炎性細胞因子在胃腸道移植物抗宿主病中的作用機制研究進展

張會 申徐良

1長治醫(yī)學(xué)院 046000；2長治醫(yī)學(xué)院附屬和平醫(yī)院血液科，長治 046000

1 移植物與宿主病

異基因干細胞移植（alloSCT）是一種有效的治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤的方法，它主要是通過供體T 細胞依賴性移植物與白血病（GVL）反應(yīng)介導(dǎo)的。然而，供體異體反應(yīng)性T細胞也可能損害非惡性宿主組織，最終導(dǎo)致移植物抗宿主病（GVHD）［1］。GVHD 分為急性和慢性兩個階段，根據(jù)發(fā)病時間以及獨特的臨床和病理表現(xiàn)可加以區(qū)分。急性GVHD 和慢性GVHD 都是由同種異體反應(yīng)性T 細胞浸潤到靶器官，隨后激活促炎信號級聯(lián)，導(dǎo)致組織損傷和器官衰竭。急性GVHD 通過復(fù)雜的生物過程發(fā)展，包括3 個階段：抗原呈遞細胞（APC）的激活、供體T細胞的激活和細胞及炎癥效應(yīng)階段［2］。cGVHD 發(fā)病機制的特征是自身反應(yīng)性免疫細胞胸腺選擇不足，B細胞失調(diào)和纖維化慢性組織炎癥［3］在受體胸腺中選擇新的自身反應(yīng)性CD4+T 細胞［4］。急性GVHD 的主要靶器官是皮膚、肝臟和胃腸道，而慢性GvHD 涉及多種組織，導(dǎo)致顯著的發(fā)病率和病死率。

對于急性和慢性疾病，GVHD 發(fā)展的風(fēng)險因素是相似的，GVHD 風(fēng)險取決于若干因素，包括供體-受體人白細胞抗原（HLA）差異、患者年齡、供體細胞來源、預(yù)處理方案、伴隨的感染和移植后GVHD 預(yù)防類型。預(yù)處理方案對胃腸黏膜的損傷會導(dǎo)致病原體相關(guān)分子模式（DAMPs 和PAMPs）的釋放［5-6］，這些模式通過連接模式識別受體（PRRs）激活先天免疫系統(tǒng)的細胞。這最終導(dǎo)致克隆性擴張的同種反應(yīng)性T 細胞的產(chǎn)生，這些細胞介導(dǎo)進一步的損傷，形成炎癥級聯(lián)反應(yīng)。從臨床角度來看，胃腸道受累是GVHD 發(fā)病的主要原因，可導(dǎo)致嚴重的并發(fā)癥，包括持久性腹瀉、腸外營養(yǎng)需求以及細菌穿過受損黏膜屏障移位引起的感染性并發(fā)癥［7］。胃腸道移植物抗宿主病（GIGVHD）是導(dǎo)致死亡的主要原因。腸道干細胞（ISCs）和它們的小生境Paneth 細胞是靶細胞，導(dǎo)致腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)和微生物生態(tài)失調(diào)。腸道損傷通過傳播促炎細胞因子環(huán)境，在放大全身性GVHD 中起著核心作用［8］。鑒于胃腸道在GVHD 生物學(xué)中的關(guān)鍵作用，旨在減少靶器官炎癥的策略有可能顯著降低與該疾病相關(guān)的發(fā)病率和病死率。

2 STAT 3信號在胃腸道GVHD中的作用

在免疫應(yīng)答的形成過程中，T 細胞受體、共刺激配體和細胞因子的信號傳導(dǎo)到細胞內(nèi)是幼稚T 細胞分化所必需的。在GVHD 過程中，這些效應(yīng)異反應(yīng)細胞能夠分泌炎性細胞因子并獲得細胞毒性能力，從而導(dǎo)致組織損傷。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白（STAT）是這些基因表達變化的主要原因，它們是通過細胞因子受體傳遞信號的結(jié)果。細胞因子與其受體的結(jié)合會激活Janus激酶（JAKs），活化的JAK 使受體磷酸化，活化并磷酸化其主要底物STAT。磷酸化的STAT 與具有保守SH2 結(jié)構(gòu)域的STAT 家族的其他成員二聚化，然后將二聚體轉(zhuǎn)移到細胞核中，并與DNA 序列的特定調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)合，以激活或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。在這些STAT蛋白中，STAT3 在GVHD［9］期間的T 細胞致病性中尤為重要。事實上，用抑制STAT 3 磷酸化的小分子治療［10］或移植STAT3 缺陷的T 細胞［9］顯著降低了與GVHD 相關(guān)的病死率和結(jié)腸內(nèi)的病理損傷，為STAT3 依賴性細胞因子在誘導(dǎo)炎癥中發(fā)揮顯著作用的前提提供了支持。STAT3 信號的消失與供體效應(yīng)T 細胞的減少和調(diào)節(jié)性T 細胞（Tregs）的相應(yīng)增加有關(guān)。這些結(jié)果表明，在GVHD 背景下，STAT3 信號通路在平衡免疫系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用。這一基本前提在體外已經(jīng)得到證實，在人類細胞中，小分子抑制STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制異基因反應(yīng)T 細胞的增殖，同時促進誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細胞（iTregs）的擴張。此外，CD4 T 細胞STAT3 的激活與患者胃腸道內(nèi)TH17細胞的增加和相應(yīng)的病理損傷有關(guān)［11］。

與異基因反應(yīng)T 細胞中STAT3 信號的促炎性質(zhì)不同，受體髓系細胞中STAT3 的表達加劇了GVHD［12］。值得注意的是，該分析僅限于表達髓細胞特異性基因（LysM）的細胞，這些細胞主要是巨噬細胞/單核細胞系。雖然這項研究沒有探索受體髓系細胞中的STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為何會引起矛盾的抗炎作用的機制，與WT 受體相比，LysM-Cre-STAT3fl/受體中的供體CD4+和CD8+T細胞數(shù)目的增加以及血清IFN-γ和IL-17的升高，這表明這部分受體髓細胞可能間接調(diào)節(jié)供體T 細胞的反應(yīng)。供體髓樣細胞缺乏對GVHD 的總體嚴重程度沒有影響［12］。因此，STAT3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的促炎作用似乎是通過T 細胞而非髓細胞群介導(dǎo)的。這些觀察的潛在臨床意義來自于這樣一個事實，即一些與GVHD 的病理生理學(xué)有關(guān)的炎癥細胞因子，特別是在胃腸道內(nèi)，使用STAT3作為其信號通路的一部分，因此可以用適當(dāng)?shù)奶禺愋钥贵w進行阻斷。在胃腸道內(nèi)，與GVHD 相關(guān)的STAT 依賴性細胞因子是IL-6、IL-23和IL-21。

2.1 白細胞介素6 IL-6 是一種促炎細胞因子，是啟動TH17免疫應(yīng)答的關(guān)鍵。在IL-6和轉(zhuǎn)化生長因子-β存在的情況下，幼稚T 細胞能夠分化為TH17 細胞，而在沒有這種細胞因子的情況下，這些細胞被定向轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)性T 細胞（Tregs）［13-14］。因此，IL-6 似乎在促進免疫系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。在實驗小鼠的研究中，IL-6 和可溶性IL-6R 在胃腸道GVHD 期間的水平都被證明是遞增的［15］。此外，通過與IL-6 受體結(jié)合的抗體阻斷IL-6 信號，可顯著降低GVHD 相關(guān)的病死率，特別是結(jié)腸內(nèi)的病理損傷［15-17］。在一項研究中，這歸因于胸腺依賴性和胸腺無關(guān)性Treg 生產(chǎn)的增加，導(dǎo)致Treg絕對數(shù)量顯著增加［15］。值得注意的是，當(dāng)GVHD 保護完全依賴于產(chǎn)生iTregs 的能力時，阻斷IL-6信號使GVHD 的嚴重程度僅在結(jié)腸內(nèi)［16］減少。應(yīng)該指出的是，增強Treg重組免疫學(xué)的前沿，在所有的研究中都沒有觀察到［17］，雖然這可能是由于更簡短的抗IL-6R 抗體給藥計劃沒有提供足夠的IL-6 阻斷來積極影響Treg 再生。在小鼠硬皮病慢性GVHD 模型中，需要更長時間的抗IL-6R抗體來觀察穩(wěn)健的Treg重建［18］。

IL-6阻斷劑治療和預(yù)防GVHD 的潛在療效也在人體中得到了驗證。這是因為托珠單抗（tocilizumab）是一種人性化的抗IL-6R抗壞血酸劑。在HSCT患者中使用tocilizumab是可能的。有3 項應(yīng)用tocilizumab 治療類固醇難治性GVHD的初步研究，包括31例患者，報道了使用托珠單抗治療SR 急性GVHD 的結(jié)果；幾乎所有患者（即30/31）都對涉及下消化道的疾病進行了治療；在這3 項研究中，有2 項研究的反應(yīng)率（PR 和CR）相似（67%和69%）；然而，在第3 項試驗中，只有44%的患者觀察到了反應(yīng)，而且壽命很短；對這些結(jié)果差異的一個可能解釋是，在第3 項試驗中，大多數(shù)患者同時患有肝臟GVHD，而在任何研究中都沒有顯示tocilizumab 對治療肝臟疾病有任何療效［19-21］。其原因尚不完全清楚，盡管事實上，一種主要的不良反應(yīng)是雙轉(zhuǎn)氨酶導(dǎo)致這種藥物可能會誘發(fā)某種程度的肝臟炎癥，在并發(fā)肝臟GVHD的情況下可能是有害的。

IL-6可以通過多種途徑介導(dǎo)效應(yīng)，包括經(jīng)典信號、反式信號和簇式信號。鑒于最近有不同的藥物可以抑制這些離散的信號級聯(lián)，了解這種細胞因子的來源、信號和細胞靶點對于指導(dǎo)臨床研究的設(shè)計至關(guān)重要。在一項試驗里證明了受體樹突狀細胞（DC）分泌IL-6引起了系統(tǒng)性失調(diào)［22］。在T細胞靶向IL-6 受體（IL-6R）缺失后，DC 驅(qū)動的經(jīng)典信號傳導(dǎo)的抑制消除了致病性供體Th17/Th22 細胞的分化并導(dǎo)致長期存活。移植后，供體DC 承擔(dān)同樣的作用，維持經(jīng)典的IL-6 信號依賴性GVHD 反應(yīng)。重要的是，抑制IL-6 經(jīng)典信號傳導(dǎo)并不影響移植物抗白血病的作用。總之，這些數(shù)據(jù)強調(diào)IL-6經(jīng)典信號和下游Th17/Th22分化是alloSCT后的關(guān)鍵治療靶點。

2.2 白細胞介素23 IL-23是IL-12家族的一員，通過STAT 3 發(fā)出信號，由樹突狀細胞（DC）以及巨噬細胞和單核細胞［23］等其他APC 分泌。這種細胞因子與IL-12 共有一個p40 亞基，以及一個受體鏈：IL-12Rβ1 也含有IL-23 特異性的p19成分。p19/p40復(fù)合物與IL-12Rβ1的異二聚體結(jié)合，該異二聚體與IL-12 受體和獨特的IL-23 受體亞單位共享，共同存在于記憶/激活的T 細胞、DCc 和巨噬細胞［24］。臨床前小鼠的BMT 研究表明，IL-23 在急性GVHD 時對促進結(jié)腸炎癥有選擇性作用。此外，這種細胞因子還起著關(guān)鍵的介導(dǎo)作用，將黏膜損傷和脂多糖（LPS）移位聯(lián)系起來，LPS移位是調(diào)節(jié)方案的結(jié)果，隨后會產(chǎn)生促炎細胞因子和GVHD 相關(guān)的病理損傷［25-26］。在小鼠模型中，移植IL-23 缺陷的骨髓或注射p19 特異性抗體對急性GVHD 的嚴重程度有明顯的改善作用。這被證明是由于結(jié)腸GVHD 誘導(dǎo)的病理學(xué)優(yōu)先減少，伴隨著在靶器官內(nèi)的促炎癥細胞因子產(chǎn)生減少。與宿主相反，供者產(chǎn)生的IL-23對誘導(dǎo)GVHD相關(guān)的結(jié)腸炎癥至關(guān)重要。這些發(fā)現(xiàn)證實了IL23在GVHD生物學(xué)中在更廣泛的全身炎癥性疾病中具有新的器官特異性作用。進一步的機制研究表明，IL-23的促炎作用至少部分是由IFN-γ 而不是IL-17 介導(dǎo)的，IL-23 介導(dǎo)的結(jié)腸炎癥需要完整的上游LPS/TLR4 信號通路。此外，在急性和慢性白血病模型中，阻斷這一途徑并不能消除GVL的影響［26］。

最近的研究表明，以基因或抗體的方法阻斷IL-23受體同樣可以保護小鼠免受致死性GVHD 和結(jié)腸病理損傷［25］。目前有2 種p19 特異性抗體，即古斯庫單抗（guselkumab）和替拉珠單抗（tildrakinumab），已獲得FDA批準用于治療銀屑病［27-28］。然而，對IL-23信號通路的特異性阻斷尚未被用于預(yù)防或治療人類GVHD。在一項隨機、安慰劑對照研究中，對預(yù)防GVHD 的患者使用了烏司他尼單抗（ustekunimab），該藥物含有40 亞單位，并且具有抑制IL-12 和IL-23 的作用；結(jié)果表明，ustekunimab 治療的患者在2～4 級急性或慢性GVHD 的發(fā)生率上差異無統(tǒng)計學(xué)意義，并且對胃腸道GVHD 的嚴重程度沒有特殊的保護作用；盡管對GVHD 沒有影響，但移植相關(guān)病死率（TRM）顯著降低，從而提高了存活率［29］。

2.3 白細胞介素21 IL-21 由CD4 T 細胞、CD8 T 細胞和NKT 細胞產(chǎn)生，而IL-21 受體在T 細胞、B 細胞、NK 細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞和上皮細胞上表達［30］。一項探討IL-21 在allo-HSCT 后aGVHD 發(fā)病機制中的變化規(guī)律的研究采集了20 例患者移植前后的外周血，雙夾心酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）檢測外周血中IL-21 的濃度，發(fā)生aGVHD 的患者IL-21濃度較移植前明顯升高，IL-21濃度在aGVHD陽性組明顯高于aGVHD 陰性組（P＜0.01），IL-21 在aGVHD的發(fā)病中起重要的正向調(diào)節(jié)作用［31］。IL-21 在GVHD 生物學(xué)中的作用已經(jīng)在多個小鼠移植模型中被研究過［32-35］。所有這些研究中的一個共同發(fā)現(xiàn)是，通過基于抗體的策略或遺傳途徑阻斷IL-21信號傳導(dǎo)，能夠顯著降低GVHD的嚴重程度。在某些情況下，這被證明是由于Tregs 的重建增加，同時供體效應(yīng)T 細胞的擴張也相應(yīng)減少。值得注意的是，有幾項研究證實，阻斷IL-21信號通路會降低胃腸道內(nèi)的病理損害［32-35］。從無GVHD 或2～4級GVHD 患者皮膚和結(jié)腸樣本中分析IL-21 蛋白的表達，免疫組化染色發(fā)現(xiàn)，GVHD患者的所有胃腸道標(biāo)本和54%的皮膚標(biāo)本中均有產(chǎn)生IL-21 蛋白的細胞，而無GVHD 的對照組中沒有。在異種GVHD 模型中，人IL-21分泌細胞存在于GVHD 受者的結(jié)腸中，并且與血清IL-21水平升高有關(guān)。預(yù)防性使用中和型抗IL-21單抗可顯著降低GVHD 相關(guān)的體質(zhì)量減輕和病死率，導(dǎo)致Tregs 增加、分泌IFN-γ 或顆粒酶B 的T 細胞減少。基于這些發(fā)現(xiàn)，抗IL-21 單抗被認為是預(yù)防GVHD 的有效藥物［36］。

3 結(jié) 語

胃腸道是allo-HSCT 后GVHD 患者發(fā)病最嚴重的靶器官，是引起GVHD 患者死亡的主要原因。炎性細胞因子在這一過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并有助于擴大異基因反應(yīng)供體T 細胞的致病作用。一些細胞因子（IL-6、IL-21、IL-23）和細胞因子途徑（例如，STAT 3 信號依賴的炎癥體介導(dǎo)）已被證明在GVHD 的病理生理學(xué)中起作用，所以可用作治療的靶點，但需進一步的戰(zhàn)略性研究設(shè)計，以提高移植患者的總體生存率。