IL-17A在肺臟疾病中的研究進展

李仕來，朱繼金

(廣西醫科大學第一附屬醫院急診科，南寧 530021)

1993年白細胞介素(interleukin，IL)-17A被首次發現[1]，1995年英姆納克斯公司的研究人員首次對IL-17A受體進行描述[2]。2005年，學者發現IL-17A是輔助性T細胞(T helper cells，Th細胞)17的標志性細胞因子[3]。IL-17A的特征是表達“主”轉錄因子視黃酸相關孤兒受體γ，并被IL-12家族的IL-23激活，構成“IL-23-IL-17軸”[4]。之后的研究發現，IL-17A也可由其他細胞群產生，如IL-17+CD8+T細胞，以及包括γδT細胞、自然殺傷T細胞、第3組先天淋巴細胞和“天然”Th17細胞在內的各種先天淋巴細胞亞群[5]。此外，也有報道，包括中性粒細胞和小膠質細胞在內的髓系細胞也能產生IL-17A，但具體機制尚未完全闡明，仍存在爭議[6-7]。現就IL-17家族成員的功能及IL-17A在肺部炎癥、肺纖維化、肺移植、肺癌、肺損傷中的作用予以綜述。

1 IL-17家族概述

1993年，Rouvier等[1]在篩選淋巴細胞基因表達庫來尋找新的免疫分子的過程中發現了IL-17A，命名為細胞毒性T淋巴細胞相關抗原8(cytotoxic T lymphocyte associated antigen 8，CTLA8)。1995年，Yao等[2]發現CTLA8可上調核因子κB、刺激成纖維細胞分泌IL-6和促進T細胞增殖。他們還分離出一種互補DNA(complementary DNA，cDNA)編碼的未知受體，可以結合CTLA8，并建議將CTLA8及其受體分別命名為IL-17A和IL-17R。后來學者又發現了IL-17家族的其他5個成員，分別為IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E和IL-17F[8]。這些細胞因子在機體免疫、感染、腫瘤免疫、慢性炎癥性疾病、自身免疫性疾病和動脈硬化性疾病中均發揮重要作用[4]。IL-17A和IL-17F主要由Th17淋巴細胞分泌，少部分由其他細胞分泌；不同的是，IL-17B、IL-17C、IL-17D和IL-17E則由多種細胞分泌[9]。

2 IL-17A及其受體

IL-17A基因定位于人類染色體6p12.2，共編碼155個氨基酸蛋白，包括23個氨基酸信號肽和132個氨基酸成熟肽。IL-17A以二硫鍵同型二聚糖蛋白(分子量為35 000)的形式分泌，主要由Th17細胞產生[4]。在炎癥條件下，樹突狀細胞、單核細胞和巨噬細胞分泌IL-23、IL-1β、IL-6等細胞因子以及轉化生長因子-β(transformation growth factor-beta，TGF-β)等，促使原始CD4+T細胞向Th17細胞亞群分化極化。TGF-β誘導轉錄因子視黃酸相關孤兒受體γ向Th17亞群分化。同時，IL-6可誘導Th17細胞亞群產生IL-21，IL-21通過自分泌方式上調IL-23受體，進而通過IL-23使Th17細胞穩定并最終分化[10]。

IL-17A通過與細胞表面的I型跨膜蛋白受體結合傳遞信號。但是，IL-17A受體缺乏細胞內酶的活性，因此信號傳遞通過蛋白-蛋白與細胞內效應因子的相互作用介導。IL-17A受體復合物形成后，通過核因子κB激活劑1的成纖維細胞生長因子基因的相似表達或成纖維細胞生長因子-IL-17R的相似表達域與IL-17A受體和IL-17C受體中的成纖維細胞生長因子-IL-17R的相似表達互反域相互作用，從而觸發下游信號通路。IL-17A可以通過核因子κB、促分裂原活化的蛋白激酶[胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)1/2、p38、c-Jun氨基端激酶]以及由腫瘤壞死因子受體相關因子(tumor necrosis factor receptor-associated factor，TRAF)6/TGF-β1活化激酶結合核因子κB激活劑1相互作用激活介導CCAAT/增強子結合蛋白通路。IL-17A/IL-17R/核因子κB激活劑1復合物也可以通過TRAF6激活ERK。同時，IL-17A靶基因信使RNA的穩定性受到TRAF2和TRAF5的IL-17信號級聯以及一種選擇性剪接因子的控制[11-13]。

3 IL-17A在肺部疾病中的作用

3.1肺部急性感染 在感染肺炎克雷伯菌的小鼠中，IL-17A水平與組織細菌負荷呈正相關[14]。此外，感染肺炎克雷伯菌并接受IL-17A治療的小鼠，其局部CC趨化因子配體2、腫瘤壞死因子-α、IL-1β和粒細胞集落刺激因子水平升高，同時大量的中性粒細胞被招募進入肺部，這些結果表明IL-17A在宿主防御肺炎克雷伯菌方面具有保護作用[14]。在接受致病菌干預之前對小鼠進行IL-17A預處理，結果發現IL-17A主要是通過增加中性粒細胞招募、促進細菌清除來改善治療效果，提高小鼠存活率，在隨后的研究中，以IL-17R缺陷小鼠為研究對象，也發現了IL-17A信號轉導對宿主具有保護作用的相似結論[15]。在機制上，肺上皮細胞的IL-17R信號能夠建立趨化因子梯度，從而協調中性粒細胞進入呼吸道，增強宿主防御[16]。這些研究表明，IL-17A對感染期間肺部的適當趨化因子反應至關重要，治療性增強IL-17A反應可以改善肺炎克雷伯菌肺部感染的疾病預后。

人類T細胞經金黃色葡萄球菌抗原刺激后釋放IL-17A[17]，而研究證實Th17細胞和IL-17A在金黃色葡萄球菌防御中具有重要作用[18]。在小鼠中，IL-17A和IL-17F通過促進腺嘌呤核糖核苷酸的產生和中性粒細胞的浸潤來清除上呼吸道的金黃色葡萄球菌而發揮有益的作用[19-20]。IL-17A的保護作用與對Th17細胞反應受損的成年人上呼吸道金黃色葡萄球菌定植的研究一致[21]。其機制主要為金黃色葡萄球菌能促使Th17細胞產生γ干擾素和(或)IL-10[22-23]。研究發現，疫苗誘導的宿主對金黃色葡萄球菌的保護也依賴于IL-17A的表達[24]，而Th1/Th17佐劑正在金黃色葡萄球菌疫苗配方中進行測試[25]。IL-17A抑制肺部炎癥過程中，IL-23釋放的負反饋回路被認為是保護宿主不受過多IL-17A信號影響，從而調控宿主抗菌的防御機制[26]。

3.2肺部慢性感染 化膿性鏈球菌也稱A群鏈球菌(group A streptococcus，GAS)，會導致上呼吸道持續感染。IL-17A通過調節GAS感染后的適應性免疫參與長效的GAS控制。在體外再刺激實驗中，使用 GAS刺激小鼠鼻相關淋巴組織(nasal-associated lymphoid tissue，NALT)細胞(從感染GAS 48 h的小鼠中收集)發現，IL-17A、TGF-β和IL-6水平升高；此外，讓小鼠體內反復接觸GAS也會導致NALT中Th17細胞水平升高[27]。值得注意的是，樹突狀細胞來源的TGF-β和IL-6是驅動Th17細胞分化以應對上呼吸道GAS感染所必需[28]。一項針對IL-6缺陷小鼠的研究顯示，與野生型小鼠相比，IL-6缺陷小鼠GAS感染后可存在于NALT長達60 d，但其IL-17A水平較低[29]。這些數據表明，在NALT中IL-17A和IL-6的產生對上呼吸道GAS的控制非常重要[27,29]。

肺炎鏈球菌是另一種常見的呼吸道致病菌，而IL-17A是對這種細菌的適應性免疫應答所必需。在免疫模型中，與野生型小鼠相比，IL-17A缺陷小鼠在第二次暴露于病原體后，無法介導肺炎鏈球菌載體的加速清除；且研究還進一步發現，小鼠中性粒細胞的減少明顯阻礙了免疫的保護作用[30]。Babb等[31]的研究發現，固有的IL-17A反應是肺炎鏈球菌疫苗產生獨立血清型保護作用的免疫反應所必需。這些結果表明，呼吸道獲得性肺炎鏈球菌免疫依賴于IL-17A介導的中性粒細胞浸潤。

3.3肺部結核桿菌感染 目前尚不清楚IL-17A在結核病中的具體作用，也不清楚其對病原體控制和病理學的影響[32-33]。一些研究發現，編碼IL-17A基因的單核苷酸多態性與結核病易感性有關，而另一些研究則沒有支持這種聯系；外周血CD4+T細胞或體外刺激外周血單核細胞產生的IL-17A，廣泛存在于活動性和潛伏期的結核病患者中，但是IL-17的表達是否與保護或不利的免疫反應有關尚未達成共識[33]。一項研究描述了結核病患者中纖維性結節性肉芽腫有大量IL-17A、IL-1和趨化因子浸潤，表明其與更好的宿主控制和更少的病理損傷有關[34]。對小鼠結核分枝桿菌感染模型進行的研究表明，IL-17A和IL-17A受體信號在感染的急性期對控制細菌負荷沒有作用，但在感染的慢性期尤其是在炎癥反應顯著的情況下對免疫控制有保護作用[35]。有研究已將黏膜IL-17A反應與暴露于分枝桿菌抗原或疫苗株牛分枝桿菌后的長期保護性T細胞反應關聯起來[36-37]。這將對肺結核病疫苗的研究產生積極影響。

3.4肺纖維化 肺纖維化與一組病因各異的異源性疾病有關，臨床上常見于放療和化療引起的纖維化、囊性肺病、肉芽腫性肺病、感染或自身免疫性疾病、環境和吸煙相關的慢性阻塞性肺疾病。因常表現為無明確的潛在病因，所以也被稱為特發性肺纖維化[38]。特發性肺纖維化的主要病變是纖維變性，由細胞外基質的過度沉積導致組織結構的喪失和肺的破壞所誘發。有研究揭示了IL-17家族細胞因子與肺纖維化之間的關系[39-40]。在博來霉素誘導的小鼠肺纖維化模型中，IL-17A在肺、胸腔引流淋巴結及支氣管肺泡灌洗液中表達明顯增加，暴露于博來霉素后，由CD4+和γδ+T細胞分泌的IL-17A誘導產生大量的中性粒細胞浸潤和肺纖維化，因此經博來霉素治療后，IL-17A-/-小鼠的肺纖維化程度明顯低于野生型小鼠[41]。在博來霉素和硅誘導的肺纖維化模型中，使用抗IL-17A抗體進行中和治療也能明顯減輕肺纖維化和細胞外基質沉積，并提高存活率[39]。此外，抗IL-17A抗體治療還能減輕輻射誘導的肺炎和肺纖維化，提高小鼠輻照后的存活率[42]。這提示IL-17A在多種肺纖維化小鼠模型中具有促纖維化作用。另一方面，分泌IL-17A的γδ+T細胞可以通過抑制間質炎癥和協助上皮組織的再生來阻止博來霉素誘導產生肺纖維化；在這種背景下，博來霉素誘導產生肺損傷的模型中，γδ-/-小鼠的肺部炎癥和細胞外基質沉積明顯增加；因為分泌IL-17A的細胞僅占所有損傷肺組織中γδ+T細胞的5%，同時γδ+T細胞也可能分泌其他細胞因子，所以這類細胞分泌的IL-17A的作用尚不十分清楚，需要進一步研究[43]。

3.5肺移植 肺移植是終末期肺病患者的一種可接受的治療方案。但是，同種異體移植排斥反應是肺移植術后發病和死亡的主要原因。研究表明，肺移植排斥反應與多種細胞因子的產生有關，其中IL-17A發揮了關鍵作用[44]。固有免疫和適應性免疫的細胞均可產生IL-17A，因此在移植后的不同時間點均可產生移植物損傷[45]。臨床實踐和動物模型的研究表明，IL-17A與肺移植術后急性和慢性排斥反應的發生有關[46-48]。Vanaudenaerde等[46]發現，臨床肺移植術后急性排斥反應時，支氣管肺泡灌洗液中IL-17A的水平升高與淋巴細胞和中性粒細胞的數量增加有關；同時，IL-17A的水平也與排斥反應的嚴重程度呈正相關。而另一項研究發現，肺移植術后早期支氣管內活檢物中IL-17A陽性細胞數量增加，但與急性排斥反應的嚴重程度無相關性[47]。這種結論相反的發生機制有待進一步研究。Chen等[48]的研究表明，IL-17A表達的時間模式與免疫排斥反應的發生相吻合。為了進一步闡明IL-17A在肺移植后早期病變發生中的作用，他們用IL-17A的中和抗體對移植小鼠進行處理，結果發現能明顯減輕肺移植的炎癥應激和淋巴細胞浸潤。因此認為，在模型中抗IL-17A治療是減輕肺移植術后7 d免疫排斥反應的主要原因。IL-17A在同種異體移植排斥反應的病理生理學中起重要作用，中和IL-17A是預防肺移植排斥反應的一種潛在的治療策略。此外，肺缺血再灌注損傷是肺移植常見的嚴重并發癥，在此過程中IL-17A也發揮了重要作用[49]。IL-17A能夠誘導成纖維細胞生長因子的分泌和增殖，同時也能誘導基質細胞的分化，因此是介導移植慢性排斥反應的潛在靶點[50]。目前阻斷IL-17A或其受體的治療正在自身免疫性疾病中進行試驗[51]，并有望用于肺移植并發癥。

3.6肺癌 研究發現，IL-17A可直接或間接促進腫瘤血管生成和細胞增殖，并可通過激活炎癥信號通路抑制凋亡參與肺癌的發生、發展[52-53]。動物模型顯示，肺特異性K-ras基因突變的IL-17A敲除小鼠的肺癌發病率明顯低于局部肺K-ras基因突變的小鼠[54]。此外，Xu等[55]使用過表達IL-17A cDNA的腺病毒來增強K-ras基因突變小鼠肺中IL-17A的表達。結果表明，吸入腺病毒1周后，實驗組肺IL-17A表達及肺癌發生率明顯高于對照組；IL-17A高表達與基質金屬蛋白酶9表達上調及腫瘤細胞侵襲性增高有關。另一方面，IL-17A可通過抑制癌細胞凋亡和自噬來促進腫瘤的生長和存活[56]。Numasaki等[57]的研究表明，不管是外源性IL-17A刺激還是IL-17A cDNA轉染均不影響非小細胞肺癌細胞系Sq-19和A549的體外細胞增殖。然而，體內動物模型顯示，嚴重聯合免疫缺陷小鼠接種IL-17A cDNA轉染的Sq-19和A549細胞后，腫瘤體積大于載體對照小鼠，Ki-67指數保持不變，而末端脫氧核苷酸轉移酶介導的脫氧尿嘧啶核苷三磷酸缺口末端標記實驗結果表明細胞凋亡水平較低[58]。這說明，IL-17A通過抑制非小細胞肺癌細胞凋亡而非促進細胞增殖來影響肺癌的進展。此外，IL-17A還可促進肺癌的血管生成和淋巴管生成。IL-17A在肺癌中促進信號轉導及轉錄激活子1介導的IL-6、IL-8和血管內皮生長因子的生成，進而促進腫瘤血管的生成[58]。另一方面，Chen等[59]證實IL-17A通過增加淋巴管生成促進了非小細胞肺癌的轉移；其機制為Lewis肺癌細胞系(小鼠)和A549細胞(人類)通過細胞外信號調節ERK1/2通路促進血管內皮生長因子C(淋巴管生成的重要細胞因子)分泌，進而通過對淋巴上皮細胞的化學調控作用而實現淋巴管生成增加、促進癌細胞轉移。

3.7肺損傷 急性肺損傷是一種病理的肺狀態，其特征為內皮細胞通透性增加，導致肺泡水腫，并導致足夠的氣體交換功能障礙。急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是急性肺損傷的嚴重階段，可導致嚴重的氣體交換障礙，并會造成肺纖維增生以及肺重構。誘發ARDS的因素可以是直接的(原發性的)，由肺的直接創傷造成，也可以是間接的(繼發性的)，由肺外疾病或損傷造成。已經證實，嚴重的創傷性損傷、出血和燒傷均與上調的免疫炎癥反應有關，并推測隨后的間接肺損傷是由全身炎癥的激活引起[60]。研究表明，大量的細胞因子，如腫瘤壞死因子-α、IL-1β、IL-6、IL-17A和IL-33在ARDS/急性肺損傷的急性期明顯增加[61-62]。肺損傷的嚴重程度與T細胞亞群失衡有關，與促炎細胞(Th1細胞)增多和抗炎細胞(調節性T細胞)減少的共同作用有關[63]。Th17/調節性T細胞失衡有利于Th17細胞的移位，提示了減少肺損傷的潛在治療目標和早期ARDS患者的新風險指標[64-65]。同時，產生IL-17A的細胞(Th17細胞)具有促炎作用，而研究表明，肺泡和循環中IL-17A水平的升高與肺泡中性粒細胞比例、肺泡通透性的增加和ARDS器官功能障礙的減輕有關[66-67]。此外，IL-17A還可能參與了嚴重創傷后肺功能障礙的發生。Dai等[66]研究發現，使用抗IL-17A中和IL-17A可降低血清IL-17A水平和肺組織IL-17A 信使RNA轉錄水平，改善組織炎癥，延緩病程。他們認為IL-17A在大鼠多發傷的發病機制中起重要作用，抑制IL-17A可能改善多發傷后急性期的肺部炎癥。

4 小 結

IL-17A在過去多年的研究中取得了長足的進步，從最開始的不為人知，到Th17細胞的關鍵特征，再到人類自身免疫性疾病的一個關鍵治療靶點。雖然關于IL-17A在肺部疾病中的研究已有很多，但是其參與肺部疾病的具體作用和機制仍有待進一步探討。此外，IL-17A的臨床轉化價值也是將來的研究重點。總之，IL-17A廣泛參與了肺部疾病的發生、發展和轉歸，是一個潛在、有價值的研究靶點和治療靶點。