Th17/Treg细胞与变应性鼻炎的研究进展

杨春平综述,罗 英,刘月辉审校

(南昌大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科,南昌330006)

目前认为变应性鼻炎(allergic rhinitis,AR)的发生源于变应原特异性Th细胞的分化发生偏移,最终使体内Th1和Th2反应平衡失调,表现为以Th2反应为主。但有研究发现,变应性疾病的一些实验和临床现象并不能完全用Th1/Th2失衡理论来解释;并且研究发现Th1细胞可以加重过敏症,Th1细胞因子IFN-γ与抗原诱导的气道高反应和嗜酸粒细胞浸润有关。调节性T细胞(T regulatory cells,T reg)和Th17细胞的发现在更高层面解释变应性疾病的发生提供了依据。Treg细胞既能抑制Th1细胞,也能抑制Th2细胞,用Treg细胞可更好地解释AR的发病机制。而Th17细胞是近来发现的不同于Th1和Th2的另一种CD4+T细胞的新亚型,具有IL-23依赖性产生IL-17的特性,与变应性疾病有关,研究发现其与Treg细胞之间存在复杂的相关关系[1]。现将Th17/T reg细胞与AR的研究进展作一综述。

1 Th17细胞/Treg细胞

Th17细胞的发现源于实验自身免疫性脑脊髓炎(EAE),以及对胶原诱导的关节炎(CIA)的研究。传统上认为,上述两种自身免疫病由Th1细胞介导。然而有研究发现,清除或中和Th1型细胞因子IFN-γ或IL-12的功能,并不能预防或减轻疾病的进程,而清除IL-23的功能则延缓了疾病的进程。随后的研究证实,是IL-17+T细胞而不是经典的Th1细胞在此环境中诱导自身免疫性疾病,IL-17+T细胞与Th1、Th2、Treg细胞分化之间存在相互拮抗的关系,IL-17+T细胞的分化需要封闭促进 Th1及Th2分化的因素(如敲除IL-4,IFN-γ基因),因此被命名为一群不同的T细胞亚群,即 Th17细胞[2]。

1995年,Sakaguchi等[3]首先发现,未免疫(naive)小鼠外周循环中5%～10%的 CD4+T细胞表达CD25(IL-2a链)表面分子,将移除CD25+T细胞的CD4+T细胞过继给T细胞缺陷的小鼠,能够导致宿主的各个器官的自身免疫病,例如自身免疫性甲状腺炎、胃炎、1型糖尿病等,而同时输入 CD4+CD25+T细胞则可抑制上述疾病的发生,在小鼠出生后3 d,切除胸腺可产生自身免疫病,发现其体内CD4+CD25+T细胞亚群缺失。给小鼠过继转移CD4+CD25+T细胞可预防自身免疫病发生,从而提出了CD4+CD25+T细胞具有免疫调节(或抑制)作用的细胞群,在多种免疫性疾病中起重要作用。健康人外周血和脾脏中的CD4+T细胞中,约有5%～15%持续高表达IL-2受体α链(CD25)而被称为 CD4+CD25+Treg细胞,它是一种专职抑制细胞,具有独特免疫调节作用,是维持机体免疫耐受重要调控者,在自身免疫病中发挥重要作用。

2 Th17/Treg细胞的分化和功能

转录因子T-bet(T-box expressed in T cells,T-bet)和转录因子GATA-3(GATA-binding protein-3)分别是 Th1和Th2分化的主要调节因子,Th17细胞的分化不同于Th1、Th2细胞的T淋巴细胞亚群,IL-6和转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β是 Th17细胞分化所必须的关键因子[4],IL-23对维持Th17的存活和扩增起重要作用[5]。Th17细胞自分泌产生的IL-21参与其分化的正反馈调节[6],孤独核受体(RORγ t)是控制 Th17细胞分化的关键转录因子。转录调节因子RORγ t是特异性调节Th17分化及功能的转录调节因子,IL-6和 TGF-β、IL-21、IL-23在促进 Th17细胞分化中起重要作用,而 IL-25、IL-27、IL-35、IL-2更多表现出对 Th17细胞形成的抑制作用[7]。

Th17通过产生IL-17与IL-17受体(IL-17R)结合发挥功能。IL-17家族包括 6个成员:IL-17A～F。不同细胞如γ δ T细胞、NK细胞和中性粒细胞都产生IL-17,Th17只产生IL-17A和IL-17F。此外,Th17细胞能分泌多种细胞因子,如IL-1、IL-6、IL-17、IL-21、IL-22 和 TNF-α等,通过这些效应因子发挥其功能。IL-17的主要生物学功能是促进炎性反应,在中性粒细胞募集方面具有重要作用;IL-17R则广泛分布于各种细胞表面。IL-17通过增加人成纤维母细胞黏附分子(intercellular adhesion molecule,ICAM)-1的表达,激活靶细胞内 NF-κ B和丝裂原活化蛋白激酶(M APK)以及刺激上皮细胞、内皮细胞或成纤维细胞产生IL-6和 IL-8、粒细胞集落刺激因子(GCSF)、PGE-2等效应分子,参与宿主的炎症反应,并能促进树突细胞成熟。因此,IL-17在感染或损伤早期可有效介导促炎症反应。有研究显示,IL-17与IL-22可协同作用促进炎症反应,造成组织损伤,两者共同表达是自身攻击性 T细胞的标记[8]。

Treg细胞发育和功能的分子基础还不是很清楚,Rafal等[9]研究表明,CD4+CD25+Treg细胞起源于胸腺,是在CD4+T细胞胸腺的自然选择过程中产生,其分化不依赖于阳性选择而是由TCR与低密度的MHC-Ⅱ类肽复合物或胸腺内皮细胞递呈的外周自身肽间高亲和力的反应所介导。M odiglin等[10]研究认为,CD4+CD25+Treg细胞是在胸腺细胞接触胸腺内皮细胞递呈的自身抗原后分化而来。然而,Seddon等[11]认为,接触自身抗原是维持而非选择CD4+CD25+Treg细胞所必需。尽管上述观点存在一定的分歧,但都支持CD4+CD25+Treg细胞作为一个独立的调节性细胞亚群是在胸腺内分化发育。

CD4+CD25+Treg细胞具有免疫无能性和免疫抑制性两大功能特征。其免疫无能性表现在对高浓度IL-2的单独刺激、固相包被或可溶性抗CD3单克隆抗体以及抗CD3单克隆抗体和抗CD28单克隆抗体的联合作用呈无应答状态,也不分泌IL-2。其免疫抑制性表现在Treg细胞的激活需要经过 T细胞受体(TCR)和辅助信号刺激,具有抗原特异性,但是一旦被激活,其抑制活性为非特异性,可通过细胞之间直接接触、也可通过分泌IL-10和TGF-β而对局部免疫反应产生抑制,而且这种免疫抑制不具有MHC限制性。

叉头状转录因子P3(fork head box P3,Foxp3)是Treg细胞分化的主要调节因子,用携带Foxp3逆转录病毒载体向幼稚T细胞(naive T cell)导入 Foxp3则可实现 CD4+CD25+细胞向CD4+CD25+Treg转化,说明Foxp3可能是 CD4+CD25+Treg发育和功能维持的重要调节基因[12]。将Foxp3基因转入幼稚T细胞中可使其发生类似CD4+CD25+T细胞的表型转化。Foxp3功能缺陷在人类可导致严重的全身免疫紊乱,称之为X染色体连锁-自身免疫-变态反应失调综合征(X-linked autoimmunity-allergic dysregulation syndrome,XLAAD),表现为多种自身免疫性内分泌疾病、肠炎、自身免疫性贫血、1型糖尿病,同时伴有严重的变态反应性炎症,包括湿疹、食物变态反应、血清IgE升高及嗜酸性粒细胞炎症反应[13]。可见Foxp3基因的正常表达对维系CD4+CD25+Treg细胞功能以及整个免疫系统的自稳状态均有重要意义。CD4+CD25+T reg细胞的作用机制现在还不十分清楚,其可能机制有:通过细胞与细胞接触发挥抑制作用或者通过分泌细胞因子(如TGF-β,IL-10)而介导的抑制作用,一般认为以前者更为重要。

3 Th17/Treg细胞间的关系

Treg细胞与Th17细胞之间存在复杂的相关关系,当只有TGF-β时,初始 CD4+T细胞被诱导分化为 Treg细胞;当IL-6和TGF-β共同存在时,初始CD4+T细胞被诱导分化为Th17。Treg和Th17细胞的分化相互抑制并且功能负性调节。正常情况下,TGF-β诱导初始CD4+T细胞分化为Treg细胞;当伴有感染或炎症时,IL-6和TGF-β共同启动初始CD4+T细胞向Th17分化,从而诱导以 Th17为主的慢性炎症应答[14]。Zhang等[15]发现,Th17和Foxp3在银屑病患者外周血和局部皮损中的表达明显增加,并且与疾病的严重性相关,Th17/Treg在皮损中的比率与银屑病的严重性呈负相关。胡斯明等[16]发现,CD4+CD25+Foxp3+cell/CD4+IL-17+cell比例在哮喘组明显低于正常对照组;并且与IL-10之间呈正相关关系,与IL-17之间呈负相关关系,表明在哮喘个体中存在 Treg/Th17在数量和功能上的失衡;另外,Treg/Th17与BALF中嗜酸粒细胞、中性粒细胞、淋巴细胞数呈负相关,表明Treg/Th17与气道炎症呈负相关,提示由于Treg/Th17的失衡可能导致了哮喘的发生和进一步发展。

4 Th17/Treg细胞与变应性鼻炎(allergic rhinitis,AR)

正常情况下呼吸道吸入抗原通常不产生免疫反应,这种发生在呼吸道黏膜对接触到的抗原所产生的免疫耐受是受到Treg细胞的调节。CD4+CD25+Treg细胞可以抑制哮喘模型动物气道嗜酸粒细胞的增多,减轻气道炎症。因此,缺乏Treg细胞将导致过敏性疾病和支气管哮喘。Ling等[17]报道,健康个体的CD4+CD25+T细胞能够明显抑制桦树花粉刺激下T细胞的增殖和IL-5的产生。而CD4+CD25+T细胞抑制作用的减弱或消失则是使患者花粉症症状发作的主要原因。另外在对AR患者进行变应原脱敏治疗过程中亦发现,那些症状改善的患者往往伴随着外周血中CD4+CD25+T细胞的增多[18]。说明CD4+CD25+T细胞的功能、活性与AR的发生关系密切。可能的机制是:对于同一变应原,健康人通过调节性T细胞对该变应原引发的T细胞增殖反应和Th2细胞因子的产生进行有效的抑制,从而确保机体对该变应原的耐受或无反应。而对于特应性(atopic)个体而言,由于调节性T细胞功能的缺陷,失去了对变应原刺激下的效应性T细胞反应的抑制作用,从而引发了过度、失调控的Th2型反应。

van Hove等[19]发现,在鼠哮喘模型中,CD4+CD25+T Foxp3表达的降低与发病密切相关。Lee等[20]研究发现Foxp3在AR鼻黏膜中的表达明显降低。锡琳等[21]研究后发现,Foxp3 mRNA在变应性疾病中表达下调,低于正常对照,提示Foxp3作为CD4+CD25+Treg细胞的特异性活化标志,在变应性疾病的发病机制中可能起重要调节作用。Winkler等[22]通过研究也发现,表达Foxp3的T细胞对治疗和预防变态反应都有功效。

Th17细胞与自身免疫性疾病和变态反应性疾病(如哮喘等)关系密切。Wong等[23]研究表明,在过敏性哮喘患者的痰、肺组织、支气管盥洗液中,IL-17的含量明显增多,且与病变的严重程度相关。Ciprandi等[24]研究发现,IL-17在A R的鼻黏膜中高表达,且IL-17高表达的患者血清总Ig-E明显升高。瞿申红[25]等发现,AR患者外周血中IL-17水平较健康人显著升高,IL-l7细胞能促进变态反应的发生发展,可能与AR的发生有关。

5 展 望

Th17和Treg细胞作为一种新发现的CD4+T细胞亚群,与变应性疾病的关系密切。T reg和Th17细胞亚群比例和功能的失衡是哮喘发病机制中的重要环节。目前关于Th17/和Treg在 AR的作用尚不明确,因此,探讨 Th17和Treg细胞在AR发病中的作用,以及Treg和Th17细胞亚群比例和功能的失衡对AR有影响,丰富、扩展AR发病机制研究,对于增加治疗AR的新靶点具有重要意义。

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