γδT17細胞在氣道過敏性疾病中的作用研究進展

王曼 王俊閣 趙競一 閆新宇 韓金帥

首都醫科大學附屬北京中醫醫院耳鼻咽喉科100010

氣道過敏性疾病包括變應性鼻炎 (allergic rhinitis,AR)和支氣管哮喘。全球有超過6億AR 患者,AR 不僅嚴重影響患者的生活質量,還是導致支氣管哮喘的危險因素[1]。根據WHO 的推算,每年約有18萬人死于哮喘,氣道過敏性疾病已成為全球性的健康問題[2],且發病率呈逐年上升趨勢[3]。目前認為AR 的核心機制之一是Th2分化優勢,但其確切的機制尚未明確,約1/3的AR 患者并發哮喘,嚴重影響身體健康[4]。支氣管哮喘是以氣道慢性炎癥、氣道高反應性、可逆性氣道阻塞和氣道重塑為主要特征的慢性氣道疾病[5],是由多種免疫細胞、細胞因子和炎癥介質共同參與的級聯免疫反應[6]。支氣管哮喘的主要免疫機制是機體接觸到過敏原后,抗原遞呈細胞包括樹突狀細胞、巨噬細胞等將抗原提呈給T 淋巴細胞,使Th1/Th2及Th17/Treg平衡失調,以Th2、Th17 占據優勢,分泌IL-4、IL-5和IL-13、IL-17等細胞因子引起肥大細胞脫顆粒、嗜酸粒細胞聚集,促使B 細胞產生大量免疫球蛋白E誘發氣道炎癥[7],但上述平衡不能完全解釋支氣管哮喘的所有現象。

近年來,γδT 細胞作為適應性免疫和固有免疫的橋梁,組成了機體防御的第一道防線,其在氣道過敏性疾病中的免疫作用越來越受到重視。研究表明支氣管哮喘患者的肺泡灌洗液、痰標本、肺組織中γδT 細胞明顯增加,γδT 細胞及其產生的細胞因子在支氣管哮喘患者呼吸道黏膜免疫應答過程中發揮著重要作用[8]。細胞因子IL-17 是分化的(αβ)Th17效應因子亞群的標志性細胞因子[9],但目前大量研究發現Vγ4+γδT 細胞亞群中IL-17+γδT (γδT17)細胞是支氣管哮喘中IL-17 的主要產生者,而非Th17 細胞[10-11]。γδT17細胞主要是通過產生IL-17 在支氣管哮喘發病中起重要作用,在炎癥感染早期能快速分泌IL-17,與IL-1、IL-6、TNF等細胞因子協同作用,促進中性粒細胞的浸潤,從而高效而快速地控制感染,γδT17抑制氣道高反應、降低嗜酸粒細胞的聚集,對支氣管哮喘有保護作用[12]。本文對γδT17細胞與支氣管哮喘的相關研究進展作一綜述。

1 γδT細胞概述

γδT 細胞是一種獨特的T 細胞譜系[8],根據T 細胞抗原受體 (T cell antigen receptor,TCR)的不同可分為2個主要群體,其特征是表面表達αβ和γδT 細胞受體。αβT 細胞受限于MHC分子,在獲得性免疫應答中發揮重要作用;而γδT 細胞不具MHC 限制性,不需要依賴抗原的呈遞過程,是固有免疫和適應性免疫的橋梁,γδT 細胞主要分布于表皮、黏膜和肺內,在外周血中僅占T 細胞的1%～10%。在卵蛋白 (ovalbumin,OVA)誘導的急性變態反應性氣道疾病小鼠模型中,γδT 細胞的缺失使氣道高反應顯著升高,阻斷γδT 細胞的功能影響局部炎癥的消退,這表明γδT 細胞在變應性疾病中發揮著重要的調節作用。γδT細胞根據其TCRγ、δ鏈的V 區的不同組合可分為多個亞群,并發揮不同功能。根據δ鏈的表達不同,γδT 細胞可分為3 個主要群體:第一組γδT 細胞表達Vδ1 鏈產物,Vδ1+T 細胞亞群多在胸腺及黏膜表面的上皮層中表達,在感染、損傷等過程中保護上皮組織的完整性[13]。Vδ1γδT可以產生大量IL-10,以及少量IL-2、IL-4 和IFN-γ,γδT17細胞屬于胸腺來源的Vδ1γδT 亞群。第二組γδT 細胞表達Vδ2鏈產物,Vδ2+T 細胞亞群主要存在于循環中,占到循環γδT 細胞的50%～90%。Vδ2+T 細胞的特征是它們可以作為抗原呈遞細胞[14],具有抗原提呈、共刺激和黏附 分 子 的 特 性[15]。Vδ2+T 通 常 與Vγ9 共 表 達,但Vγ9Vδ2配對只出現在人類及靈長動物中。此外,根據CD27和CD45RA 的表達不同,它們還可將Vδ2+T 分為4個亞群:初始細胞 (CD27+CD45RA+)、效應記憶細胞(CD27-CD45RA-)、中樞記憶細胞 (CD27+CD45RA-)和終末細胞 (CD27-CD45RA+)[16]。第三組是Vδ3+T 細胞,約占循環T 細胞的0.2%。Vδ3+T 細胞在血液循環中含量少,但在肝臟、白血病及慢性病毒感染患者中含量豐富,通過IL-2刺激有絲分裂原,Vδ3+T 細胞被擴增,激活后可殺死CD1d+靶細胞,釋放Th1、Th2、Th17等細胞因子,誘導樹突狀細胞成熟為抗原呈遞細胞[17]。

2 γδT17細胞分類及其特征

2.1 γδT17細胞功能分類 γδT 細胞通過分泌多種細胞因子如IL-17、IFN-γ等發揮雙向免疫調節作用[18-19]。γδT 細胞根據其分泌細胞因子的不同分為產生IL-17的γδT 細胞(IL-17+γδT)、產生IFN-γ的γδT 細胞 (IFN-γ+γδT)、產生調節作用的γδT 細胞 (γδTreg)、人類錯配修復基因2(h MSH2)γδT 細 胞 等 多 種 功 能 的γδT 細 胞,其 中 以IL-17+γδT、IFN-γ+γδT 細胞為主。研究表明,過敏性哮喘患者IFN-γ+γδT/IL-17+γδT 比例大幅度降低[20]。決定IL-17細胞因子偏向與IFN-γ偏向的因素是γδT 細胞是否與配體TCR 相遇,Skint1 是該TCR 配體的關鍵組成部分[21]。研究發現,如果Vγ5Vδ1+γδT 細胞遇到Skint1,則可分化為CD27+樹突狀表皮T 細胞,并獲得IFN-γ偏向,在沒有Skint1的情況下,Vγ5Vδ1+樹突狀表皮T 細胞的數量減少,從而保留了帶有IL-17偏向的CD27-細胞[22],細胞表 面 分 子CD27 可 用 于 區 分IFN-γ 偏 向 的γδT 細 胞(CD27+)和偏向于IL-17的γδT 細胞 (CD27-)[23]。研究發現,偏向于IL-17的γδT 細胞表達CCR6,而偏向于產生IFN-γ的γδT 細胞不表達CCR6[24]。另外,研究表明宿主的免疫環境可以影響胸腺產生的γδT17細胞的比例,在孕婦中發現高水平的IgG 可以顯著減少胎兒γδT17細胞的發育,出生后數周的肺部γδT17細胞仍持續減少,而IFN-γ+γδT 的百分比增加[25]。

2.2 γδT17細胞結構分類 γδT17細胞根據結構鏈不同分為Vγ6+γδT17或Vγ4+γδT17[26]。2種γδT17細胞類型主要存在于上皮或上皮下結締組織中,但在部分組織中二者存在差異[27],如傾向于產生Vγ4+IL-17 的γδT17 細胞多存在于肺和真皮中,也存在于結腸的正常固有層中分離的淋巴濾泡內[28],而Vγ6+γδT17 細胞未在腸道中發現。IL-17是由Vγ6+細胞在穩態下產生的,由Vγ4+γδT17TCR識別的配體僅在炎癥反應期間表達。Vγ6+γδT17細胞表達異常高水平的TCR (TCR-hi),借此特性就可將它與其他γδT 細胞區分開來,而Vγ4+γδT17 細胞通常具有與其他γδT 細胞子集表達相同的TCR 水平。二者共同點是均需通過DN2階段所必需的轉錄因子Bcl11b和轉錄 “主調節因子”c-Maf,c-Maf促進了染色質的可及性和 “17型”基因(包括RORγT 和Blk)的表達,拮抗了IFN-γ促進轉錄因子TCF1[29]。

3 γδT17在氣道過敏性疾病中的作用

3.1 γδT17 細胞因子IL-17 在氣道炎癥中的作用 IL-17是一種促炎因子,由155個氨基酸組成的相對分子質量為35 000的二硫鍵連接的二聚體糖蛋白,在適應性免疫及固有免疫系統之間發揮作用,由IL-17A～F 6個家族成員組成,即IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL17E (又稱IL-25)和IL-17F。IL-17A 是最先被發現的,可由γδT 細胞、Th17細胞、NKT 細胞、NK 細胞及中性粒細胞等產生[30],參與過敏性疾病的發生過程。IL-17A 與IL-17F 是IL-17家族的主要成員,IL-17A 與細胞的親和力較IL-17F高約10 倍。IL-17A 與IL-17F 是感染免疫的主要研究對象,均參與自身免疫性疾病與炎癥的發生與發展[31]。IL-17除能夠募集并活化中性粒細胞抗感染免疫外[32],亦能介導過敏性疾病的發生發展[33]。

在哮喘研究機制中γδT17細胞對哮喘氣道炎癥及氣道高反應的調控作用尚未完全闡明,在哮喘氣道反應性方面,γδT17細胞發揮不同的作用,可能與其不同亞型、特殊的相應T 淋巴細胞亞型受體有關。一方面,γδT17 分泌的IL-17參與哮喘的發病過程,在OVA 哮喘動物模型中,IL-17主要來源于肺組織Vγ4+γδT 細胞亞群[34]。慢性鼻竇炎合并支氣管哮喘患者中,鼻竇黏膜IL-17A 的表達升高,且鼻黏膜IL-17A+細胞與嗜酸粒細胞之間存在相關性[35]。Sorbello等[36]通過評估IL-17A 和IL-17F 在輕、重度哮喘患者鼻腔/支氣管固有層中的表達與哮喘加重的關系發現,重癥哮喘患者鼻/支氣管黏膜上IL-17A 和IL-17F表達程度都顯著高于輕癥哮喘患者和未患哮喘對照組,說明IL-17A和IL-17F與重癥哮喘關系密切。Agache等[3]研究發現,支氣管哮喘患者肺組織、外周血中IL-17 顯著增加,且與哮喘的嚴重程度呈正相關,其原因可能是IL-17 含量的增加使呼吸道中性粒細胞大量募集,從而導致IL-6、IL-8、巨噬細胞炎癥蛋白、粒細胞集落刺激因子等炎性因子和趨化因子的大量產生,促進中性粒細胞的增殖、成熟和趨化。另一方面,γδT17細胞產生的IL-17 對氣道慢性炎癥及氣道高反應有顯著的負調控作用,在OVA 誘發哮喘模型中,炎癥局部的趨化因子CCL25 可誘導IL-17 的產生,推動IL-17+γδT 細胞向炎癥部位遷徙,增強細胞因子IL-17 分泌活性[37]。此外,γδT17細胞對哮喘小鼠氣道炎癥的作用取決于IL-17 的水平,低劑量的IL-17 可抑制γδT 分泌IL-17而加重炎癥反應,高劑量的IL-17 可與IL-13 協同作用促進γδT 分泌IL-17,從而減輕氣道高反應及哮喘的炎癥反應[38]。通過哮喘小鼠模型也證實IL-17與氣道高反應性和氣道重塑的發生直接相關[39],缺乏IL-17的小鼠在疾病模型下更易發生氣道重塑,并且肺炎癥浸潤及肺損傷更加嚴重[40]。

3.2 γδT17細胞在氣道炎癥中的作用 γδT17為免疫反應早期IL-17的最重要來源,在多種感染性疾病和自身免疫性疾病中發揮重要作用[30]。雖然γδT17細胞和Th17細胞有許多相似的特征[41],如產生CCR6、芳香烴受體、維甲酸相關核孤兒受體以及IL-12受體,但它們在功能上存在差異,特別是它們對TCR、細胞因子信號以及對環境的反應[42-43]。首先,在抗原激活方面,γδT17細胞可迅速誘導中性粒細胞的吞噬作用,誘導上皮細胞產生IL-17依賴的β防御素,參與宿主對感染性微生物的免疫應答;γδT17可以通過Toll樣受體直接與某一病原體相互作用[44],參與氣道炎癥反應[45]。第二,在支氣管哮喘模型的肺組織中發現γδT17細胞比Th17細胞數量多之外,γδT17細胞還有一個空間優勢,它們通常位于靠近支氣管的上皮細胞,此位置可能賦予γδT17在炎癥期間免疫保護的功能性優勢,這一結論與γδT 細胞在氣道中發揮的多效性和環境特異性作用是一致的[46]。第三,研究證實先天免疫識別受體優先表達在γδT17細胞上,在起始微生物侵入的炎癥反應中對宿主防御起重要作用[41]。Molet等[47]發現IL-17+γδT 細胞在支氣管哮喘患者的氣道中升高,γδT17在支氣管哮喘等免疫炎癥性疾病中起重要作用,其特征在于分泌IL-17A 和釋放大量下游炎癥因子。γδT17細胞在感染的早期能快速應答,病原體入侵后,γδT17分泌的IL-17能和IL-1、IL-6、TNF發揮協同作用,募集中性粒細胞,分泌CCL20和粒細胞集落刺激因子等促進中性粒細胞的浸潤,從而高效而快速地控制感染反應。

3.3 γδT17在支氣管哮喘中的免疫作用 γδT17在氣道免疫炎癥早期扮演重要角色,γδT17細胞亞群能快速產生大量IL-17,促進巨噬細胞的增殖和分化,調節中性粒細胞和單核細胞的聚集,誘發炎癥反應[48],在OVA 致敏的哮喘小鼠中,將IL-17+/+γδT 細胞小鼠與野生型哮喘小鼠相比,氣道高反應、嗜酸粒細胞聚集和Th2細胞及其相關細胞因子IL-4、IL-13、IL-23 均減少,與之相反的是,接受IL-17-/-γδT 細胞的小鼠的肺功能、氣道嗜酸粒細胞和Th2細胞浸潤量與對照組小鼠相比,保持在相當水平[34]。內源性IL-23 在體內和體外均可誘導γδT 細胞產生IL-17[43],IL-23-IL-23受體 (IL-23-IL-23R)信號傳導可通過促進GATA 結合蛋白3 的表達并增強γδT 細胞產生IL-17[49-50]。滅活的分枝桿菌可通過抑制IL-23R 的表達,緩解IL-17+γδT 細胞介導的免疫反應而減弱支氣管哮喘小鼠肺中的氣道炎癥和氣道高反應性[51]。Costa等[37]研究表明,在OVA 誘發過敏性疾病模型中,炎癥局部的趨化因子CCL25在CCR9介導下通過γδ (4)α (7)整合素推動IL-17+γδT 細胞向炎癥部位遷徙,并調節其細胞因子IL-17分泌活性,介導過敏性疾病發生發展。另外,細胞因子IL-6、IL-21參與IL-17+γδT 細胞的發育、激活和募集[42]。

γδT17在支氣管哮喘的氣道高反應中發揮了重要作用,先前的研究已經確認γδT 細胞是氣道內穩態的重要組成部分,也是氣道高反應的關鍵調節因子[12]。炎癥的自然消解是一個動態的過程,需要去除過敏原刺激,下調炎癥介質,消除死亡細胞[52]。支氣管哮喘這一消退過程的失調導致支氣管過敏性炎癥的發生和進展[53]。從IL-17 充足(IL-17+/+)或IL-17 缺乏 (IL-17-/-)的小鼠中分離出γδT 細胞,轉移到過敏小鼠的肺中,以確定其對炎癥消退的影響,在加入IL-17+γδT 細胞或rIL-17治療后,可促進肺嗜酸粒細胞和Th2細胞的消退,炎癥的消退速度明顯加快,同時降低了支氣管哮喘前期趨化因子和IL-4、IL-13水平,因此rIL-17或IL-17+/+γδT 細胞促進過敏性肺炎中肺功能正常化和炎癥的消退[34]。

3.4 γδT17在支氣管哮喘中的免疫調節作用 支氣管哮喘的發病機制主要與Th1/Th2細胞和Th17/Treg細胞的平衡失調有關[54]。然而,隨著T 細胞的發現,支氣管哮喘作用機制也在不斷變化。近年來的研究表明,γδT17/γδTreg失衡對支氣管哮喘存在潛在的影響。OVA 致敏的支氣管哮喘小鼠中,分析了γδT17與γδTreg百分比的動態變化,數據顯示,與對照組相比,支氣管哮喘小鼠脾細胞懸液中IL-17+γδT 細胞的百分比明顯升高,Foxp3+γδT 細胞的百分比降低,另外,γδT17相關的細胞因子IL-17A 升高,與IL-17+γδT 細胞存在明顯相關性,有證據表明γδT17細胞與RORγt的水平有關,而γδTregs與Foxp3 的高表達有關[55-56]。支 氣 管 哮 喘 模 型 組 中γδT17 細 胞 與RORγt m RNA 之間存在正相關[57],OVA 致敏的支氣管哮喘模型組RORγt的mRNA 表達明顯高于正常對照組,而Foxp3的m RNA 表達降低。

4 總結

氣道過敏性疾病的發病機制復雜,涉及到固有免疫和獲得性免疫、細胞免疫和體液免疫等,γδT17細胞主要通過產生IL-17對支氣管哮喘的發生發展過程發揮作用。通過深入研究γδT17及IL-17細胞在支氣管哮喘發病中的作用及其相關作用機制,加深支氣管哮喘免疫學發病機制的認識,了解導致炎癥發生及消退的機制可能會為過敏性氣道疾病治療的發展提供新的途徑,也為理解γδT17細胞在適應性免疫系統調節方面的功能提供了一個新的視角。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突