Th17細胞及其分化調控機制研究進展

滕素玲,鄭世民

(東北農業大學動物醫學學院,黑龍江哈爾濱 150030)

Th17細胞及其分化調控機制研究進展

滕素玲,鄭世民*

(東北農業大學動物醫學學院,黑龍江哈爾濱 150030)

輔助性T細胞17(T help cell 17,Th17)是2005年發現的能夠分泌白細胞介素17的CD4+T細胞,其與Th1、Th2、Tregs共同構成CD4+T細胞的4個亞群。該細胞的分化受多種細胞因子和信號分子精細而復雜地調控。轉化生長因子-β(TGF-β)、IL-6 、IL-23和RORγ t在 Th17細胞的分化形成過程中起著積極的促進作用,而Socs3和Ets-1則抑制它的分化。論文對Th17細胞及其分化調控機制的研究進展做一簡要綜述。

Th17細胞;白細胞介素-17;分化調控

*通訊作者

從激活的 T細胞雜交瘤中克隆出小鼠細胞毒性T淋巴細胞相關抗原-8(CT LA-8)的cDNA序列,并將其相關蛋白命名為白細胞介素-17(interleukin-17,IL-17)以來,IL-17基因相繼在人、雞、鴨、豬、牛、馬等動物中克隆成功,并對其生物學功能進行了廣泛研究,直到2005年產生IL-17的Th17細胞才被認識到是一種獨特的CD4+T細胞亞群。

1 Th17細胞概述

Th17細胞的發現起源于對鼠實驗性自身免疫性腦炎(experimental autoimmune encephalitis,EAE)和膠原性關節炎(collagen induced arthritis,CIA)的研究。長期以來,人們將CD4+T細胞分為Th1、Th2效應細胞和 Tregs調節細胞,并認為EAE和CIA是由IL-12誘導的Th1類細胞介導。然而,隨著IL-12家族新成員IL-23的發現,Th1導致EAE和CIA的觀點受到質疑。IL-12是由P40和P35兩種亞基組成的異源二聚體;而IL-23由P40和P19兩種亞基組成,IL-23與IL-12共用P40亞基。Cua D J等[1]研究發現,缺乏P19亞基(只缺乏IL-23)或P40亞基(IL-23和IL-12同時缺乏)小鼠對EAE和CIA具有低抗性,而僅缺乏P35亞基(只缺乏IL-12)小鼠對EAE和CIA依然易感,提示在器官特異性自體免疫性疾病中起關鍵作用的是IL-23而非IL-12。隨后,Langrish C L等[2]研究證實,IL-23誘導產生的IL-17可導致嚴重的EAE。在EAE小鼠的中樞神經系統中可呈現大量產生IL-17的CD4+T細胞浸潤,將此類細胞轉輸給正常小鼠可誘發嚴重的EAE,但輸入Th1細胞未見上述效應[3]。進一步研究發現,IL-17+T細胞與 Th1、Th2、Tregs細胞分化之間存在相互頡頏,IL-17+T細胞分化需要封閉促進 Th1和 Th2分化的因素。因此,研究者認為,機體存在一種新的CD4+T細胞亞群,其具有IL-23依賴性產生IL-17,隨即提出了Th17細胞的概念[4]。

Th17細胞主要通過分泌的細胞因子IL-17、IL-21、IL-22、IL-26 和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等發揮生物學作用,其中最主要的效應因子是IL-17,該細胞因子家族包括IL-17(A～F)6個成員。研究最多的是IL-17A,該細胞因子是一種促炎癥性細胞因子,除激活的記憶性CD4+T細胞表達IL-17A外,單核細胞、中性粒細胞、酸性粒細胞、γ δ T細胞、自然殺傷 T 細胞和 CD8+T 細胞也表達IL-17A,但除CD4+T細胞,尚未發現上述其他細胞能釋放可溶性的IL-17A。chIL-17A(chicken IL-17A)與哺乳動物 IL-17A有37%～46%的氨基酸同源性[5]。Northern blot分析表明,IL-17A在REV感染的雞淋巴細胞系(CU205)和ConA刺激脾淋巴細胞中表達,不在其他雞的細胞系或正常組織中表達,COS7細胞表達IL-17A的上清液,能誘導雞胚成纖維細胞中IL-6的產生,這提示IL-17A在禽免疫中具有功能性角色[6]。

Th17細胞分泌IL-17發揮效應是通過其IL-17R來實現的,有研究發現IL-17RA與其配體結合發生構象改變形成配體復合物,是IL-17發揮作用的主要功能受體[7]。另一種IL-17超家族成員IL-17RC與IL-17介導的信號轉導有關。IL-17誘導的靶基因有 IL-1β、Toll樣受體配體和 Toll IL-1受體樣信號域SEF IR。IL-17信號途徑必須有TNF受體相關因子6(T RAF6)參與,而 TRAF6和SET IR域銜接蛋白Act1需要核因子(NF)-κ B活化,說明IL-17信號途徑是依賴 NF-κ B的[8]。此外,CCEAT/增強子結合蛋白(C/EBP),特別是 C/EBPβ和C/EBPδ對靶基因表達有重要調節作用,IL-17可明顯增強C/EBP的活性,但機制未明。IL-17RA與靶基因SEF IR中間環節不依賴Toll IL-1受體銜接蛋白,但 Toll IL-1受體需要NF-κ B、絲裂原活化蛋白激酶的活化及高水平的C/EBPβ、C/EBPδ[9]。

在感染或炎癥早期,IL-17A通過有效介導中性粒細胞參與前炎癥反應。IL-17A不但可誘導IL-6、急性期反應蛋白(APP)、粒-巨細胞集落刺激因子(G-CSF)和前列腺素E2(PGE2)等表達,而且其與TNF-α有協同作用,放大或加強致炎效應。IL-17A還可增加堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、肝細胞生長因子(hepatocyte grow th factor,HGF)和血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等生長因子誘導的血管內皮細胞的生長,從而促進血管生成。

2 Th17細胞的分化調控

初始CD4+T細胞接受抗原刺激后,在不同條件下可分化成不同亞型的T細胞,發揮不同的功能,如CD4+T細胞在IL-12和IFN-γ誘導下分化為Th1細胞,分泌IFN-γ,參與細胞介導的免疫應答;在IL-4誘導下分化為Th2細胞,分泌IL-4、IL-5、IL-13,參與體液免疫反應;在 TGF-β單獨誘導下分化為Tregs細胞,分泌 TGF-β,參與免疫調節;在TGF-β和IL-6共同誘導下分化為Th17細胞,分泌IL-17,參與炎癥和自身免疫性疾病。Th1、Th2和Tregs的發育和分化分別受轉錄因子 T-bet、GATA3和Forkhead家族蛋白3(Forkhead box protein 3,Foxp3)等的特異性調控。最近研究發現,孤核受體 γ t(orphan nuclear receptor gamma t,RORγ t)控制T h17細胞分化[10]。

2.1 細胞因子對Th17細胞分化的調控

Th17細胞分化主要由誘導、擴增和穩定3個階段構成:首先是誘導階段,由 TGF-β和IL-6啟動。TGF-β能通過細胞膜上的TGF-t3RI/TGF-BRII活化下游分子smad2/3/4;IL-6能通過細胞膜上受體gp130/II-6Ra活化下游分子信號轉導和轉錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)。初始 T細胞在炎性因子 TGF-β和IL-6的作用下分化成 Th17細胞。Louten J等[11]認為TGF-β和IL-6雖然可促進Th17細胞的生成,使其產生IL-17和IL-10,結果卻抑制了Th17細胞介導的病理效應,其可能原因是Th17細胞產生的IL-10抑制由IL-17引起的炎癥和組織損傷。在多發性硬化癥小鼠模型中,IL-10在限制Th17細胞驅動的炎癥中發揮了重要作用。Heo Y J等[12]研究發現,人自身免疫性疾病時,IL-10抑制IL-17和RORγ t的表達,促進 Foxp3的表達,表明 IL-10在自身免疫性疾病的治療中可能發揮重要作用。IL-6同時上調IL-21的表達。有研究證實,在IL-6缺失時,IL-21可與 TGF-β一同誘導Th17細胞的分化,提示IL-21或許能夠取代IL-6誘導Th17細胞分化[13]。其次是擴增階段,由IL-21介導。后者在Th17細胞分化中發揮正反饋作用。Wei L等[14]研究發現,IL-21以STAT3依賴形式由 Th17細胞自分泌,STAT3能直接結合分泌型IL-21的啟動子,誘導 Th17細胞再產生 IL-21,形成 STAT3-Th17-IL-21為循環的IL-21自分泌環。最后是穩定階段,由 IL-23 維持。TGF-β、IL-6、IL-21和 IL-23可上調Th17細胞表面IL-23R的表達。初始CD4+T細胞表面不表達IL-23R,故IL-23不能成為Th17細胞分化的啟動因素。IL-23與其受體結合后通過激活JAK-STAT信號途徑,引起Jak2、Tyk2磷酸化,進而促進 STAT1 、STAT3、STAT4 和 STAT5磷酸化。其中,STAT3是IL-23重要的信號轉導分子,當STAT3缺陷時,IL-23則失去誘導IL-17的作用。IL-23可介導STAT3的磷酸化,使STAT3激活,從而促進IL-17的分泌但不產生IL-10,此時Th17細胞具有強致病潛能。表明IL-23在介導效應性Th17細胞致病性過程中發揮關鍵作用。

Burgler S等[15]研究表明,人類Th17細胞的誘導階段是由IL-1β聯合IL-6和IL-23控制,而 TGF-β不是必需的,但也有報道[16],人類Th17細胞的分化需要低劑量的TGF-β。人Th17細胞的分化條件與鼠類不同,兩類Th17細胞在感染性、自身免疫性疾病中所發揮的作用是否相同,尚待進一步研究。

2.2 信號分子對Th17細胞分化的調控

Nishihara M 等[17]研究發現,IL-6可直接作用于T細胞,通過信號轉導gp130的酪氨酸殘基誘導STAT3的激活并促進T h17細胞發育。如果缺乏gp130-STAT3途徑,則不能促進 Th17細胞的分化,由此可見,IL-6-gp130-STAT3途徑對Th17細胞的分化是必需的。阻斷IL-6-gp130-STAT3可成為控制Th17細胞誘導的自身免疫疾病的有效措施。STAT3可誘導下游轉錄激活因子 RORγ t的表達,STAT3缺乏則使RORγ t表達受損,而 T細胞中Foxp3表達增加。新近發現[18],Tregs細胞表達的轉錄因子Foxp3通過直接與RORγ t結合而抑制 RORγ t介導的 IL-17mRNA轉錄,從而影響Th17細胞的功能。相反,STAT3功能亢進時RORγ t表達增加,抑制 Foxp3表達,進而抑制CD4+T細胞向 Tregs分化,促進Th17細胞增殖[19]。

RORγ t屬于核激素受體超家族成員。鼠RORγ t基因位于3號染色體的Rorc位點。RORγ t在分化成熟的Th17細胞中高表達,其通過啟動染色體重塑機制,使其他因子與IL-17啟動子結合,從而誘導編碼IL-17A和IL-17F基因的表達。RORα為另一個Th17細胞相關的轉錄因子,其可通過誘導IL-17A和IL-17F基因中的保守非編碼序列2(conserved noncoding sequence 2,CNS2)促進Th17細胞分化。RORα單獨缺失對IL-17產生的影響極其微弱,但 RORγ t和 RORα聯合缺乏可完全消除IL-17的表達,從而大大降低EAE等自身免疫性疾病的發生[20]。RORγ t和RORα可能以共表達方式誘導未致敏T細胞向Th17細胞的分化。此外,芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AHR)以配體依賴方式聯合RORγ t促進 Th17細胞的分化;干擾素調節因子-4(interferon regulatory factor 4,IRF-4)和Runx1與TCR相互作用上調RORγ t表達,直接誘導IL-17的轉錄。

研究發現,細胞因子信號蛋白抑制因子3(suppressor of cytokine signaling proteins 3,Socs3)可通過影響STAT3的磷酸化,負向調節Th17細胞的分化。Socs3是細胞因子依賴性的STAT3磷酸化的重要調控因子。Chen Z等[21]在對缺乏Socs3的T細胞研究中發現,Socs3缺乏時,IL-23依賴性的STAT3酪氨酸磷酸化水平得到明顯增強,進一步研究發現,缺乏Socs3情況下,IL-6、IL-21、IL-23等與Th17細胞正調節有關的細胞因子作用明顯增強。因此,Socs3的作用機制可能是限制STAT3的磷酸化過程,抑制STAT3與IL-17A/F啟動子的結合,從而抑制Th17細胞的產生。Moisan J等[22]的研究表明,Ets-1是T h17細胞分化的一個負向調節因子;Ets-1缺陷的T h細胞比野生型細胞分化更多的Th17細胞,其原因是由于Ets-1缺陷,使 IL-2低表達,從而對 Th17細胞分化的抑制作用減弱,下游STAT5磷酸化途徑缺失。Bozza S等[23]認為,TollIL-1R8(TIR8)在IL-1信號依賴的致炎性Th17細胞反應的活化中也起負向調節作用。

3 展望

Th17細胞亞群的發現,彌補了Th1/Th2介導效應機制的不足,豐富了細胞免疫和體液免疫應答調控機制。對Th17細胞分化及調控機制的深入研究有助于加深對自身免疫疾病的認識,而這種細胞亞類也有潛在成為炎癥疾病治療的新靶標,并為新型免疫抑制藥物的研發提供新思路。另外,人類Th1細胞與Th17細胞在發育上的相關性還有待確定,經典的Th1細胞途徑能否對Th17細胞亞群的病理活化起到抑制作用還有待進一步探討。

[1]Cua D J,Sherlock J,Chen Y,et al.Interleukin-23 rather than interleukin-12 is the critical cy tokine fo r autoimmune inflammation of the brain[J].Nature,2003,421(6924):744-748.

[2]Langrish C L,Chen Y,Blumenschein W M,et al.IL-23 drives a pathogenic T cell population that induces autoimmune inflammation[J].J Exp Med,2005,201(2):233-240.

[3]何 英,鄭長青,林 艷,等.T h17細胞的生物學效應及研究進展[J].現代生物醫學進展,2009,9(9):1769-1772.

[4]Harrington L E,Hatton R D,Mangan P R,et al.Interleukin 17-producing CD4+effector T cells develop via a lineage distinct from the T helper ty pe 1 and 2 lineages[J].Nat Immunol,2005,6(11):1123-1132.

[5]鄭玉姝,趙 樸,趙宏坤,等.鳥類、哺乳類及水生動物促炎性白細胞介素的比較[J].動物醫學進展,2006,27(6):29-33.

[6]徐永莉,紅寧,黃 勇,等.雞白介素的分子生物學和應用研究進展[J].動物醫學進展,2007,28(6):57-60.

[7]Gaffen S L,Kramer J M,Yu J J,et al.T he IL-17 cy tokine family[J].Vitam Ho rm,2006,74:255-282.

[8]戴新貴,姚詠明,艾宇航.輔助性 T細胞17的研究進展[J].生理科學進展,2008,39(4):307-313.

[9]K ramer J M,Hanel W,Shen F,et al.78 dissecting the IL-17 receptor:Identification ofa pre-ligand assembly domain(P LAD)and ligand binding site in IL-17RA[J].Cy tokine,2007,39(1):22.

[10]Vanov I I,McKenzie B S,Zhou L,et al.The orphan nuclear receptor RORγ t directs the differentiation program of proinflammatory IL17+T helper cells[J].Cell,2006,126(6):1121-1133.

[11]Louten J,Boniface K,de-Waal-Malefyt R.Development and function of TH17 cells in health and disease[J].J Allergy Clin Immunol,2009,123(5):1004-1011.

[12]Heo Y J,Joo Y B,Oh H J,et al.IL-10 suppresses Th17 cells and promotes regulatory T cells in the CD4+T cell population of rheumatoid arthritis patients[J].Immunol Lett,2010,127(2):150-156.

[13]Monteleone G,Pallone F,Macdonald T T.Interleukin-21:a critical regulator of the balance between effector and regulatory T cell responses[J].Trends Immunol,2008,29(6):290-294.

[14]Wei L,Laurence A,Elias K M.IL-21 is produced by Th17 cells and drives IL-17 production in a ST AT3-dependent manner[J].Biol Chem,2007,282(48):34605-34610.

[15]Burgler S,Ouaked N,Bassin C,et al.Differentiation and functional analysis of human T(H)17 cells[J].J Allergy Clin Immunol,2009,123:588-595.

[16]Veldhoen M,Hocking R J,Atkins C J,et al.TGF-β in the context of an inflammatory cytokine milieu supports de novo differentiation of IL-17-producing T cells[J].Immunity,2006,24(2):179-189.

[17]Nishihara M,Ogura H,Ueda N,et al.IL-6-g p130-STAT 3 in directs the development of IL-17+Th with a minimum effect on at of T reg the steady steady state[J].Int Immunol,2007,19(6):695-702.

[18]Chiy ama K,Yoshida H,Wakabayashi Y,et al.Foxp3 inhibitROR gammat-mediated IL-17A mRNA transcrip tionthrough direct interaction with ROR gammat[J].J Biol Chem,2008,283(25):17003-17008.

[19]吳 莉.Th17細胞分化機制研究新進展[J].中國免疫學雜志,2009,25(4):277-381.

[20]Yang X O,Pappu B P,Nurieva R,et al.T helpr 17 lineage differentiation is programmed by orphan nuclear receptors ROR alpha and ROR gamma t[J].Immunity,2008,28(1):29-39.

[21]Chen Z,Laurence A,Kanno Y,et al.Selective regulatory function of Socs3 in the formation of IL-17-secreting T cells[J].P Natl Acad Sci USA,2006,103(21):8137-8142.

[22]Moisan J,G renningloh R,Bettelli E,et al.Ets-1 is anegative regulator of T h17 differentiation[J].J Exp Med,2007,204(12):28256-28235.

[23]Bozza S,Zelante T,Moretti S,et al.Lack of Toll IL-1R8 exacerbates Th17 cell responses in fungal infection[J].J Immunol,2008,180(6):4022-4031.

Progress on Th17 Cell and Regulative Mechanism for Its Differentiation

TENG Su-ling,ZHENG Shi-min

(College of Veterinary Medicine,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang,150030,China)

T help 17(Th17)cell,which was first found in 2005 and is characterized by the release of interleukin(IL)-17,constitutes four subtypes of CD4+T cells together with Th1,Th2 and regulatory T(Tregs)cells.Th17 cell differentiation is regulated by a variety of cytokines and signaling molecules.TGF-β,IL-6,IL-23 and RORγ t play an important role in promoting Th17 cell's differentiation,while Socs3 and Ets-1 inbitit the process.In this paper,research advances in Th17 cell and regulative mechanism for its differentiation were summarized.

Th17 cell;interleukin-17;differentiation and regulation

S852.4

A

1007-5038(2010)09-0089-04

2010-03-11

黑龍江省自然科學基金項目(C200841);黑龍江省教育廳項目(11511031)

滕素玲(1983-),女,山東德州人,碩士研究生,主要從事畜禽免疫病理研究。