Th17细胞及其相关细胞因子在中药干预炎症机制中的研究进展①

黄牧华 魏 颖 董竞成

(复旦大学附属华山医院中西医结合科，上海200040)

辅助性T细胞(T helper cell，Th)是哺乳动物免疫应答多样性的关键因素,在适应性免疫中，通过分泌独特的细胞因子亚群等清除受感染的细胞，并激活或募集淋巴细胞、先天性免疫细胞，甚至非免疫细胞如上皮细胞等清除或防御病原体[1]。细胞因子作为由免疫细胞和某些非免疫细胞分泌的关键信使，诱导Th 细胞发育分化，介导免疫应答过程，也是调控成熟Th 细胞基因表达模式最重要的信号[2-4]。辅助性T细胞17(T helper 17 cell,Th17)是分泌白细胞介素-17(Interleukin-17，IL-17)、来源于初始CD4+T细胞的Th 细胞亚群[5]，其分化由IL-6和转化生长因子β(Transforming growth factor β，TGF-β)联合作用诱导，受到视黄酸相关核孤儿受体 γt[Retinoic acid receptor(RAR)-related orphan nuclear receptor gamma，RORγt]调控[6]，IL-23维持其效应。Th17细胞参与细胞外病原菌防御、自身免疫及维持黏膜屏障等，具有致炎效应，其与相关细胞因子在免疫介导的自身免疫性疾病如多发性硬化(Mutiple sclerosis，MS)、类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)、少年特发性关节炎(Juvenile idiopathic arthritis，JIA)、银屑病(Psoriasis )、炎症性肠病(Inflammatory bowel disease，IBD)、Ⅰ型糖尿病(Type Ⅰ diabetes)，其他炎症性疾病如哮喘(Asthma)、慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、癌症等发生发展中起着重要的作用[7-9]。

中医药理论依据整体思想、辨证论治方法、中药多靶点的效应，在炎症性疾病治疗及调节机体免疫功能等方面积累了较为丰富的经验，中药可通过影响免疫细胞发育分化及代谢、调节免疫细胞功能网络平衡、干预炎症介质包括细胞因子、核因子等,激活胆碱能抗炎通路，影响下丘脑-垂体-肾上腺-胸腺轴(Hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPAA)等多环节机制发挥抗炎作用，研究证实部分清热、补虚、解表、祛风湿、利水渗湿和化湿类等中药及一些中药组合复方具有显著抗炎作用。Th17细胞及相关细胞因子在炎症性疾病发生发展中有着复杂的作用机制，中药可以通过调节相关机制起到抗炎、恢复免疫功能平衡的作用。

1 Th17细胞及相关细胞因子致炎机制

Th17细胞在实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)和Ⅱ型胶原诱导的类风湿性关节炎(Type Ⅱ collagen-induced arthritis)的动物模型中被发现[10-14]，其与相关细胞因子在炎症发生及发展过程中发挥重要作用，细胞因子可通过促进Th17细胞发育分化、调控Th17细胞可塑性与稳定性，维持增强Th17细胞功能，并发挥细胞因子致炎效应，及激活相关免疫细胞等机制调控炎症反应。

1.1细胞因子调控Th17细胞发育分化 Th细胞发育分化依赖于基因调控和特异性的细胞因子、转录因子等调节。细胞因子IL-6、IL-1β、IL-23、IL-21与微环境中其他细胞产生TGF-β，共同参与Th17细胞发育分化，并抑制Th1细胞分化[15-18]；初始CD4+T细胞被TCR信号活化，通过TGF-β诱导，IL-6等协同作用，驱动CD4+T细胞表达IL-23R与趋化因子CCR6；IL-23等细胞因子可通过IL-23R信号通路激活胞内转录激活因子3(Signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)，与转录因子IRF4和BATF等[19-21]共同参与CD4+T细胞极化时RORγt基因表达及上调，并与RORγt协同诱导IL-17A和IL-17F基因表达，向Th17谱系分化；Smad蛋白是TGF-β1各类信号转导通路中的共同介质, 介导TGF-β1的信号传递,TGFβ1-Smad4被发现可诱导RORγt的表达；SKI由Ski基因编码，参与细胞的增殖调节机制，可通过抑制SMAD4而抑制RORγt的表达从而抑制Th17细胞分化[22]。IL-1β、IL-21、L-23等促进Th17细胞增殖与稳定，IL-21可通过自分泌作用对Th17细胞分化发挥放大效应。Th17细胞的分化进程也受到某些细胞因子抑制，IL-27、IL-12等参与Th17细胞极化的负调节过程[23,24]。

1.2Th17细胞及相关细胞因子致炎效应 Th17细胞是强有力的致炎效应细胞，其产生 IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-6、IL-26、CXCL8、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor alpha，TNF-α)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(Granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)等炎性细胞因子被认为是自身免疫组织炎症和慢性感染的关键驱动因子[25-29]。而IL-23及其受体IL-23R对于Th17细胞的稳定和在EAE等疾病中诱导自身免疫组织炎症是至关重要的,在Th17细胞初始分化阶段，由IL-23诱导、Th17细胞内源性产生的TGF-β3和IL-6可能通过促进T-bet和IL-23R分子表达，促进Th17细胞由稳定性向致病性发展[30]。由IL-23驱动、依赖RORγt活性、Th17细胞极化产生的GM-CSF 是神经炎症的效应细胞因子，与Th17细胞致病性相关，在疾病效应阶段，GM-CSF通过募集髓样细胞浸润中枢神经系统产生炎症，促进EAE的发展[31]。IL-23可通过减少发育中Th17细胞的抗炎细胞因子IL-10的浓度，诱导Th17表达IFN-γ，引发炎症反应[32]。IL-23R的多态性与许多自身免疫性疾病如银屑病、炎症性肠病和强直性脊柱炎有着密切的关系[33,34]。IL-17在炎症发生中发挥多种功能[35，36]：IL-17是中性粒细胞的有力调节因子，IL-17A通过促进多种细胞中细胞因子和趋化因子表达等，促进炎症性疾病的发生发展，IL17A/F可诱导内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞和巨噬细胞等产生趋化因子CXCL8，趋化和募集中性粒细胞，促进中性粒细胞增殖和成熟；还可对T细胞活化起协同刺激作用，并促进树突状细胞成熟等，介导炎症反应；TNF-α参与中性粒细胞活化和生存，促进其到达炎症部位，发挥致炎效应。

1.3炎症环境中Th17细胞可塑性、不稳定性与致病效应 在体外反复刺激时，Th17细胞可表现出停止表达标志细胞因子IL-17A的不稳定性和同时表达替代谱系特定的转录因子和效应细胞因子的可塑性。Th17细胞可塑性使其具有更强的能力运输至相关部位并促进其功能，不稳定性和可塑性均与其致病性相关[37-39]。在IL-17荧光素酶报告基因标记的小鼠体内观察免疫反应过程中表达IL-17的Th17细胞变化，发现Th17细胞不同的可塑性模式取决于不同炎症环境。慢性炎症条件下Th17细胞致病性与额外的促炎细胞因子表达相关，急性感染和感染清除时期产生的抗炎环境将抑制Th17细胞的可塑性和替代细胞因子的激活[37，38]。EAE慢性炎症导致在Th17细胞中转变产生IFN-γ等替代细胞因子，向Th1样表型转变；而在白色念珠菌引起的急性皮肤感染中，IL-17的产生被阻断，但并没有偏离Th17细胞的替代细胞因子产生[39-42]。在自限性炎症反应、EAE等自身免疫反应、蠕虫感染、急性细菌感染等产生的炎症反应中，原本表达IL-17A的部分细胞还可转分化为1型T调节细胞(Type 1 T regulatory cells,Tr1)，参与炎症反应调控[43]。

2 中医药调节Th17细胞及相关细胞因子干预炎症机制

2.1调节免疫细胞功能网络，维持Th17、Treg细胞平衡 复杂的特定Th细胞群体网络引发免疫应答炎症反应，其功能平衡促使病原体清除后炎症反应消散，并抑制过于强烈的免疫应答介导的过度炎症，中药可通过调节细胞网络功能平衡发挥抗炎作用。Th17细胞与诱导型Treg细胞(induced Tregs，iTreg)来自相同的前体T细胞，有一个相互影响的发育通路，它们的不同分化基于其所存在环境中细胞因子的平衡,依赖初始免疫系统和急性期蛋白如IL-6的产生，是否被TGF-β或被TGF-β与IL-6共同激活是影响其分化的关键因素；同时，Th17和Treg细胞在分化过程中又有着非常紧密的联系,两者的发育都需要TGF-β 的存在，在不同环境信号诱导下如发生感染时，相关炎性细胞因子的作用可诱导Treg(或Th17)细胞向Th17(Treg)细胞转化，致病性Th17细胞与保护性Treg细胞可产生相互对抗的效应，调控组织炎症[25]，共同维持免疫系统平衡状态。在OVA诱导的小鼠哮喘模型中发现主要由补肾要药淫羊藿、补气要药黄芪等组成的补肾益气方，可以降低小鼠血清IL-6、IL-10和IL-17A水平，降低支气管肺泡灌洗液中TGF-β1和IL-17A水平，降低肺组织RORγt和升高Foxp3表达等，通过抑制Th17细胞，增强Treg细胞效应功能调节Th17、Treg细胞平衡，从调控机体致炎/抑炎平衡角度抑制慢性气道炎症[44]。研究发现主要由发散风寒药羌活，祛风湿药独活、秦艽、利水渗湿药薏苡仁，清热药忍冬藤、黄芩，活血祛瘀药姜黄、莪术、川芎及补气药甘草等组成的羌活二黄汤，可通过降低类风湿性关节炎小鼠血清IL-6、IL-17和TNF-α 水平，升高TGF-β水平，升高Treg细胞百分比，降低Th17细胞百分比，恢复Th17/Treg细胞平衡而发挥治疗类风湿关节炎的效应[45]。在细颗粒物(Particulate matter 2.5，PM2.5)暴露的OVA致敏哮喘小鼠气道炎症研究中发现，由化湿药厚朴活性成分和厚朴酚干预后小鼠肺外周血单个核细胞中RORγt与IL-17的表达水平及Th17细胞比例较未干预组显著下降，Treg细胞比例及IL-10的表达水平显著升高，和厚朴酚能通过调节Th17及Treg细胞比例平衡，减轻PM2.5暴露哮喘所致的气道炎症[46]。

2.2影响免疫细胞信号通路，调节Th17细胞及相关细胞因子效应 研究发现中药活性成分可通过多条信号转导途径调节机体免疫细胞功能、分化及代谢，发挥其免疫调节作用。Th17细胞分化受到细胞内信号通路和复杂的转录因子网络如磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphoinositide 3-kinase，PI3K)、蛋白激酶B(Protein kinase B，PKB/Akt)、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)等控制。PI3K-Akt-mTORC1信号通路可通过不同机制包括调控HIF-1α表达、STAT3磷酸化、下调Gfi1、RORγt核移位等对Th17分化和功能起到积极的调控作用[47]。溃疡性结肠炎发病机制中PI3K-Akt信号通过促炎细胞因子产生，促进T效应细胞分化与活化等引起炎症反应。Chen等[48]发现来源于清热燥湿中药苦参根的氧化苦参碱可以通过影响PI3K-Akt信号通路，抑制其下游NF-κB 从而降低TNF-α、IL-1β、IL-6等炎性细胞因子表达，下调IFN-γ和IL-17A mRNA及蛋白表达水平，从而抑制Th17细胞和Th1细胞分化等，对葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠溃疡性结肠炎有治疗作用。

前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)作用于T细胞和树突状细胞中的前列腺素E受体4(EP4)可以促进IL-23介导的Th17细胞扩增，促进Th1细胞分化，使用EP选择性拮抗剂则减少区域淋巴结Th1和Th17细胞累积，抑制EAE小鼠或接触性超敏反应小鼠疾病进展[49]。研究发现白头翁皂苷A3(Anemoside A3，AA3)，一种来源于清热解毒类中药白头翁根中的天然三萜类化合物，在EAE小鼠中，可以通过阻断PGE2-EP4信号通路减少由细胞因子TGF-β、IL-6 诱导和PGE2、IL-23刺激后的幼稚T细胞产生IL-17细胞百分比，抑制Th17细胞分化和扩增，同时AA3还可通过降低MOG35-55诱导的脾脏淋巴细胞中细胞因子IFN-γ、IL-17A、IL-6水平，降低STAT4、STAT3磷酸化水平，调节Th17、Th1和Th2细胞应答，从而调控炎症，降低疾病的严重程度[50]。

2.3调控效应T细胞能量代谢，抑制Th17细胞分化 具有促炎或抗炎等特定免疫状态的细胞的生物合成和生物能量需要新陈代谢的支持，研究发现线粒体代谢参与控制免疫细胞命运[51]，中药可通过调节免疫细胞能量代谢抑制炎症反应。CD4+T细胞分化成不同亚型的促炎效应细胞(Th1、Th2和Th17细胞)和抑制性调节T细胞(Treg细胞)，每个谱系都依赖特定转录因子的表达，并且在代谢底物和途径方面显示出独特的代谢表型。糖酵解增加或者线粒体代谢抑制可以促进Th17细胞等促炎效应细胞的分化；Treg细胞则被认为具有高脂质氧化速率、阻断糖酵解的作用，并可被促线粒体代谢的药物或激动剂促进分化[52，53]。研究显示祛风湿类中药豨莶草提取物Kirenol可降低EAE小鼠血清IFN-γ和IL-17A表达，下调炎症性Th1/Th17细胞效应，并降低引流淋巴结中Th17/Th1细胞比例；体外研究显示Kineuol可上调Bax，下调Bcl-2，促进caspase-3激活和线粒体释放的细胞色素c表达，通过调控线粒体通路诱导MOG35-55活化的CD4+T细胞凋亡,发挥抗炎作用[54]。温化寒痰类中药桔梗的主要活性成分桔梗皂苷D(Platycodin D)可通过降低四氧嘧啶诱导的糖尿病肝损伤小鼠血清葡萄糖、胰岛素及IL-6、IL-1β、TNF-α、IL-17水平，并升高IL-10水平,增加肝、脾细胞Foxp3 表达，抑制RORγt 表达等，抑制Th17细胞分化及效应对糖尿病肝损伤起到有益调节作用[55]。Zhang等[56]研究体外刺激纯化的CD4+CD25-T细胞，使其极化产生Th17细胞与Treg细胞，发现祛风湿中药雷公藤活性成分雷公藤红素干预后，CD4+CD25-T细胞更倾向于利用脂肪酸代谢、雷公藤红素抑制Th17细胞中葡萄糖转运蛋白、Glut1、HK2和mTOR等表达，抑制其糖酵解，并上调CPT1A和AMPKα表达而促进iTreg细胞中脂肪酸β氧化，通过调控细胞代谢抑制Th17诱导并促进iTreg细胞产生，发挥调节炎症效应的作用。

2.4调节炎性细胞因子，降低IL-23/IL-17炎性反应轴效应 炎性细胞因子被认为是自身免疫组织炎症和慢性感染的关键驱动因子，中药可通过调节炎性细胞因子抑制炎症反应。细胞因子IL-23促进IL-17分泌，维持和增强Th17细胞效应功能，称为IL-23/IL-17免疫轴，其在许多炎症性疾病及自身免疫性疾病中发挥关键的作用。IL-23为P40和P19亚单位组成的异二聚体，属于IL-21家族，主要由位于Th17细胞分化途径上游的活化的树突状细胞等分泌，其受体由IL-12Rβ1和IL-23R构成。IL-23分子与受体结合后导致下游Jaks分子被激活，并磷酸化受体胞内区的 STAT3结合位点，STAT3分子以二聚体的形式聚集，再由 Jaks 将其磷酸化，磷酸化的 STAT3二聚体入核，诱导下游靶基因(IL-17A、IL-17F、IL-22等)的转录[57]。除了Th17细胞，许多表达RORγt的先天性免疫细胞如 γδ T 细胞、NKT细胞也可对IL-23产生反应，由IL-17、IL-22和GM-CSFR等介导组织炎症的发生。研究发现温补肾阳方药右归丸降低EAE小鼠脑组织IL-23p19、IL-17 mRNA表达，抑制IL-23/IL-17炎性轴而起到抗炎治疗作用[58]。在小鼠哮喘模型研究中发现祛风湿药雷公藤活性成分雷公藤甲素干预后肺泡灌洗液中IL-23、IL-17含量，肺组织中IL-17蛋白及IL-17 mRNA表达，外周血Th17细胞所占比率均较未干预前降低，雷公藤甲素可能通过抑制IL-23/IL-17炎症轴抑制哮喘气道炎症[59]。由清热凉血中药紫草根、赤芍、生地等组成的中成药凉血活血胶囊可降低皮肤组织中IL-17、IL-23蛋白的表达，改善银屑病样小鼠症状、细胞增殖状态、炎症细胞浸润等，通过IL-23/IL-17相关通路发挥抑制免疫异常活化的作用[60]。

2.5激活胆碱能抗炎通路，抑制Th17细胞相关细胞因子效应 胆碱能抗炎通路(Cholinergic anti-inflammatory pathway，CAP)由机体内的迷走神经通过释放其递质乙酰胆碱(Acetylcholine，Ach)或其他胆碱能受体激动剂与免疫系统相互作用参与抗炎反应[61]。Ach或烟碱作用于免疫细胞上胆碱能受体(Acetylcholine Receptor，AchR),可抑制炎性细胞因子的释放或影响免疫细胞包括Th17细胞的分化与功能[62]。部分中药可通过激活胆碱能抗炎通路，抑制Th17细胞相关细胞因子致炎效应。研究发现由发散风热药柴胡、清热燥湿药黄芩等组成的柴芩承气汤可降低重症急性胰腺炎大鼠血清IL-6、TNF-α和乙酰胆碱酯酶水平，通过调节CAP通路影响炎性细胞因子进而减轻重症急性胰腺炎的炎症反应[63]。

2.6调节下丘脑-垂体-肾上腺轴，抑制炎性细胞因子效应 HPAA不仅是机体应激反应时的主要整合中枢，也是神经内分泌免疫网络(Neuroendocrine-immune network，NEI)调节炎症反应的主要途径，其控制着内源性糖皮质激素(Glucocorticoid，GC)的释放，对变应性炎症具有重要的调节作用[64]，炎症反应中，炎性细胞因子IL-6、IL-10、TNF-α等可激活HPAA，促进GC释放，抑制炎症反应。许多补肾类中药可改善HPAA功能紊乱，调节机体致炎/抑炎机制平衡。研究发现补肾药淫羊藿可升高哮喘大鼠下丘脑促肾上腺激素释放激素转录表达水平和血清IFN-γ浓度，益气药黄芪可升高皮质酮表达水平，降低血清炎症细胞因子IL-6、IL-4浓度，通过调节HPAA及Th17细胞相关炎性细胞因子对哮喘炎症发挥治疗作用[65]。

3 总结与展望

Th17细胞及相关细胞因子在自身免疫性疾病及其他炎症性疾病、感染性疾病中发挥着重要的作用。Th17细胞的发育分化、不稳定性、可塑性及最终发挥功能效应等由细胞因子通过复杂的网络调控，受多种环境因素影响，并与不同的炎症状态相关，而Th17细胞与相关细胞因子的功能影响炎症发生发展。在近年炎症性疾病的临床治疗及基础实验研究中，中药多靶点的效应可通过不同水平的分子与信号通路调控Th17细胞及其相关因子的致炎效应，对维持免疫稳态及功能平衡有着较好的作用。但目前此类研究还存在一些限制：①Th17细胞致炎效应研究中，较局限于对相关细胞因子的观察，对不同水平分子与信号途径在Th17细胞发育分化、扩增、稳定等环节互相影响及作用的整体研究有待深入。②Th17细胞作用规律、可塑性与其他效应细胞的网络功能平衡如何调控免疫稳态；在炎症性疾病中，中医药如何调控其网络功能平衡及可塑性等机制发挥作用需要进一步深入探索。希望随着免疫机制研究进展和中医药现代化的深入发展，在更好地理解Th17细胞生物学和致炎机制的基础上，通过研究针对调控Th17细胞及相关因子等治疗策略，为相关炎症性疾病的治疗靶标和中医药免疫调节探索提供新的方向。