调节T细胞与1型糖尿病研究进展

2014-07-18齐翠娟综述肖新华审校

武警医学 2014年10期

关键词：免疫耐受胰岛抗原

齐翠娟综述肖新华审校

综述

调节T细胞与1型糖尿病研究进展

齐翠娟综述肖新华审校

1型糖尿病；调节T细胞；自身反应性T细胞

1型糖尿病是一种由T细胞介导的胰腺β细胞进行性损伤的自身免疫性疾病，当β细胞大量被破坏时，胰岛素分泌不足引起血糖升高甚至酮症酸中毒症状。该病的发病机制与自身抗原有关，包括胰岛素、谷氨酸脱羧酶(GAD)、酪氨酸酶样蛋白(IA2)，这些抗原的暴露可引起体内一系列的自身免疫过程。通常认为，自身反应T细胞(auto reactive CD4+effector T cells，Teffs)通过分泌IFN-γ和IL-2等细胞因子引起胰岛细胞炎性反应及破坏，在1型糖尿病发生中发挥了重要作用。越来越多的研究表明，具有免疫抑制作用的调节T细胞(regular T cells，Tregs)在免疫稳态的维持中有重要作用，Tregs数量或功能的下降均可促进自身免疫性疾病包括1型糖尿病的发生[1]。通过改变Tregs的反应可以延缓1型糖尿病的发生，这为1型糖尿病的治疗开辟了新的思路。笔者就Tregs在1型糖尿病发病中的作用机制及其相关治疗策略作一综述。

1 Tregs的分类及生理作用

1.1 Tregs的分类及特性目前发现的Tregs，根据其来源、性质及效应机制将其分为两类，即胸腺来源的天然调节T细胞(nTreg)和抗原诱导的获得性T细胞(iTreg)。前者主要是CD4+CD25+T细胞，后者主要包括Th3细胞、调节T1细胞等[2]。

CD4+CD25+调节T细胞是目前研究较多的亚型，它来源于胸腺的CD4+CD25-T细胞，在自身免疫耐受中起重要作用。CD4+CD25+调节T细胞在体内维持一个较低的水平，在健康人、小鼠的外周血及脾脏组织中，仅有5%～10%的CD4+T细胞表达CD25分子。叉状头转录因子(Foxp3)在胸腺和外周CD4+CD25+调节T细胞表面特异性高表达，是Tregs的标志性分子。CD4+CD25-T细胞激活后并不表达Foxp3，而Foxp3基因缺陷小鼠没有正常调节T细胞的特性。CD4+CD25+调节T细胞具有免疫无能性和免疫抑制性两大功能特性。

调节T1与Th3是另外两种比较常见的获得性调节T细胞。调节T1可分泌高水平的IL-10，低水平的IL-2，中等水平的转化生长因子(TGF)-β、IFN-γ和IL-5，不产生IL-4。Th3则可分泌高水平的TGF-β。

1.2 Tregs的作用机制 Tregs发挥抑制作用主要依赖于细胞间直接接触，通过T细胞受体(T cell receptor,TCR)被激活起作用。另一方面，Tregs通过分泌细胞因子起作用，其中IL-10在对Teffs的抑制作用中占主导。新近研究发现，CD4+CD25+调节T细胞还可能通过抑制抗原提呈细胞表面的共刺激分子的表达来实现其功能[3]。

2 Tregs与1型糖尿病

Tregs在免疫稳态的调节中发挥着重要作用，其数量和(或)功能的下降导致Tregs/Teffs之间的功能失衡，免疫稳态受到破坏，最终引起自身免疫性疾病如1型糖尿病的发生。近年研究发现，Tregs在1型糖尿病的发生中发挥了一定作用，也越来越受到临床的关注[4]。在非肥胖型糖尿病(non-obese diabetic,NOD)鼠体内Tregs数量减少，且在发生自身免疫糖尿病之前，就已出现该细胞功能异常，表现为体外不能抑制多克隆活化的CD25+T细胞增殖[5]。另外，从8周龄NOD鼠体内分离到的CD4+CD25+T细胞能抑制致病性T细胞的增殖，而源自16周龄者则不能抑制，说明在疾病发展过程中，CD4+CD25+T细胞的抑制功能逐渐减弱。有研究发现，在新发的1型糖尿病患者中Tregs水平正常，但其在体外实验中抑制T细胞增殖的功能明显下降，而且显示出IFN-γ分泌增多、IL-10分泌减少的促炎表型，提示其功能缺陷与自身免疫糖尿病的发病有关[6]。Tregs功能下降主要表现在Tregs与Teffs之间的功能失衡，而IL-2/IL-2R信号途径的下调是Tregs与Teffs功能失衡的主要原因。但因Tregs的表型与Teffs有重合，且Tregs的功能随着时间逐渐减弱，这使得关于Tregs的研究有一定困难，结论不完全统一，尚需更多的研究明确Tregs在1型糖尿病中的作用。

3 以Tregs为干预靶点的1型糖尿病治疗新策略

正如前面提到的，1型糖尿病是一种T细胞介导的自身免疫疾病，它的发生与Tregs/Teffs之间数量或功能的失衡有一定关系。因此，如何提高Tregs的数量和功能成为目前1型糖尿病治疗研究的热点之一。大多数的研究表明，直接或间接地增加Tregs的数量和功能可延缓自身免疫性糖尿病的发生[7]，笔者将近年来针对Tregs为干预靶点的研究总结如下。

3.1 诱导Tregs 的产生树突状细胞(dendritic cells,DCs)是目前已知的体内功能最强大的专职性抗原提呈细胞，具有启动免疫应答和免疫耐受的双重特性。DCs和Tregs二者在维持外周免疫耐受中存在着紧密联系，DCs可以诱导抗原特异性Tregs的生成并增加后者的抑制活性。在NOD鼠的研究中发现，有抗原刺激的DCs可增加Tregs的增殖，从而使血糖降低。另外一项研究表明，天然T细胞在加入DCs的β细胞抗原刺激下，可诱导获得性调节T细胞(iTregs)的产生，而这些iTregs有抗胰腺移植反应的保护作用[8]。以上研究提示，致耐受性的DCs对于1型糖尿病有一定的治疗作用，但目前缺乏人体内研究证据。

3.2 细胞因子IL-10和TGF-β iTregs可分泌IL-10和TGF-β，两者均是炎性反应和免疫反应的抑制因子，可抑制淋巴细胞增殖和诱导移植耐受，而这类细胞因子也可促进Tregs的增殖和免疫抑制功能的维持，在一定程度上影响着Tregs/Teffs的功能平衡。

有研究显示，与自身抗体阴性的健康对照者相比，1型糖尿病患者胰腺分泌IL-10的水平下降，在血糖控制良好的3个月后，分泌IL-10的Tregs是增加的[9]。用IL-10干预NOD鼠发现，IL-10可上调Tregs的水平，减少糖尿病的发生[10]。另外，IL-10还可诱导致耐受性的DCs产生，而DCs进一步增加了CD4+CD25+Foxp3+Tregs的数量[11]。但是先前曾有报道，在NOD鼠的胰腺中转基因表达IL-10可增高糖尿病的发生率[12]，提示过度表达IL-10可加重β细胞的炎性应激反应。

近年研究提示，在T细胞反应早期增加TGF-β可通过改善Tregs/Teffs之间的平衡而改善胰岛细胞的作用[12]。有研究指出，NOD鼠和有糖尿病家族史的患者在发生糖尿病之前TGF-β是下降的[13]。另外，通过遗传基因改变NOD鼠，使其长期表达胰岛抗原特异性的TGF-β，可降低糖尿病的发生率，不过长期表达TGF-β可造成胰腺纤维化，这说明过度表达TGF-β是不利的。DPP-Ⅳ抑制药是近年来新发现的糖尿病治疗药物，它除了增加β细胞增殖、促进胰岛素分泌等直接作用外，还可通过增加TGF-β而上调Tregs的数量和功能，发挥其免疫调节作用[14]。

3.3 抗CD3单克隆抗体治疗 CD3是T细胞识别抗原的主要识别单位，抗CD3的单克隆抗体可阻断抗原依赖的T细胞活化，即降低Teffs的免疫反应，并能增强Tregs的数量及功能。动物研究表明，抗CD3抗体的短期治疗可缓解NOD鼠的糖尿病发展，并可增加NDD鼠CD4+CD25+Foxp3+Tregs的表达，调节免疫耐受[15]。目前用于人体研究的单克隆抗体有ChAglyCD3和hOKT3γ1，在新发1型糖尿病的儿童中，短期hOKT3γ1可降低HbA1c及减少使用外源性胰岛素剂量。ChAglyCD3干预组与药物治疗组相比，胰岛素使用量减少[16]。但最近的一项关于ChAglyCD3的药物临床观察因药物不良反应并未达到预期效果[17]，仍需更多的研究证实。

3.4 IL-2/IL-2R信号通路 IL-2主要是由效应T细胞(Teffs)分泌的细胞因子，其受体在Tregs上表达，IL-2/IL-2R之间的相互作用可促进Tregs的分化和增殖，而IL-2或IL-2R表达缺陷的大鼠可发展为多器官自身免疫疾病。在动物和人体研究中均发现，改变IL-2/IL-2R信号途径中的基因表达，可增加1型糖尿病的发生[18]。对于1型糖尿病儿童的研究发现，CD4+T细胞上IL-2R表达异常，降低了Foxp3的表达，使Tregs的功能下降[19]。基于以上研究观点，增加IL-2/IL-2R信号通路活性的方法，如IL-2激动剂，可能对预防1型糖尿病有保护作用。在NOD模型鼠及人体研究中均证实了上述观点，接受低剂量IL-2干预后Tregs数量增加，延缓或预防了糖尿病的发生[20,21]。

3.5 雷帕霉素治疗雷帕霉素是一种新型的大环内酯类免疫抑制药，它可通过不同的细胞因子受体阻断信号传导，促进致耐受性树突状细胞的分化，间接增加了Tregs的活性。体外研究发现，大鼠CD4+T淋巴细胞加入雷帕霉素后，Tregs的功能增强。给予NOD鼠加入雷帕霉素的抗CD3抗体干预后，其血糖较单纯抗CD3抗体组明显降低[22]。但是在人体研究中发现，使用雷帕霉素干预后，Tregs数量可能增加，但并未延缓β细胞功能的下降[23]。

3.6 GAD-alum抗原治疗谷氨酸脱羧酶(GAD)65是1型糖尿病发生过程中的主要抗原，在NOD鼠中的研究发现，引入GAD65肽可调节免疫耐受、阻止T细胞介导的β细胞破坏。文献[24]指出，GAD65与钒结合(GAD-alum)的治疗可诱导针对GAD特异性的Tregs的反应。早期的一项1型糖尿病患者Ⅱ期临床试验显示，在新诊断的1型糖尿病亚组中，GAD-alum的治疗使刺激后的C肽水平和空腹C肽水平维持了4年[25]。但最近的一项Ⅲ期临床试验结果表明，GAD-alum的抗原治疗未能诱导免疫耐受和阻止刺激后血清C肽的降低[26]。

4 小结

1型糖尿病的发生是以免疫学为主导，多种免疫细胞及其细胞因子共同参与胰岛β细胞损伤的结果。Teffs/Tregs功能失衡可能在1型糖尿病的发病过程中起了较为关键的作用，Teffs主要功能为增加胰腺免疫反应，介导对β细胞的破坏而致1型糖尿病的发生，而Tregs则发挥免疫调节、保护胰岛细胞的作用。最近一项研究指出，1型糖尿病患者接受直接输注Tregs的干预后，其C肽水平升高，胰岛细胞功能得到了改善[27]。另外针对提高Tregs的数量或功能的方法也对1型糖尿病有缓解作用。然而，我们还需注意到，仍有许多问题亟待解决，比如很多实验是在体外完成的，在体内的作用机制及效果还值得商榷；一些免疫抑制药在体内是否会导致较为严重的免疫低下；对于Tregs的特异性的生物标记还有待进一步研究。深入研究Tregs对β细胞的保护机制及以Tregs为治疗靶点的治疗策略，可能为有效防治1型糖尿病提供新的思路和方法。

[1] Ryba-Stanislawowska M, Skrzypknowska M, Mysliwiec M,etal. Loss of the balance between CD4+Foxp3+regulatory T cells and CD4+IL17+Th17 cells in patients with type 1 diabetes[J]. Hum Immunol,2013,74(6):701-707.

[2] Dasgupta A, Saxena R. Regulatory T cells: a review[J]. Natl Med J India, 2012,25:341-351.

[3] Kaser T, Mullebner A, Harti R T,etal. Porcine T-helper and regulatory T cells exhibit versatile mRNA expression capabilities for cytokines and co-stimulatory molecules[J]. Cytokines,2012,60(2):400-409.

[4] Sgouroudis E, Piccirillo C A. Control of type 1 diabetes by CD4+Foxp3+regulatory T cells: lessons from mouse models and implications for human disease[J]. Diabetes Metab Res Rev,2009,25(3):208-218.

[5] Ferreira C, Palmer D, Blake K,etal. Reduced regulatory T cell diversity in NOD mice is linked to early events in the thymus[J]. J Immunol, 2014, 24:Epud ahead of print.

[6] Lindley S, Dayan C M, Bishop A,etal. Defective suppressor function in CD4+CD25+T cells from patients with type 1 diabetes[J]. Diabetes,2005,54(1):922-929.

[7] Marek-Trzonkowska N, Mysliwiec M, Siebert J,etal. Clinical application of regulatory T cells in type 1 diabetes[J]. Pediatr Diabetes, 2013,14(5):322-332.

[8] Luo X, Tarbell K V, Yang H,etal. Dentritic cells with TGF-beta differentiate negative CD4+CD25-T cells into islet-protective Foxp3+regulatory T cells[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2007,104(8):2821-2826.

[9] Petrichde L G, Fu J, Connor K J,etal. IFN-gamma and IL-10 islet-antigen-specific T cell responses in autoantibody-negative first degree relatives of patients with type 1 diabetes[J]. Diabetologia,2010,53(7):1451-1460.

[10] Shounan Y, Ming J, Jingjing W,etal. Adoptive transfer with in vitro expanded human regulatory T cells protects against porcine islet xenograft rejection via interleukin-10 in humanized mice[J]. Diabetes,2012,61(5):1180-1191.

[11] Tai N, Yasuda H, Xiang Y,etal. IL-10-conditioned dendritic cells prevent autoimmune diabetes in NOD and humanized HLA-DQ8/RIP-B7.1 mice[J]. Clin Immunol,2011,139(3):336-349.

[12] Richer M J, Straka N, Fang D,etal. Regulatory T-cells protect from type 1 diabetes after induction by coxsackievirus infecton in the context of transforming growth factor-beta[J]. Diabetes,2008,57(5):1302-1311.

[13] Olivieri A, Deangelis S, Dionisi S,etal. Serum transforming growth factor beta1 during diabetes development in non-obese diabetic mice and humans[J]. Clin Exp Immunol,2010，162(3):407-414.

[14] Tian L, Gao J, Hao J,etal. Reversal of new-onset diabetes through modulating inflammation and stimulating beta-cell replication in nonobese diabetic mice by adipeptidyl peptidase IV inhibitor[J]. Endocrinology,2010,151(7):3049-3060.

[15] Hu C, Ding H,Zhang X,etal. Combination treatment with anti-CD20 and oral anti-CD3 prevents and reverses autoimmune diabetes[J]. Diabetes,2013,62(8):2849-2858.

[16] Herold K C, Gitelman S E, Ehlers M R,etal. Teplizumab (anti-CD3 mAb) treatment preserves C-peptide responses in patients with new-onset type 1 diabetes in a randomized controlled trial: metabolic and immunologic features at baseline identify a subgroup of responders[J].Diabetes,2013,62(11):3766-3774.

[17] Herold K C, Gitelman S, Greenbaum C,etal. Treatment of patients with new onset Type 1 diabetes with a single course of anti-CD3 mAb Teplizumab preserves insulin production for up to 5 years[J]. Clin Immunol,2009,132(2):166-173.

[18] Downes K, Marcovecchio M L, Clarke P,etal. Pasma concentrations of souble IL-2 receptor α(CD25)are increased in type 1 diabetes and associated with reduced C-peptide levels in young patients[J]. Diabetologia,2014,57(2):366-372.

[19] Long S A, Cerosaletti K. Defects in IL-2R signaling contribute to diminished maintenance of FOXP3 expression in CD4(+)CD25(+) regulatory T-cells of type 1 diabetic subjects[J]. Diabetes,2010,59(2):407-415.

[20] Johnson M C, Garland A L, Nicolson S C,etal. β-cell specific IL-2 therapy increases islet Foxp3+Treg and suppresses type 1 diabetes in NOD mice[J]. Diabetes,2013, 62(11):3775-3784.

[21] Hartemann A, Bensimon G, Payan C A,etal. Low-dose interleukin 2 in patients with type 1 diabetes:a phase 1/2 randomised,double-blind,placebo-controlled trial[J]. Lancet Diabetes Endocrinol, 2013,1(4):295-305.

[22] Perl S, Perlman J, Weitzel R P,etal. Addition of rapamycin to anti-CD3 antibody improves long-term glycemia control in diabetic NOD mice[J].PLoS One,2013,8(6):e67189.

[23] Long S A, Rieck M, Sanda S,etal. Rapamycin/IL-2 combination therapy in patients with type 1 diabetes augments tregs yet transiently impairs β-cell function[J]. Diabetes,2012,61(9):2340-2348.

[24] Hjorth M, Axelsson S, Ryden A,etal. GAD-alum treatment induces GAD65-specific CD4+CD25 high FOXP3+cells in type 1 diabetic patients[J]. Clin Immunol,2011,138(1):117-126.

[25] Ludvigsson J, Hjorth M, Cheramy M,etal. Extened evaluation of the safty and efficacy of GAD treatment of children and adolescents with recent-onset type 1 diabetes:a randomized controlled trial[J]. Diabetologia,2011,54(3):634-640.

[26] Ludvigsson J, Krisky D, Casas R,etal. GAD65 antigen therapy in recently diagnosed type 1 diabetes mellitus[J]. N Eng J Med,2012,366(5):433-342.

[27] Marek-Trzonkowska N, Mysliwiec M, Dobyszuk A,etal. Therapy of type 1 diabetes with CD4+CD25highCD127-regulatory T cells prolongs survival of pancreatic islets- Results of one year follow-up[J]. Clin Immunol,2014,153(1):23-30.

(2014-04-06收稿 2014-05-25修回)

(责任编辑尤伟杰)