Th17和Treg在真菌感染中的研究進展

榮 令, 李家樹, 周 新

2.上海交通大學附屬第一人民醫院呼吸科。

近年來,真菌感染特別是侵襲性真菌感染(IFI)的患病率明顯上升,嚴重威脅高危人群的生命安全[1]。輔助性T細胞(Th)1/Th2平衡模式在過去的20余年中被用來解釋真菌感染和真菌病的免疫發病機制,Toll樣受體(TLRs)和C型凝集素受體在機體抗真菌感染中作用的揭示,加深了人們對真菌感染發病機制的認識[2-3]。近年來,Th17及調節性T細胞(T regs)在真菌感染中的作用引起研究者濃厚的興趣,本文著重綜述Th17和Tregs在真菌感染中作用的研究進展。

一、Th17與真菌感染

已有的研究表明,Th1細胞主要產生干擾素(IFN)-γ并在清除細胞內病原體方面發揮重要作用。Th2細胞主要產生白介素(IL)-4、IL-5、IL-10和IL-13,在清除細胞外病原體,引發嗜酸粒細胞炎癥變態反應和特應性等方面發揮作用。2005年發現的一種新的T細胞亞群與Th1和 Th2細胞不同,主要產生IL-17,被命名為Th17細胞,其在慢性炎癥、自身免疫病、腫瘤發病以及感染性疾病中均發揮重要作用。

小鼠中的研究結果表明,轉化生長因子(TGF)-β和IL-6共同誘導初始(naive)T細胞分化為Th17表型。分化的Th17細胞產生的IL-17不能進一步分化Th17細胞或使Th17細胞數量增殖。在分化過程中,Th17細胞產生大量的IL-21,IL-21是IL-2家族的成員,與IL-2共用IL-2Rγ鏈。目前認為IL-21是Th17細胞數量的放大因子。IL-6/IL-21誘導已分化的Th17細胞表達IL-23受體(IL-23R),接著IL-23使T h17細胞的表型得以穩定。異二聚體IL-23與IL-12是一個促炎性異構體細胞因子家族的成員,均具有p40亞基并分別與IL-23p19鏈或IL-12p35鏈相連。IL-23進一步產生Th17相關的細胞因子(IL-17A,IL-17F,IL-21),誘導IL-22,同時抑制與Th17亞群無關的IL-10和IFN-γ的產生。其他細胞因子如IL-1能夠進一步放大 Th17細胞的分化,但不是 Th17細胞分化的基本驅動因子。研究提示,TGF-β可能不是人類 Th17細胞分化必需的細胞因子,而且有可能抑制人類 Th17細胞的分化。IL-1和IL-6對人類 Th17細胞的分化至關重要。但是TGF-β與促炎性細胞因子(IL-1、IL-6、IL-21和IL-23)一起,能夠將初始臍帶血細胞誘導成為Th17細胞。IL-1和IL-6只能使先前已經活化的記憶性T細胞產生IL-17。參與T h17細胞分化增殖的轉錄因子與信號途徑主要包括核孤兒受體γ t(retinoid-related orphan receptor-γ-t,RoRγ t)、RoRα和 STAT-3(signal transducer and activator of transcription)等[4]。RoRγ t缺陷的小鼠T h17細胞顯著減少,RoRγ t-/-基因敲除小鼠 Th17細胞缺乏,甚至在T細胞被TGF-β和IL-6激活時也是如此。然而在RoRγ t-/-小鼠中依然能觀察到殘留的Th17細胞;同時失去 RoRα與 RoRγ t則導致 Th17細胞的徹底缺失[5-6]。STAT-3缺陷的小鼠 Th17細胞增殖障礙;相反,持續過表達STAT-3則誘導IL-17的產生[7]。Socs3(suppressor of cytokine sig-nalling)蛋白是STAT-3的一個負性調節因子(negtive regulator),同時也調節Th17細胞的發生[8]。Socs3-/-基因敲除小鼠發生多器官的炎癥性疾病,伴有中性粒細胞(PMN)浸潤和 IL-17的過量產生。有研究表明,除了 RoRγ t/RoRα和 STAT-3外,IRF4(interferon regulatory factor 4)和c-Maf蛋白等其他轉錄因子也參與Th17細胞的分化[9-10]。

LeibundGut-Landmann等[11]研究表明,凝膠多糖(一種純化的β葡聚糖)在體外實驗中能夠通過decetin-1(樹突狀細胞相關C型凝集素-1)-Syk(脾酪氨酸激酶)-CARD9(半胱天冬酶募集區蛋白9)信號通路誘導樹突狀細胞(DC)成熟并分泌促炎細胞因子IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)、IL-23以及少量IL-12,誘導Th17細胞的分化。小鼠對白念珠菌感染的適應性免疫反應涉及Th17細胞的誘導,并且這一過程依賴固有免疫信號通路CARD9。van de Veerdonk等[12]的研究結果表明,念珠菌甘露聚糖能夠通過巨噬細胞上的甘露聚糖受體(MR)誘導產生IL-17,且MR誘導的IL-17的產生通過TLR2/dectin-1而不是TLR4或NOD2(nucleotide-binding oligomerization domain protein 2)途徑放大,表明念珠菌能夠通過特異性的模式識別受體(specific pattern recognition receptors)觸發 Th17型反應。

Conti等[13]使用小鼠口咽念珠菌感染小鼠模型研究發現,Th17主要通過IL-17發揮抗念珠菌感染作用,Th17缺陷(IL-23p19-/-)和 IL-17受體缺陷(IL-17RA-/-)的小鼠PMN募集受損。Th17缺陷小鼠唾液殺念珠菌活性降低,Th1缺陷(IL-12p35-/-)小鼠則無此表現。Huang等[14]的研究表明,IL-17A在小鼠抗全身性念珠菌感染中發揮重要作用,與野生型小鼠比較,IL-17AR-/-的基因敲除小鼠生存率下降,腎臟真菌負荷增加,外周血PMN的動員和進入感染部位的能力受到損害。慢性皮膚黏膜念珠菌病(CMC)患者選擇性的不能清除念珠菌感染,表現為持續或反復發生的皮膚黏膜念珠菌(大多為白念珠菌)感染,Eyerich等[15]報道,與急性念珠菌感染的免疫正常患者及健康志愿者比較,CMC患者的外周血單核細胞受白念珠菌激發后Th17相關的細胞因子IL-17和IL-22產生減少。CMC患者產IL-17的CCR6+T細胞減少,盡管 IL-1、IL-6這 2個人類Th17細胞分化所需的細胞因子水平趨于升高。高IgE綜合征是一種原發性免疫缺陷,患者STAT3雜合子突變并導致Th17細胞分化和IL-17產生障礙,雖然表現出增高的促炎基因轉錄,依然對金葡菌和白念珠菌高度易感[16-17]。最近的一項對25例土耳其高IgE綜合征兒童的研究結果表明,雖然僅有6例患兒存在STAT3突變,但所有患兒均存在T h17反應受損[18]。Rudner等[19]報道,與野生型小鼠比較,IL-23p19-/-小鼠肺部感染肺孢菌后,感染清除能力出現暫時性的受損,抗IL-23p19和抗IL-17中和抗體能夠使野生型小鼠的真菌負荷增加。與野生型小鼠比較,IL-23p19-/-小鼠肺部淋巴細胞趨化因子IP-10(interferon-inducible protein-10)、MIG(monokine induced by IFN-γ)、巨噬細胞炎性蛋白(MIP)-1α、MIP-1β和正常T細胞活化調節因子(RANTES)均下降,肺組織中效應CD4+T細胞減少。研究結果表明IL-23/IL-17軸參與宿主對肺孢菌的防御反應。Deepe等[20]在莢膜組織胞漿菌肺部感染小鼠中的研究發現,IL-17為產生最佳保護性炎癥反應所必須,在組織胞漿菌病中IL-17/IL-23軸發揮調節作用,中和IL-17A使真菌清除能力降低。Kleinschek等[21]使用野生型和IL-23p19-/-小鼠感染新生隱球菌研究發現,盡管與野生型小鼠比較IL-23p19-/-小鼠產生IFN-γ相似,IL-17的產生卻顯著減少,IL-23p19-/-小鼠肝肉芽腫產生減少,但生存期中度縮短,肝真菌清除延遲。

但Zelante等[22]使用胃腸道白念珠菌感染和肺曲霉病小鼠模型研究發現,增高的 IL-23/Th17反應使小鼠對白念珠菌和煙曲霉的易感性增加,IL-23/IL-17途徑抑制保護性的T h1型抗真菌反應;使用抗體中和IL-17增加了真菌的清除,減輕了炎癥病理,保護性的 Th1抗真菌能力得到恢復。但在IFN-γ缺失時,IL-23能夠通過IL-12p35依賴的機制發揮保護性的抗真菌作用。IL-23和IL-12分別由表達GM-CSF+IL-4和FLT3L(Fms-like tyrosine kinase 3 ligand)的骨髓來源的DC亞群產生;并且在對真菌反應中,DC通過T LR/MyD88(髓樣分化因子88)依賴的炎癥途徑產生IL-23。甚至在IFN-γ存在時,IL-23和IL-17損傷PMN對酵母和煙曲霉孢子的殺滅能力。IDO(indoleamine 2,3-dioxygenase,吲哚胺2,3-雙加氧酶)對PMN的炎癥程序發揮負性調節作用,而IL-23和IL-17則抑制IFN-γ對IDO的誘導,使PMN基質金屬蛋白酶9(MMP9)和髓過氧化物酶(MPO)的產生顯著增加,加重真菌感染過程中與Th17細胞活化相關的組織炎癥病理損傷[23]。TIR8(T oll IL-1R8或 single Ig IL-1-related receptor)是IL-1受體(IL-1R)家族的成員,也是 T LR/IL-1R信號途徑的負調節蛋白。該研究小組在白念珠菌全身感染或黏膜感染及煙曲霉肺部感染小鼠模型中發現,與野生型小鼠比較,Tir8-/-小鼠對白念珠菌或煙曲霉孢子的易感性增強,感染后炎癥病理損傷加重,并與Th17途徑的激活呈因果關系[24]。

二、Treg與真菌感染

除了確保自身耐受,不同類型的T regs活躍參與了免疫反應。FoxP3(factor foxhead box P3)是Treg特征性的轉錄因子。天然出現的CD4+CD25+FoxP3+Tregs(nTregs)起源于胸腺,在外周幸存的 nTregs成為天然調節器;而可誘導的Tregs(inducible or adaptive,iT regs)在外周發生自初始(na?ve)CD4+T細胞,由損傷的協同刺激信號活化或由失活的細胞因子和藥物誘導。已發現RoRα與RoRγ t這兩個Th17細胞系特異性的轉錄因子通過FoxP3外顯子2中的LxxLL基序與FoxP3相聯系,從而參與T reg與Th17細胞的互反發生(reciprocal development)調節。TGF-β在Th17或T reg細胞的產生中發揮著復雜的作用并表現出濃度依賴性,低濃度時,與IL-6或IL-21一起誘導Th17細胞的產生;在高濃度時傾向于誘導FoxP3+T reg細胞的產生。另外,T reg細胞的生長因子IL-2抑制Th17細胞的分化;維生素A的代謝產物維A酸(retinoic acid)能提高T reg細胞而抑制Th17細胞的分化[4]。

自身免疫性多內分泌腺病-念珠菌病-外胚層營養不良(autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis-ectodermal dystrophy,APECED)又稱為1型自身免疫性多腺體綜合征(autoimmune polyglandular syndrome type 1,APS-1),主要表現為腎上腺皮質功能不全、甲狀旁腺功能減退和念珠菌病等,有研究報道這些病人存在nT regs誘導缺陷[25-26]。Montagnoli等[27]在胃內接種白念珠菌的小鼠模型中研究發現,nTregs通過共刺激分子B7/CD28依賴的途徑,被白念珠菌菌絲激活的產IL-10的DC誘導增殖。nTregs抑制 Th1型反應,減輕炎癥性病理損傷,在對白念珠菌的保護性記憶免疫中發揮關鍵作用。他們還在氣管內接種煙曲霉孢子的小鼠模型中發現,在感染早期,nTregs的擴增、激活和局部募集,通過IL-10和細胞毒 T淋巴細胞相關抗原4(CTLA-4)共同作用于IDO,抑制PMN,控制炎癥反應;感染后期,致耐受性iTregs抑制 Th2細胞和組織對真菌的變態反應[28]。有研究發現,免疫介導的炎癥反應能直接損傷肺功能,促進肺孢菌肺炎的發病[29]。McKinley等[30]在小鼠中的研究發現,nTregs在肺孢菌感染后被募集進入肺內,應用抗體清除nT regs引起肺部炎癥加重,Th1和Th2型細胞因子產生增多,肺損傷加重,但nTregs不是抗肺孢菌的效應細胞。Hori等[31]也在免疫缺陷小鼠中發現,CD25+CD4+T regs能夠抑制肺孢菌所致的免疫病理損傷。Loures等[32]使用巴西芽生菌氣管內接種小鼠模型研究發現,與野生型小鼠比較,T LR2-/-小鼠感染巴西芽生菌后肺部T h17免疫反應增強,有較多的PMN進入肺內殺滅真菌,肺組織真菌負荷下降,但nT regs擴增受損,炎癥反應增強,炎癥性病理損傷加重,但兩組小鼠的生存期未表現出顯著差異。Cavassani等[33]在巴西芽生菌病患者中的研究發現,Treg細胞在這一真菌引起的肉芽腫性疾病中發揮控制局部和全身免疫反應的作用。他們還發現,CCR5是介導Treg細胞進入巴西芽生菌感染部位的關鍵受體,引起免疫反應效應下調及真菌在肉芽腫內的長期存活[34]。

三、吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)與真菌感染

IDO是色氨酸的降解酶,能夠抑制 T細胞反應,促進免疫耐受,已有的研究表明,IDO在感染、妊娠、自身免疫、移植和腫瘤發生等方面發揮著復雜的免疫調節作用[35]。在炎癥過程中,DC和PMN中的IDO被促炎性刺激物(IFN-γ等)上調,接著IDO利用超氧化物作為輔因子氧化裂解色氨酸的吲哚環,產生一個中間產物,經去甲酰化成為 L-犬尿素(L-kynurenine)。幾種IDO依賴的機制能夠減輕炎癥反應,阻止自身免疫。Romani等[36]在小鼠肺曲霉病模型中發現,使用IDO抑制劑1-甲基色氨酸(1-MT)阻斷色氨酸代謝過程中的犬尿素途徑可引起煙曲霉感染后IL-17產生增加、T reg細胞活性受損以及急性炎癥性肺損傷等。犬尿素和 IFN-γ聯合替代治療可以保護慢性肉芽腫病(CGD)小鼠不發生侵襲性肺曲霉病[36]。他們還在小鼠念珠菌病模型中研究發現,與在DC和效應PMN中一樣,IDO在感染部位通過IFN-γ和CT LA-4依賴的機制表達增加,活性增強。感染早期應用IDO抑制劑1-MT使小鼠抗白念珠菌感染的能力下降,感染以及相關的炎癥病理損傷加重;體內 TNF-α、IL-6、IL-12等促炎性細胞因子表達增高;Th1型細胞增多,Th2型細胞及Treg細胞減少。1-MT能夠使PMN吞噬和殺滅白念珠菌能力下降,活性氧產物增多,細胞凋亡增加。另外在體外實驗中觀察到,IDO抑制劑1-M T能夠促進白念珠菌酵母生長為菌絲,培養基中加入色氨酸可以部分逆轉這種作用,說明IDO能夠直接影響白念珠菌的形態[23]。

已有的研究結果表明,Th17細胞在真菌感染過程中發揮著復雜作用,Th17型免疫反應除了有利于清除殺滅進入體內的真菌之外,過度增高的Th17型免疫反應有可能加重炎癥性病理損傷并起到阻止病原體清除的作用。Treg細胞與IDO能夠抑制過度增高的炎癥反應,減輕真菌感染引起的組織病理損傷,有可能使機體在清除真菌感染和減輕炎癥病理損傷之間獲得某種平衡,使機體在獲得足夠的保護性抗真菌免疫反應的同時不必完全清除病原體或引起不可接受的組織損傷水平。這為真菌感染的免疫干預治療提供了新的思路。

[1] 張嬰元.侵襲性真菌感染的正確診斷和合理治療是當前值得重視的問題[J].中國感染與化療雜志,2007,7(1)：1-3.

[2] 榮令,周新.Toll樣受體與侵襲性肺曲霉病研究進展[J].國際呼吸雜志,2008,28(14)：858-860.

[3] 榮令,周新.C型凝集素受體在抗真菌感染中作用的研究進展[J].中國感染與化療雜志,2008,8(6)：443-447.

[4] Kaufmann SH,Kuchroo VK.Th17 cells[J].Microbes Infect,2009,11(5)：579-583.

[5] Ivanov,II,McKenzie BS,Zhou L,et al.The orphan nuclear receptor RORgammat directs the differentiation program of proinflammatory IL-17+T helper cells[J].Cell,2006,126(6)：1121-1133.

[6] Yang XO,Pappu BP,Nurieva R,et al.T helper 17 lineage differentiation is programmed by o rphan nuclear receptors ROR alpha and ROR gamma[J].Immunity,2008,28(1)：29-39.

[7] Liu X,Lee YS,Yu CR,et al.Loss of ST AT3 in CD4+T cells prevents development of experimental autoimmune diseases[J].J Immunol,2008,180(9)：6070-6076.

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

[9] Huber M,Brustle A,Reinhard K,et al.IRF4 is essential for IL-21-mediated induction,amplification,and stabilization of the T h17 phenotype[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(52)：20846-20851.

[10] Bauquet A T,Jin H,Paterson AM,et al.The costimulatory molecule ICOS regulates the expression of c-M af and IL-21 in the development of follicular T helper cells and T H-17 cells[J].Nat Immunol,2009,10(2)：167-175.

[11] LeibundGut-Landmann S,Gross O,Robinson MJ,et al.Syk-and CA RD9-dependent coupling of innate immunity to the induction of T helper cells that produce interleukin 17[J].Nat Immunol,2007,8(6)：630-638.

[12] van de Veerdonk FL,Marijnissen RJ,Kullberg BJ,et al.The macrophage mannose receptor induces IL-17 in response to Candida albicans[J].Cell Host Microbe,2009,5(4)：329-340.

[13] Conti HR,Shen F,Nayyar N,et al.Th17 cells and IL-17 receptor signaling are essential for mucosal host defense against oral candidiasis[J].J Exp Med,2009,206(2)：299-311.

[14] Huang W,Na L,Fidel P L,et al.Requirement of interleukin-17A for systemic anti-Candida albicans host defense in mice[J].J Infect Dis,2004,190(3)：624-631.

[15] Eyerich K,Foerster S,Rombold S,et al.Patients with chronic mucocutaneous candidiasis ex hibit reduced production of Th17-associated cytokines IL-17 and IL-22[J].J Invest Dermatol,2008,128(11)：2640-2645.

[16] Holland SM,DeLeo FR,Elloumi HZ,et al.STA T3 mutations in the hyper-IgE syndrome[J].N Engl J Med,2007,357(16)：1608-1619.

[17] Ma CS,Chew GY,Simpson N,et al.Deficiency of T h17 cells in hy per IgE syndrome due to mutations in ST AT3[J].J Ex p Med,2008,205(7)：1551-1557.

[18] Al Khatib S,Keles S,Garcia-Lloret M,et al.Defects along the T(H)17 differentiation pathway underlie genetically distinct forms of the hyper IgEsy ndrome[J].J Allergy Clin Immunol,2009,124(2)：342-348,348 e1-5.

[19] Rudner XL,Happel KI,Young EA,et al.Interleukin-23(IL-23)-IL-17 cytokine axis in murine Pneumocystis carinii infection[J].Infect Immun,2007,75(6)：3055-3061.

[20] Deepe GS Jr,Gibbons RS.Interleukins 17 and 23 influence the host response to Histoplasma capsulatum[J].J Infect Dis,2009,200(1)：142-151.

[21] Kleinschek M A,Muller U,Brodie SJ,et al.IL-23 enhances the inflammatory cell response in Cry ptococcus neoformans infection and induces a cytokine pattern distinct from IL-12[J].J Immunol,2006,176(2)：1098-1106.

[22] Zelante T,De Luca A,Bonifazi P,et al.IL-23 and the T h17 pathway promote inflammation and impair antifungal immune resistance[J].Eur J Immunol,2007,37(10)：2695-2706.

[23] Bozza S,Fallarino F,Pitzurra L,et al.A crucial role for tryptophan catabolism at the host/Candida albicans interface[J].J Immunol,2005,174(5)：2910-2918.

[24] 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.

[25] Ryan KR,Lawson CA,Lorenzi AR,et al.CD4+CD25+T-regulatory cells are decreased in patients with autoimmune polyendocrinopathy candidiasis ectodermal dystrophy[J].J Allergy Clin Immunol,2005,116(5)：1158-1159.

[26] Kekalainen E,T uovinen H,Joensuu J,et al.A defect of regulatory T cells in patients with autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis-ectodermal dystrophy[J].J Immunol,2007,178(2)：1208-1215.

[27] Montag noli C,Bacci A,Bozza S,et al.B7/CD28-dependent CD4+CD25+regulatory T cells are essential components of the memory-protective immunity to Candida albicans[J].J Immunol,2002,169(11)：6298-6308.

[28] Montag noli C,Fallarino F,Gaziano R,et al.Immunity and tolerance to Aspergillus involve functionally distinct regulato ry T cells and tryptophan catabolism[J].J Immunol,2006,176(3)：1712-1723.

[29] Wrig ht TW,Gigliotti F,Finkelstein JN,et al.Immune-mediated inflammation directly impairs pulmonary function,contributing to the pathogenesis of Pneumocy stis carinii pneumonia[J].J Clin Invest,1999,104(9)：1307-1317.

[30] McKinley L,Logar AJ,M cAllister F,et al.Regulatory T cells dampen pulmonary inflammation and lung injury in an animal model of pneumocystis pneumonia[J].J Immunol,2006,177(9)：6215-6226.

[31] Hori S,Carvalho T L,Demengeot J.CD25+CD4+regulatory T cells suppress CD4+T cell-mediated pulmonary hyperinflammation driven by Pneumocystis carinii in immunodeficient mice[J].Eur J Immunol,2002,32(5)：1282-1291.

[32] Loures FV,Pina A,Felonato M,et al.T LR2 is a negative regulator of Th17 cells and tissue pathology in a pulmonary model of fungal infection[J].J Immunol,2009,183(2)：1279-1290.

[33] Cavassani K A,Campanelli AP,M oreira AP,et al.Systemic and local characterization of regulatory T cells in a chronic fungal infection in humans[J].J Immunol,2006,177(9)：5811-5818.

[34] M oreira AP,Cavassani KA,Massafera Tristao FS,et al.CCR5-dependent regulatory T cell migration mediates fungal survival and severe immunosuppression[J].J Immunol,2008,180(5)：3049-3056.

[35] M ellor AL,M unn DH.IDO ex pression by dendritic cells：tolerance and try ptophan catabolism[J].Nat Rev Immunol,2004,4(10)：762-774.

[36] Romani L,Fallarino F,De Luca A,et al.Defective tryptophan catabolism underlies inflammation in mouse chronic granulomatous disease[J].Nature,2008,451(7175)：211-215.