Th17/IL-17炎癥軸介導強直性脊柱炎炎癥的機制研究

陳 鵬,劉宏瀟

(中國中醫科學院廣安門醫院，北京 100029)

Th17/IL-17炎癥軸介導強直性脊柱炎炎癥的機制研究

陳 鵬,劉宏瀟

(中國中醫科學院廣安門醫院，北京 100029)

Th17/IL-17炎癥軸；強直性脊柱炎

強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis,AS)屬血清陰性脊柱關節病，是一種慢性、進行性炎性疾病，以侵犯骶髂關節、脊柱及臨近的肌腱、軟組織等部位為典型特征。炎癥、骨破壞、新骨形成是AS發展過程中的3個典型病理改變[1]。自身免疫介導的炎癥是AS發展的始動環節。炎癥過程中，白細胞在附著點部位的大量聚集可引起附著點侵蝕、附近骨髓炎、水腫等，形成炎癥性骨破壞；隨后肉芽組織形成，鈣磷積累，導致新骨形成。這一過程在同一部位反復發作，最終可導致關節逐漸僵直變形，甚至“竹節”樣變，后果嚴重。因此，早期介入抗炎治療，對于延緩AS患者病情進展、保護關節十分必要[1]。AS炎癥的發生與多方面因素有關，機體免疫功能的紊亂是其中一個關鍵因素，而T淋巴細胞亞群的改變更是在導致機體免疫功能的紊亂中發揮了積極的作用[2]。輔助性T淋巴細胞17(helper T cell 17，Th17)作為T淋巴細胞重要組成部分，在越來越多的研究中被證實與AS的發病密切相關[3]。本文綜述國內外近幾年有關Th17分化及其功能異常的研究，總結Th17在介導AS炎癥中的分子機制，旨在為進一步探討AS炎癥發病機制和治療提供線索。

1 Th17/IL-17炎癥軸在AS中發揮重要致炎作用

Th17由幼稚型T細胞分化而來，是Harrington等[4]于2005年首次發現的一種能特異性分泌白細胞介素17(IL-17)的T輔助性細胞亞群，廣泛參與了炎癥反應、自身免疫疾病、腫瘤和移植排斥。Th17可分泌多種細胞因子，如IL-17、IL-21、腫瘤壞死因子(TNF)等。Th17/IL-17炎癥軸是Th17的主要效應途徑。IL-17在自身免疫病中有著重要的致炎作用，已成為很多疾病研究焦點[5-7]。IL-17受體(IL-17R)在幾乎所有細胞中都有表達，因此IL-17可通過與多種不同細胞的相互作用而發揮其生物學功能。一方面，IL-17可刺激上皮細胞、內皮細胞、成纖維細胞等釋放IL-6、IL-8、趨化因子20、粒細胞集落刺激因子(G-CSF)及粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)。IL-8等通過促使中性粒細胞分化成熟，往炎癥部位聚集；IL-6、G-CSF、GM-CSF等通過促使骨髓中粒細胞的生成，發揮其致炎作用。一方面，IL-17可與單核細胞和樹突狀細胞相互作用，促使其釋放IL-1、TNF、IL-6等炎癥因子；反過來，IL-1、TNF、IL-6等炎癥因子也正反饋地與IL-17協同作用，放大炎癥。而且IL-17還可直接或間接地參與軟骨和骨破壞，IL-17可抑制軟骨細胞及成骨細胞中基質的產生，通過誘導MMP及NOS的生成和功能而參與軟骨破壞；IL-17還可增加核因子κB受體活化因子配體(RANKL)在成骨細胞中的表達水平，促使破骨細胞生成，參與骨的侵蝕。

AS作為一種慢性、進行性炎性疾病，患者血清中IL-17的表達水平異常升高[7]，不僅導致了IL-1、IL-6、IL-8、TNF等炎癥因子異常，使AS炎癥反復發作，加劇炎性骨破壞，而且促進了金屬基質蛋白酶(MMP)、NOS、RANKL等因子的高表達，間斷性地加劇了軟骨和骨的破壞。兩者的反復發作，使骨破壞與新骨形成的進程加快，促進了AS病情進展。近期，針對IL-17A單抗治療活動期AS的實驗顯示IL-17A單抗在治療AS中具有良好而安全的效果[8]。這不僅說明了IL-17在AS發病機制中具有重要作用，而且說明了IL-17可能是未來治療活動期AS的一個新的靶點。

2 Th17的分化受多種因子共同調控

IL-17的異常表達離不開Th17的病態分化，Th17的分化則受多種細胞因子的共同調控。Th17的早期分化，即幼稚型T細胞分化為Th17，主要受TGF-β和IL-6的協同誘導；而已分化的Th17則需要IL-23的刺激去維持其存活與擴增。以人類細胞為模型的研究中，Th17的分化同樣是受到多種因子的共同作用[9],其中TGF-β發揮了不可替代的作用。研究發現，臍帶血和胸腺中少許CD161+RORc+前體細胞可在IL-1β和IL-23聯合誘導下，甚至在完全缺失TGF-β的條件下，實現向Th17分化。但這樣設置的模型更像是研究已分化的Th17的擴增，而不是初始的Th17分化[9]。 因此，雖然高濃度的TGF-β可抑制Th17的分化，但TGF-β仍然是誘導幼稚型T細胞表達Th17特異性轉錄因子RORc(小鼠是RORγt)，從而實現向Th17分化不可或缺的一個因子。而且IL-1β、IL-6、IL-21、IL-23等炎癥因子可以移除對于CD4+T細胞表達RORc的抑制作用，并促進IL-17的表達，從而實現向Th17的分化。本質上而言，幼稚型T細胞并不表達IL-1β及IL-23的受體,而在IL-6或IL-21聯合TGF-β的刺激后，這些受體開始表達，使細胞可以接受IL-1β及IL-23的調節。另外，TGF-β同樣也可通過抑制Th1的特異性轉錄因子T-bet的表達和Th1的產生，間接地促進Th17的分化[9]。

總的來說，人類Th17細胞的分化需要IL-1β、IL-6、IL-21及IL-23等因子聯合TGF-β的協同作用：幼稚型T細胞向Th17分化，主要受IL-6、TGF-β、IL-21的協同誘導；IL-1β、IL-23則在已分化Th17的存活和擴增中發揮作用。針對AS患者的研究發現，IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等因子水平在AS患者體內存在明顯異常[7,10-11]，而且AS患者PBMC可顯著地高表達IL-1β和IL-6等炎癥因子[12]。由此可見，幼稚型T細胞向Th17分化或者已分化的Th17分化擴增所需要的刺激因子在AS患者體內多存在明顯異常。這些因子的異常表達，反過來促進了Th17異常分化，從而參與了AS炎癥。

3 IL-23是Th17/IL-17炎癥軸的主要調控者

作為IL-12家族的一員，IL-23是由與IL-12共有的亞單位IL-12p40及其特異性亞單位IL-23p19共同構成。往下游傳遞信號時，IL-23信號通路所涉及的受體主要是由IL-12Rβ1和IL-23Rα構成的受體復合物。這種受體復合物在多種細胞中均有表達，包括Th17。IL-23與IL-23受體復合物結合后則可將信號進一步傳遞到Th17細胞內,Th17的擴增和存活極其依賴IL-23的作用[10,13]。IL-23可以極大地提高Th17的存活水平和擴增能力，明顯增加IL-17的表達水平[14-15]，而阻斷IL-23的小鼠體內則伴隨著Th17數量的減少，IL-17水平也被明顯抑制[16-17]。并且，IL-6和TGF-β1誘導分化的Th17在沒有IL-23介入的情況下并不能導致自身免疫病[18]。因此，IL-23如果存在異常，則可能極大改變了Th17存活狀態和功能特性。

IL-23/Th17/IL-17炎癥軸是脊柱關節炎中的一條重要的炎性信號通路[5,19]。AS患者體內，IL-23水平較正常對照者明顯升高，并且與疾病活動度(由BASDAI評分得出)平行[8]。而且IL-23R mRNA水平在AS患者PBMC中存在高表達，它的基因多態性與中國AS患者易患性密切相關[20]。因此，IL-23的異常升高極大地提高了Th17的擴增和存活水平，促使了IL-17的異常合成和分泌，使Th17/IL-17炎癥軸參與了AS炎癥。

4 STAT3是Th17/IL-17炎癥軸信號傳導的中轉站

小鼠模型的研究中發現，Th17的分化不僅依賴于RORγt的表達，還依賴于STAT3的作用，而STAT3可被IL-6、IL-21、IL-23活化[9,21-22]。

Th17的早期分化需要有IL-6、IL-21及TGF-β的參與。幼稚型T細胞表面存在功能性的IL-6R，由誘導生成的亞單位IL-6Rα和特異性亞單位gp130組成。故而，IL-6可通過IL-6-gp130-STAT3途徑誘導STAT3的活化。但是這種誘導作用在SOCS3(RORγt的抑制因子)作用下只是短暫存在的。雖然STAT3是誘導RORγt的表達必須因子，但是無法單獨誘導RORγt的表達，仍需有TGF-β信號的協同參與。TGF-β信號通過其受體可以激活Smad2信號通路，同時刺激RORγt和Treg特異性轉錄因子Foxp3的表達。TGF-β信號也可以通過Smad2/3途徑來抑制IL-6和IL-21誘導的SOCS3的表達，從而使STAT3在幼稚型T細胞中的表達水平和表達時間得到強化。STAT3被不斷活化后可以在IL-6和TGF-β存在的情況下移除Foxp3對于RORγt的抑制作用，提高RORγt的表達水平，從而促進了Th17分化進程。另外，IL-6還可誘導Th17分泌IL-21，這個分泌途徑同樣依賴于STAT3的功能。反過來，IL-21又可通過誘導STAT3的活化而參與Th17的分化。

幼稚型T細胞在IL-6、IL-21及TGF-β誘導下分化為Th17細胞后，開始表達IL-23R和IL-1βR。IL-23信號可通過IL-23R受體及JAK/STAT信號通路進一步加強STAT3的活化程度。這種狀態下活化的STAT3可以通過與RORγt的共同作用，使Th17細胞狀態及其功能得到穩定；同時也可直接與IL-17的啟動子結合，誘導IL-17的表達。而IL-1β則可通過調節干擾素調節因子4(Interferon regulatory factor 4，IRF4)的表達而協同并增強IL-6、IL-23對于Th17分化的誘導作用。

STAT3不僅在幼稚型T細胞向Th17分化中發揮了關鍵作用，更是在維持分化后Th17的穩定和功能中占據了重要地位，是IL-6、IL-21、IL-23信號傳導的一個不可或缺的中轉站。隨著IL-6、IL-21、IL-23表達水平的異常升高，STAT3可能也隨之異常活化，刺激了Th17的分化和IL-17的表達。而且，針對中國漢族AS患者的研究中發現，STAT3基因多態性參與了AS病情進展，與歐美AS患者調查研究的結果一致[23]。這說明了AS患者體內STAT3的表達水平本身可能就存在異常，而IL-6、IL-21、IL-23持續刺激，使STAT3不斷被活化，進一步將信號傳遞給相對應的基因，從而導致了Th17的異常分化和IL-17的高表達。

5 小 結

Th17/IL-17炎癥軸在AS炎癥中發揮了十分重要的作用，IL-17可通過與不同細胞的相互作用而發揮多種致炎功效。IL-17的高表達離不開Th17的異常分化。Th17的分化受到IL-1β、IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等因子的協同調控。其中，IL-6、IL-21和TGF-β主要是在誘導幼稚型T細胞向Th17分化發揮作用，而后Th17細胞開始表達IL-1βR和IL-23R，這時候IL-1β和IL-23就開始調控活化的Th17的擴增和存活。無論是IL-6、IL-21誘導幼稚型T細胞向Th17分化，還是IL-23維持Th17的存活和擴增，它們的信號傳導都需經由STAT3，活化后的STAT3不僅在幼稚型T細胞向Th17分化中發揮了關鍵作用，而且在已分化的Th17的功能和存活中也做出了不可替代的貢獻。針對AS患者的研究發現，誘導Th17分化的因子，如IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等均存在明顯異常。而且，IL-23作為Th17/IL-17炎癥軸重要的調控因子，其受體基因多態性與AS發病密切關聯，mRNA水平在AS患者體內異常表達。IL-6、IL-21、TGF-β、IL-23及IL-23R異常表達不斷活化本身可能就存在異常的STAT3，持續被活化的STAT3開始與Th17的特異性轉錄因子RORγt相互作用，或者在誘導Th17早期分化中發揮作用，或者在維持Th17的功能和存活中發揮作用。而且被IL-23信號活化的STAT3可以直接與IL-17基因的啟動子結合，促進IL-17的表達?？偟膩碚f，Th17/IL-17炎癥軸在AS病理機制的致炎作用，離不開誘導Th17分化的調控網絡的異常，也離不開自身可能存在的異常。研究Th17/IL-17炎癥軸及誘導Th17分化的調控網絡在AS中的作用，可助于尋找新的、有效的、安全的治療靶點。

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劉宏瀟,E-mail:liuhongxiao＿123@163.com

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.07.046

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A

1008-8849(2015)07-0796-03

2014-02-20