Th17/Treg 细胞失衡与自身免疫性心肌炎①

徐 玲 吕仕超 张军平 (天津中医药大学研究生院，天津 300193)

随着生活环境质量的下降，病毒性心肌炎(VMC)的发病率呈逐年上升趋势。VMC 发病机制主要包括病毒直接损伤和自身免疫损伤两方面。病毒感染后引发的自身免疫反应是心肌损伤发生发展的核心，也是导致心肌纤维化，乃至扩张型心肌病(DCM)的主要原因。研究发现，Th17、Treg 细胞表达失衡在这一过程中发挥着重要作用，对心肌炎的发展及转归有重要影响。因此，探讨Th17、Treg 细胞的分化与调控机制，明确其在心肌炎中的作用机制，发现其生物学治疗靶点成为当今的研究目标。本文将对Th17 细胞和Treg 细胞分化和调控机制以及二者在心肌炎中的作用研究概况做一简要综述。

1 Th17、Treg 概述

1.1 Th17 细胞的分化和调控 Th17 细胞是独立的T 细胞亚群，其发现源于对实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)［1］，以及对胶原蛋白诱导性关节炎这两个典型自身免疫疾病动物模型的研究。Th17 细胞的分化包括3 步:一个依赖于TGF-β 和IL-6 的分化阶段;一个由IL-21 介导的放大阶段以及一个依赖于IL-23 的稳定阶段。Th17 细胞的分化受诸多因素的调控。其中，ROR-γt 是控制IL-17 分化的关键性、特征性转录因子。Stat3，是IL-6、IL-21 和IL-23 的主要信号转导蛋白，对于IL-17 的产生必不可少，同时Stat3 也与IL-23R 的诱导有关［2］。此外，Th17 细胞活化后自分泌IL-21，IL-21 又以正反馈的方式促进Th17 细胞分化，部分代替IL-6 在Th17 细胞分化中的作用，从而使Th17 细胞大量扩增［3］;而IL-23 虽然不是Th17 细胞分化的诱导因子，但在分化起始后Th17 细胞存活、功能维持以及之后介导的免疫应答中发挥不可或缺的作用［4］。

1.2 Treg 细胞的分化和调控 调节性T 细胞(Regulatory T cell，Treg)早在1970 年由Gershon 等［5］提出，是一类具有免疫调节功能的T 细胞亚群。Foxp3是Treg 细胞的特异性核转录因子，是调节Treg 细胞分化及功能的关键转录因子［6］。TGF-β 是Treg 分化、功能维持的关键因子，TGF-β 可以诱导活化的CD4+CD25-细胞表达Foxp3 基因使其向CD4+CD25+T 细胞分化［7］。IL-2 是维持Treg 细胞生存和功能的另一个重要的细胞因子，体外研究显示，IL-2能够选择性上调CD4+CD25+T 细胞中Foxp3 的表达［8］。Treg 细胞可以分泌多种细胞因子，包括TGFβ、IL-10、IL-2、TNF-α、IL-4、IL-13 等，这些细胞因子是Treg 细胞发挥作用的关键因素［9］。

2 Th17 与Treg 细胞平衡

Treg 与Th17 细胞功能和分化相互遏制，在维持二者平衡过程中的关键调控因子是TGF-β 和IL-6。正常情况下，TGF-β 单独存在诱导初始CD4+T 细胞分化为Treg 细胞;而感染或炎症时大量IL-6 存在，则能协同TGF-β 诱导Th17 细胞分化。IL-6 是控制Foxp3/ROR-γt 平衡的开关，在Treg 及Th17 细胞的平衡中发挥着关键的作用［10］。研究表明，当微环境中缺乏IL-6 时，T 细胞在TGF-β 的作用下，上调体内转录因子Foxp3 的表达，而促使T 细胞向Treg 细胞分化［11］。而当TGF-β 和IL-6 同时存在时，则会通过诱导转录因子ROR-γt 表达而促进T 细胞向Th17 分化，同时Th17 细胞通过自分泌IL-21 细胞因子的方式，通过诱导STAT、ROR-γt 的转录因子表达促进T 细胞向Th17 细胞亚群分化［12］。TGF-β 是维持Treg 与Th17 细胞平衡的关键因子，其调控作用与其浓度密切相关，当TGF-β 低浓度时，与IL-6 及IL-21 协同促进IL-23 受体和ROR-γt 表达而偏向Th17 细胞分化;高浓度时则会诱导Foxp3 产生，抑制IL-23 受体表达并偏向Treg 细胞分化［13］。

3 Th17/Treg 细胞失衡在自身免疫性心肌炎中的作用

3.1 急性期 病毒性心肌炎急性期可见心肌细胞肿胀、坏死，出现以单核细胞及淋巴细胞为主的炎性细胞浸润，心肌间质和血管多未受累。这一时期属于病毒复制期，病毒经血液直接侵犯心肌，进入心肌细胞后大量复制并合成病毒蛋白，直接作用于心肌组织，产生心肌细胞溶解作用，进而导致细胞功能障碍和促进凋亡。病毒感染后，诱发机体免疫反应，出现促炎性Th17 细胞和抑炎性Treg 细胞的表达失衡。

在病毒性心肌炎急性期阶段，Th17 细胞及其相关因子IL-17 表达的增加，使心肌炎症反应加剧。临床研究证实，在急性病毒性心肌炎患者体内，外周血Th17 细胞数目和血清IL-17 水平和健康者相比均明显增高［14］。在柯萨奇病毒(CVB3)诱导的急性病毒性心肌炎(AVMC)小鼠模型的研究中同样发现，Th17 细胞及其相关因子IL-17 表达呈上调趋势［15，16］。进一步研究发现，使用IL-17 抗体中和IL-17 后，小鼠心肌炎症状减轻并伴随着病毒复制水平的下降［15］，说明Th17 细胞参与了柯萨奇病毒性心肌炎急性期的病毒复制过程。最近研究表明，Th17细胞不仅能促进炎症反应，还可以促进B 细胞产生致病性自身抗体［17，18］。Yuan 等［14］发现AVMC 患者外周血中B 细胞上IL-17R 的表达比健康人明显升高，而且B 细胞的激活与血清IL-17 水平密切相关。同样在CVB3 诱导的小鼠模型中发现，应用IL-17 单克隆抗体处理AVMC 鼠后，血清IL-17 水平和血清抗ANT 自身抗体下降，表明IL-17 可能参与AVMC小鼠的体液免疫反应过程，并调控心肌自身抗体的产生而促进心肌炎的发展［19］。

Treg 细胞能够调控心肌炎发病过程中的自身免疫反应，其通过促进抗炎因子的产生，抑制病毒复制而发挥心脏保护作用。研究表明，乳糖凝集素-9可以诱导Treg 细胞大量增殖，而抑制Th1 和Th17细胞的增殖。LV 等［20］对CVB3 诱导的心肌炎小鼠的研究表明，乳糖凝集素-9 可以上调体内Treg 细胞数量，增加心肌组织IL-10 的表达，减轻心肌炎症。研究证实，输入过继性转移Treg 细胞，能够降低AVMC 小鼠体内病毒复制水平，减少心肌组织炎症细胞浸润，其机制可能是通过增加心肌TGF-β 水平而发挥其抗病毒作用［21］。Horwitz 等［22］利用TGF-β转基因小鼠诱导病毒性心肌炎模型，与野生型小鼠相比，TGF-β 转基因小鼠体内抗心肌抗体表达下降，心肌组织炎症细胞浸润也减少。

Th17 细胞和Treg 细胞二者数量的表达失衡，影响病毒复制水平，对病毒性心肌炎的发展和转归起关键作用。Xie 等［23］的研究发现在病毒性心肌炎急性期(AVMC)，Th17 细胞及其相关细胞因子IL-17A和IL-21 表达升高，同样，Treg 细胞及相关细胞因子TGF-β、IL-10 的表达也明显升高。且心肌组织CVB3 的复制水平与IL-17A 的表达呈正相关，而与TGF-β 的表达水平呈负相关。进一步研究显示，使用IL-17A 中和抗体阻断后，Treg 细胞及其相关的细胞因子TGF-β 的表达明显下降，而CD4+、CD8+T细胞及穿孔素细胞表达明显上升，伴随着心肌组织中炎症因子IL-17A、IL-10、IL-2 和IL-21 和心肌病毒复制水平明显降低，表明病毒复制的降低可能与Treg 的数量及其功能改变有关。其详细机制一方面可能与Treg 细胞数量的下降有关，另一方面可能与Treg 通过介导的抑制T 细胞的功能下降及增加穿孔素细胞数目，以清除病毒在体内复制而发挥保护心肌作用有关。

3.2 慢性期 病毒性心肌炎迁延不愈，转入慢性期，逐渐发展成为扩张型心肌病乃至心力衰竭，其主要病理表现为炎症细胞浸润、心肌细胞肥大、凋亡、坏死及心肌间质纤维化。体外研究表明，IL-17 在培养的心肌成纤维细胞中，以剂量依赖性方式促进胶原和基质金属蛋白酶(MMP)的产生，阻断IL-17 受体，显著减轻心衰和心肌纤维化［24］。这一点在对动物模型的研究中也得到证实。Baldeviano 等［25］发现IL-17 缺陷小鼠与野生型小鼠比较，野生型小鼠左室扩张，心功能下降明显，而IL-17 缺陷小鼠左室功能则无明显差异，心肌间质胶原沉积明显降低，心肌Ⅱ、Ⅲ型胶原基因表达及MMP 表达降低，TIMP 表达增多，而表现为心肌纤维化程度降低。此外，Liu等［26］对EAM 小鼠的研究发现IL-17RA 和IL-17RC在心肌成纤维细胞上呈高表达，并伴随着Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原表达升高，进一步研究还发现IL-17 能够促进心脏成纤维细胞中PKCβ、Erk1/2 磷酸化，并使NF-κB 相关因子p65 表达上调，而且PKCβ 抑制剂可以减轻心肌纤维化程度，表明IL-17 诱导的心肌纤维化可能是通过激活PKCβ/Erk1/2/NF-κB 信号通路而实现的。

与Th17 细胞相反，Treg 细胞在心肌炎慢性期发挥着心肌保护作用，其调节免疫、发挥心肌保护作用的分子机制主要是分泌免疫抑制因子IL-10，IL-10抑制成纤维细胞胶原合成，而发挥其抗纤维化的作用［27，28］。Cao 等［29］对柯萨奇病毒感染诱导的心肌纤维化小鼠模型的研究发现，Treg 细胞数量与心肌纤维化无相关性，但是采用抗CD25 抗体中和Treg细胞，使其减少会导致Ⅰ型胶原、TIMP-1、TIMP-1/MMP-1 和TIMP-1/MMP-3 表达增加，心肌纤维化加重，表明Treg 细胞对心肌纤维化具有保护作用。进一步研究发现，将脾脏的Treg 细胞过继转移至小鼠体内，会使胶原沉积减少，心肌纤维化减轻，相反，这一保护效应可以被抗IL-10 抗体阻断。体外研究也证实，Treg 细胞以剂量依赖方式减少心肌成纤维细胞产生Ⅰ型胶原和TIMP-1，相反，IL-10 抗体也以剂量依赖方式增加Ⅰ型胶原和TIMP-1 表达增加，表明IL-10 在Treg 细胞介导的心肌纤维化保护效应中发挥着重要作用，IL-10 抗体可能是未来治疗心肌纤维化的有效药物。

临床研究表明，心肌炎慢性期患者中同样存在Th17 细胞与Treg 细胞表达失衡。Li 等［30］发现DCM 患者Treg 细胞其转录因子(Foxp3)表达明显减少，说明因具有抑制性作用的T 细胞减少引起的慢性炎症促进了心肌细胞的凋亡坏死和心肌纤维化的形成;而Th17 细胞及其相关细胞因子(IL-17、IL-6、IL-23)、转录因子(RORγt)表达增加，提示Th17细胞介导了DCM 的发生发展。因此，促进Treg 细胞表达上调、Th17 细胞表达下调，使二者恢复平衡，成为心肌炎慢性期的治疗目标。

4 小结

机体免疫组织、免疫细胞和免疫分子构成一个复杂的免疫调节网络，病毒感染后激活心肌自身免疫反应是导致心肌炎急、慢性期心肌损害的关键原因。Th17 细胞具有促炎作用，在心肌免疫损伤过程中占主导地位，而Treg 细胞的免疫调节作用在保护心肌自身耐受性、减轻心肌损害方面发挥着关键作用。因此，调节Th17、Treg 分化的免疫微环境，控制其效应因子的表达，维持Th17、Treg 间的相对平衡，是未来防治心肌炎及扩张型心肌病的新靶点。

［1］Park H，Li Z，Yang XO，et al.A distinct lineage of CD4 T cells regulates tissue inflammation by producing interleukin 17［J］.Nat Immunol，2005，6(11):1133-1141.

［2］Mathur A N，Chang H C，Zisoulis D G，et al.Stat3 and Stat4 direct development of IL-17-secreting Th cells［J］.J Immunol，2007，178(8):4901-4907.

［3］Tesmer LA，Lundy SK，Sarkar S，et al.Th17 cells in human disease［J］.Immunol Rev，2008，223(1):87-113.

［4］Izcue A，Hue S，Buonocore S，et al.Interleukin-23 restrains regulatory T cell activity to drive T cell-dependent colitis［J］.Immunity，2008，28:559.

［5］Gershon RK，Kondo K.Cell interactions in the induction of tolerance:the role of thymic lymphocytes［J］.Immunology，1970，18(5):723.

［6］Matsumoto K，Ogawa M，Suzuki J，et al.Regulatory T lymphocytes attenuate myocardial infarction-induced ventricular remodeling in mice［J］.Int Heart J，2011，52(6):382-387.

［7］Beissert S，Schwarz A，Schwarz T.Regulatory T cells［J］.J Invest Dermatol，2006，126(1):15-24.

［8］Zorn E，Nelson EA，Mohseni M，et al.IL-2 regulates FOXP3 expression in human CD4+CD25+regulatory T cells through a STAT-dependent mechanism and induces the expansion of these cells in vivo［J］.Blood，2006，108(5):1571-1579.

［9］Tiemessen MM，Jagger AL，Evans HG，et al.CD4+CD25+Foxp3+regulatory T cells induce alternative activation of human monocytes/macrophages［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2007，104(49):19446-19451.

［10］Kimura A，Kishimoto T.IL-6:Regulator of Treg/Th17 balance［J］.Eur J Immunol，2010，40(7):1830-1835.

［11］Chen X，Howard OM，Oppenheim J J.Pertussis toxin by inducing IL-6 promotes the generation of IL-17-producing CD4 cells［J］.J Immunol，2007，178(10):6123-6129.

［12］Chung Y，Chang SH，Martinez GJ.et al.Critical regulation of early Th17 cell differentiation by intefleukin-1 signaling［J］.Immunity，2009，30(4):576-587.

［13］Zhou L，Lopes J E，Chong MMW，et al.TGF-beta-induced Foxp3 inhibits TH17 cell differentiation by antagonizing RORgammat function［J］.Nature，2008，453(7192):236-240.

［14］Yuan J，Cao AL，Yu M，et al.Th17 cells facilitate the humoral immune response in patients with acute viral myocarditis［J］.J Clin Immunol，2010，30(2):226-234.

［15］Yuan J，Yu M，Lin QW，et al.Th17 cells contribute to viral replication in coxsackie virus B3 -induced acute viral myocarditis［J］.J Immunol，2010;185(7):4004-4010.

［16］Fan Y，Weifeng W，Yuluan Y，et al.Treatment with a neutralizing anti-murine interleukin-17 antibody after the onset of coxsackievirus b3-induced viral myocarditis reduces myocardium inflammation［J］.Virol J，2011，8(1):17.

［17］Hsu HC，Yang PA，Wang J，et al.Interleukin 17-producing T helper cells and interleukin 17 orchestrate autoreactive germinal center development in autoimmune BXD2 mice［J］.Nat Immunol，2008，9(2):166-175.

［18］Doreau A，Belot A，Bastid J，et al.Interleukin 17 acts in synergy with B cell-activating factor to influence B cell biology and the pathophysiology of systemic lupus erythematosus［J］.Nat Immunol，2009;10(7):778-785.

［19］Yuan J，Yu M，Lin QW，et al.Neutralization of IL-17 inhibits the production of anti-ANT autoantibodies in CVB3-induced acute viral myocarditis［J］.Int Immunopharmacol，2010，10 (3):272-276.

［20］Lv K，Xu W，Wang C，et al.Galectin-9 administration ameliorates CVB3 induced myocarditis by promoting the proliferation of regulatory T cells and alternatively activated Th2 cells［J］.Clin Immunol，2011，140(1):92-101.

［21］Shi Y，Fukuoka M，Li G，et al.Regulatory T cells protect mice against coxsackievirus-induced myocarditis through the transforming growth factor β-coxsackie-adenovirus receptor pathway［J］.Circulation，2010，121(24):2624-2634.

［22］Horwitz MS，Knudsen M，Ilic A，et al.Transforming growth factorbeta inhibits coxsackievirus-mediated autoimmune myocarditis［J］.Viral Immunol，2006，19(4):722-733.

［23］Xie Y，Chen R，Zhang X，et al.The role of Th17 cells and regulatory T cells in Coxsackievirus B3-induced myocarditis［J］.Virology，2011，421(1):78-84.

［24］Feng W，Li W，Liu W，et al.IL-17 induces myocardial fibrosis and enhances RANKL/OPG and MMP/TIMP signaling in isoproterenol-induced heart failure［J］.Exp Mol Pathol，2009，87(3):212-218.

［25］Baldeviano GC，Barin JG，Talor MV，et al.Interleukin-17A is dispensable for myocarditis but essential for the progression to dilated cardiomyopathy［J］.Circ Res，2010，106(10):1646-1655.

［26］Liu Y，Zhu H，Su Z，et al.IL-17 contributes to cardiac fibrosis following experimental autoimmune myocarditis by a PKCβ/Erk1/2/NF-κB-dependent signaling pathway［J］.Int Immunol，2012，24(10):605-612.

［27］Shi JH，Guan H，Shi S，et al.Protection against TGF-β1-induced fibrosis effects of IL-10 on dermal fibroblasts and its potential therapeutics for the reduction of skin scarring［J］.Arch Dermatol Res，2013:1-12.

［28］Yuan C，Chen WX，Zhu JS，et al.IL-10 treatment is associated with prohibitin expression in the Crohn's disease itestinal fibrosis mouse model［J］.Mediat Inflamm，2013，2013:617145.

［29］Cao Y，Xu W，Xiong S.Adoptive Transfer of Regulatory T Cells Protects against Coxsackievirus B3-Induced Cardiac Fibrosis［J］.Plos one，2013，8(9):e74955.

［30］Li J，Wang L，Wang S，et al.The Treg/Th17 imbalance in patients with idiopathic dilated cardiomyopathy［J］.Scand J Immunol，2010，71(4):298-303.