23p19及IL-12/IL-23p40缺陷能够保护小鼠免受UC，而单纯IL-12p35缺陷时，小鼠仍然会发生UC[37]。与此一致，Yen[38]等人发现，在IL-10缺陷型小鼠体内，结肠炎更多的依赖IL-23，而不是IL-12；给予外源性IL-23，可引起结肠炎恶化，给予抗IL-23p19抗体，可缓解结肠炎症状。以上种种研究结果均表明，在小鼠肠道炎症模型中，IL-23/Th17轴比IL-12/Th1轴具有更重要的作用。
IL-23主要来源于活化的中性粒细胞及树突状细胞等。IL-23具有前炎症活性，可趋化炎症细胞的集聚与迁移，它与IL-23R结合后，激活STAT3、STAT2、JAK2等信号分子，刺激T细胞的增生，并诱导记忆性T细胞分化为Th17细胞，Th17细胞进而分泌IL-17等炎症介质，引发肠道的慢性炎症及其他自身免疫病的发生[38]。
新近研究表明，IL-23参与抑制Treg的生成与活性。在IL-23缺乏的条件下，幼稚T细胞向Treg转化增多。在IL-23缺陷型小鼠体内发现，若Treg出现缺陷，仍可发生结肠炎。这些研究表明，IL-23在肠道中是通过作用于Treg，抑制其免疫耐受作用引发肠道炎症的[39]。
在人体模型中也发现，CD病人的肠道炎症病灶中IL-12与IL-23表达增高[40]。因此，IL-12/Th1与IL-23/Th17皆是CD的治疗靶点。临床证实，Ustekinumab（一种抗p40抗体）能够同时阻断IL-12和IL-23的p40亚单位，对中度至重度的CD患者有显著疗效，尤其是之前接受过英夫利昔单抗（Infliximab）治疗的患者[41]。目前尚缺少单纯抗IL-23p19抗体的疗效数据，但这种疗法前景良好，并有助于进一步鉴别IL-12/Th1与IL-23/Th17的致病机制。
近期一些研究却提示，IL-23参与肠道炎症的过程可能并不依赖于Th17[37]。而Th17细胞在不同的因子环境中发挥的效应也不同，正常肠道中，Th17发挥“哨兵”式的初始作用，促进并维持上皮细胞屏障的连接，而在慢性肠道炎症中，高水平的IL-23可刺激Th17发挥出致病及抗菌效应[38]。
5．结语
Th17细胞的发现及其对CD致病作用的阐明是近年来的IBD研究领域的一大突破。越来越多的研究证明，IL23/Th17通路及Th17分泌的多种效应因子在肠道炎症中可能处于关键地位。
然而，O’Connor[42]等人的研究却认为，Th17及IL-17在哮喘及结肠炎模型中可能发挥了一种保护效应。这些研究显示，如果抑制Th17应答，将过度放大Th1及Th2型炎性介质反应。由此可见，目前在Th17细胞调节自身免疫方面仍然存在许多问题尚未解决，随着人们对Th17研究的逐渐深入，必将为CD等自身免疫性疾病的认识与治疗带来新的进步。
参考文献
（略）
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