IL-23/Th17通路與支氣管哮喘的關系

張穎麗 黃花榮

支氣管哮喘(哮喘)是以氣道上皮細胞受損、氣道高反應性、杯狀細胞及平滑肌細胞增生、黏液高分泌、氣道重塑為特征，多種炎癥細胞及其細胞組分共同參與的慢性氣道免疫炎癥性疾病[1]。輔助性T細胞1(Th1)/Th2失衡與哮喘的發生、發展關系最為密切，可此觀點并不能解釋所有類型哮喘的發病，哮喘可能存在更加復雜的免疫調節異常。近幾年，新型細胞因子IL-23在哮喘中的作用受到廣泛關注。研究發現，哮喘患者的IL-23水平與CD4+T細胞亞群Th17的分化密切相關，可引起氣道中性粒細胞及嗜酸性粒細胞募集參與炎癥反應[2]。本文將從IL-23/Th17細胞通路的作用機制、IL-23/Th17細胞通路與哮喘的關系及靶向治療進展幾方面進行總結，以尋找新的哮喘治療靶點。

一、IL-23/Th17細胞通路及其作用

1. IL-23與IL-23受體及其作用

IL-23是IL-12家族的成員之一，該家族包括IL-12、IL-23、IL-27、IL-35，它們共用部分亞單位、受體和信號通路，參與T細胞反應調節。新型細胞因子IL-23是由IL-12p19和IL-12p40兩亞單位通過二硫鍵連接組成的異二聚體，并與IL-12共用一個p40亞單位。IL-12p19亞單位在結構上與IL-12p35相似，而IL-12p40是可溶性細胞因子受體超家族成員。人和鼠IL-23功能與IL-12類似，但刺激特定記憶T細胞的能力不同。IL-23主要由樹突狀細胞(DC)、巨噬細胞、B細胞、內皮細胞等表達分泌[3]。

IL-23受體(IL-23R)是由IL-12Rβ1和特異性IL-23R亞單位組成的異二聚體。編碼IL-12Rβ1基因位于人的19號染色體及鼠的8號染色體，是IL-12及IL-23信號通路的重要組成部分，不僅能促進遲發性過敏反應，而且也參與自主免疫反應[4]。特異性IL-23R主要與Th17細胞增殖分化相關。其中IL-12受體β1(IL-12Rβ1)主要表達于DC、T細胞和自然殺傷細胞(NK細胞)；DC、單核巨噬細胞、T細胞和NK細胞少量表達特異性IL-23R。

IL-23的2個亞單位IL-12p40和IL-12p19分別與IL-12Rβ1和IL-23R結合，激活不同的信號通路。其中，IL-12p40與IL-12Rβ1結合激活酪氨酸激酶2/信號傳導及轉錄激活因子4(Tyk2/STAT4)信號通路，促使原始CD4+T細胞向Th1分化及IFN-γ分泌增加，具有潛在抗腫瘤作用。IL-23p19與IL-23R結合后激活Janus激酶2/STAT3(JAK2/STAT3)信號通路，主要促進Th17分化成熟，參與銀屑病、關節炎及腸炎、支氣管哮喘等多種自身免疫性疾病發生與發展[5]。

2.Th17細胞與IL-17、IL-17R及其作用

原始CD4+T細胞分化的細胞亞群及相關細胞因子在自身免疫性疾病和炎癥性疾病中具有重要調節功能。Th17是區別于Th1、Th2由CD4+T細胞分化而成的新型細胞亞群。Th17不僅參與宿主防御細胞內病原機制，還能介導自身免疫性疾病和炎癥性疾病。轉化生長因子-β (TGF-β)、IL-6、 IL-1β和 IL-23能協同刺激Th17分化并誘導維甲酸相關孤核受體γt(RORγt)、RORα和IL-23R的表達[6]。研究顯示，單獨IL-23并不能誘導Th17分化，卻能促進Th17擴增與穩定[7]。分化成熟的Th17可分泌IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-26、CCL20等細胞因子。

IL-17家族細胞因子包括IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D和IL-17E，均是由二硫鍵連接而成的同源/異源二聚體。因IL-17A發揮主要功能，通常IL-17是指IL-17A，其由155個氨基酸組成，分子量為35 kDa。IL-17主要由CD4+T細胞亞群Th17表達，此外，其他細胞如CD8+T細胞、NK細胞及γδT細胞也能表達IL-17[8]。

IL-17R家族共有5名成員，分別是IL-17RA、IL-17RB、IL-17RC、IL-17RD和IL-17RE，與其他受體家族明顯不同。IL-17RA在造血細胞中高表達，而IL-17RC正好相反，非造血細胞表達水平較高。IL-17R家族中同源性位點位于保守的細胞質基序SEF/IL-17R(SEFIR)中，這可能是區別于其他細胞因子受體的信號模式[9]。IL-17A、IL-17F均通過IL-17RA和IL-17RC復合體進行信號傳導，而IL-17C通過IL-17RA和IL-17RE復合體進行信號傳導，一旦被激活即刺激IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α等分泌，進一步促進炎癥反應。

3.IL-23/Th17細胞通路及其作用

抗原提呈細胞如DC、巨噬細胞等受病原相關分子模式或共刺激分子激活后，產生誘導原始CD4+T細胞分化的細胞因子(如IL-6、IL-23、TGF-β等)從而參與炎癥反應進程。首先IL-6、TGF-β通過STAT3、RORγT及RORα觸發Th17分化，隨后受激活的Th17進一步表達IL-23R[10]。IL-23中IL-12p40亞單位與IL-12Rβ1結合后主要參與Tyk2/STAT4通路，而IL-12p19亞單位與IL-23R特異性結合，可激活JAK2進一步活化STAT3，同時使IL-23R結構域的酪氨酸磷酸化從而激活STAT、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等通路，促使Th17表達IL-17、IL-22等相關細胞因子進一步參與免疫反應(圖1)。還有其他細胞因子也參與Th17活化過程，具體細胞因子及其作用機制仍需進一步探索。

在IL-23R缺陷小鼠的T細胞中，Th17在早期激活階段受阻滯，不能穩定表達IL-17。表明IL-23對于Th17的擴增與保持穩定至關重要，其中包括效應器分化、獲得炎癥表型的穩定。此外，IL-23的存在對于促使Th17標志基因(包括Rorc、IL-17和IL-23r)穩定表達從而誘導效應基因(IL-22、Csf2和IFN-γ)至關重要，然而IL-23穩定Th17炎癥表型的具體機制還未明確[11]。

Th17的功能發揮主要靠其分泌的細胞因子通過直接或間接的方式參與免疫反應，其中最主要的是IL-17的促炎作用，通過激活核因子-κB(NF-κB)、MAPK等信號通路促進炎癥因子與趨化因子的表達[12]。如IL-17通過刺激氣道上皮細胞分泌趨化因子配體1(CXCL1)、CXCL8等，具有強大的募集中性粒細胞作用，造成組織浸潤及破壞，該機制與腎上腺皮質激素(激素)抵抗型哮喘有密切關系。此外，IL-17協同IFN-γ誘導表皮細胞增生及炎癥細胞浸潤，加重銀屑病的發展進程[13]?？梢奍L-17可通過直接或間接方式介導自身免疫性疾病、炎癥性疾病及腫瘤的發生、發展。

二、IL-23/Th17細胞通路與支氣管哮喘

1.IL-23/Th17細胞通路與肺組織中性粒細胞浸潤

近年來，IL-23/Th17細胞通路在激素抵抗型哮喘中的作用機制是國內外研究的熱點。研究顯示，哮喘患者血清IL-23水平與FEV1/FVC、25%～75%肺活量的用力呼氣流量有密切聯系[14]。血清IL-23水平可作為評價哮喘嚴重程度及氣流受限的參考標志。在重癥哮喘患者鼻及支氣管活組織檢查(活檢)中，中性粒細胞數量及Th17相關因子

圖1 IL-23與Th17細胞分化機制

(IL-17A、IL-17F、IL-21)表達均比輕型哮喘患者增多[15]。這說明IL-23、Th17及中性粒細胞在哮喘特別是重癥哮喘的發生、發展中發揮主要作用。在動物模型中亦存在相似情況，使用脂多糖構建中性粒細胞性哮喘模型，可見肺組織中大量中性粒細胞聚集，伴隨少量嗜酸性粒細胞浸潤、黏液高分泌，肺泡灌洗液及血清中IL-23、IL-17等炎癥因子增多[16]。

Th17及Th2的分化可由DC介導。研究顯示，在軸突導向因子3E(Sema3E)缺失情況下， DC11b+細胞的數量及功能上調，從而促進Th2、Th17介導的哮喘炎癥反應[17]。這說明降低DC11b+數量或功能可能是治療Th17介導中性粒細胞炎癥反應的重要策略。主要由Th17表達的IL-17A經活化后通過刺激氣道上皮細胞、內皮細胞及基質細胞分泌前炎癥調節因子如IL-1、IL-6、TNF-α、CXCL8、粒細胞集落刺激因子(G-CSF)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)等募集和激活中性粒細胞。

研究發現，IL-23功能發揮在不同階段效果不同。予抗IL-23p19抗體在致敏階段干預哮喘小鼠表現出肺組織中性粒細胞數量減少，但在哮喘小鼠激發階段予抗IL-23p19抗體干預并不能改善氣道炎癥反應[18]?？赡苁菍σ言谥旅綦A段的小鼠，IL-23有抑制炎癥反應的功能， 其功能發揮具有階段性。此外，Halwani等[19]從哮喘患者外周血中分離出中性粒細胞并予Th17調節因子IL-23、IL-21和IL-6刺激，觀察到IL-17A、IL-17F表達增加，且所有病例中轉錄因子STAT3均出現磷酸化?？梢娭行粤＜毎嗍乔把装Y因子IL-17A、IL-17F的重要來源，并由此形成一反饋機制，放大炎癥反應。

上述分析表明，DC可介導IL-23/Th17細胞通路的生物學活性，同時趨化因子的產生可募集中性粒細胞到肺組織，表現出以中性粒細胞浸潤為主的哮喘炎癥反應。

2.IL-23/Th17細胞通路與嗜酸性粒細胞浸潤

IL-23及Th17細胞軸不僅能調控中性粒細胞，亦能介導氣道中嗜酸性粒細胞募集浸潤。約50%哮喘患者誘導痰中以嗜酸性粒細胞增多為主，而這部分患者大多對激素治療敏感。通過建立小鼠哮喘模型發現，IL-23 mRNA在肺組織中高表達并且應用IL-23中和抗體可減少抗原誘導的嗜酸性粒細胞在肺組織中聚集及Th2炎癥因子的產生，進而減輕肺損傷。IL-23/IL-23R信號亦可上調GATA-3轉錄因子進一步提高Th2細胞因子表達水平；相反地，由于缺乏此信號Th2分化極大受限[20]。因此，IL-23可直接作用于Th2進一步誘導嗜酸性粒細胞參與炎癥反應。

嗜酸性粒細胞高表達IL-17A、IL-17F和IL-23相關受體，且由IL-23介導Th17分化及分泌的IL-17A、IL-17F可結合到嗜酸性粒細胞膜表面，進一步促進其表達CXCL1、CXCL8、CCL4趨化因子，不僅能增強嗜酸性粒細胞自身活性，還能使其向肺組織遷移。因此，IL-17可直接作用于嗜酸性粒細胞進而引起一系列炎癥因子釋放加速炎癥進程。關于IL-17對嗜酸性粒細胞的調節作用有不同觀點。在卵清蛋白激發前予外源性IL-17作用于哮喘小鼠，嗜酸性粒細胞分化受阻、Th2細胞因子也有所下降[21]。這可能與IL-17作用階段與來源有關?？傊琁L-23及Th17細胞通路在嗜酸性粒細胞增多為主的哮喘發病機制中占據重要地位。

3.IL-23/Th17細胞通路與氣道重塑

氣道重塑是哮喘氣道炎癥反應發展的最終病理性結局，該過程的發展主要涉及到支氣管上皮細胞、成纖維細胞及平滑肌細胞，這些細胞功能性改變將引起氣道高反應性、不可逆性氣流受限，加劇哮喘的發生發展。IL-17具有調節上述細胞的功能進而導致氣道重塑的發生[22]。Th17分泌的細胞因子在支氣管上皮間質轉化機制的具體作用尚未闡明。Ji等[23]對人支氣管上皮細胞16-HBE的研究顯示，IL-17A可協同IL-4、TGF-β1誘導上皮細胞重新進入細胞周期，進而促進支氣管上皮細胞向間葉細胞形態轉變。該研究進一步解釋了IL-17參與了哮喘特別是重癥哮喘中氣道重塑的形成與發展。此外，從哮喘患者中提取支氣管成纖維細胞與CD4+T細胞共培養，檢測出哮喘患者Th17分泌的炎癥因子包括IL-17、IL-1β、IL-6、IL-23等表達水平均比正常對照組升高，并且發現IL-23可刺激支氣管成纖維細胞分泌IL-1β、IL-6[24]。上述研究表明Th17與氣道成纖維細胞的相互作用促進了氣道炎癥發展。此外，Th17相關的炎癥因子包括IL-17A、IL-17F及 IL-22可與平滑肌細胞表面表達的IL-17RA、IL-17RC及 IL-22R1受體結合，其中IL-17通過細胞外信號調節蛋白激酶1/2(ERK1/2)MAPK信號通路使平滑肌細胞增生，同時Th17相關炎癥因子可降低平滑肌細胞的凋亡率[25]。因此，IL-17可通過多種信號通路或機制介導支氣管上皮細胞、成纖維細胞及平滑肌細胞參與哮喘氣道重塑。

4.IL-23/Th17細胞通路與哮喘的治療

目前哮喘的治療藥物主要有激素、β2受體激動劑等，但長期使用激素會出現一些不良反應且對重癥哮喘患者治療效果不明顯，因此迫切需要開發新型靶向治療藥物[26]。近來針對IL-23/Th17通路相繼開發了一些已上市或處在臨床試驗中的靶向治療藥物[27]。靶向IL-23/Th17通路上游活性物質IL-23p40有Ustekinumab和Briakinumab，能特異性抑制IL-12和IL-23的活性。此外特異性拮抗IL-23p19有Guselkumab和Tildrakizumab，均是人單克隆抗體IgG1。對于下游細胞因子有靶向抑制IL-17A的特異性抗體Secukinumab和Ixekizumab。這些藥物在銀屑病、炎癥性腸病、類風濕關節炎等自身免疫性疾病的治療效果明顯。如關于Guselkumab(抗IL-23p19抗體)用于重型銀屑?、笃谂R床研究發現，其有效性及安全性更優于阿達木單抗，經1年治療后頭皮、手、腳等區域的癥狀緩解[28]。上述研究說明針對IL-23的抗體可有效緩解疾病(如銀屑病)炎癥反應，但其關于哮喘的臨床試驗尚無相關報道。

有學者報道，應用抗IL-23p19抗體、靶向IL-23p40疫苗后，哮喘小鼠肺部炎癥細胞及炎癥因子減少，氣道高反應性緩解[29-30]?？梢姲邢蛑委熢谛∈笊砩鲜怯幸饬x的，但人與小鼠在疾病發生、發展上有許多不同之處，具體效果仍需進一步探索。一項對320例受試者進行brodalumab(抗IL-23R抗體)療效及安全性評估研究中，治療組納入中度到重度哮喘患者，結果顯示治療效果不明顯[31]。關于靶向IL-23/Th17細胞通路的一些新開發藥物已在銀屑病、克羅恩病等自身免疫性疾病取得一定效果，而對于哮喘等炎癥性疾病的治療仍需進一步探究。

三、結語與展望

目前，激素依賴甚至是激素抵抗型哮喘是臨床治療中面臨的一個重大挑戰，尋找新的有效治療靶點以控制重癥哮喘發生發展的愿望極其迫切。IL-23/Th17細胞通路不僅能募集中性粒細胞到肺組織中還能上調Th2介導的以嗜酸性粒細胞增多為特征的氣道炎癥反應，此外還參與了氣道重塑進程。因此IL-23/Th17細胞通路是哮喘發生、發展的關鍵環節。趨化因子受體5(CCR5)具有調控單核巨噬細胞和T細胞激活、遷移功能，但其與IL-23/Th17細胞軸的關系未見相關報道。筆者課題組先前通過構建小鼠哮喘模型發現，CCR5膜外環2的拮抗肽可下調TNF-α表達，緩解哮喘小鼠肺組織的炎癥反應[32]。與TNF-α同樣是前炎癥因子的IL-23是否也受CCR5拮抗劑調控，從而介導IL-23/Th17細胞通路緩解哮喘炎癥反應值得進一步探究。