Th17/Treg免疫失衡在肺部疾病中的研究進展

顧 娜，劉洪斌

(天津市醫藥科學研究所，天津 300020)

肌體內初始輔助性T細胞(CD4+T淋巴細胞)是一類在免疫反應中發揮重要作用的細胞，其激活后可分化為輔助性T細胞1(T helper cells，Th1細胞)、Th2細胞、輔助性濾泡T細胞(follicular T helper cells，Tfh)、Th17細胞和調節性T細胞(regulatory T cells，Treg細胞)五個亞群。其中，介導炎性反應的Th17細胞和介導免疫耐受的Treg細胞是近年來研究的熱點。二者在分化上相互關聯而功能上相互制約，生理情況下兩者處于動態平衡從而維持肌體穩態，而兩者失衡則會引起肌體免疫應答異常。本文就Th17/Treg免疫失衡在肺部疾病中的作用及研究進展進行簡要綜述。

1 Th17與Treg的生物學特性

1.1Th17 2005年研究人員在自身免疫性腦脊髓炎小鼠體內發現一群不同于Thl、Th2及Treg的細胞亞群，因其高水平分泌白細胞介素17(IL-17)，故命名為Th17[1]。研究發現，Th17可分泌IL-17A/F、IL-6、IL-21、IL-22以及腫瘤壞死因子TNF-α和單核細胞趨化蛋白(MCP-1、MCP-2)等，其中，IL-17 是其分泌的主要效應因子，可誘使上皮細胞、成纖維細胞、單核細胞、粒-巨細胞、內皮細胞及淋巴細胞等分泌IL-6、IL-8、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)及細胞黏附分子1(CAM-1)，從而引起炎癥反應并在自身免疫性疾病中發揮重要作用[2]。Th17 細胞還可特征性表達維甲酸相關孤兒受體-γt(RORγt)，是其特異性細胞轉錄因子。當肌體受到微生物入侵時，作為免疫衛士的樹突狀細胞(DCs)及巨噬細胞會對這些外源物進行識別、加工并以正確的方式提呈給可識別的細胞，從而啟動初始T淋巴細胞介導的免疫應答，隨之，其轉錄因子RORγt 驅動活化T細胞表達IL-23 受體，通過IL-23 信號通路活化轉錄活化因子3(STAT3)，促進Th17細胞的擴增及分泌炎性細胞因子[3]。研究發現，IL-6、轉化生長因子β(TGF-β)是Th17細胞分化最主要的調控因子，去除TGF-β基因或者抑制IL-6，可使Th17細胞分化減少，從而IL-17水平下調[4]。IL-23對于Th17細胞分化不是必要的，但是已分化的Th17細胞必須在其刺激下才可分泌IL-17，從而促進各種炎癥介質的產生[5]。而IL-2可通過STAT5信號通路抑制Th17細胞的分化[6]。

1.2Treg 1995 年日本學者Sakaguchi 等[7]在一項嚙齒類動物實驗中首次發現一類具有負調節作用的T 淋巴細胞亞群，并稱其為CD4+CD25+Treg細胞。Treg細胞可以通過控制對自身抗原的免疫反應來預防自身免疫性疾病的發生，同時能夠抑制免疫系統對外來抗原的應答，從而減少T細胞介導的病理性免疫應答。Treg主要分泌TGF-β、IL-10及IL-35等多種細胞因子，并通過抑制樹突狀細胞、NKT細胞、B細胞及巨噬細胞活化和增殖而在免疫耐受中發揮重要作用[8]。根據來源主要將其分為兩大類: 一類是由胸腺發育分化而來、主要通過細胞接觸機制發揮抑制功能的天然型Treg (nTreg)，另一類是在外周組織分化而來、主要通過IL-10、TGF-β等可溶性細胞因子發揮作用的誘導型Treg(iTreg)，其中nTreg 在CD4+T 細胞中大概占5%～10%，是體內最多的一種Treg亞型[9]。細胞表面分子主要包括CD25 分子(IL-2 受體鏈， IL-2R)、細胞毒性T 淋巴細胞相關抗原-4(CTLA-4)、程序化死亡配體-1(PD-L1)、糖皮質激素誘導的腫瘤壞死因子受體(GITR)及人類白細胞抗原-DR(HLA-DR) 等[10]。研究發現，免疫抑制性和免疫無能性是Treg細胞兩大功能特征。免疫抑制性表現為在經過T細胞受體介導的信號刺激活化下抑制T淋巴細胞的增殖分化、細胞因子的產生及其免疫調節作用，而免疫無能性則表現在對IL-2、抗原呈遞細胞、IL-2特異性抗原等共刺激分子無反應[11]。研究還發現，叉頭狀轉錄因子3(Foxp3)是Treg特異性轉錄因子，可通過NF-κB阻斷多種炎性因子的表達，并可通過干擾轉錄活化T細胞核因子而下調IL-2、IL-4及IFN-γ合成，逆轉錄Foxp3可使初始型CD4+CD25-T細胞轉化為具備調節活性的Treg[12]。

2 Th17/Treg免疫平衡

兩者起源于同一類初始CD4+T 細胞，在細胞分化過程中相互制衡，功能上相互拮抗，在一定條件下還可以相互轉化。研究發現，轉化生長因子TGF-β和IL-6是連接二者的關鍵因子。其中，TGF-β單獨刺激時，初始T細胞可分化為Treg且TGF-β誘導表達的Foxp3可拮抗轉錄因子RORγt向Th17的轉化；而在TGF-β和IL-6 共同作用下，初始T細胞主要分化為Th17，并且IL-6可在一定程度上抑制Treg分化[13]。IL-6還可通過激活STAT3信號通路下調Foxp3表達并上調IL-23受體(IL-23R)，從而誘導Th17細胞分化并促進其發育[14]。另外，研究發現IL-6、IL-21 還可誘導已經分化的Treg向Th17轉化，因此，IL-6有望成為治療多種自身免疫性疾病的重要靶點[15,16]。生理情況下，Th17相關的促炎反應與Treg相關的抑炎反應處于動態平衡狀態，二者的比例失衡與感染性疾病、癌癥以及自身免疫性疾病密切相關。

3 Th17/Treg免疫失衡與肺部疾病

3.1支氣管哮喘 支氣管哮喘是由多種免疫細胞(如嗜酸性粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞、中性粒細胞、氣道上皮細胞等)和細胞組分參與的一種氣道慢性炎癥性疾病。主要表現為氣道的高反應，廣泛多變的可逆性氣流受限，以及反復發作的喘息、氣急、胸悶或咳嗽等癥狀，常在夜間和(或)凌晨發作[17]。近年的研究發現，Th17/Treg免疫失衡在支氣管哮喘的發病機制中發揮重要作用。臨床研究證實，哮喘患者外周血單個核細胞(PBMC)內Th17/Treg比列上調[18,19]，Th17及相關細胞因子(IL-17、IL-6、IL-21、IL-22)和特異性轉錄因子RORγt表達上調，嗜酸性粒細胞聚集浸潤，哮喘加重；而Treg相關細胞因子IL-10、TGF-β和特異性轉錄因子Foxp3表達下調[20]，前炎性細胞因子和趨化因子生成增多，氣道反應增強。基礎實驗研究也證實，雞卵清蛋白致敏引起的哮喘小鼠外周血CD4+IL-17+占CD4+比例明顯升高，Foxp3+CD4+CD25+占CD4+比例明顯降低[21]；BALF內IL-10、 TGF-β及Foxp3表達上調[22,23]；脾臟及肺組織內Th17細胞占CD4+T細胞百分比上調而CD4+CD25+Treg細胞百分比下降，且TGF-β1 蛋白表達上調[24,25]，并且發現IL-17 的表達與哮喘的嚴重程度及氣道高反應性密切相關。另有研究發現，支氣管哮喘模型中Th17/Treg免疫失衡機制與Notch信號通路密切相關。Notch家族是細胞生物發育過程中一類高度保守的、十分重要的跨膜信號蛋白，主要包括4種受體(Notch1-4)和5種配體(DLL1、DLL3、DLL4、Jagged1 和Jagged2)，其可通過這些受體和配體之間結合與相鄰細胞進行某些特定的信息交流，從而在細胞增殖、分化、凋亡中發揮著關鍵作用。近年來的研究發現，Notch信號通路通過調控Th17、Treg細胞分化及增殖參與肌體多種疾病的發生[26,27]。綜上所述，Th17細胞過度活化和Treg數目及功能下降是哮喘的免疫防病機制之一，針對二者失衡的研究為支氣管哮喘的新藥開發及臨床治療提供了新策略。

3.2慢性阻塞性肺疾病 慢性阻塞性肺疾病簡稱慢阻(COPD)，是一種常見的以持續性呼吸系統癥狀和氣流受限為特征的破壞性的慢性肺部疾病，巨噬細胞、T細胞、中性粒細胞等多種炎癥細胞參與其發病過程。目前認為，氧化性應激、蛋白酶/抗蛋白酶失衡、炎性細胞及炎性介質、細支氣管周和肺間質纖維化是其主要發病機制的關鍵環節[28]。COPD主要影響肺實質和外周氣道，從而引起不可逆的、漸進性的氣流受限。吸煙、遺傳因素、空氣污染及呼吸道感染等危險因素均可導致COPD。臨床研究發現，COPD患者外周血Th17水平高于健康者，與患者肺功能呈負相關，且與患者病情進展關系密切(急性加重期COPD患者外周血Th17水平明顯高于穩定期COPD患者)[29,30]，并在COPD患者氣道重塑及肺血管重構的發病過程中發揮重要作用；而患者外周血內Treg比例下降且肺組織內Foxp3表達下調，甚至有學者認為這部分Treg存在功能缺陷。基礎研究也證實，COPD大鼠體內存在明顯的Th17/Treg失衡，且該失衡引起的相關細胞因子的表達與STAT3/5信號通路[31]、高遷移率族蛋白1(HMGB1)[32,33]及腫瘤轉移抑制蛋白TGF-β/BAMBI信號通路[34]密切相關。研究發現，STAT3/5信號通路參與細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調節等許多重要的生物學過程。Th17細胞產生的IL-6、IL-21及IL-23等細胞因子可活化STAT3并驅使其轉移至細胞核內，進而調節RORγt轉錄及Th17細胞的分化，而STAT5可直接與Foxp3結合從而調節Treg細胞的增殖及分化；具有促炎功能的核內非組蛋白-HMGB1可由活化后的免疫細胞分泌釋放，與相關受體結合后促進炎癥因子生成并介導下游炎癥反應。研究發現，COPD發生時，HMGB1與Th17和Treg細胞表面的晚期糖基化終末產物受體(RAGE) 結合，可上調RORγt表達而下調Foxp3的表達，從而引起體內Th17/Treg的失衡；骨形成蛋白和激活素的跨膜抑制劑(BAMBI)是轉化生長因子-β(TGF-β)通路上的抑制型偽受體，其與TGF-βⅠ型受體競爭性結合配體與TGF-βⅡ型受體復合物，從而抑制TGF-β通路的信號傳導。研究發現，TGF-β1可上調COPD患者支氣管黏膜內BAMBI表達，進而調節RORγt和Foxp3轉錄表達，最終引起Th17/Treg的免疫失衡[35]。上述表明，Th17/Treg免疫失衡是COPD發生發展的關鍵因素，并為其臨床免疫治療提供新的依據。

3.3肺癌 肺癌是近年來我國乃至全世界發病率和病死率較高的惡性腫瘤之一，吸煙、大氣污染、電離輻射、肺部慢性感染及遺傳等均為其發病的危險因素。其中，非小細胞肺癌(NSCLC)在肺癌中占的比例高達80%。眾所周知，肺癌的發生發展和肌體免疫功能緊密相關。正常情況下，人體免疫系統具有免疫監視功能，能及時識別并清除“異己”，從而消除促腫瘤因素的影響，發揮抗腫瘤免疫作用。而一旦促腫瘤因素與抗腫瘤免疫之間失去平衡，就會導致腫瘤的發生及快速進展。近年來，Th17 與Treg 細胞作為CD4+T淋巴細胞的兩大亞群在肺癌尤其是NSCLC的發生發展中的作用和相互關系備受關注。臨床研究發現，NSCLC患者外周血及BALF內Th17和Treg的數量以及Th17/Treg比例均高于健康人群，且外周血內Th17和Treg細胞的數量與臨床分期、肌體的荷瘤狀態、對化療的敏感性及預后密切相關[36，37]。研究人員發現，NSCLC患者及小鼠體內IL-17所占的比例顯著上升，且與腫瘤微血管密度(MVD)及VEGF的表達成正相關，推測IL-17在腫瘤微環境中可通過JAK/STAT-1 信號傳導促進血管生成誘導物IL-6、IL-8 和VEGF 的產生，從而刺激成纖維細胞等表達促進血管生成的因子，誘導成纖維細胞和間質細胞新生血管形成，促進腫瘤的發生發展與浸潤轉移[38]，且有研究發現，IL-17也可通過NF-κB/ZEB1信號通路誘導上皮間質轉化及ZEB mRNA和蛋白的表達，上調上皮間質轉化信號表型標記的波形蛋白和鈣黏素，刺激細胞定位ZEB的磷酸化，最終促進癌細胞遷移和侵襲[39]；而Treg 細胞數目增加或功能增強，可促進細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4(CTLA-4)、糖皮質激素誘導的腫瘤壞死因子受體(GITR)和程序性死亡受體1(PD-1)的高表達，并可相應調節TGF-β、IL-6、IL-10及IL-17分泌，抑制CD4+/CD8+T細胞、DC細胞及NK細胞的產生和功能發揮，從而促進腫瘤細胞逃避免疫監視(即導致腫瘤免疫耐受)，并促進肺癌的轉移及進展[40]。總之，Th17/Treg細胞在NSCLC免疫微環境中是一個動態演變過程，兩者的比例失衡與Th17細胞、Treg細胞的分化、相關細胞因子的表達和調節作用及NSCLC 的發生發展均密切相關。

3.4肺纖維化 肺纖維化(PF)是一種病因復雜，發病機制尚不十分明確的肺部間質性疾病，近年來發病率、病死率均逐年增高。其主要病理改變為成纖維細胞增殖及大量細胞外基質聚集并伴炎癥損傷、組織結構破壞。近年來研究認為，肺纖維化發展過程主要包括三個環節：肺泡的免疫和炎癥反應、肺實質損傷和受損肺泡修復(纖維化)，其中Th17 細胞、Treg 細胞及Th17/Treg 細胞的平衡與肺纖維化發生發展之間的關系已成為醫學關注的焦點。臨床研究發現，肺纖維化病人外周血內Th17細胞功能亢進，Th17/Treg比例失衡[41]，從而引起Th1、Th2功能障礙，最終導致肺部膠原纖維的沉積；基礎研究也發現，肺纖維化動物體內Th17細胞比例明顯下降，而Treg細胞比例升高，Th17/Treg 比值增大[42]。經研究發現，Th17細胞可分泌IL-17、IL-22等與肺纖維化相關的細胞因子，參與成纖維細胞增殖、肺泡上皮細胞EMT(上皮向間充質細胞轉化)、膠原合成和炎癥細胞分子分泌等過程，進而促進肺纖維化的發生、發展[43]。而Treg細胞在PF中也發揮重要作用，其可通過調控Th17、CD4+CD28-T、 CD4+CD28+T 及CD8+T 細胞亞群的數量及功能，并可通過下調肺組織內NKT細胞分泌產生IFN-γ，而IFN-γ作為抑制纖維化的細胞因子是影響PF病情進展的重要因素[44]；也有研究發現，PF動物體內抑制性細胞因子IL-35的水平與Treg呈正相關而與IL-17和Th17/Treg呈負相關，IL-35是IL-12家族中最新識別的成員，主要由nTreg產生，是由α和β鏈組成的異源二聚體蛋白，其在T細胞增殖活化和細胞因子產生方面發揮重要的調節作用。IL-35可通過上調IFN-γ的表達而抑制TGF-β 受體下游效應器的磷酸化，從而阻斷TGF-β 的與其受體的結合，又因TGF-β是促進Th17分化的重要細胞因子，因此最終可導致Th17的分化受到抑制[45]。上述表明，Th17、Treg和IL-35有望成為PF研究的靶點，并為其臨床治療提供新的方向和思路。

綜上所述，Th17/Treg失衡是多種肺部疾病發生發展的重要原因之一，但具體機制尚不明確。隨著基礎免疫學對Treg、Th17細胞研究的不斷深入，以Treg、Th17 及其相關因子和信號通路為靶點的藥物，以及對該兩種細胞不同調節因子的干預，將為多種肺部常見疾病提供新的臨床治療手段。