Th17細胞及IL-17A在慢性氣道炎癥疾病中的研究進展*

陳曉璐 王華英 徐 濤 俞萬鈞

1 寧波大學醫學院，浙江省寧波市 315211； 2 鄞州人民醫院呼吸與危重癥科

1 Th17細胞

30余年前學者將CD4+T輔助細胞根據分泌的細胞因子譜和作用的不同分為Th1和Th2亞型。Th1細胞分泌干擾素(Interferon,IFN)-γ，在自身免疫性疾病和清除細胞內病原體中起作用；Th2細胞通過產生白細胞介素IL-4、IL-5和IL-13，參與針對寄生蟲和過敏反應的體液免疫。近年來，Park等[1]在自身免疫性腦炎動物模型中發現第三類CD4+T輔助細胞，因其分泌白介素-17而被命名為Th17。Th17由幼稚CD4+T細胞發育而來，雖然在健康人循環CD4+T細胞中只占到0.1%～0.5%，但其可通過動員、募集和活化中性粒細胞參與多種宿主防御機制和炎癥疾病過程。多種轉錄因子和細胞因子參與Th17的發生和分化過程，如維甲酸相關孤兒核受體RORγt，它與Th17的分化和高表達密切相關，當前者表達降低時，Th17表達水平同步降低。干擾素調節因子4(Interferon regulatory factor 4,IRF4)不僅可通過常規的IL-6和TGF-β信號通路，還可以通過IL-21調控Th17細胞分化，而Th17細胞又可以分泌IL-17A、IL-17F、IL-6、IL-21、IL-22等細胞因子，起到正反饋作用。此外，STAT-3和AHR也被認為在Th17分化過程起著不可或缺的作用[2]。相反，Ets1和STAT-5對Th17細胞分化起負調控作用。另外，有研究表明Notch信號通路也可調節CD4+T淋巴細胞的增殖和分化，當Notch信號通路被阻滯時，促進Th17細胞分化的相關轉錄因子如ROR-γt合成減少，從而抑制Th17細胞成熟[3]。Th17細胞可激活B淋巴細胞，參與巨噬細胞的活化和遷移，并調節CD8+T細胞的活化和發育。 總之，Th17的調控過程極其復雜，具體機制仍有待進一步闡明。

2 IL-17A

IL-17A，最早于1993年在嚙齒動物T細胞雜交瘤的轉錄過程中被發現，該雜交瘤源自小鼠細胞毒性T細胞克隆和大鼠T細胞淋巴瘤的融合，隨后在2005年在小鼠和人類Th17細胞中發現由該細胞分泌。多種其他免疫細胞如γδ-T淋巴細胞、自然殺傷性T細胞、部分CD8+T細胞及淋巴組織誘導細胞也能分泌IL-17A。IL-17A的致病機理在于它可以與各種細胞因子協同作用以增強促炎反應的能力。有研究表明，低劑量的TNF-α聯合IL-17A比單獨應用IL-17A更能激活NF-κB通路，從而導致不穩定的促炎因子如IL-8，CXCL1和COX-2的mRNA的表達和有效翻譯[4]。IL-17A可以與IL-1β和IFN-γ協同作用，增強促炎效果并進一步誘導IL-1β表達，通過絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)調節的啟動子活性以及與NF-κB順式作用元件和轉錄因子AP-1的協同作用來增強IL-8 mRNA的表達和蛋白質翻譯。此外，有研究發現IL-17A通過激活IκB激酶epsilon(IKKε)/ TRAF2 / TRAF5依賴性途徑，增強了不穩定的促炎藥物的穩定性[5]。

作為IL-17家族中研究最廣泛的成員，它在宿主防御多種微生物病原體及組織炎癥中發揮關鍵作用，與IL-17F促進中性粒細胞介導的氣道炎癥。最近，IL-17A與IL-17A分泌細胞已成為治療各種形式的自身免疫和炎性疾病的藥物制造的重要分子。抗IL-17A抗體在2015年被FDA批準用于治療銀屑病，該抗體也已在哮喘、類風濕性關節炎、多發性硬化、移植排斥和炎癥性疾病中進行了研究。

3 Th17及IL-17A與慢性氣道炎癥疾病的關系

鑒于Th17和IL-17A在炎癥過程中的重要作用，近年來越來越多的研究聚焦于以上兩者和哮喘、類風濕性關節炎、多發性硬化等各種炎性疾病的關系，其中與慢性氣道炎癥疾病的相關發病機制也正被逐步揭示。慢性氣道炎癥性疾病是指由多種細胞參與引起的一種非特異性炎癥，主要包括哮喘、慢性阻塞性肺病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、囊性纖維化(Cystic fibrosis,CF)、結節病和支氣管擴張等疾病。慢性氣道炎癥性疾病的發生由呼吸道的結構細胞、炎癥細胞以及細胞組成成分的共同作用導致，而炎癥細胞包括Th17細胞居于核心地位。

3.1 與哮喘的關系 哮喘是主要由Th2介導的炎癥為特征的慢性氣道炎癥疾病，IL-4、IL-5和IL-13等細胞因子廣泛參與其發病過程。然而，哮喘的發病機制及發作的嚴重程度已經不能單純用Th2細胞介導的炎癥過程解釋。David等[6]通過活檢不同分期、分級的哮喘患者氣道黏膜標本發現Th17細胞及其分泌的IL-17A水平隨著病情的加重相應增高。Jing 等[7]也在數百名由被動吸煙引起的哮喘幼兒外周血標本中發現Th17細胞的比例和IL-17A的水平增加。同樣的，在小鼠哮喘動物模型中也發現外周血中Th17細胞比例增加，同時IL-17A的表達也增加，同時有研究發現IL-17A失活足以減輕小鼠的過敏性哮喘[8]。Al-Ramli等人[9]首次發現了Th17細胞因子、IL-17A和IL-17F在重癥哮喘患者氣道活檢組織中高表達，且表達水平隨著疾病的嚴重程度增加。由此可見，Th17細胞不僅參與介導了哮喘的氣道炎癥的發生，更與哮喘的嚴重程度相關。Th17分泌的IL-17A也通過影響氣道平滑肌(Airway smooth muscle,ASM)功能介導氣道炎癥中的氣道重塑過程，是嚴重哮喘后期氣道結構改變的獨立危險因素。IL-17A亦通過增加表達CXCR2的肺泡巨噬細胞的浸潤，增強中性粒細胞聚集和氣道高反應性，促進氣道炎癥反應的發展[10]。臭氧暴露與哮喘的炎癥持續狀態及病情加重有關。Zhang等[11]利用臭氧暴露建立哮喘小鼠模型，在其肺泡灌洗液中發現IL-17A明顯升高，且在應用IL-17A抗體后的肺組織中發現炎癥減輕，并在分子水平上發現IL-17A mRNA表達下降，從而進一步驗證哮喘炎性狀態下IL-17A的產生。該研究同時發現IL-17A抗體與糖皮質激素協同應用可以抑制糖皮質激素受體的下調，說明該抗體還可以通過增加糖皮質激素效果發揮抗炎作用，為聯合用藥提供新的理論基礎。Th17細胞和IL-17A水平的升高程度與支氣管周組織中的微血管密度呈正相關。其中IL-17A通過激活PI3K/AKT1途徑誘導肺微血管內皮細胞PMVEC管的形成，從而促進哮喘中的氣道血管重塑[12]。然而也有研究表明IL-17A可能通過多種機制改善哮喘氣道嗜酸性粒細胞炎癥。氣道滴入IL-17A能降低嗜酸性粒細胞趨化受體3、轉錄因子Gata 1等的基因表達，抑制嗜酸性粒細胞分化，改善哮喘小鼠氣道嗜酸性粒細胞炎癥。綜上，Th17細胞及其分泌的IL-17A在哮喘的發病及嚴重程度中發揮著重要的免疫調控的作用，并為哮喘的治療提供了新思路。

3.2 與慢性阻塞性肺疾病的關系 慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是常見的慢性氣道炎癥性疾病,中性粒細胞、巨噬細胞和CD4+CD8+T細胞及其分泌的細胞因子在發病的病理生理過程中起重要作用。其中Th17細胞和其分泌的細胞因子是目前COPD慢性炎癥中的研究熱點。已有研究表明COPD穩定期患者和急性加重期(Acute exacerbation chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)患者外周血Th17及IL-17水平均明顯升高,且AECOPD患者升高更明顯，并與FEV1、FEV1%、FVC、FVC%、FEV1/FVC等肺功能指標呈負相關，表明外周血Th17及IL-17A與COPD患者肺功能有良好的相關性,是早期預測AECOPD的有效指標[13]。Li等[14]發現COPD患者痰液標本中IL-17A升高，且痰中RORC2 mRNA的比例相應升高，表明COPD疾病期間Th17細胞激活。相同的，在長期暴露于香煙煙霧的小鼠肺組織中也發現Th17細胞的比例以及IL-17A的表達升高，尤其在24周時最為明顯[12]。

小氣道纖維化是COPD的主要病理特征，目前的治療方法難以逆轉該過程。在COPD發病過程中炎性細胞聚集是導致氣道纖維化的主要因素。有學者對COPD小鼠分別注射抗IL-17A受體(IL-17 Receptor A，IL-17 RA)抗體和抗IL-17A抗體，發現阻斷IL-17A/IL-17 RA通路可顯著降低了小鼠氣道周圍炎性細胞的聚集和小氣道纖維化程度，證實IL-17A是氣道纖維化的促炎介質[15]。以上結果表明，IL-17A/IL-17 RA通路對鼠氣道纖維化至關重要，而IL-17A則可能是針對預防COPD中氣道纖維化發展的靶點。蔡杰[16]在小樣本的COPD患者中發現趨化因子CXCL12和IL-17A水平均升高,并且升高的程度與肺功能中FEV1和FVC的下降分期呈明顯負相關,提示IL-17A和CXCL12可能與COPD的發生發展相關。但這兩種因子之間通過何種通路相互關聯仍需進一步考究。

COPD作為最為常見的呼吸系統疾病，發展至晚期可明顯影響患者的心肺功能,對社會造成重大負擔。Th17細胞及其分泌的IL-17A作為該疾病發生發展過程中的重要因子，可為未來COPD的治療提供新靶點。

3.3 與支氣管擴張癥的關系 支氣管擴張癥是由于氣道反復發生感染和炎癥造成支氣管和細支氣管管腔的異常擴張，是一組異質性疾病造成的共同結果。以往認為結核、百日咳、麻疹是該病的首要病因，但隨著醫療條件的改善，支氣管擴張的發病率仍居高不下，因此目前認為該疾病的發病可能與免疫缺陷存在關聯。支氣管擴張的發病過程是感染、炎癥和酶(如彈性蛋白酶、基質金屬蛋白酶等)三者共同作用的結果。在一項對合并COPD的支氣管擴張患者和僅患COPD的患者進行的大樣本回顧性研究中發現，前者FEV1、FEV1%、FEV1/FVC等幾項肺功能指標較差，相對于后者，前者外周血中Th17細胞、IL-17A的升高具有統計學意義[17]。Bayes等[18]對比支氣管擴張患者和健康人的肺泡灌洗液，發現與Th17途徑相關的細胞因子和趨化因子都顯著增加，包括直接參與該信號通路的效應物(IL-17A、IL-6、IL-8和TNF-α)和參與該信號通路的調節劑(IL-1α、IL-1β、IL-6和IL-23)。在支氣管擴張患者活檢組織中也顯示Th17細胞的比例顯著增加[19]。也有研究認為IL-17A對支氣管擴張癥有積極作用。銅綠假單胞菌定植造成慢性感染被認為是支擴遷延不愈的因素之一，有研究發現IL-17A可募集中性粒細胞清除細菌，并通過IL-1β產生正反饋作用來促進銅綠假單胞菌的清除[20]。

囊性纖維化(Cystic fibrosis，CF)是造成支氣管擴張癥的常見病因，它是CF跨膜電導調節劑(CF transmembrane conductance regulator，CTFR)基因突變導致氣道纖毛喪失清除功能的常染色體隱性遺傳疾病，在高加索人群中最常見，且通常比非CF支氣管擴張更為嚴重。在CF小鼠慢性感染模型中發現，小鼠縱隔淋巴結有明顯增大，進一步分離淋巴結細胞進行離體再刺激3d后發現IL-17A大量產生[18]。而在人體實驗中發現臨床穩定的CF患者IL-17A水平升高，但在疾病惡化期間CF患者的呼吸道標本中IL-17A水平進一步增加，在抗生素治療病情緩解后下降，說明IL-17A的表達水平與疾病的嚴重程度相關[21]。目前關于Th17細胞及IL-17A在支氣管擴張癥中的研究還相對匱乏，但已有的一些研究結論為Th17細胞及其分泌的細胞因子在該病的發病機制中的作用做了良好的鋪墊，未來的研究方向可集中在Th17途徑參與的支氣管擴張癥的信號通路轉導過程中。

3.4 與結節病的關系 結節病是一種病因不明的多器官肉芽腫炎性疾病，好發于中青年，最常累及的部位是肺，其次還常見于縱隔、眼、皮膚等器官。既往結節病被認為是由Th1驅動的。但近期越來越多的研究表明Th17在該疾病發生發展中也起到不可或缺的作用。Judson等[22]在活動性和復發性結節病患者的肉芽腫組織中均發現Th17細胞。在小鼠結節病動物模型中，Song等[23]發現小鼠BALF液及外周血液的Th17比例和IL-17A水平升高，而IL-17A基因敲除和IL-17A抗體的注射可減輕結節病小鼠的肺部炎癥，阻止結節病樣肉芽腫發展，并降低外周血和BALF中的炎癥因子水平。但也有報道發現疾病活動期患者的Th17細胞減少，且Treg/Th17比值與結節病活動度和對治療的反應呈負相關[24]。以往認為Th1途徑產生的IFN-γ是結節病發病的關鍵細胞因子，近期Joris Ramstein等[25]在結節病CD4+T細胞中發現一類僅產生IFN-γ的Th17細胞擴增明顯，并將其定義為Th17.1細胞。鑒于Th17.1細胞和Th1細胞均可產生IFN-γ，因此Th17途徑可能是對Th1致病的經典理論的重要補充。近一半的結節病患者疾病遷延不愈，其中約20%的患者可進展至肺纖維化，甚至對其他重要臟器造成嚴重功能損害。因此，進一步明確該疾病的發病機制和尋找新的治療靶點意義重大。

4 展望

目前關于Th17細胞亞群及其分泌的炎癥因子IL-17A在慢性炎癥及組織破壞過程的機制被不斷揭示，研究發現越來越多的疾病與IL-17A和Th17細胞有關，與之相關的臨床前期研究和臨床實驗也在進行中，增加了基礎醫學在臨床方面的應用，豐富了有關Th17細胞和IL-17A的概念，更為其在炎癥性疾病的治療上提供了新的治療靶點。