IL-17在局部及全身的致關節炎作用：從發現到靶向治療

莫穎倩 畢瑜斐 戴冽 Pierre Miossec

促炎癥細胞因子IL-17近年才被全面認識，即已成為眾多慢性炎癥性疾病的重要治療靶點[1-2]。IL-17在宿主防御細胞外細菌感染及真菌感染中起關鍵作用[3]。IL-17還參與多種炎癥性疾病的致病過程，包括銀屑病、銀屑病關節炎、類風濕關節炎(RA)、強直性脊柱炎(AS)等。首個靶向IL-17的抗體在2015年獲批用于治療銀屑病。目前其他IL-17通路抑制劑正就不斷增加的臨床適應證而進行臨床試驗[4]。該文綜述了IL-17從發現到明確局部及全身的致關節炎作用、再到臨床靶向IL-17治療炎癥性關節病的全過程，不僅給臨床醫生闡明了一種新的治療選擇，而且呈現了一個很好的、從基礎到臨床的“轉化醫學”案例。

一、IL-17的發現

1. IL-17的發現過程及生物學活性

IL-17基因及IL-17蛋白作為嚙齒類動物T細胞的產物于1993年被首次發現，當時被命名為細胞毒性T細胞相關抗原(CTLA)-8。最早報道的人IL-17生物學活性是其對RA滑膜細胞和來自健康人正常皮膚成纖維細胞的作用，揭示IL-17可誘導IL-6和IL-8的產生。這些最初的研究結果很快將IL-17的活性與炎癥及中性粒細胞生物學特性聯系起來，前者是指產生IL-6(炎癥及宿主防御中的主要細胞因子)，后者是指產生IL-8——CXC趨化因子受體(CXCR)-2的趨化配體，介導中性粒細胞招募到組織[4]。

隨后研究表明，成年RA患者滑膜組織體外培養產生具有活性的IL-17。當把RA滑膜培養的上清液加入到正常滑膜細胞培養基中，IL-6產生增多；再加入IL-17特異性抗體，IL-6產生降低2/3。該關鍵研究首次使用現有的拮抗人IL-17的單克隆抗體，顯示IL-17可作為慢性炎癥的治療靶點。此外，該研究還揭示了單用IL-17對滑膜細胞產生IL-6的作用有限，但協同IL-1和TNF可增加IL-6的產生。這些早期發現提示，RA滑膜產生的IL-17協同其他已知的刺激因子導致IL-6的產生，即細胞因子之間常見的協同作用[5]。

后續研究逐漸闡明活性IL-17的主要生物學作用，包括：①促進內皮細胞、上皮細胞、成纖維細胞、巨噬細胞及樹突狀細胞分泌炎癥因子，如前述的IL-6和IL-8，從而介導炎癥；②促進內皮細胞分泌組織因子等，從而介導血栓形成；③促進巨噬細胞或樹突狀細胞分泌基質金屬蛋白酶(MMP)，促進軟骨細胞釋放一氧化氮，從而介導軟骨破壞；④促進成骨細胞分泌核轉錄因子-κB配體受體激動劑(RANKL)，從而促進破骨細胞形成及骨侵蝕，見圖1[4]。

圖1 活性IL-17的主要生物學作用

2. IL-17的結構和功能

IL-17分子是一個二聚體，由2個單體通過分子內二硫鍵連接半胱氨酸殘基而成。現有文獻中提到的IL-17是IL-17A，但通常被稱為IL-17，是IL-17家族的首個成員。IL-17家族由IL-17A到IL-17F等6個成員組成，所有成員都包含羥基端半胱氨酸殘基。IL-17A和IL-17F是IL-17家族的主要成員，主要由輔助性T細胞17(Th17)產生。IL-17F是IL-17家族中首個可形成結晶的成員，其分子的二聚體含胱氨酸結，類似于神經生長因子受體家族中的胱氨酸結。IL-17F與IL-17A有50%的序列一致性，IL-17F二聚體多與IL-17A共表達，IL-17F也可與IL-17A呈現為IL-17A-IL-17F的異二聚體結構。雖然單用IL-17F誘導炎癥的活性通常低于IL-17A，但當協同TNF時IL-17F的誘導活性增強[5]。

然而，炎癥小鼠模型的結果提示IL-17F與IL-17A的某些促炎癥功能并不一致[6]。例如，在一個由Th2細胞驅動的哮喘模型中，基因敲除IL-17F小鼠的肺部中性粒細胞炎癥較敲除IL-17A小鼠大幅減輕[6]。此外，基因敲除IL-17F減輕實驗性結腸炎，而基因敲除IL-17A加重疾病[6]。但在滑膜細胞中，尚無基因被確認是僅由IL-17F特異性誘導而無IL-17A參與[5]。這些結果使IL-17F作為單獨靶點或與IL-17A聯合作為靶點的應用被質疑。顯然，在人體以及炎癥實驗模型中IL-17A和IL-17F存在不同效應，仍有待進一步研究。

二、Th17的發現

T細胞產生的細胞因子如IL-17不能根據Th1-Th2體系進行分類[7]。優先表達IL-17且不表達IFN-γ或IL-4的T細胞，被命名為Th17細胞。這些T細胞構成獨特的體系，因此目前Th分為3種：Th1、Th2和Th17[8]。正如Th1和Th2，Th17細胞也產生一組獨特的細胞因子：IL-17A、IL-17F、IL-22和IL-21，這些細胞因子均參與調控特定類型的炎癥反應。在關節炎滑膜及活化的外周血單個核細胞中，IL-17+細胞表現出類似漿細胞的形態。

體外試驗中，即使調控Th1和Th2細胞形成的關鍵轉錄因子存在基因缺陷，IL-23仍可促進Th17細胞增多，這個現象表明Th17有別于Th1和Th2。然而，IL-23誘導出Th17的發現引出了一個難題。因為初始T細胞不表達IL-23受體，因此即使加入IL-23，高度純化的初始T細胞仍不能分化為Th17細胞。那么Th17細胞是如何分化產生的呢？

3個獨立團隊同時發現轉化生長因子-β(TGF-β)協同IL-6誘導初始T細胞分化為Th17，使這一難題有了新的轉機。這項發現令人震驚，因為TGF-β既往被歸類為免疫抑制因子，并非T細胞分化誘導因子。此外，初始T細胞單獨暴露于TGF-β后表達叉頭狀轉錄因子(Foxp)3——一種誘導調節性T細胞(抑制炎癥和自身免疫的T細胞)的主要轉錄因子。一項相關研究表明，IL-6是TGF-β介導產生Foxp3+調節性T細胞的強抑制因子。IL-6不僅抑制這些細胞的生成，并且協同TGF-β促進初始T細胞表達IL-17及分化為Th17。因此，Th17和Foxp3+調節性T細胞相互制約。TGF-β誘導初始T細胞分化成抑制炎癥的調節性T細胞，而IL-6逆轉TGF-β始動的這一過程，誘導產生Th17，見圖2[2]。

IFN-γ和IL-4分別由Th1和Th2細胞產生，通過自分泌環放大細胞分化效應。相比之下，IL-17既不是Th17細胞的生長因子又不是其分化因子，故不能放大Th17細胞的分化效應。然而，IL-21——IL-2細胞因子家族中的成員之一，由成熟Th17細胞大量分泌，協同TGF-β放大Th17的分化效應。IL-21缺乏時Th17細胞的擴增也存在缺陷。總之，Th17也存在自分泌環，其中主要因子是TGF-β和IL-21。

圖2 小鼠Th17細胞的分化

間充質細胞和免疫細胞的相互作用是局部產生促炎癥細胞因子的關鍵，并影響細胞生存[9]。在銀屑病中，Th17細胞浸潤炎癥部位，并作用于局部間充質細胞，包括皮膚成纖維細胞。但與IL-8、IL-6 和IL-1β不同，僅有細胞接觸不足以誘導大量IL-17分泌到上清液，提示產生IL-17需要2種信號，即細胞接觸和T細胞受體活化。此外，Transwell侵襲小室試驗證實IL-17的產生需要成纖維細胞和T細胞的直接接觸[10]。

三、IL-17對骨的作用

RA過度骨破壞及骨修復缺陷導致大量關節破壞；而在AS中，過度異位骨形成導致韌帶骨贅形成，伴全身骨量丟失[11]。上述2種疾病中，IL-17水平升高提示其對骨丟失有作用。IL-17A被認為是治療RA和AS的新靶點[12]。既往研究顯示，加入IL-17A抑制劑或TNF-α抑制劑，或更好是兩者聯用，可降低RA體外模型的骨丟失。

IL-17A促進骨丟失的機制主要是刺激破骨細胞形成，直接作用或通過促進基質細胞表達RANKL和巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)。IL-17A還可誘導靶細胞(如RA-FLS)產生促炎癥細胞因子，如IL-6、IL-1、CXCL8、TNF和MMP[13]。另一方面，TNF-α通過增加wnt通路抑制因子Dickkopf1(DKK-1)表達而抑制骨形成、通過Smad泛素調節因子(Smurf)1和NF-κB降解骨形成蛋白(BMP)-2而誘導骨丟失[14]。破骨細胞可見于關節局部(如RA、銀屑病關節炎)、椎骨及肌腱嵌入骨局部(如AS)。IL-17A因此參與RA、銀屑病關節炎的關節局部大量骨丟失，并參與RA、銀屑病關節炎、AS及常見骨質疏松癥的全身骨丟失。在雌激素缺乏誘導骨質疏松的小鼠模型中，抑制IL-17表現出顯著的骨保護作用[15]。一項重要的新發現是IL-17A可作用于Schunnri3(Shn3)[16]。Shn3缺乏的小鼠出現骨量增加。鼠間充質干細胞中Shn3通過誘導Runx2泛素化而直接抑制成骨細胞性骨形成，間接促進破骨細胞性骨吸收[17]。單用TNF-α或協同IL-17A早期增加RA-FLS的Shn3 mRNA表達，從而抑制成骨[18]。

某些研究結果與傳統的骨丟失作用相反，提示IL-17A和TNF-α也可能增加骨形成[19-23]。TNF-α和IL-17A協同促進間充質干細胞分化為成骨細胞，表現為細胞外基質鈣沉積和堿性磷酸酶活性增加[16]。肌腱和韌帶不存在破骨細胞，但存在間充質干細胞的成骨分化，從而導致肌腱和韌帶的新骨形成。初步研究提示，AS大鼠模型中抑制IL-17可減少新發異位骨形成[1]。

四、IL-17靶向治療

體外細胞、患者組織及動物模型研究為IL-17靶向治療人類疾病提供了強有力的理論依據，致力于控制慢性炎癥相關的損傷和(或)疼痛。IL-17抑制劑近年被注冊用于治療銀屑病、AS和銀屑病關節炎[24]。目前靶向IL-17通路主要有2種選擇，一是直接靶向IL-17或其受體，二是靶向Th17細胞分化調控的上游，見圖3[1]。

圖3 IL-17通路的治療靶點

1. 直接靶向IL-17或其受體

使用單克隆抗體靶向細胞因子或其受體是最直接及特異的策略。最早用于臨床試驗的2個抗IL-17A抗體是蘇金單抗(Secukinumab，AIN457，ConsentyxTM)——一種全人源IgG1k抗IL-17A單克隆抗體，以及艾克司單抗(Ixekizumab，LY2439821)——一種人源IgG4抗體。其他一些同類型抗體，如CNTO6785、CJM112和BCD085，仍處于臨床試驗中。

基于IL-17F在炎癥中也發揮作用，靶向IL-17A和IL-17F相同基序的生物制劑正處于臨床開發中，包括納米抗體ALX-0761和單克隆抗體Bimekizumab[25]。

全人源IgG2 Brodalumab(AMG827)靶向IL-17受體，選擇性阻斷IL-17受體A鏈信號，拮抗IL-17A、IL-17F、IL-17C及IL-25的作用。

基于前述TNF和IL-17的協同作用，雙特異性的生物制劑正處于臨床開發中。ABT-122是一種雙結構域免疫球蛋白(DVD-IgTM)，一個位點結合TNF-α，另一個位點結合IL-17A[1]。COVA322是一種融合分子，由全人源抗TNF-α抗體阿達木單抗和抗IL-17A的Fynomer組成[26]。

2.間接靶向IL-17通路

IL-23是一個異二聚體配體，由特有的P19亞基及與IL-12共有的P40亞基組成，作用于IL-17上游。IL-23特異性抑制劑是IL-23P19靶向抗體，包括Tildrakizumab(MK-3222，SCH-900222)、Guselkumab(CNTO-1959)、AMG-139、LY3074828和BI655066[25]。這些抑制劑可抑制IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22的產生。

RORγt控制Th17細胞的分化，靶向RORγt將抑制IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22的產生。在體外及小鼠模型如實驗性自身免疫性腦脊髓炎中，數種小分子如合成配體SR1001可結合RORγt及抑制其轉錄活性[27-29]。這些小分子正處于早期研發中。

五、小 結

總之，通過與關鍵促炎癥細胞因子TNF的協同作用，IL-17放大了局部和全身的固有炎癥反應，這揭示早期靶向IL-17的意義。越來越多的證據支持IL-17和Th17細胞在關節炎、骨丟失及骨形成中起關鍵作用。動物模型及初步臨床試驗為IL-17靶向治療銀屑病關節炎、RA、AS等的有效性提供了強有力的證據。目前針對一系列疾病的靶向IL-17治療藥物正處于研發及試驗中。相信在不久的將來IL-17靶向藥物可以走進臨床造福更多患者。