Th17细胞在免疫性心肌炎中的作用机制

解玉泉(综述)，陈瑞珍，陈灏珠(审校)

(复旦大学附属中山医院心内科，上海市心血管病研究所，卫生部病毒性心脏病重点实验室，上海200032)

病毒性心肌炎是由不同类型的病毒感染所致的以急性或慢性心肌炎性反应、纤维化或心脏扩张等为主要临床表现的常见疾病。在儿童及青壮年中的发病率呈逐年上升趋势，但其发病机制尚未完全阐明，因此，临床上诊断和治疗比较棘手。诸多研究显示，心肌炎的病因以柯萨奇病毒感染为主，而机体的固有免疫防御在其发生、发展等病理过程中具有重要作用［1］。免疫因素与心肌炎、心肌病密切相关，特别是新型的免疫细胞亚群的发现及免疫网络调节机制的不断深入在研究心肌病的病因中受到更多重视。因此，Th17细胞亚群在免疫性心肌炎中的作用机制值得进一步研究与探索。

1 Th17细胞的概述

1986 年，Coffman 等［2］和 Mosmann 等［3］将具有分泌不同细胞因子并产生不同效应的T细胞定义为Th1、Th2淋巴细胞亚群。在Th1/Th2经典的旧模式理论中，认为初始T细胞通过白细胞介素(interleukin，IL)12 向产生干扰素 γ(interferon-γ，IFN-γ)的Th1分化，同时也促进IL-23向IL-17分化;另一条途径是通过IL-4向Th2分化。2005年，Weaver等［4］首先在试验性自身免疫性脑炎和Ⅱ型胶原诱导的关节炎动物模型中发现，Th17与Th1、Th2细胞亚群分化发育和作用完全不同。其他研究小组同样论证了IL-12(p35p40)与IL-23(p19p40)共有p40蛋白和 IL-12Rβ1 受体［5］。因此，淋巴细胞亚群分化的理念转化为目前的新模式，即初始T细胞独立于IL-12直接分化为 Th17，具有与Th1/Th2不同功能和生物学特征的这种新细胞亚群称作为Th17。

2 调控Th17分化的细胞因子

2．1 转化生长因子β/IL-6 转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)和 IL-6 是 Th17 细胞分化的启动者，TGF-β是一种传统的抗炎因子，但有可能通过促进Th17细胞的分化而促进前炎性反应，从促进自身免疫病的发生。IL-23不存在的情况下，TGF-β1仍然可以大量诱导Th17细胞产生，而缺乏TGF-β的小鼠体内Th17细胞明显减少，当环境中缺乏IL-6时，单独存在的TGF-β并不能诱导初始型T细胞向Th17细胞分化。所以，认为TGF-β1和 IL-6的共同存在是Th17细胞分化启动的必要条件。

2．2 IL-21 IL-21属于细胞因子IL-2家族，可以促进初始型Th细胞亚群分化Th1、Th2、Th17，其中大剂量的IL-12主要促进Th17的分化发育，IL-21结合IL-6或者 TGF-β能明显增加 Th17的分化。虽然IFN-γ和IL-4分别能够诱导并扩增放大Th1和Th2的分化，但Th17并不能使Th17细胞产生这种效应。目前，研究认为Thl7自分泌细胞因子IL-21不仅可经IL-6诱导产生，还可通过自分泌的方式诱导更多IL-21和IL-23R的表达，从而使Thl7细胞能够接受更多IL-21和IL-23分化的信号，而更大程度地促进其分化，这可能是IL-21能够扩增放大Th17效应的机制［6］。但是在IL-6的作用下，IL-21显得不那么重要。IL-6和TGF-β可以不需要IL-21而作用于Th17细胞的分化发育。

2．3 IL-22/IL-23 TGF-β 与IL-6并不能产生 IL-22，除非它们暴露在IL-23细胞因子中，因此Th17起源于IL-22须依赖IL-23的作用，同时认为其属于Th17细胞终末分化的结果。IL-23是Th17细胞分化的促进者，IL-23在Th17细胞数量扩增与维持过程中以及之后参与免疫应答的过程中是必需的。有研究发现［7］，缺乏IL-23的小鼠体内几乎没有Th17细胞的存在，这提示在缺乏IL-23时即使Th17细胞能正常生长，但没有IL-23这种细胞因子的支持，它们是不能正常扩增或维持延长生存时间的，这种作用方式的具体机制可能与信号转导和转录活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3 有关。

3 Th17细胞因子负性调控

干扰素调节因子4(the interferon regulatory factor 4，IRF4)诱导Th2细胞分化相关转录因子GATA3的表达，故在Th2细胞分化中有重要作用，也是Th2分化的一个重要转录因子，但在IL-17的分化中也起了关键作用［8］，IRF4基因剔除小鼠体内，IL-17明显减少，且该小鼠不会发生自身免疫性脑炎。此外，IRF4基因剔除的淋巴细胞中维甲酸相关孤儿受体(retinoic acid-related orphanγt，RORγt)的表达明显减少，表明IRF4可能是RORγt上游的信号分子。有研究发现［8］，IRF4 正向调控 Th17 细胞分化，TGF-β 与其受体结合后可致下游SMAD2或SMAD3磷酸化，进而激活SMAD4形成二聚体，转移至核内调节靶基因转录表达。但目前还没有发现SMADs可直接参与IL-17转录因子的RORγt或叉状头/翅膀状螺旋转录因子(forkhead/winged helix transcription factor，Foxp3)。这是IL-17分化发育中经过转录水平的正向调控，但是Th17主要以负性调控为主调节网络，来维持Th17的分化发育在T细胞亚群中的动态平衡，尤其在Th1/Th2及调节性 T细胞(regulatory T cell，Treg)/Th17间起着重要作用，有利于维护机体的免疫网络调节的稳定和免疫自稳，一旦免疫调控失衡，可能产生一系列自身免疫性疾病。

3．1 T-box转录因子和 c-Maf T-box转录因子(T-box transcription factor，T-bet)和 c-Maf(musculoaponeurotic fibrosarcoma)分别是参与Th1细胞分化IFN-γ表达和Th2细胞分化IL-4表达的重要转录因子［9］。早期研究Th17分化调控认为其独立于Th1、Th2的作用，尤其是转录水平的调控作用，但是T-bet及c-Maf缺陷小鼠的T细胞IL-17分泌增加，而c-Maf过表达小鼠T细胞IL-17分泌量减少，这表明T-bet和c-Maf参与了Th17的负调控作用，构筑了 Th1、Th2、Th17三者间相互作用的调节网络［10］。Foxp3是Treg发育过程中的核心转录因子，调控初始性T细胞向Treg转化，同时IL-2是TGF-β诱导初始型T细胞向Treg细胞分化发育的重要细胞因子。IL-2结合TGF-β通过下调IL-6R的表达来决定诱导型Treg的表型特点，同时也作用于IL-6，阻止其向Th17分化发育。因此，IL-2在Treg和Th17间起着积极的作用，并维持免疫稳态的调节作用。IL-2的负调控机制主要是通过STAT5依赖型IL-2的调节，同时不能缺少E26转录因子(E26 transformation specific，Ets)的作用，从而抑制Th17的分化发育［11］。Ets-1在Th1分化发育的正向调节中起着重要作用，与T-bet相互作用或直接与IFN-γ的启动子结合。最近有报道Ets-1缺陷的T细胞更容易向Th17分化［12］。这种结果普遍存在于体内及体外试验中，同时可以增加IL-6与TGF-β诱导IL-22和IL-23R mRNA水平的表达。然而，Ets-1并不能直接结合IL-17的启动子，其调控IL-17的机制如何?Moisan等［12］研究认为Ets-1缺陷T细胞参加Th17的负调控与IL-2分泌减少有关，IL-2是IL-17分化过程中的一个负调控细胞因子。因此，Ets-1在Th17分化发育中的调节属于间接负调控因子。

3．2 Foxp3 Foxp3是Treg发育过程中的核心转录因子，调控幼稚性T细胞向Treg转化［13］。T细胞在TGF-β的诱导下上调 Foxp3表达，Foxp3和RORγt在细胞中可以相互接触，Foxp3的高表达可对RORγt产生抑制作用，从而阻止其向IL-l7分化发育。

3．3 STAT 在Th1/Th2的分化发育过程中，调节性细胞因子有选择性地作用于STAT家族成员，从而调控基因转录。其中，STAT1下调IFN-γ，STAT4下调IL-12，从而调控Th1。在Th2的分化过程中，IL-4通过STAT6信号转导来完成分化调节。但是，在Th17细胞的分化中都不是必需的，更进一步说明Th17不同于Th1/Th2的分化发育。较多研究认为STAT3在IL-6调节Th17细胞的过程中起重要作用［14］。一旦STAT3缺失，Th17细胞分泌的相关细胞因子都会不同程度地下降，同时证明其对转录因子 RORγt和RORα的表达也有一定影响。除STAT3与Th17基因结合外，很少发现其他基因与Th17基因结合，但是STAT3和RORγt的作用机制与IL-17和Foxp3的基因关系尚不清楚。Laurence等［15］研究表明，STAT5通过IL-2可以抑制Th17分化，IL-2通过活化转录因子STAT5对Th17的分化起负调控作用，而STAT3和STAT5是如何作用于Th17的分化调节的尚待研究。

3．4 IFN-γ 和 IL-4 IFN-γ 和 IL-4 分别是 Th1 和Th2分泌的最主要细胞因子，但在IL-17分化过程中起抑制作用［5］。在Th17的培养液中加入拮抗IL-4和IFN-γ的抗体可以促进Th17分化。有报道称在人体中IFN-γ不但不抑制Th17的分化，反而促进Th17分化，这表明在小鼠和人类Th17分化过程中同一个细胞因子可能发挥不同的作用［16］。

4 Th17在自身免疫性心肌炎中的作用

4．1 Th17细胞在免疫性心肌炎中的作用 病毒性心肌炎与自身免疫性心肌炎的实验方法、病因、病理类型等有着截然不同的表现，但是一旦病毒感染后诱导机体产生免疫损伤、免疫应答的过程与自身免疫性心肌炎的病理过程相似，产生心肌的炎症损伤、心肌纤维化、心脏扩大，最终导致扩张性心肌病的病理结果也是一致的。Cihakova等［17］提出病毒性心肌炎中病毒感染是诱导心肌免疫损伤的一种免疫佐剂，其病理过程和自身免疫性心肌炎的机制和结局有较多的共性。因此，较多免疫因素在心肌炎中的作用机制的研究大多数集中在自身免疫性心肌炎的模型上，即使用肌球蛋白和免疫佐剂共同作用于小鼠足底诱导心肌炎的免疫防御和应答。许多研究者论证了IL-17在实验性自身免疫性心肌炎中起着重要作用，并使用IL-17-Ig转基因进行心肌炎的生物学治疗［18］。我国学者在病毒性心肌炎模型及临床上论证了IL-17在病毒诱导的体液免疫中起着重要作用，并使其中和抗体、治疗心肌炎取得了一定效果［19，20］。最近研究表明［21］，IL-17A在急性自身免疫性心肌炎的病理过程中所起的作用较小，而在慢性心肌炎导致心肌病的病理过程中起着重要作用。但是需进一步了解IL-17在病毒性心肌炎中的急性和慢性过程中的作用机制及其靶点。同时，采用中和IL-17干预的方法对病毒性心肌炎中Th17细胞的诱导分化及功能的调控等机制进行探索，必将为病毒性心肌炎的发生、发展、临床转归及免疫治疗的新靶点提供实验基础和理论依据。

4．2 不同T细胞亚群分别在免疫性心肌炎中的作用研究 当病毒感染机体后，初始型CD4+T细胞分别向T辅助细胞不同亚型进行分化。最初的研究认为，病毒性心肌炎机体中CD4+T细胞向Th1分化增加，分泌IFN-γ以降低病毒复制，从而减少心肌炎性细胞的浸润及炎症损伤的加重，达到保护心肌细胞避免过度免疫损伤的作用。Th17细胞亚群在免疫性心肌炎中的作用日益受到关注。在自身免疫性心肌炎和病毒性心肌炎动物模型及人体外周血中Th17细胞明显增加，并与心肌的损伤程度呈相关性，表明Th17细胞在心肌炎性反应及免疫损伤中具有重要作用。但是有学者认为Th1和Th17在免疫性心肌炎中的表达呈一致性，即IFN-γ+IL-17+T细胞在免疫性心肌炎中发挥着重要的调节作用。但Shi等［22］使用Treg干预病毒性心肌炎小鼠模型发现Treg在心肌炎中的保护作用是通过TGF-β-腺病毒受体介导的，因此，Th17和Treg细胞亚群在心肌炎中的作用机制及其相互作用有待于进一步研究。

4．3 Th17细胞调控心肌纤维化及心室重构的作用机制 IL-17细胞不仅在自身免疫性心肌炎中作为促炎症性T淋巴细胞亚群起着重要的作用，同时在心肌纤维化机制的影响方面也日益受到重视。其中主要通过调控基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)活性来影响细胞外基质以进一步维持心室结构和功能。较多研究认为，急性柯萨奇病毒诱导的病毒性心肌炎起始阶段可引起MMP转录水平上调［23］，如 MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13等，而这种上调的起始因子与促炎因子升高有关，如IL-1β、肿瘤坏死因子α、TGF-β等。因此，作为一种新型的Th17细胞亚群，其参与MMP/基质金属蛋白酶组织抑制剂1及胶原的合成调控网络与上述的炎性因子密不可分。近期实验研究表明，IL-17在病毒性心肌炎中主要通过MMP-2、MMP-9、基质金属蛋白酶组织抑制剂1、金属肽酶含血小板反应蛋白基元1等表达上调，促进Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原分解代谢，参与心肌细胞外基质降解与心室重构的过程，进而导致心脏的炎症损伤和心脏的扩大等病理改变［23］。这为Th17细胞在自身免疫性心肌炎心肌纤维化重构中的作用奠定了理论基础，也是对既往单纯炎性细胞对心肌损伤概念的重要补充与扩展。

5 结语

IL-17是近年来受到广泛关注的辅助性T细胞及炎性细胞因子家族中的重要成员。通过对Th17细胞在免疫性心肌炎的作用及机制研究，对IL-17有了更新的认识。IL-17不仅是一种促炎因子，而且IL-17在微生物感染和免疫调节、病毒复制和免疫调节、心肌纤维化和炎性细胞间的相互调节中具有重要意义，为进一步探索免疫性心肌炎的免疫学诊断和干预靶点奠定理论基础。

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