IL-17A、自噬在肺部疾病中的研究進展

郭小旭 賀艷飛 姚培學 歐陽瑤

IL-17A是一種生物學功能豐富的細胞因子，由于在許多疾病的進展中起著至關重要的作用，因此一直是深入研究的重點。自噬是一種普遍存在并可調節細胞生長、存活、發育和死亡的細胞代謝過程，越來越多的證據表明其與人類多種疾病密切相關，如肺部疾病、肝病、神經退行性疾病、肌病、心臟病等。有研究表明自噬受到IL-17A的調節。既往研究多關注于IL-17A或自噬分別對肺部疾病的影響，或IL-17A調控自噬在類風濕性關節炎及銀屑病等疾病中的作用，而較少著眼于IL-17A影響自噬進而對肺部疾病的調控。本文綜述了近年來IL-17A影響自噬活性在肺結核、肺纖維化等方面的研究進展。

IL-17A生物學特征及功能

白細胞介素-17A(Interleukin-17A，IL-17A)既往被報道為一種介導中性粒細胞發揮炎癥作用和抗微生物的細胞因子，現在普遍認為其生物學功能十分豐富，在自身免疫性疾病、腫瘤及炎癥的進展中起著關鍵作用，并且在宿主抵抗細菌和真菌感染的過程中也至關重要，如肺結核、肺纖維化等疾病；同時，IL-17A已被證明極有利于宿主對抗胞外細菌和真菌引起的感染[1-2]。IL-17A是由Rouvier等人在轉錄水平上發現的，編碼IL-17A的基因位于染色體的6p12區域，人體IL-17A包含155個氨基酸，并且以二硫鍵連接的同型二聚體模式分泌[1,3]。IL-17A是IL-17家族中研究最廣泛的成員，IL-17家族是具有高度保守C末端結構(包含半胱氨酸結折疊結構)的一組蛋白質[4]。IL-17細胞因子及其受體家族由6種蛋白質(IL-17A至IL-17F)和5種受體(IL-17RA 至IL-17RE)組成[5]。IL-17A及IL-17F由多種類型的免疫細胞分泌，而IL-17B、IL-17C及IL-17D主要由上皮細胞來源。有許多研究表明，IL-17A主要來源于CD4+T細胞、CD8+T細胞、γδT細胞、固有淋巴細胞(ILC)和自然殺傷T細胞(NKT)；然而在某些情況下，除T細胞外，嗜中性粒細胞也會產生IL-17A[6-7]。盡管IL-17A被認為是天然免疫及獲得性免疫反應的關鍵促炎細胞因子之一，但單獨的IL-17A并不是強大的炎癥細胞因子。實際上，其強大的炎癥作用主要與募集免疫細胞的能力以及與其他促炎細胞因子的協同作用有關[8]。在肺部疾病中，有研究發現結核病患者的支氣管肺泡灌洗液(BALF)和肺肉芽腫周圍淋巴細胞中IL-17A是增加的，并且有助于肉芽腫的形成和病原體的抑制[9-10]。在博萊霉素(BLM)造模的系統性硬化癥小鼠中，IL-17A可促進肺纖維化，也可顯著促使體外培養的肺成纖維細胞增殖及其I型膠原、轉化生長因子-β(TGF-β)和IL-6的分泌，而抗IL-17A可以減少它們的表達[11]。IL-17A除作為促炎細胞因子之外，也可以調節細胞的其他生物學功能(如細胞自噬)進而影響肺部疾病進展。

自噬及其途徑概述

自噬(Autophagy)一詞源自希臘語“自食”，是指細胞內所經歷的一種高度保守的分解代謝過程，涉及蛋白質聚集體、受損的細胞器(如線粒體)以及各種病原體等細胞成分在自噬溶酶體中的降解。目前普遍認為自噬對細胞穩態和存活至關重要，自噬途徑代表了一種主要的適應性反應，以維持細胞和組織的動態平衡，以應對多種細胞應激[12-13]。自噬各亞類定義為:伴侶介導的自噬(CMA)、微自噬及巨自噬。當CMA啟動，細胞溶質靶底物通過識別熱休克同源物70 kDa(HSC70)結合含有Lys-Phe-Glu-Arg-Gln (KFERQ)樣五肽基序的伴侶蛋白。接下來，HSC70以溶酶體相關膜蛋白2A (LAMP2A)受體依賴方式觸發底物進入溶酶體腔[14]。微自噬是指底物轉移到溶酶體中，后通過溶酶體的直接內陷、分隔或突出等以上任一途徑降解。在巨自噬中，自噬體是由雙膜結合囊泡吞噬細胞器、細胞質蛋白或其他物質而形成的。后自噬體被轉運到溶酶體形成自噬溶酶體[15]。在所有三種類型中，目標底物最終被水解酶降解。 自噬相關基因(ATG)及蛋白是自噬的核心，自噬體是通過ATG相關蛋白的協同作用而產生的。自噬體的形成是自噬的特征。在自噬的初始階段，Atg1復合物被激活。在酵母中，Atg1復合物由Atg17-Atg31-Atg29亞復合物、Atg1和Atg13組成。在哺乳動物里此復合物也稱為Unc-51樣激酶(ULK)復合物，由哺乳動物Atg1同源物ULK1或ULK2、哺乳動物自噬相關的13同源物 (Atg13，酵母Atg17的假定對應物)、RB1誘導的卷曲螺旋1(RB1CC 1)及Atg101組成[16-17]。在囊泡成核階段，必須激活由液泡蛋白分選34 (Vps34)、Beclin1和Atg14組成的磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)復合物。該復合物的主要功能是將Atg蛋白召募到自噬體組裝位點(PAS)。對于囊泡的擴張和形成，隨著PAS的擴張，隔離膜通過Atg12-Atg5-Atg16L1的結合物和磷脂酰乙醇胺(PE)-微管相關蛋白1輕鏈3的結合物 (LC3，也稱為Atg8)這兩個泛素樣(UbI)結合系統的作用而伸長。在自噬的最后階段，成熟的自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體，在自噬溶酶體中底物被水解酶降解。最終產物被釋放回細胞質[18-19]。 雖然自噬是細胞的動態循環系統，但它也具有廣泛的其他功能，包括：維持ATP和能量代謝；響應饑餓、營養缺乏或生長因子耗竭的細胞存活[20]，去除功能障礙和受損的細胞器(例如內質網)[21]，這在蛋白質更新以及細胞器質量調節中十分關鍵；以及調節線粒體穩態和執行程序性細胞死亡途徑(例如凋亡)[22]。然而，自噬在某些條件下起著相反的作用，并且過度自噬可能導致細胞死亡，這被稱作自噬性細胞死亡或II型程序性細胞死亡。在肺部疾病中，有研究報道暴露在香煙煙霧(CS)中的實驗動物和人類會誘導自噬和炎癥的發生。在CS誘導的人支氣管上皮細胞自噬和炎癥反應中，阻斷自噬作用可顯著降低其IL-1β、IL-6和IL-8的釋放水平，下調PI3K/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路的活性，上調絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的活性。且CS誘導的自噬通過啟動c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38蛋白激酶(p38)途徑引發炎癥反應[23]。在脂多糖(LPS)導致的RAW264.7巨噬細胞炎癥中，自噬抑制劑氯喹可減少腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-6及一氧化氮(NO)的釋放來參與抗炎作用[24]。自噬與人類多種疾病密切相關，同時IL-17A可調節細胞自噬，參與肺結核及肺纖維化疾病進展。

IL-17A影響自噬與肺結核、肺纖維化

一、IL-17A影響自噬與肺結核

結核病(Tuberculosis，TB)是當今人類最常見的傳染病死亡原因之一，結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，Mtb)是其病原體且存在于世界四分之一的人口中，作為一種胞內細菌，它會損害多個系統，其中呼吸系統受到最顯著的影響，以引起肺結核(Pulmonary Tuberculosis，PTB)最為常見，空氣是肺結核主要的傳播方式[25]。在Mtb感染過程中，自噬是一個由細胞因子調節的過程，對于建立成功的宿主反應是至關重要的。自噬與人類對Mtb的免疫反應有協同作用，并與針對病原體分泌的特異性干擾素γ(IFNG)有關。誘導輔助性T細胞1(Th1)及輔助性T 細胞17(Th17)免疫應答是抗Mtb所必需的。研究發現肺結核患者淋巴細胞中IL-17A的產生與疾病進展息息相關。在感染Mtb H37Rv或突變型MtbΔRD1的單核細胞的自噬過程中，根據活動性疾病患者對Mtb的T細胞應答分為高應答(HR)和低應答(LR)。IL-17A通過啟動MAPK1/細胞外調節蛋白激酶2(ERK2)-MAPK3/ERK1增強HR患者感染單核細胞的自噬反應，但在LR患者的單核細胞感染過程中，IL-17A對自噬反應無影響。相反，在感染的單核細胞中加入干擾素，在HR和LR患者中都通過激活MAPK14/p38α而增加自噬。在重癥肺結核患者的單核細胞中，由于MAPK1/3信號通路的缺陷，IL-17A不能增強自噬。IL-17A可增強對Mtb有較強免疫力患者的自噬水平，并促進分枝桿菌的殺傷[26]。此外，由于Mtb在巨噬細胞內寄生，宿主的先天和獲得性免疫系統必須檢測和增強對胞內細菌的殺菌活性。Orosz[27]等人證明，在RAW 264.7 巨噬細胞感染時，IL-17A增加了LC3-II積累，調節LC3的細胞內分布，促進自噬通量，并促進自噬體以及酸性囊泡細胞器的形成。IL-17A通過引發自噬,在巨噬細胞中清除土壤分枝桿菌(M.terrae)。上述研究結果表明，在感染分枝桿菌的人單核細胞及部分巨噬細胞中，IL-17A增強自噬活性進而促進分枝桿菌的殺傷及清除，可作為肺結核治療的有效靶點。

二、IL-17A影響自噬與肺纖維化

肺纖維化(Pulmonary Fibrosis，PF)是一種嚴重的間質性肺疾病，以彌漫性肺泡炎、成纖維細胞增生、細胞外基質堆積和正常肺組織破壞為特點，其病因尚不清楚，遺傳和環境危險因素已被證實有關，目前治療選擇有限。臨床以呼吸困難逐漸加重、肺功能漸進性下降為特點，最終導致呼吸衰竭。肺上皮損傷和功能障礙已被證實參與肺纖維化的發生發展，是啟動致病過程的中心。肺上皮損傷后，生長因子、細胞外基質活化素和細胞外基質驅動信號共同激活多種修復途徑，導致炎性細胞募集、成纖維細胞增多以及細胞外基質堆積，最終導致組織纖維化。肺纖維化存活率較低，從確診之日起，中位生存期只有2～3年，預后比許多癌癥更差，雖然抗纖維化取得了一定的成果，但至今仍欠缺有效的治療手段。肺纖維化的治療需要新的線索[28-30]。IL-17A與肺纖維化的進展密切相關，有研究報道IL-17A以TGF-β1依賴的方式增加肺泡上皮細胞膠原的合成和分泌，促進上皮-間充質轉化。利用體內纖維化模型發現IL-17A在纖維化肺組織中表達升高，及IL-17A相關信號通路被激活。體內中和IL-17A可促進博萊霉素誘導的急性炎癥的消退，減輕肺纖維化，提高存活率。此外，二氧化硅引起的肺纖維化和慢性炎癥可被IL-17A拮抗劑所抑制。阻斷IL-17A可使纖維化肺組織的抑制性免疫應答向Th1型免疫應答轉變，有效地誘導自噬，可促進膠原的自噬降解和自噬相關的細胞死亡。同時，IL-17A還可減輕饑餓誘導的自噬，自噬調節劑以TGF-β1不依賴的方式調節肺泡上皮細胞膠原降解。自噬抑制劑3-甲基苯丙胺可逆轉IL-17A拮抗肺纖維化的療效。該研究表明，IL-17A以TGF-β1依賴和非依賴的方式參與肺纖維化的發生和發展，IL-17A信號通路的組成部分是治療纖維增生性肺疾病的潛在治療靶點[31]。雖然IL-17A信號的激活促進了急性和慢性肺纖維化的發展和進程，并且IL-17A活性的阻斷通過促使炎癥的消退和自噬的激活而減弱了肺纖維化。盡管已經發現誘導自噬刺激纖維化肺組織中的膠原蛋白降解是負責阻斷IL-17A后的抗纖維化作用，但是IL-17A信號傳導如何抑制自噬有待闡明。劉紅[32]等報道了在肺上皮細胞中，IL-17A激活PI3K-糖原合酶激酶3β(GSK3β)信號傳導途徑以抑制B細胞CLL /淋巴瘤2(BCL2)的磷酸化，其降低BCL2泛素化并因此降低其降解。由此產生的BCL2和自噬相關蛋白Beclin 1(BECN1)之間的相互作用，使自噬受到抑制。因此，涉及IL17A-PI3K-GSK3β-BCL2的信號級聯反應似乎下調了自噬過程，這被認為是IL-17A誘導的肺纖維化發生發展的重要原因。上述研究結果提示在肺纖維化中，IL-17A可通過抑制肺上皮細胞自噬活性參與組織纖維化發生發展；相反，通過中和IL-17A促進肺上皮細胞自噬的激活，增強膠原降解，從而減輕肺纖維化的發生發展，是治療肺纖維化的潛在治療靶點。

展 望

IL-17A和自噬在疾病的病理生理學中發揮著關鍵作用，IL-17A作為生物學功能豐富的細胞因子，在肺部疾病起著重要作用；自噬是一種細胞代謝過程，與肺部疾病息息相關。現目前兩者分別影響肺部疾病研究眾多，而IL-17A通過影響細胞自噬進而影響肺部疾病進展研究較少。IL-17A可觸發自噬以消除胞內入侵病原體，如Mtb；此外，阻斷IL-17A促進自噬并解決炎癥，進而減輕肺纖維化的進展；可作為肺結核和肺纖維化的新型治療策略有希望的靶標。同時IL-17A調控細胞自噬也可作為炎癥相關性疾病如RA[33]、銀屑病[34]等有希望的治療靶標。因此在不同的疾病中，IL-17A對自噬的作用取決于細胞類型和細胞環境，進而對疾病產生影響。進一步的研究迫切需要了解在具體疾病中自噬過程和IL-17A之間的平衡以及潛在的復雜分子機制，還需要進行研究以精確評估除肺部其它疾病及更多疾病中IL-17A影響自噬對疾病進展的調控及其具體通路。