γδT17细胞在气道过敏性疾病中的作用研究进展

王曼 王俊阁 赵竞一 闫新宇 韩金帅

首都医科大学附属北京中医医院耳鼻咽喉科100010

气道过敏性疾病包括变应性鼻炎 (allergic rhinitis,AR)和支气管哮喘。全球有超过6亿AR 患者,AR 不仅严重影响患者的生活质量,还是导致支气管哮喘的危险因素[1]。根据WHO 的推算,每年约有18万人死于哮喘,气道过敏性疾病已成为全球性的健康问题[2],且发病率呈逐年上升趋势[3]。目前认为AR 的核心机制之一是Th2分化优势,但其确切的机制尚未明确,约1/3的AR 患者并发哮喘,严重影响身体健康[4]。支气管哮喘是以气道慢性炎症、气道高反应性、可逆性气道阻塞和气道重塑为主要特征的慢性气道疾病[5],是由多种免疫细胞、细胞因子和炎症介质共同参与的级联免疫反应[6]。支气管哮喘的主要免疫机制是机体接触到过敏原后,抗原递呈细胞包括树突状细胞、巨噬细胞等将抗原提呈给T 淋巴细胞,使Th1/Th2及Th17/Treg平衡失调,以Th2、Th17 占据优势,分泌IL-4、IL-5和IL-13、IL-17等细胞因子引起肥大细胞脱颗粒、嗜酸粒细胞聚集,促使B 细胞产生大量免疫球蛋白E诱发气道炎症[7],但上述平衡不能完全解释支气管哮喘的所有现象。

近年来,γδT 细胞作为适应性免疫和固有免疫的桥梁,组成了机体防御的第一道防线,其在气道过敏性疾病中的免疫作用越来越受到重视。研究表明支气管哮喘患者的肺泡灌洗液、痰标本、肺组织中γδT 细胞明显增加,γδT 细胞及其产生的细胞因子在支气管哮喘患者呼吸道黏膜免疫应答过程中发挥着重要作用[8]。细胞因子IL-17 是分化的(αβ)Th17效应因子亚群的标志性细胞因子[9],但目前大量研究发现Vγ4+γδT 细胞亚群中IL-17+γδT (γδT17)细胞是支气管哮喘中IL-17 的主要产生者,而非Th17 细胞[10-11]。γδT17细胞主要是通过产生IL-17 在支气管哮喘发病中起重要作用,在炎症感染早期能快速分泌IL-17,与IL-1、IL-6、TNF等细胞因子协同作用,促进中性粒细胞的浸润,从而高效而快速地控制感染,γδT17抑制气道高反应、降低嗜酸粒细胞的聚集,对支气管哮喘有保护作用[12]。本文对γδT17细胞与支气管哮喘的相关研究进展作一综述。

1 γδT细胞概述

γδT 细胞是一种独特的T 细胞谱系[8],根据T 细胞抗原受体 (T cell antigen receptor,TCR)的不同可分为2个主要群体,其特征是表面表达αβ和γδT 细胞受体。αβT 细胞受限于MHC分子,在获得性免疫应答中发挥重要作用;而γδT 细胞不具MHC 限制性,不需要依赖抗原的呈递过程,是固有免疫和适应性免疫的桥梁,γδT 细胞主要分布于表皮、黏膜和肺内,在外周血中仅占T 细胞的1%～10%。在卵蛋白 (ovalbumin,OVA)诱导的急性变态反应性气道疾病小鼠模型中,γδT 细胞的缺失使气道高反应显著升高,阻断γδT 细胞的功能影响局部炎症的消退,这表明γδT 细胞在变应性疾病中发挥着重要的调节作用。γδT细胞根据其TCRγ、δ链的V 区的不同组合可分为多个亚群,并发挥不同功能。根据δ链的表达不同,γδT 细胞可分为3 个主要群体:第一组γδT 细胞表达Vδ1 链产物,Vδ1+T 细胞亚群多在胸腺及黏膜表面的上皮层中表达,在感染、损伤等过程中保护上皮组织的完整性[13]。Vδ1γδT可以产生大量IL-10,以及少量IL-2、IL-4 和IFN-γ,γδT17细胞属于胸腺来源的Vδ1γδT 亚群。第二组γδT 细胞表达Vδ2链产物,Vδ2+T 细胞亚群主要存在于循环中,占到循环γδT 细胞的50%～90%。Vδ2+T 细胞的特征是它们可以作为抗原呈递细胞[14],具有抗原提呈、共刺激和黏附 分 子 的 特 性[15]。Vδ2+T 通 常 与Vγ9 共 表 达,但Vγ9Vδ2配对只出现在人类及灵长动物中。此外,根据CD27和CD45RA 的表达不同,它们还可将Vδ2+T 分为4个亚群:初始细胞 (CD27+CD45RA+)、效应记忆细胞(CD27-CD45RA-)、中枢记忆细胞 (CD27+CD45RA-)和终末细胞 (CD27-CD45RA+)[16]。第三组是Vδ3+T 细胞,约占循环T 细胞的0.2%。Vδ3+T 细胞在血液循环中含量少,但在肝脏、白血病及慢性病毒感染患者中含量丰富,通过IL-2刺激有丝分裂原,Vδ3+T 细胞被扩增,激活后可杀死CD1d+靶细胞,释放Th1、Th2、Th17等细胞因子,诱导树突状细胞成熟为抗原呈递细胞[17]。

2 γδT17细胞分类及其特征

2.1 γδT17细胞功能分类 γδT 细胞通过分泌多种细胞因子如IL-17、IFN-γ等发挥双向免疫调节作用[18-19]。γδT 细胞根据其分泌细胞因子的不同分为产生IL-17的γδT 细胞(IL-17+γδT)、产生IFN-γ的γδT 细胞 (IFN-γ+γδT)、产生调节作用的γδT 细胞 (γδTreg)、人类错配修复基因2(h MSH2)γδT 细 胞 等 多 种 功 能 的γδT 细 胞,其 中 以IL-17+γδT、IFN-γ+γδT 细胞为主。研究表明,过敏性哮喘患者IFN-γ+γδT/IL-17+γδT 比例大幅度降低[20]。决定IL-17细胞因子偏向与IFN-γ偏向的因素是γδT 细胞是否与配体TCR 相遇,Skint1 是该TCR 配体的关键组成部分[21]。研究发现,如果Vγ5Vδ1+γδT 细胞遇到Skint1,则可分化为CD27+树突状表皮T 细胞,并获得IFN-γ偏向,在没有Skint1的情况下,Vγ5Vδ1+树突状表皮T 细胞的数量减少,从而保留了带有IL-17偏向的CD27-细胞[22],细胞表 面 分 子CD27 可 用 于 区 分IFN-γ 偏 向 的γδT 细 胞(CD27+)和偏向于IL-17的γδT 细胞 (CD27-)[23]。研究发现,偏向于IL-17的γδT 细胞表达CCR6,而偏向于产生IFN-γ的γδT 细胞不表达CCR6[24]。另外,研究表明宿主的免疫环境可以影响胸腺产生的γδT17细胞的比例,在孕妇中发现高水平的IgG 可以显著减少胎儿γδT17细胞的发育,出生后数周的肺部γδT17细胞仍持续减少,而IFN-γ+γδT 的百分比增加[25]。

2.2 γδT17细胞结构分类 γδT17细胞根据结构链不同分为Vγ6+γδT17或Vγ4+γδT17[26]。2种γδT17细胞类型主要存在于上皮或上皮下结缔组织中,但在部分组织中二者存在差异[27],如倾向于产生Vγ4+IL-17 的γδT17 细胞多存在于肺和真皮中,也存在于结肠的正常固有层中分离的淋巴滤泡内[28],而Vγ6+γδT17 细胞未在肠道中发现。IL-17是由Vγ6+细胞在稳态下产生的,由Vγ4+γδT17TCR识别的配体仅在炎症反应期间表达。Vγ6+γδT17细胞表达异常高水平的TCR (TCR-hi),借此特性就可将它与其他γδT 细胞区分开来,而Vγ4+γδT17 细胞通常具有与其他γδT 细胞子集表达相同的TCR 水平。二者共同点是均需通过DN2阶段所必需的转录因子Bcl11b和转录 “主调节因子”c-Maf,c-Maf促进了染色质的可及性和 “17型”基因(包括RORγT 和Blk)的表达,拮抗了IFN-γ促进转录因子TCF1[29]。

3 γδT17在气道过敏性疾病中的作用

3.1 γδT17 细胞因子IL-17 在气道炎症中的作用 IL-17是一种促炎因子,由155个氨基酸组成的相对分子质量为35 000的二硫键连接的二聚体糖蛋白,在适应性免疫及固有免疫系统之间发挥作用,由IL-17A～F 6个家族成员组成,即IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL17E (又称IL-25)和IL-17F。IL-17A 是最先被发现的,可由γδT 细胞、Th17细胞、NKT 细胞、NK 细胞及中性粒细胞等产生[30],参与过敏性疾病的发生过程。IL-17A 与IL-17F 是IL-17家族的主要成员,IL-17A 与细胞的亲和力较IL-17F高约10 倍。IL-17A 与IL-17F 是感染免疫的主要研究对象,均参与自身免疫性疾病与炎症的发生与发展[31]。IL-17除能够募集并活化中性粒细胞抗感染免疫外[32],亦能介导过敏性疾病的发生发展[33]。

在哮喘研究机制中γδT17细胞对哮喘气道炎症及气道高反应的调控作用尚未完全阐明,在哮喘气道反应性方面,γδT17细胞发挥不同的作用,可能与其不同亚型、特殊的相应T 淋巴细胞亚型受体有关。一方面,γδT17 分泌的IL-17参与哮喘的发病过程,在OVA 哮喘动物模型中,IL-17主要来源于肺组织Vγ4+γδT 细胞亚群[34]。慢性鼻窦炎合并支气管哮喘患者中,鼻窦黏膜IL-17A 的表达升高,且鼻黏膜IL-17A+细胞与嗜酸粒细胞之间存在相关性[35]。Sorbello等[36]通过评估IL-17A 和IL-17F 在轻、重度哮喘患者鼻腔/支气管固有层中的表达与哮喘加重的关系发现,重症哮喘患者鼻/支气管黏膜上IL-17A 和IL-17F表达程度都显著高于轻症哮喘患者和未患哮喘对照组,说明IL-17A和IL-17F与重症哮喘关系密切。Agache等[3]研究发现,支气管哮喘患者肺组织、外周血中IL-17 显著增加,且与哮喘的严重程度呈正相关,其原因可能是IL-17 含量的增加使呼吸道中性粒细胞大量募集,从而导致IL-6、IL-8、巨噬细胞炎症蛋白、粒细胞集落刺激因子等炎性因子和趋化因子的大量产生,促进中性粒细胞的增殖、成熟和趋化。另一方面,γδT17细胞产生的IL-17 对气道慢性炎症及气道高反应有显著的负调控作用,在OVA 诱发哮喘模型中,炎症局部的趋化因子CCL25 可诱导IL-17 的产生,推动IL-17+γδT 细胞向炎症部位迁徙,增强细胞因子IL-17 分泌活性[37]。此外,γδT17细胞对哮喘小鼠气道炎症的作用取决于IL-17 的水平,低剂量的IL-17 可抑制γδT 分泌IL-17而加重炎症反应,高剂量的IL-17 可与IL-13 协同作用促进γδT 分泌IL-17,从而减轻气道高反应及哮喘的炎症反应[38]。通过哮喘小鼠模型也证实IL-17与气道高反应性和气道重塑的发生直接相关[39],缺乏IL-17的小鼠在疾病模型下更易发生气道重塑,并且肺炎症浸润及肺损伤更加严重[40]。

3.2 γδT17细胞在气道炎症中的作用 γδT17为免疫反应早期IL-17的最重要来源,在多种感染性疾病和自身免疫性疾病中发挥重要作用[30]。虽然γδT17细胞和Th17细胞有许多相似的特征[41],如产生CCR6、芳香烃受体、维甲酸相关核孤儿受体以及IL-12受体,但它们在功能上存在差异,特别是它们对TCR、细胞因子信号以及对环境的反应[42-43]。首先,在抗原激活方面,γδT17细胞可迅速诱导中性粒细胞的吞噬作用,诱导上皮细胞产生IL-17依赖的β防御素,参与宿主对感染性微生物的免疫应答;γδT17可以通过Toll样受体直接与某一病原体相互作用[44],参与气道炎症反应[45]。第二,在支气管哮喘模型的肺组织中发现γδT17细胞比Th17细胞数量多之外,γδT17细胞还有一个空间优势,它们通常位于靠近支气管的上皮细胞,此位置可能赋予γδT17在炎症期间免疫保护的功能性优势,这一结论与γδT 细胞在气道中发挥的多效性和环境特异性作用是一致的[46]。第三,研究证实先天免疫识别受体优先表达在γδT17细胞上,在起始微生物侵入的炎症反应中对宿主防御起重要作用[41]。Molet等[47]发现IL-17+γδT 细胞在支气管哮喘患者的气道中升高,γδT17在支气管哮喘等免疫炎症性疾病中起重要作用,其特征在于分泌IL-17A 和释放大量下游炎症因子。γδT17细胞在感染的早期能快速应答,病原体入侵后,γδT17分泌的IL-17能和IL-1、IL-6、TNF发挥协同作用,募集中性粒细胞,分泌CCL20和粒细胞集落刺激因子等促进中性粒细胞的浸润,从而高效而快速地控制感染反应。

3.3 γδT17在支气管哮喘中的免疫作用 γδT17在气道免疫炎症早期扮演重要角色,γδT17细胞亚群能快速产生大量IL-17,促进巨噬细胞的增殖和分化,调节中性粒细胞和单核细胞的聚集,诱发炎症反应[48],在OVA 致敏的哮喘小鼠中,将IL-17+/+γδT 细胞小鼠与野生型哮喘小鼠相比,气道高反应、嗜酸粒细胞聚集和Th2细胞及其相关细胞因子IL-4、IL-13、IL-23 均减少,与之相反的是,接受IL-17-/-γδT 细胞的小鼠的肺功能、气道嗜酸粒细胞和Th2细胞浸润量与对照组小鼠相比,保持在相当水平[34]。内源性IL-23 在体内和体外均可诱导γδT 细胞产生IL-17[43],IL-23-IL-23受体 (IL-23-IL-23R)信号传导可通过促进GATA 结合蛋白3 的表达并增强γδT 细胞产生IL-17[49-50]。灭活的分枝杆菌可通过抑制IL-23R 的表达,缓解IL-17+γδT 细胞介导的免疫反应而减弱支气管哮喘小鼠肺中的气道炎症和气道高反应性[51]。Costa等[37]研究表明,在OVA 诱发过敏性疾病模型中,炎症局部的趋化因子CCL25在CCR9介导下通过γδ (4)α (7)整合素推动IL-17+γδT 细胞向炎症部位迁徙,并调节其细胞因子IL-17分泌活性,介导过敏性疾病发生发展。另外,细胞因子IL-6、IL-21参与IL-17+γδT 细胞的发育、激活和募集[42]。

γδT17在支气管哮喘的气道高反应中发挥了重要作用,先前的研究已经确认γδT 细胞是气道内稳态的重要组成部分,也是气道高反应的关键调节因子[12]。炎症的自然消解是一个动态的过程,需要去除过敏原刺激,下调炎症介质,消除死亡细胞[52]。支气管哮喘这一消退过程的失调导致支气管过敏性炎症的发生和进展[53]。从IL-17 充足(IL-17+/+)或IL-17 缺乏 (IL-17-/-)的小鼠中分离出γδT 细胞,转移到过敏小鼠的肺中,以确定其对炎症消退的影响,在加入IL-17+γδT 细胞或rIL-17治疗后,可促进肺嗜酸粒细胞和Th2细胞的消退,炎症的消退速度明显加快,同时降低了支气管哮喘前期趋化因子和IL-4、IL-13水平,因此rIL-17或IL-17+/+γδT 细胞促进过敏性肺炎中肺功能正常化和炎症的消退[34]。

3.4 γδT17在支气管哮喘中的免疫调节作用 支气管哮喘的发病机制主要与Th1/Th2细胞和Th17/Treg细胞的平衡失调有关[54]。然而,随着T 细胞的发现,支气管哮喘作用机制也在不断变化。近年来的研究表明,γδT17/γδTreg失衡对支气管哮喘存在潜在的影响。OVA 致敏的支气管哮喘小鼠中,分析了γδT17与γδTreg百分比的动态变化,数据显示,与对照组相比,支气管哮喘小鼠脾细胞悬液中IL-17+γδT 细胞的百分比明显升高,Foxp3+γδT 细胞的百分比降低,另外,γδT17相关的细胞因子IL-17A 升高,与IL-17+γδT 细胞存在明显相关性,有证据表明γδT17细胞与RORγt的水平有关,而γδTregs与Foxp3 的高表达有关[55-56]。支 气 管 哮 喘 模 型 组 中γδT17 细 胞 与RORγt m RNA 之间存在正相关[57],OVA 致敏的支气管哮喘模型组RORγt的mRNA 表达明显高于正常对照组,而Foxp3的m RNA 表达降低。

4 总结

气道过敏性疾病的发病机制复杂,涉及到固有免疫和获得性免疫、细胞免疫和体液免疫等,γδT17细胞主要通过产生IL-17对支气管哮喘的发生发展过程发挥作用。通过深入研究γδT17及IL-17细胞在支气管哮喘发病中的作用及其相关作用机制,加深支气管哮喘免疫学发病机制的认识,了解导致炎症发生及消退的机制可能会为过敏性气道疾病治疗的发展提供新的途径,也为理解γδT17细胞在适应性免疫系统调节方面的功能提供了一个新的视角。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突