Foxp3+调节性T细胞在感染免疫中的作用

杨冬倩 廖勇 敖俊红

Foxp3+调节性T细胞在感染免疫中的作用

杨冬倩 廖勇 敖俊红

Foxp3+调节性T细胞是具有免疫抑制功能的CD4+T淋巴细胞的一个亚群，在自身免疫性疾病、器官移植免疫耐受、抗肿瘤免疫及过敏性疾病中均发挥重要作用。近年研究发现，调节性T细胞在一些病原体感染过程中扩增并聚集到感染部位，通过细胞直接接触或分泌抑制性细胞因子如，白细胞介素10、转化生长因子β等，限制效应细胞免疫应答，从而减轻机体免疫反应过程对宿主的病理性损伤，同时也可减弱机体清除病原微生物的能力，导致感染持续存在。

T淋巴细胞，调节性；感染；免疫；细菌感染；病原；宿主与病原体相互作用

1 调节性T细胞起源及其生物学特性

1995 年，Sakaguchi等［1］首次研究发现，一类连续高表达IL-2受体α链（即CD25分子）具有免疫调节功能的CD4+CD25+T细胞亚群，可通过抑制对自身和外源性抗原的过度免疫反应来维持宿主免疫内环境的稳态。清除或减少CD4+CD25+T细胞后，机体对外源性抗原及自身抗原的免疫应答增强，该亚细胞群被命名为调节性T细胞（Tregs细胞）。根据其来源、分化及效应机制可划分为两类，即胸腺来源的天然型Tregs细胞和外周诱导的诱导型Tregs细胞［2］。胸腺内发育成熟的天然型Tregs细胞进入外周淋巴组织，占CD4+T细胞的5%～10%（鼠）和2%～4%（人类）［3］。外周淋巴组织内由抗原诱导分化而来的诱导型Tregs细胞，在感染或肿瘤形成等过程中获得调节性功能。诱导型Tregs细胞可以从天然型Tregs细胞分化而来，也可以来自其他初始T细胞，如分泌IL-10的Tr1细胞和分泌转化生长因子（TGF）β 的 Th3 细胞［4］。

叉头蛋白3（Foxp3）为转录因子叉头样/翼状螺旋家族的一员，是Tregs细胞的特异性标志，对其发育、分化及功能维持发挥重要作用［5］。Tregs细胞还高表达IL-2受体α链（CD25）、细胞毒素T淋巴细胞抗原（CTLA）4和糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体，但这些分子也可在活化的非Tregs细胞中表达，因此，Foxp3被认为是鼠和人Tregs细胞最特异性的标志。Foxp3基因突变或敲除使Tregs细胞缺陷可导致严重甚至致命性自身免疫性疾病。Scurfy小鼠是Foxp3基因突变鼠（体内Foxp3无功能），其天然型Tregs细胞不能发育分化，表现出一系列自身免疫性特征，如CD4+T细胞过度增殖，多组织CD4+T细胞浸润，炎症细胞因子过度表达，皮肤鳞屑增多和腹泻，小鼠出生后2～4周即死亡。人Foxp3蛋白基因突变可出现Scurfy鼠类似症状，即免疫失调、多内分泌腺病、肠病和X相联综合征［6］。

作者单位：100700北京军区总医院全军皮肤损伤修复研究所（杨冬倩、廖勇、敖俊红）；安徽医科大学（杨冬倩）

2 Tregs细胞的作用机制

Tregs细胞可抑制机体对自身抗原及病原微生物的免疫应答，在自身免疫性疾病、过敏性疾病、肿瘤免疫和感染性疾病中均发挥重要作用，但作用机制尚未完全阐明。目前认为与以下3方面相关：①Tregs细胞能够直接抑制多种效应细胞及抗原提呈细胞的活化与功能，包括：非Tregs细胞的CD4+T细胞、CD8+T细胞、B淋巴细胞、天然杀伤T细胞、天然杀伤细胞、树突细胞、巨噬细胞和肥大细胞等。Tregs细胞表面分子CTLA-4可以与抗原提呈细胞表面共刺激配体CD80/CD86结合，导致色氨酸依赖性吲哚胺2，3双加氧酶和色氨酸代谢产物犬尿酸增多，使效应T细胞不能有效增殖并趋向凋亡；②分泌抑制性细胞因子作用于T细胞，如白细胞介素（IL）10、IL-35和TGF-β。动物实验表明，IL-10可以抑制内脏器官对微生物刺激导致的过度免疫炎症反应，IL-10缺陷鼠可自发形成肠炎；③通过阻断重要细胞因子或代谢产物的生成来抑制效应细胞应答。Tregs细胞可以通过颗粒酶、穿孔素诱导靶细胞凋亡，以及通过腺苷、环腺苷酸途径发挥免疫抑制作用［7-8］。

3 Tregs细胞在感染免疫中的作用

病原微生物入侵机体后，宿主通过抗原提呈细胞识别病原体，通过抗原反应性T细胞、B细胞增殖来清除病原体，但随着Tregs细胞激活，效应细胞免疫应答的强度随之受到限制。Tregs细胞在天然免疫和适应性免疫应答中均可发挥作用，在一些病原体感染过程中，Tregs细胞快速到达感染部位，调控免疫效应细胞介导的病理反应强度，抑制组织损伤的相关信号，从而减轻病理性损伤程度，但这也可能引起感染状态的持续存在［9］。研究发现，Foxp3+Tregs细胞在特定病毒（如单纯疱疹病毒2型、脑膜炎病毒，西尼罗河病毒）、一些寄生虫（疟原虫属，刚地弓形虫）和真菌（白念珠菌）感染中可发挥保护性作用，而在细菌和分枝杆菌感染（如单核细胞增多性李斯特菌，沙门菌和结核杆菌）中却产生有害作用，因此，Tregs细胞在不同病原微生物感染中发挥的作用不同［10］。

3.1 病毒感染 ：Tregs细胞在病毒感染过程中可使组织损伤程度最小化［11］。利用Foxp3DTR转基因鼠（该鼠Foxp3表达白喉毒素受体），使用低剂量白喉毒素即可选择性敲除Foxp3+Tregs细胞，研究发现，Foxp3+Tregs细胞在宿主防御特定病毒（如单纯疱疹病毒2型，西尼罗脑炎病毒和淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒）感染中发挥保护性作用。转基因鼠感染西尼罗病毒（west nile virus）后，小鼠出现体重急剧下降、脑和脊髓中病毒量增加、临床疾病评分变差以及病死率增高。人急性西尼罗病毒感染的研究发现，有症状和无症状西尼罗病毒感染志愿者体内Tregs细胞含量不同；感染后，无症状志愿者3个月内Tregs细胞数量显著增多，但有症状患者Tregs细胞相对较少。在动物实验中亦出现类似表现，西尼罗病毒感染2周后，有症状的小鼠Tregs细胞比率较无症状小鼠低。此外，Tregs细胞缺陷小鼠比正常对照组小鼠形成致命性西尼罗病毒感染的概率更高。这些结果表明，在免疫正常人和小鼠，感染后较高水平的外周Tregs细胞可以防止重症西尼罗病毒感染的发生［12］。

Foxp3基因敲除小鼠感染单纯疱疹病毒后，阴道黏膜和中枢神经系统单纯疱疹病毒量较正常小鼠增加，并形成致命性感染。Tregs细胞通过诱导免疫细胞到达感染组织，促进感染部位及时形成早期保护性免疫应答［13］。眼部单纯疱疹病毒1型感染中也发现，Tregs细胞在减少眼部病理性损害中发挥保护性作用［14］。但在麻疹病毒持续性中枢神经系统感染中，Tregs细胞的增加会导致病毒复制增加且在中枢神经系统扩散；而Foxp3基因敲除小鼠则表现为脑部病毒特异性CD8+效应T细胞的增加和减少持续性感染，说明Tregs细胞促进病毒感染的持续存在［15］。同样，丙型肝炎病毒慢性感染部位的Tregs细胞积累会抑制效应T细胞的应答反应和病毒的清除［16］。

3.2 细菌及分枝杆菌感染：细菌感染性疾病中，抗原特异性Tregs细胞的存在能够抑制机体的抗菌免疫应答，从而有利于细菌在宿主体内持续存在Tregs细胞抑制抗原特异性T细胞，需要凋亡1/凋亡配体1途径，阻断凋亡1途径可增强效应T细胞应答，提示Tregs细胞可抑制效应细胞免疫应答［17］。对沙门菌感染小鼠的研究发现，在感染后的3～4周菌量的增长与效应T细胞激活延迟相关；而在感染后期，菌量减少与效应T细胞的激活相关。敲除小鼠Foxp3基因后，Tregs细胞明显减少，可促进机体效应T细胞的激活和细菌的清除［18］。对结核病患者的研究发现，随着抗结核疗效的逐渐增强，患者体内Tregs细胞的比率显著降低，结核分枝杆菌特异性IL-10水平下降，而干扰素（IFN）γ水平和IFN-γ/IL-4比率增高。另外，研究发现Tregs细胞的持续存在与多重耐药结核病紧密相关。

3.3 真菌感染：Foxp3+Tregs细胞在白念珠菌不同感染类型中的作用不同。Th17细胞在宿主免疫中最重要的功能之一是抗真菌免疫，研究已证实，Th17细胞及其产物IL-17在小鼠和人口腔黏膜真菌感染免疫中的作用至关重要，其可募集中性粒细胞到达口腔黏膜并诱导分泌抗菌因子［19］。Tregs细胞可通过分泌TGF-β促进Th17细胞的发育，增强Th17细胞应答水平，并诱导IL-17细胞因子的分泌，加强宿主对白念珠菌的清除并改善感染的预后，还可在一定条件下分化为Th17细胞［20］。缺失Tregs细胞的患者（肠病和X相关综合征患者、类肠病和X相关综合征或1型自身免疫性多腺体综合征）对白念珠菌高度易感［21］。研究发现，播散性念珠菌感染小鼠的脾脏和肾脏中Tregs细胞数量增多，与肾脏载菌量呈正相关；体内选择性敲除Foxp3基因后，可改善肾脏病理损伤程度，表明Foxp3+Tregs细胞在播散性念珠菌感染中发挥负调节作用［22］。由此可见，Tregs细胞在白念珠菌口腔黏膜感染和播散性感染中的应答反应和作用不同。

对副球孢子菌病患者的研究发现，其外周血单个核细胞表达CTLA-4、糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体、TGF-β和Foxp3的CD4+CD25+T细胞比率增高；与对照组相比，该细胞表现更强的免疫抑制活性。此外，患者活检组织中CD4+CD25+T细胞数量增多，表明Tregs细胞在控制真菌感染性肉芽肿时，在局部和系统免疫应答中均发挥作用［23］。对副球孢子菌病易感小鼠和抵抗小鼠感染的研究发现，小鼠在感染前利用抗CD25抗体来清除CD25+T细胞，发现小鼠组织载菌量明显减少，同时病理性损伤程度降低，且易感鼠的病死率也明显降低。以上研究表明，抗CD25抗体治疗可能是通过减少Tregs细胞数目、增加效应T细胞数目来促进宿主清除体内副球孢子菌［24］。

3.4 寄生虫感染：肠道线虫感染动物模型中，Tregs细胞在感染部位扩增并积累，通过抑制过度免疫应答，减轻组织病理性损伤；敲除Foxp3基因后对宿主线虫载量无影响，但可加重感染部位的组织损伤［25］。在C57BL/6小鼠疟原虫感染模型中，减少Tregs细胞不能控制寄生虫感染或改善疾病预后，但利用重组人IL-2/抗IL-2抗体复合物来提高自然Treg细胞比率，可使小鼠避免重症寄生虫感染的发生。自然Treg细胞通过抑制抗原特异性CD4+T细胞和CD8+T细胞免疫应答，阻止效应T细胞进入脑组织，从而限制疟原虫诱导的免疫病理性损伤［26-27］。同样，慢性利什曼原虫慢性感染小鼠在应用重组人IL-2/抗IL-2抗体复合物后，小鼠体内（局部引流淋巴结和脾脏）Tregs细胞数目和比率出现短暂增高，随后细胞因子应答降低、组织损伤程度减轻、载菌量下降［28］，研究结果为针对Tregs细胞靶向免疫治疗提供了实验依据。

4 结语

自Treg细胞被确定为一种独立的CD4+T细胞亚群以来，其在自身免疫性疾病、器官移植、肿瘤及感染性疾病中的功能逐渐被人们所认识，但Tregs细胞在相关疾病中的确切作用机制尚需进一步研究。伴随Foxp3+Tregs细胞转基因小鼠的成功构建、抗CD25抗体的应用及免疫磁珠细胞分选技术的成熟，选择性敲除或增加动物模型体内CD4+CD25+Foxp3+Tregs细胞为后续功能研究提供了技术支持，Tregs细胞在宿主抵御各种病原微生物感染中的保护性或抑制性作用正逐渐得到认识。Tregs细胞、病原微生物和宿主免疫应答之间存在错综复杂的关系，明确Tregs细胞在宿主感染免疫和免疫稳态中的作用可能为难治性感染性疾病的靶向治疗提供新思路。

［1］ Sakaguchi S,Sakaguchi N,Asano M,et al.Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-chains （CD25）.Breakdown of a single mechanism of self-tolerance causes various autoimmune diseases［J］.J Immunol,1995,155（3）:1151-1164.

［2］ Curotto de Lafaille MA,Lafaille JJ.Natural and adaptive foxp3+regulatory T cells:more of the same or a division of labor?［J］.Immunity,2009,30（5）:626-635.

［3］ Sanchez AM,Yang Y.The role of natural regulatory T cells in infection.Immunol Res［J］.2011，49（1-3）:124-134.

［4］ Zhang H,Kong H,Zeng X,et al.Subsets of regulatory T cells and their roles in allergy［J］.J Transl Med,2014,12:125.

［5］ Waldmann H,Hilbrands R,Howie D,et al.Harnessing FOXP3+regulatory T cells for transplantation tolerance ［J］.J Clin Invest,2014,124（4）:1439-1445.

［6］ Campbell DJ,Koch MA.Phenotypical and functional specialization of FOXP3+regulatory T cells ［J］.Nat Rev Immunol,2011,11（2）:119-130.

［7］ Vignali DA,Collison LW,Workman CJ.How regulatory T cells work［J］.Nat Rev Immunol,2008,8（7）:523-532.

［8］ Wing JB,Sakaguchi S.Multiple treg suppressive modules and their adaptability［J］.Front Immunol,2012,3:178.

［9］ Hall AO,Beiting DP,Tato C,et al.The cytokines interleukin 27 and interferon-γ promote distinct Treg cell populations required to limit infection-induced pathology ［J］.Immunity,2012,37（3）:511-523.

［10］ Rowe JH,Ertelt JM,Way SS.Foxp3+regulatory T cells,immune stimulation and host defence against infection ［J］.Immunology,2012,136（1）:1-10.

［11］ Veiga-Parga T,Sehrawat S,Rouse BT.Role of regulatory T cells during virus infection［J］.Immunol Rev,2013,255（1）:182-196.

［12］ Lanteri MC,O′Brien KM,Purtha WE,et al.Tregs control the development of symptomatic West Nile virus infection in humans and mice［J］.J Clin Invest,2009,119（11）:3266-3277.

［13］ Lund JM,Hsing L,Pham TT,et al.Coordination of early protective immunity to viral infection by regulatory T cells［J］.Science,2008,320（5880）:1220-1224.

［14］ Veiga-Parga T,Suryawanshi A,Mulik S,et al.On the role of regulatory T cells during viral-induced inflammatory lesions［J］.J Immunol,2012,189（12）:5924-5933.

［15］ Reuter D,Sparwasser T,Hünig T,et al.Foxp3+regulatory T cells control persistence of viral CNS infection ［J/OL］.PLoS One,2012,7（3）:e33989［2012-03-20］.http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0033989.

［16］ Ji XJ,Ma CJ,Wang JM,et al.HCV-infected hepatocytes drive CD4+CD25+Foxp3+regulatory T-cell development through the Tim-3/Gal-9 pathway［J］.Eur J Immunol.2013,43（2）:458-467.

［17］ Singh A,Dey AB,Mohan A,et al.Foxp3+regulatory T cells among tuberculosis patients:impact on prognosis and restoration of antigen specific IFN-γ producing T cells ［J/OL］.PLoS One,2012,7 （9）:e44728 ［2012-09-19］.http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0044728.

［18］ Johanns TM,Ertelt JM,Rowe JH,et al.Regulatory T cell suppressive potency dictates the balance between bacterial proliferation and clearance during persistent Salmonella infection［J/OL］.PLoS Pathog,2010,6 （8）:e1001043 ［2010-08-12］.http://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1001043.

［19］ Conti HR,Shen F,Nayyar N,et al.Th17 cells and IL-17 receptor signaling are essential for mucosal host defense against oral candidiasis［J］.J Exp Med,2009,206（2）:299-311.

［20］ Pandiyan P,Conti HR,Zheng L,et al.CD4+CD25+Foxp3+regulatory T cells promote Th17 cellsin vitroand enhance host resistance in mouse Candida albicans Th17 cell infection model［J］.Immunity,2011,34（3）:422-434.

［21］ Kekäläinen E,Tuovinen H,Joensuu J,et al.A defect of regulatory T cells in patients with autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis-ectodermal dystrophy ［J］. J Immunol,2007,178（2）:1208-1215.

［22］ Whibley N,Maccallum DM,Vickers MA,et al.Expansion of Foxp3+T-cell populations byCandida albicansenhances both Th17-cell responses and fungal dissemination after intravenous challenge［J］.Eur J Immunol,2014,44（4）:1069-1083.

［23］ Cavassani KA,Campanelli AP,Moreira AP,et al.Systemic and local characterization of regulatory T cells in a chronic fungal infection in humans［J］.J Immunol,2006,177（9）:5811-5818.

［24］ Felonato M,Pina A,de Araujo EF,et al.Anti-CD25 treatment depletes Tregs cells and decreases disease severity in susceptible and resistant mice infected withParacoccidioides brasiliensis［J/OL］.PLoS One,2012,7 （11）:e51071 ［2012-11-30］.http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0051071.

［25］ Velavan TP,Ojurongbe O.Regulatory T cells and parasites［J］.J Biomed Biotechnol,2011,2011:520940.

［26］ Haque A,Best SE,Amante FH,et al.CD4+natural regulatory T cells prevent experimental cerebral malaria via CTLA-4 when expandedin vivo［J/OL］.PLoS Pathog,2010,6（12）:e1001221［2010-12-09］.http://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1001221.

［27］ Steeg C,Adler G,Sparwasser T,et al.Limited role of CD4 Foxp3+regulatory T cells in the control of experimental cerebral malaria［J］.J Immunol,2009,183（11）:7014-7022.

［28］ Ehrlich A,Castilho TM,Goldsmith-Pestana K,et al.The immunotherapeutic role of regulatory T cells in Leishmania（Viannia） panamensis infection ［J］.J Immunol,2014,193（6）2961-2970.

Roles of Foxp3+regulatory T cells in immunity to infection

Yang Dongqian,Liao Yong,Ao Junhong.Institute of Skin Damage and Repair,General Hospital of Beijing Military Command,Beijing 100700,China

Foxp3+regulatory T cells （Tregs）,an immunosuppressive CD4+T lymphocyte subset,play important roles in autoimmune diseases,immune tolerance to organ transplants,antitumor immunity and allergic diseases.Recent studies have demonstrated that Tregs can proliferate and gather at sites of infection with some pathogens,limit immune responses through direct intercellular contact or secretion of suppressive cytokines （such as interleukin-10 and transforming growth factor β）,then attenuate pathological damages to the host induced by immune responses,weaken the capacity to clear pathogenic microorganisms,and result in the persistence of infection.

T-lymphocytes,regulatory;Infection;Immunity;Bacterial infections;Noxae;Host-pathogen interactions

Ao Junhong,Email:aojunhong@sina.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.04.012

国家自然科学基金（81201236），首都卫生发展科研专项（2011-5021-04）

敖俊红，Email:aojunhong@sina.com

本文主要缩写：Tregs细胞：调节性T细胞，TGF：转化生长因子，Foxp3：叉头蛋白3，CTLA：细胞毒素T淋巴细胞抗原，IL：白细胞介素

2014-09-22）