雷帕霉素靶蛋白(mTOR)介導Th17/Treg失衡在白塞病(BD)葡萄膜炎發病機制中的作用

張 靚(綜述) 管劍龍(審校)

(復旦大學附屬華東醫院風濕免疫科 上海 200040)

白塞病(Behcet’s disease,BD)是以“眼-口-生殖器”三聯征為特征、累及多系統的血管炎性疾病。BD基本臨床特點為復發性口腔、生殖器潰瘍和眼葡萄膜炎,還可以累及皮膚、腸道、心血管、中樞神經和血液系統[1-3]。當BD合并眼部損害時診斷為眼BD,占BD 60%～80%,以雙側全葡萄膜炎和視網膜血管炎最多見,病程反復,重者失明[1]。近來多項研究認為,輔助性T細胞17(T help cell 17,Th17)/調節性T淋巴細胞(T regular cell,Treg)失衡在BD葡萄膜炎發病中發揮重要作用[2-4]。

雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)是一種在進化上高度保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶,可在糖皮質激素、營養物質(葡萄糖、脂肪酸等)和各種應激原作用下被激活并參與調控T細胞生長、增殖和分化[5]。在哺乳動物體內,mTOR存在兩種蛋白復合體即mTORC1和mTORC2,二者具有不同的特異功能蛋白即Raptor和Rictor[5-6]。mTORC1主要參與Th1和Th17細胞分化,而mTORC2則與Th2細胞分化有關[5-8]。越來越多研究發現,mTOR通過打破Th17/Treg平衡在多種自身免疫疾病的發生發展中起重要作用,如系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)及類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)[6-8]。本文就mTOR通過介導Th17/Treg失衡參與BD葡萄膜炎發病機制進行綜述,旨在為BD葡萄膜炎臨床治療提供新思路。

Th17/Treg失衡與BD葡萄膜炎

Th17細胞與BD葡萄膜炎 Th17細胞是一類新型的CD4+T細胞亞群,主要分泌白細胞介素(interleukin,IL)-17、IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α來促進炎癥過程[2,9-11]。初始T細胞在IL-6和轉化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)共同作用下,協同特異性轉錄因子維甲酸相關孤兒核受體(retinoid acid-related orphan nuclear receptor γt,RORγt)分化成Th17細胞[2-4]。此外,IL-1β和IL-23、IL-6因子對于Th17細胞分化和發育也不可或缺[1]。BD葡萄膜炎中,Th17細胞被抗原提呈細胞(antigen presenting cell,APC)激活并通過分泌效應因子(IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-6、IL-23)趨化單核/巨噬細胞、中性粒細胞、NK細胞等來共同促進眼內炎癥的發生,打破免疫赦免,繼而遷移至眼內組織[2]。在實驗性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis,EAU)小鼠模型中,高水平IL-1β能打破血-視網膜屏障,也可趨化中性粒細胞和單核細胞進入眼內組織。此外,IL-17單獨或聯合TNF-α通過增加趨化因子配體CXCL1/2/5/8水平來誘導上皮細胞和成纖維細胞高表達IL-8和粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor,G-CSF) ,從而活化和募集中性粒細胞重建眼內微環境,TGF-β生成增多[9,12]。有研究發現,在BD葡萄膜炎患者外周血中IL-22過度表達,通過降低機體整體抵抗力和誘導細胞凋亡來破壞人體視網膜色素上皮細胞層,造成視力損害[3]。多項獨立研究發現[2,12-13],在BD葡萄膜炎活動期患者血漿和房水中,Th17細胞及其細胞因子,如IL-6、IL-23、干擾素γ(interferon-γ,IFN-γ)、IL-17較非活動期顯著升高,且與葡萄膜炎活動度呈正相關。EAU小鼠外周血Th17細胞和IL-17、IL-6水平升高,治療后則降低;而加入抗體中和IL-17后,葡萄膜炎明顯減輕[1-2,9-10,12]。Nanke等[2]在BD葡萄膜炎小鼠模型中發現,下調IL-6和TNF-α水平后,Th17細胞分化減少,葡萄膜炎明顯減輕,且IL-23R基因位點rs17375018與BD葡萄膜炎中有較強的相關性。

Treg細胞與BD葡萄膜炎 Treg細胞又稱作CD4+CD25+Foxp3+T細胞,是一類通過產生抑制性細胞因子TGF-β和IL-10來維持免疫耐受、T細胞穩態的抑制性CD4+T細胞亞群[1,9]。CD4+T細胞在高水平TGF-β單獨作用下,通過叉頭狀轉錄因子p3(forkhead transcription factor p3,Foxp3)促Treg細胞分化。在正常眼內微環境中,TGF-β還能結合視黃酸原位促進初始T細胞分化成Treg細胞[10]。Zhuang等[14]發現,急性葡萄膜炎患者外周血和房水中CD4+CD25+Foxp3+Treg細胞及其mRNA表達水平顯著下降,TGF-β減少。在EAU小鼠模型中,治療后的Treg細胞數量增多和功能增強[11]。

越來越多研究發現,Th17/Treg失衡在自身免疫疾病中起著不可或缺的作用,如SLE、RA和多發性硬化癥(multiple sclerosis,MS)等[6-8]。Ye等[15]觀察到BD患者外周血和腦脊液中Th17細胞增多,Treg細胞減少,且與疾病活動相關。Th17/Treg失衡與BD葡萄膜炎Th17細胞和Treg細胞在自身免疫反應中起著截然相反的作用,二者相互拮抗制衡。Foxp3可以直接結合RORγt來抑制Th17細胞分化[14]。因此,Th17/Treg失衡對BD葡萄膜炎發病有重要作用。

mTOR通路介導Th17/Treg失衡

mTORC1促進Th17細胞分化 信號轉導及轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription,STAT3)和RORγt作為Th17細胞分化過程中主要的核轉錄因子,在mTORC1活化后均表達上調。體內和體外EAU實驗中,mTORC1缺乏時,初始T細胞不能分化成Th17細胞,其機制與STAT3磷酸化減少有關[1,10,15-16]。mTORC1抑制劑雷帕霉素治療后小鼠RORγt表達降低,Th17細胞分化減少。Hu等[16]在小鼠結腸炎模型中觀察到,第二代mTOR抑制劑AZD8055能下調促炎細胞因子INF-γ、IL-17A、IL-1β、IL-6和TNF-α的表達,同時使Th17細胞數量明顯減少且功能減退。在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)小鼠模型中,雷帕霉素能通過阻斷mTOR-STAT3信號通路來抑制Th17細胞分化[17]。

mTORC1抑制Treg細胞分化 mTOR-/-T細胞在IL-2和TGF-β缺乏的條件下能自發分化成Treg細胞,Foxp3表達增加[5,18]。Zeng等[5]研究發現,小鼠Treg細胞中Raptor蛋白缺失可增加多種自身免疫病的發生,mTORC1對于Treg細胞功能完整至關重要。對Treg細胞特異性敲除mTORC1上游抑制性因子TSC1后,mTORC1活化增強,造成Foxp3表達降低和Treg細胞數量減少,相反IL-17和IL-1β增多[5,16]。在EAU小鼠模型中,mTORC1抑制劑雷帕霉素抑制IL-17和促進Foxp3表達,進而選擇性擴增Treg細胞,并增強其穩定性和抗炎能力[11,19]。

mTOR與BD葡萄膜炎發病機制

mTOR-STAT3通路 在TGF-β存在的環境中,STAT3在mTOR活化后磷酸化,刺激下游因子IL-6和IL-12、IL-23R的產生,抑制Foxp3表達,進而促進Th17細胞分化和抑制Treg細胞增殖[20]。活化的mTOR信號在STAT3磷酸化過程中起著至關重要的作用。小鼠胚胎成纖維細胞實驗中,雷帕霉素顯著地降低P-Ser STAT3磷酸化水平,而這一效應不受p38抑制劑的影響[21]。體外實驗利用shRNA沉默mTOR基因后,細胞內STAT3水平顯著下降。進一步研究證明,雷帕霉素通過抑制STAT3來促進Treg細胞分化、抑制Th17細胞增殖。Xu等[20]發現mTOR拮抗因子TSC1受抑可增加STAT3磷酸化水平,提示mTOR-STAT3信號通路參與并調控Th17細胞分化。Chen等[22]認為STAT3通過上調細胞內ADP/ATP比值來激活AMPK/mTOR通路,從而抑制Th17細胞自噬;此外,mTOR通過上調STAT3/p63/Notch信號來促進Th17細胞極化。

mTOR-HIF-1α通路 缺氧誘導因子-1α(hypoxia induced factor-1α,HIF-1α)廣泛表達于T細胞,尤其在Th17細胞中高表達,是細胞內的缺氧感受器。低氧環境中,HIF-1α缺失可促進糖酵解過程和Foxp3表達,從而抑制Th17細胞分化、加快Treg細胞增殖,對于維持Th17/Treg平衡有重要作用[8,10,23]。活化的mTORC1通過MT1-MMP/Mint3通路在轉錄和翻譯水平均能上調HIF-1α表達。反之,雷帕霉素通過抑制mTOR可降低Mint3位于N末端氨基酸的磷酸化水平,然后協同MT1-MMP進一步下調Mint3依賴的FIH-1表達水平,最終抑制HIF-1α活化[23]。高水平HIF-1α主要作用于RORγt來促進Th17細胞分化:一方面HIF-1α通過招募形成HIF-1α/p300-RORγ t復合物,活化轉錄因子RORγt和增強STAT3基因表達來促進Th17細胞因子的產生;另一方面,HIF-1α還能誘導糖酵解酶類Glut1、HK2、PGK1、LDHA和PDK1表達來分別增加糖攝取和糖酵解以促進Th17細胞增殖[20,23-25]。此外,HIF-1α還能協同Notch來增強Bcl-2表達促進Th17細胞分化[26]。體外實驗中,用miR-210靶向降解HIF-1α后能抑制Th17細胞分化[6]。同時HIF-1α水平升高還可以抑制Treg細胞分化,其主要機制是直接結合Foxp3基因啟動子區,來降低Foxp3基因表達水平并加快其溶酶體降解速度[5,10,16]。

mTOR-Gfi1通路 獨立生長因子1(growth factor independence1,Gfi1)是一種轉錄抑制因子。越來越多試驗證實,mTORC1能通過抑制Gfi1上調STAT3和RORγt表達來介導Th17/Treg失衡[5,15,27]。Gfi1能阻斷RORγt和增強STAT5表達進而抑制Th17細胞分化,促進Treg細胞增殖[14,28]。Suzuki等[28]研究發現,Gfi1能干擾RORγt募集與IL-17A啟動子的結合來進一步下調IL-17A的表達。

結語Th17/Treg失衡是BD葡萄膜炎發生發展中重要環節,同時mTOR參與并通過多種途徑調節Th17/Treg平衡,提示mTOR介導Th17/Treg失衡可能是BD葡萄膜炎發病機制之一[1-3,27,29]。目前,mTOR抑制劑已經用于研究治療RA和SLE等自身免疫病[6-7]。因此,針對mTOR靶向治療有望成為將來治療BD葡萄膜炎的一種新方法。