PI3K/Akt/mTOR通路在调控器官移植Treg/Th17平衡中的作用

王凯，高伟（天津市第一中心医院小儿肝移植科，天津市器官移植重点实验室，天津市器官移植临床医学研究中心，天津 300192）

调节性T细胞（regulatory T cell， Treg）与Th17细胞间的相对平衡是实现器官移植术后免疫耐受的关键因素。PI3K/Akt/mTOR通路是调节Treg/Th17平衡的作用机制之一，对二者的分化、功能和增殖均有重要影响。本文就PI3K/Akt/mTOR通路在Treg/Th17中的作用进行简要阐述。

近年来，器官移植的关注点已经从抑制急性排斥反应转移到如何延长移植物存活并提高患者生存质量［1-3］，而实现免疫耐受成为解决器官移植术后此类问题的关键。作为免疫特惠器官，肝移植与其他器官相比，术后排斥反应发生率低，更容易实现免疫耐受［4-6］。研究报道显示，肝移植术后撤除免疫抑制剂实现操作性耐受的受者比例为40.2% ～ 62.5%［7-9］。

1 器官移植中Treg与Th17细胞失衡

Treg与Th17细胞间的平衡在肝移植免疫调节中起关键作用［10］。移植受者的预后是发生排斥反应还是移植物耐受，取决于可引起细胞损害的Th1类细胞、Th17细胞与阻断排斥反应、对移植物具有保护作用的Treg细胞之间的相对平衡［11］。以Th17细胞为主的Treg/Th17失衡及白细胞介素-17（interleukin-17， IL-17）可能是移植物排斥反应的机制之一［12］，在停用免疫抑制剂5年以上的肝移植患者中，肝穿组织中Treg比例增加［13］。恢复Treg/Th17平衡可显著延长移植物存活，改善肝功能，增加移植物内Treg细胞数量［12］。在前期研究中我们发现，在成人肝移植受者中存在Treg/Th17平衡失调的现象［14］。但目前对体内调控Treg/Th17平衡及诱导移植免疫耐受机制尚不明确，这成为限制其在肝移植基础研究中开展与临床应用的障碍。

2 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）在T细胞发育中的作用

细胞代谢在T细胞发育中起着关键作用，直接决定了细胞的分化与功能，而mTOR是促进T细胞分化的核心角色［15］。初始T细胞经外来抗原刺激后，可分化为辅助性T细胞（Th1、Th2或Th17细胞）和Treg。体外分化的Th1、Th2和Th17 细胞具有更高的糖酵解活性［16］，而Treg细胞的脂质氧化水平更高［17］。mTOR是淋巴细胞激活第3信号通路中的一种蛋白激酶［18］，属于PI3K信号通路，直接参与细胞的增殖、分化与代谢，对于增强活化细胞的糖酵解具有非常重要的作用［19-20］。在体内，人类和小鼠的Treg细胞糖酵解均处于较高水平，这与mTOR的过渡激活有关［21-22］。mTOR蛋白由mTORC1（mTOR complex 1）和mTORC2 （mTOR complex 2）组成［23］。前者是适应性免疫的核心调节因素，影响Th1和Th17细胞［24-25］，而mTORC2为Th2细胞分化所必需［26］。作为代谢过程与免疫系统中关键的细胞调节因子，mTOR与特异性转录因子可以调节代谢过程及决定CD4+T细胞的命运［27］。

近几年的研究表明，mTOR对Treg/Th17平衡具有重要影响，Treg细胞的分化、FoxP3的表达、表型的稳定与Treg细胞代谢均受局部环境与代谢的影响［28］。mTOR被广泛认为是新产生的Treg细胞分化与扩增中关键的负性调节因子，但它又是Treg细胞功能的正性决定因素。糖酵解可促进CD4+T细胞分化为不同的效应T细胞（Th1、Th2与Th17细胞），mTOR抑制剂可以阻断这个过程，同时促进 Treg细胞生长［16，29］。T 细胞特异性丢失mTOR不仅可以抑制Th1、Th2和Th17细胞的产生，而且会促进Treg细胞的生成，同样，剔除mTOR可以促进T细胞发育向Treg偏移［30］，抑制mTOR也有助于Treg细胞的扩增［21］。二甲双胍可以抑制mTOR磷酸化，增加FoxP3的表达。限制热量的摄入可以产生类似于雷帕霉素的作用，通过降低瘦素水平，降低mTOR活性，促进Treg细胞生成，而后者可抑制Th1与Th17细胞的生成［31］。炎症信号分子与FoxP3可以平衡mTORC1信号与糖代谢过程，调控Treg细胞的增殖和抑制功能［32］。

在临床研究中，也观察到了mTOR抑制剂对Treg细胞的促进作用。在对肾移植患者分离出的外周血单个细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）进行体外分析时发现，西罗莫司可以抑制Th17细胞分化，而他克莫司则无此作用，由此可以认为在肾移植患者中将他克莫司转换为西罗莫司有助于调控Treg/Th17失衡［33］。在另一项研究中，将肾移植患者使用的钙调神经蛋白抑制剂（calcineurin inhibitor， CNI）类免疫抑制剂转换为依维莫司后，Treg细胞的数量比转换前有所增加，抑制功能未见变化，而IL-17细胞明显减少［34］。

但过度表达的mTOR会抑制Treg，短暂的TCR刺激会诱导激活PI3K/Akt/mTOR信号通路，拮抗 FoxP3的表达［35］。mTOR-HIF1轴可以促进FoxP3的降解和转录因子RORγt的活性，进而直接调控可诱导性Treg细胞（inducible regulatory T cell，iTreg）和 Th17细胞的分化［36］。mTOR 通路激活后会抑制FoxP3的表达，限制Treg的免疫抑制功能［37］。但也有研究认为，mTOR的作用主要在于促进Th1与Th17细胞的分化，而不是Treg细胞的扩增与活性［38］。

3 PI3K/Akt/mTOR通路在调节Treg/Th17平衡中的作用

mTOR主要是通过PI3K/Akt/mTOR信号通路发挥作用进而调控Treg/Th17的平衡。代谢与免疫信号汇集于PI3K/Akt信号通路，进而启动下游级联代谢程序，其中的一个重要信号分子就是mTOR，其将能量需求与蛋白转运、细胞生长相连接［39］。器官移植中，mTOR抑制剂可以经由PI3K/Akt/mTOR通路促进Treg基因的表达和脂质代谢，抑制同种异体反应性T细胞的活化，使Treg/Th17平衡向Treg与免疫耐受方向转变［40］。有学者认为mTOR/Akt信号通路可以控制移植物的慢性排斥反应发生和进展中所面临的促炎症效应［41］。虽然PI3K/Akt/mTOR通路可以调节Treg细胞代谢，但Treg细胞本身并不需要mTOR激酶，在缺少mTORC1的情况下，尽管Treg数量会增加，但这种Treg的抑制功能将受损。对于mTOR在Treg/Th17平衡中的具体作用位点及PI3K/Akt/mTOR通路调控Treg/Th17平衡的机制尚不明确。

作为信号传导与转录因子，JAK/STAT信号通路对细胞的生理和病理反应发挥着重要调节作用［42］，也在Treg/Th17平衡中起着关键作用，主要的转录因子包括STAT3和STAT5。Treg细胞和Th17细胞都产生与自身分化相关的独特转录因子，STAT3和RORc主要涉及Th17细胞的分化，而STAT5和FoxP3参与Treg细胞的分化［43］。二者竞争同一DNA基因序列，因此，激活STAT3或STAT5决定了Th细胞分化为Th17细胞还是Treg细胞［44］。IL-6可通过STAT3促进Th17细胞的生成，IL-2和IL-15则通过STAT5促进Treg细胞的诱导［45-47］。作为mTOR抑制剂，有研究表明，西罗莫司可以抑制CD4+T细胞中STAT3的磷酸化，提示在STAT3与mTOR之间存在相互作用［48］。西罗莫司减少STAT3激活与Treg细胞的分化密切相关，而与Th17无关，同时，抑制STAT3可以增加FoxP3的活性［34］。而某些促炎症因子（如STAT3）释放的DNA甲基转移酶可被IL-2/STAT5信号所抑制，Treg细胞仍有维持FoxP3表达和对抗效应性细胞因子的功能［49-50］。

4 总 结

目前，对于Treg细胞诱导器官移植免疫耐受的策略仍处于基础研究阶段，常规增加Treg细胞比例或转移输注Treg细胞并不能达到临床免疫耐受的效果。通过PI3K/Akt/mTOR通路调控效应T细胞与Treg之间的平衡，促进保护性的Treg细胞扩增，减少炎性效应性T细胞浸润，这将是有利于患者生存与移植物长期存活的新策略。