Th17细胞和IL-17在小鼠寄生虫免疫中的作用

王 丞，赵丽娟，祝学珍，唐 磊，杨桂涟，赵 权，蔡亚南

（吉林农业大学动物科学技术学院，吉林 长春 130118）

Th17细胞和IL-17在小鼠寄生虫免疫中的作用

王 丞，赵丽娟，祝学珍，唐 磊，杨桂涟，赵 权，蔡亚南

（吉林农业大学动物科学技术学院，吉林 长春 130118）

Th17细胞（T helper 17 cells，Th17）是CD4+T细胞分化的亚群细胞之一，能够特异性地分泌细胞因子 IL-17（interleukin-17，IL-17），通过 IL-17、IL-21、IL-23 等细胞因子介导炎症反应和针对细菌的抗感染免疫，同时在寄生虫免疫中发挥重要作用。

Th17；IL-17；寄生虫免疫；细胞因子

寄生虫性抗原是激活Th2细胞进行免疫反应的最强刺激物，寄生虫本身及其分泌产物等能促使机体的免疫反应向Th2型免疫方向发展，以清除侵入宿主体内的寄生虫。除此之外，寄生虫的虫卵、排泄产物、分泌产物等可作为抗原促进Treg细胞的分化发育，使其在寄生虫感染过程中发挥免疫调节作用，该种机制抑制了由Th1、Th2和Th17等介导的过于强烈的免疫反应，使寄生虫引发的感染维持在可控范围内，同时该种机制也使宿主在一定程度上免受过敏反应和自身免疫病等造成的损伤。

若Treg细胞功能失调则会解除免疫抑制作用，导致Th17细胞的活性大幅上升，促炎性细胞因子的分泌增加，招募并激活巨噬细胞和中性粒细胞等来抵御病原体，从而表现出各种炎症性疾病，如曼氏血吸虫感染导致的肝性肉芽肿炎症。一般情况下，Th17细胞分泌的细胞因子IL-17和IL-23等可以控制感染并清除寄生虫，在抗寄生虫感染方面发挥重要作用。

1 Th17细胞

1.1 Th17细胞的诱导分化

1.1.1 固有免疫反应阶段：Th17细胞的诱导分化依赖于树突状细胞 （DC）上 CD209a的表达。Ponichtera等［1］研究发现，用曼氏血吸虫感染 CBA小鼠会引发由虫卵抗原介导的肝性肉芽肿炎症，并且由DC细胞分泌的细胞因子IL-1β和IL-23会引起Th17细胞介导的强烈的免疫反应；而用C57BL/6小鼠作为实验对象时，发现肝脏只有轻微的免疫病理变化，对DC分泌IL-1β和IL-23以及Th17细胞的分化发育没有明显影响。之后的研究发现，CBA小鼠骨髓源树突状细胞 （bone marrowderived DCs，BMDCS）上 C 型凝集素受体（C-typed lectin receptors，CLRs）的表达量明显高于其他种类的小鼠，特别是CBA小鼠DC上表达的CD209a远高于C57BL/6小鼠DC上的表达量；CD209a在脾脏和肉芽肿组织内DC的表面高表达，在受到曼氏血吸虫刺激后活化，促使Scr、RAF-1和ERK MAP蛋白激酶磷酸化并诱导分泌IL-1β和IL-23，之后再诱导Th17细胞分化发育并分泌IL-17、CFSs、IL-22、IL-21、TNF-α 和趋化因子 CXCL1 和 CXCL2等，继而引发严重的炎症反应。而用曼氏血吸虫抗原刺激C57BL/6小鼠，病理变化水平明显降低，CD209a的表达可以忽略不计，无法激活DC细胞，Th17细胞也没有明显表达。此外，其余抗原提呈细胞如巨噬细胞、B细胞和中性粒细胞等都不具有该种功能。

在后续的试验中，将CBA小鼠BMDC的CD209a基因敲除后与CD4+T细胞共培养，用虫卵抗原刺激后与空白组相比，发现细胞因子IL-1β和IL-23的产生显著降低；再通过载体将CD209a基因导入C57BL/6小鼠BMDC内使之高表达，经过虫卵抗原的刺激后发现，与空白组相比，细胞因子IL-1β和IL-23的表达极显著增加。上述证据表明，CD209a是诱导DC分泌IL-1β和IL-23的关键因素，而IL-1β和IL-23是Th17分化发育所必需的细胞因子。这些研究揭示了固有免疫系统通过CD209a诱导Th17细胞的分化发育并介导炎症反应的机制。

1.1.2 适应性免疫反应阶段：初始CD4+T细胞表面上的抗原识别受体接受刺激后，在多种细胞因子和信号分子的诱导下激活信号转导通路，最终分化发育为Th17细胞。小鼠Th17细胞的特异性转录因子是维甲酸相关孤核受体γt（retinoid-related orphan nuclear receptor gamma t，RORγt）， 它可以与 IL-17基因启动子上游区域的RORγt位点相结合使细胞分泌 IL-17［2］。IL-6、IL-21、IL-23 等细胞因子持续活化JAK激酶以介导STAT3磷酸化，处于磷酸化状态的STAT3可以与IL-17和IL-21启动子区域附近的STAT位点结合，直接调控下游基因的转录，也可以调节RORγt和IL-23R的表达。

Th17细胞的分化不需要IL-17的参与，而是由TGF-β和IL-6共同完成诱导过程。其中，IL-6是一种前炎性细胞因子，能在炎症部位大量聚集。当TGF-β的浓度较低时，二者会通过STAT3途径和samds、JNK-c-Jun等信号通路诱导RORγt的表达，使活化的CD4+T细胞分化为Th17细胞。初始CD4+T细胞在没有IL-6的条件下经TGF-β刺激时，虽然TGF-β能够非特异性地上调转录因子RORγt的水平，但最终因为缺乏炎性信号刺激而中断IL-17的分泌。

IL-6与IL-6R的2个亚基IL-6Ra和gp130形成三元复合体，可通过激活Jak家族的酪氨酸激酶诱导一系列的磷酸化反应，该途径可以通过直接激活STAT家族成员APRF等来诱导RORγt基因的表达。TGF-β可由多种细胞分泌，主要功能有以下几个方面：TGF-β与TβRI/TβRⅡ结合后，激活丝氨酸—苏氨酸蛋白激酶，活化胞质内转录因子samd2/3/4并调节相关细胞因子的转录水平［3］；利用Rhoa-Rock2通路产生干扰素调节因子4（interferon regulatory factor 4，IRF4），体内外试验发现，IRF4 缺失时Th17细胞的分化完全被抑制，不能分泌IL-17也不能形成IL-21自分泌环路；转录因子Eomes可以与RORγt基因启动子位点结合而抑制Th17细胞的分化，而TGF-β通过JNK通路可以解除抑制，并且该通路可能是TGF-β最主要的作用途径［4］。TGF-β的作用机制复杂，在不同种属或同种属的不同T细胞亚群中的作用都有较大差异，例如，TGF-β在人Th17细胞的分化过程中并不是必需的［5］，但在小鼠体内可同时作为Th17和Treg细胞分化的诱导剂。

Samd2/3、TGF-β等信号途径在IL-6R的表达和RORγt的调节方面起到关键作用，从而促进Th17细胞的分化［6］。Smad信号通路在寄生虫感染的不同阶段发挥的作用不同。Pang等［7］在对多房型棘球绦虫的研究中发现，在感染早期Smad7的表达量很高，阻断了Smad2/3复合物在细胞核内的结合位点，使TGF-β信号通路失活，而且RORγt和Foxp3的mRNA表达量非常低，所以Smad7可能通过阻断TGF-β信号通路而抑制Th17和Treg细胞的分化； 到感染中期，TGF-β、TβRⅠ/Ⅱ和 Smad2/3上调而Smad7表达水平下降，诱导TGF-β/Smad信号通路激活，并且Treg和Th17细胞在CD4+T细胞中的比例和相关转录因子、细胞因子如Foxp3、RORγt、IL-17、IL-10 和 IL-6 等的表达水平均有显著增加，TGF-β和IL-6通过正反馈机制上调TGF-β表达；在感染的后期阶段，TGF-β/Smad信号通路仍然继续发挥作用，但Th17细胞数量的百分比和IL-17及IL-6的表达水平都在下降，而Foxp3和Treg细胞的TGF-β和IL-10的表达水平仍然很高，表明在该时期Treg细胞发挥主导作用。

IL-6能够诱导Tn细胞分泌IL-21，产生的IL-21依赖STAT3途径进行自反馈表达并加强分泌，在IL-6缺乏时可作为替代物与TGF-β共同诱导Th17细胞分化［8］。 与 IL-6不同的是，IL-21可诱导Th17细胞表面IL-23R的表达，促进Th17细胞的分化和增殖；并且STAT3可以与IL-21及IL-21启动子结合，在Th17细胞中形成自分泌环路。

1.2 Th17细胞功能的维持 IL-23是IL-12细胞因子家族的成员，由成熟的DC分泌，联合TGF-β诱导IL-17的表达，对于维持Th17细胞的功能起到重要作用。在IL-23缺乏的情况下，IL-6和TGF-β虽然能够诱导Th17细胞分化，但由该种方式分化而来的细胞分泌IL-17的能力较弱［9］。IL-23由P19和P40 2种亚基构成，与IL-12类似都是异二聚体并且共用P40亚基［10］。IL-21和IL-23可诱导Th17细胞在其表面表达IL-23R，IL-23R由IL-12Rβ1和IL-23R 2个亚基组成，在初始CD4+T细胞上不表达。当IL-23与IL-23R结合后，诱导胞内的stat3结合位点磷酸化成为二聚体，同时活化的IL-12Rβ1和IL-23R会将该信号传递给Jak1、Jak2和Tyr2，它们会激活stats二聚体并使之进入核内，诱导IL-17等的转录。免疫学试验也证明，IL-23虽然不能在分化的初始阶段影响Th17细胞的产生，但它是决定Th17细胞分泌IL-17的重要因子［11］。

1.3 免疫系统对Th17细胞的抑制作用 正常宿主体内Th17细胞的含量非常少或者不存在，即使Th17细胞完成分化也会受到多种复杂因素的限制，如Th1和Th2细胞分别分泌IFN-γ和IL-4，二者对Th17细胞的分化产生抑制作用［12］。除Th17细胞外的CD4+T细胞亚群及它们产生的细胞因子几乎都会对Th17细胞产生抑制作用，其中Treg细胞作为平衡免疫反应的抑制性细胞，其强大的抑炎作用表现最为显著。天然型Treg细胞（nTreg）通过直接与Th17细胞接触发挥作用，诱导型Treg细胞（iTreg）以分泌细胞因子的方式进行调节［13］，而外周组织中的T细胞会分化出内源性诱导型Treg细胞（pTreg细胞）来进行调控。此外，TGF-β在Treg和Th17细胞分化发育的过程中都发挥了重要作用。对于小鼠而言，TGF-β对Treg和Th17细胞的分化主要以浓度依赖的方式产生效应，低浓度条件下诱导Th17细胞分化，高浓度时则诱导Treg细胞分化。

有研究发现，Th17细胞自身产生的IL-17D和IL-17E也会对自身分化起到抑制作用［14-15］。STAT途径中STAT1/5参与了对Th17细胞的负性调节，参与的主要因子有IFN-γ、IL-2和IL-4等。IL-2是一种T细胞生长因子，可促进大多数T细胞亚群的生长，但它通过与IL-2R结合激活STAT5途径，增强Foxp3的表达而抑制Th17细胞的分化。还有研究发现，调节性B细胞（B10细胞）分泌的IL-10也能够抑制Th17细胞介导的免疫反应［16］。

2 IL-17

IL-17是一种由同型二聚体构成的糖蛋白，相对分子质量为 21 ku［17］，可由 NK 和 γδT 等细胞少量产生。IL-17是Th17细胞分泌的一种相对特异性的细胞因子，也是一种重要的炎症介质，TGF-β、IL-6和 IL-23参与对其的调节［18］。到目前为止，IL-17家族已发现6个成员，包括IL-17A（IL-17）、IL-17B、IL-17C、IL-17D（IL-27）、IL-17E（IL-25）、IL-17F，其中 IL-17A 和 IL-17F 属于促炎性因子［19］；其受体有 5种，分别是 IL-17AR、IL-17BR、IL-17CR、IL-17DR和IL-17ER。

IL-17A的活性比IL-17F高出10倍以上，二者同源性高，在染色体上的基因位点相近，氨基酸序列和组成结构相似，产生的生物学效应也类似，可以活化和招募中性粒细胞促进多种炎症因子释放，是Th17细胞分泌的主要功能性细胞因子。IL-17D和IL-17E与其他成员差异很大，发挥的作用也不相同，IL-17D的受体与IL-6R有1个共同的亚基gp130，所以IL-17D可以通过竞争性结合IL-6R对Th17细胞的分化产生抑制作用，IL-17E可与IL-5和IL-13共同诱导Th2细胞分化，进而对Th17细胞的分化产生抑制作用。

IL-17通过诱导其他炎症细胞因子如IL-6和TNF-α等，以及趋化因子如MCP-1和MIP-2等的表达，介导炎症细胞浸润。研究证实，IL-17可以诱导分泌抗菌肽［20］甚至调节肠道pIgR和IgA的表达［21］。有研究发现，小鼠感染贾第虫1周后肠道内IL-17的分泌大幅上升，虽然其分泌量远不如IFN-γ，但IL-17清除小鼠体内贾第虫虫卵的作用更为显著［22］。

IL-17还参与中性粒细胞和DC细胞的增殖、成熟以及趋化过程，在抵抗胞外细菌、对抗真菌性感染中起到了重要的作用，但IL-17过量表达会导致机体慢性炎症和自身免疫病。另外，人IL-17的作用机制与小鼠具有一定的相似性。

3 Th17细胞在寄生虫感染中发挥的作用

许多研究表明，Th17细胞虽然可以通过分泌IL-17清除胞外病原体从而保护机体，但是还能够引发自身免疫性病理损伤。研究发现，锥虫急性感染引起免疫病理损伤时，IL-17和TNF-α显著上调，从而有效地控制了病情［23］；而IL-17过表达也会成为致病因素，Hong等［24］研究发现，巨型艾美耳球虫引发的感染导致许多炎性细胞因子的聚集，其中IL-17增加了1 650倍，增长幅度最为显著并且使病情加重。

3.1 对宿主的保护作用 当宿主免疫状态良好或是在感染早期虫荷量不高的阶段，Th17细胞会对抗原较早地做出反应，分泌的IL-17会在宿主受到寄生虫损伤之前控制感染。在这个时期，IL-17可以杀伤体内的某些寄生虫，因此，宿主的临床表现不明显。

线虫或蠕虫等感染啮齿类动物后能够引起肠道炎症，其中旋毛虫在肠道寄生1~2周后由雌虫排出新生幼虫，通过血液侵入骨骼肌。研究发现，在旋毛虫急性感染的第2周，空肠黏膜组织中的成虫和幼虫可引发严重的炎症反应并一直持续到旋毛虫排出体外，在这个时期肠道内Th17细胞数量增加，分泌的IL-17使空肠肌肉的收缩反应显著增强，为清除旋毛虫发挥了一定的作用［25］。 Nascimento 等［26］用利士曼原虫感染犬，发现无临床症状表现的犬肝脏组织中分泌了大量的IL-17，与临床症状明显的犬相比体内的虫荷量更少并且IFN-γ和iNOS（inducible nitric oxide synthase）的表达量更高，表明IL-17在犬发生利士曼原虫病中起到了保护作用并降低了犬对该病的易感性。

3.2 促炎和病理损伤作用 如果宿主免疫功能下降或感染的寄生虫虫荷量较高，那么随着病程的延长会诱导更多的Th17细胞产生，而随之过量分泌的IL-17会刺激多种细胞聚集并分泌相关的炎症细胞因子，例如大量激活的中性粒细胞可以引发严重的炎症反应，其损伤程度可能会超过寄生虫本身并导致病情恶化［27］。在肝脏疾病的研究中发现，IL-17可以刺激肝脏非实质细胞表达单核细胞趋化因子，使单核细胞在肝脏内聚集，加重炎症反应［28］。

4 结语

Th17细胞及IL-17的功能特性在越来越多的疾病研究中取得成果，为治疗寄生虫病提供了方向：一方面要加强Th17细胞在寄生虫感染初期的应答，另一方面要在严重的炎症反应阶段抑制其应答以减轻病理反应。Th17细胞和IL-17也为炎症性疾病如自身免疫病等提供了新的研究方向。

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Roles of Th17 Cells and IL-17 in the Immunity to Parasite of a Mouse

WANG Cheng，ZHAO Li-juan，ZHU Xue-zhen，TANG Lei，YANG Gui-lian，ZHAO Quan，CAI Ya-nan
（College of Animal Science and Technology,Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）

Th17 cells （T helper 17 cells）,one of cell subsets which differentiate from CD4+T cells,can specifically secrete the cytokine IL-17A （IL-17）,mediate an inflammatory response and anti-infection immunity against bacteria by IL-17,IL-21 and IL-23,and play a significant role in the immunity to parasite.

Th17；IL-17；immunity to parasite；cytokine

S855.9

A文章顺序编号1672-5190（2016）11-0104-04

2016－10－12

项目来源：中国博士后科学基金面上项目（2014M561308）；吉林省科技厅项目（20160520180JH）；吉林省教育厅项目。

王丞（1990—），男，硕士研究生，主要研究方向为中兽药抗寄生虫。

蔡亚南（1980—），男，讲师，博士，主要研究方向为中兽医治疗。

（责任编辑：赵俊利）