Th17细胞及IL-17A在慢性气道炎症疾病中的研究进展*

陈晓璐 王华英 徐 涛 俞万钧

1 宁波大学医学院，浙江省宁波市 315211； 2 鄞州人民医院呼吸与危重症科

1 Th17细胞

30余年前学者将CD4+T辅助细胞根据分泌的细胞因子谱和作用的不同分为Th1和Th2亚型。Th1细胞分泌干扰素(Interferon,IFN)-γ，在自身免疫性疾病和清除细胞内病原体中起作用；Th2细胞通过产生白细胞介素IL-4、IL-5和IL-13，参与针对寄生虫和过敏反应的体液免疫。近年来，Park等[1]在自身免疫性脑炎动物模型中发现第三类CD4+T辅助细胞，因其分泌白介素-17而被命名为Th17。Th17由幼稚CD4+T细胞发育而来，虽然在健康人循环CD4+T细胞中只占到0.1%～0.5%，但其可通过动员、募集和活化中性粒细胞参与多种宿主防御机制和炎症疾病过程。多种转录因子和细胞因子参与Th17的发生和分化过程，如维甲酸相关孤儿核受体RORγt，它与Th17的分化和高表达密切相关，当前者表达降低时，Th17表达水平同步降低。干扰素调节因子4(Interferon regulatory factor 4,IRF4)不仅可通过常规的IL-6和TGF-β信号通路，还可以通过IL-21调控Th17细胞分化，而Th17细胞又可以分泌IL-17A、IL-17F、IL-6、IL-21、IL-22等细胞因子，起到正反馈作用。此外，STAT-3和AHR也被认为在Th17分化过程起着不可或缺的作用[2]。相反，Ets1和STAT-5对Th17细胞分化起负调控作用。另外，有研究表明Notch信号通路也可调节CD4+T淋巴细胞的增殖和分化，当Notch信号通路被阻滞时，促进Th17细胞分化的相关转录因子如ROR-γt合成减少，从而抑制Th17细胞成熟[3]。Th17细胞可激活B淋巴细胞，参与巨噬细胞的活化和迁移，并调节CD8+T细胞的活化和发育。 总之，Th17的调控过程极其复杂，具体机制仍有待进一步阐明。

2 IL-17A

IL-17A，最早于1993年在啮齿动物T细胞杂交瘤的转录过程中被发现，该杂交瘤源自小鼠细胞毒性T细胞克隆和大鼠T细胞淋巴瘤的融合，随后在2005年在小鼠和人类Th17细胞中发现由该细胞分泌。多种其他免疫细胞如γδ-T淋巴细胞、自然杀伤性T细胞、部分CD8+T细胞及淋巴组织诱导细胞也能分泌IL-17A。IL-17A的致病机理在于它可以与各种细胞因子协同作用以增强促炎反应的能力。有研究表明，低剂量的TNF-α联合IL-17A比单独应用IL-17A更能激活NF-κB通路，从而导致不稳定的促炎因子如IL-8，CXCL1和COX-2的mRNA的表达和有效翻译[4]。IL-17A可以与IL-1β和IFN-γ协同作用，增强促炎效果并进一步诱导IL-1β表达，通过丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)调节的启动子活性以及与NF-κB顺式作用元件和转录因子AP-1的协同作用来增强IL-8 mRNA的表达和蛋白质翻译。此外，有研究发现IL-17A通过激活IκB激酶epsilon(IKKε)/ TRAF2 / TRAF5依赖性途径，增强了不稳定的促炎药物的稳定性[5]。

作为IL-17家族中研究最广泛的成员，它在宿主防御多种微生物病原体及组织炎症中发挥关键作用，与IL-17F促进中性粒细胞介导的气道炎症。最近，IL-17A与IL-17A分泌细胞已成为治疗各种形式的自身免疫和炎性疾病的药物制造的重要分子。抗IL-17A抗体在2015年被FDA批准用于治疗银屑病，该抗体也已在哮喘、类风湿性关节炎、多发性硬化、移植排斥和炎症性疾病中进行了研究。

3 Th17及IL-17A与慢性气道炎症疾病的关系

鉴于Th17和IL-17A在炎症过程中的重要作用，近年来越来越多的研究聚焦于以上两者和哮喘、类风湿性关节炎、多发性硬化等各种炎性疾病的关系，其中与慢性气道炎症疾病的相关发病机制也正被逐步揭示。慢性气道炎症性疾病是指由多种细胞参与引起的一种非特异性炎症，主要包括哮喘、慢性阻塞性肺病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、囊性纤维化(Cystic fibrosis,CF)、结节病和支气管扩张等疾病。慢性气道炎症性疾病的发生由呼吸道的结构细胞、炎症细胞以及细胞组成成分的共同作用导致，而炎症细胞包括Th17细胞居于核心地位。

3.1 与哮喘的关系 哮喘是主要由Th2介导的炎症为特征的慢性气道炎症疾病，IL-4、IL-5和IL-13等细胞因子广泛参与其发病过程。然而，哮喘的发病机制及发作的严重程度已经不能单纯用Th2细胞介导的炎症过程解释。David等[6]通过活检不同分期、分级的哮喘患者气道黏膜标本发现Th17细胞及其分泌的IL-17A水平随着病情的加重相应增高。Jing 等[7]也在数百名由被动吸烟引起的哮喘幼儿外周血标本中发现Th17细胞的比例和IL-17A的水平增加。同样的，在小鼠哮喘动物模型中也发现外周血中Th17细胞比例增加，同时IL-17A的表达也增加，同时有研究发现IL-17A失活足以减轻小鼠的过敏性哮喘[8]。Al-Ramli等人[9]首次发现了Th17细胞因子、IL-17A和IL-17F在重症哮喘患者气道活检组织中高表达，且表达水平随着疾病的严重程度增加。由此可见，Th17细胞不仅参与介导了哮喘的气道炎症的发生，更与哮喘的严重程度相关。Th17分泌的IL-17A也通过影响气道平滑肌(Airway smooth muscle,ASM)功能介导气道炎症中的气道重塑过程，是严重哮喘后期气道结构改变的独立危险因素。IL-17A亦通过增加表达CXCR2的肺泡巨噬细胞的浸润，增强中性粒细胞聚集和气道高反应性，促进气道炎症反应的发展[10]。臭氧暴露与哮喘的炎症持续状态及病情加重有关。Zhang等[11]利用臭氧暴露建立哮喘小鼠模型，在其肺泡灌洗液中发现IL-17A明显升高，且在应用IL-17A抗体后的肺组织中发现炎症减轻，并在分子水平上发现IL-17A mRNA表达下降，从而进一步验证哮喘炎性状态下IL-17A的产生。该研究同时发现IL-17A抗体与糖皮质激素协同应用可以抑制糖皮质激素受体的下调，说明该抗体还可以通过增加糖皮质激素效果发挥抗炎作用，为联合用药提供新的理论基础。Th17细胞和IL-17A水平的升高程度与支气管周组织中的微血管密度呈正相关。其中IL-17A通过激活PI3K/AKT1途径诱导肺微血管内皮细胞PMVEC管的形成，从而促进哮喘中的气道血管重塑[12]。然而也有研究表明IL-17A可能通过多种机制改善哮喘气道嗜酸性粒细胞炎症。气道滴入IL-17A能降低嗜酸性粒细胞趋化受体3、转录因子Gata 1等的基因表达，抑制嗜酸性粒细胞分化，改善哮喘小鼠气道嗜酸性粒细胞炎症。综上，Th17细胞及其分泌的IL-17A在哮喘的发病及严重程度中发挥着重要的免疫调控的作用，并为哮喘的治疗提供了新思路。

3.2 与慢性阻塞性肺疾病的关系 慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是常见的慢性气道炎症性疾病,中性粒细胞、巨噬细胞和CD4+CD8+T细胞及其分泌的细胞因子在发病的病理生理过程中起重要作用。其中Th17细胞和其分泌的细胞因子是目前COPD慢性炎症中的研究热点。已有研究表明COPD稳定期患者和急性加重期(Acute exacerbation chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)患者外周血Th17及IL-17水平均明显升高,且AECOPD患者升高更明显，并与FEV1、FEV1%、FVC、FVC%、FEV1/FVC等肺功能指标呈负相关，表明外周血Th17及IL-17A与COPD患者肺功能有良好的相关性,是早期预测AECOPD的有效指标[13]。Li等[14]发现COPD患者痰液标本中IL-17A升高，且痰中RORC2 mRNA的比例相应升高，表明COPD疾病期间Th17细胞激活。相同的，在长期暴露于香烟烟雾的小鼠肺组织中也发现Th17细胞的比例以及IL-17A的表达升高，尤其在24周时最为明显[12]。

小气道纤维化是COPD的主要病理特征，目前的治疗方法难以逆转该过程。在COPD发病过程中炎性细胞聚集是导致气道纤维化的主要因素。有学者对COPD小鼠分别注射抗IL-17A受体(IL-17 Receptor A，IL-17 RA)抗体和抗IL-17A抗体，发现阻断IL-17A/IL-17 RA通路可显著降低了小鼠气道周围炎性细胞的聚集和小气道纤维化程度，证实IL-17A是气道纤维化的促炎介质[15]。以上结果表明，IL-17A/IL-17 RA通路对鼠气道纤维化至关重要，而IL-17A则可能是针对预防COPD中气道纤维化发展的靶点。蔡杰[16]在小样本的COPD患者中发现趋化因子CXCL12和IL-17A水平均升高,并且升高的程度与肺功能中FEV1和FVC的下降分期呈明显负相关,提示IL-17A和CXCL12可能与COPD的发生发展相关。但这两种因子之间通过何种通路相互关联仍需进一步考究。

COPD作为最为常见的呼吸系统疾病，发展至晚期可明显影响患者的心肺功能,对社会造成重大负担。Th17细胞及其分泌的IL-17A作为该疾病发生发展过程中的重要因子，可为未来COPD的治疗提供新靶点。

3.3 与支气管扩张症的关系 支气管扩张症是由于气道反复发生感染和炎症造成支气管和细支气管管腔的异常扩张，是一组异质性疾病造成的共同结果。以往认为结核、百日咳、麻疹是该病的首要病因，但随着医疗条件的改善，支气管扩张的发病率仍居高不下，因此目前认为该疾病的发病可能与免疫缺陷存在关联。支气管扩张的发病过程是感染、炎症和酶(如弹性蛋白酶、基质金属蛋白酶等)三者共同作用的结果。在一项对合并COPD的支气管扩张患者和仅患COPD的患者进行的大样本回顾性研究中发现，前者FEV1、FEV1%、FEV1/FVC等几项肺功能指标较差，相对于后者，前者外周血中Th17细胞、IL-17A的升高具有统计学意义[17]。Bayes等[18]对比支气管扩张患者和健康人的肺泡灌洗液，发现与Th17途径相关的细胞因子和趋化因子都显著增加，包括直接参与该信号通路的效应物(IL-17A、IL-6、IL-8和TNF-α)和参与该信号通路的调节剂(IL-1α、IL-1β、IL-6和IL-23)。在支气管扩张患者活检组织中也显示Th17细胞的比例显着增加[19]。也有研究认为IL-17A对支气管扩张症有积极作用。铜绿假单胞菌定植造成慢性感染被认为是支扩迁延不愈的因素之一，有研究发现IL-17A可募集中性粒细胞清除细菌，并通过IL-1β产生正反馈作用来促进铜绿假单胞菌的清除[20]。

囊性纤维化(Cystic fibrosis，CF)是造成支气管扩张症的常见病因，它是CF跨膜电导调节剂(CF transmembrane conductance regulator，CTFR)基因突变导致气道纤毛丧失清除功能的常染色体隐性遗传疾病，在高加索人群中最常见，且通常比非CF支气管扩张更为严重。在CF小鼠慢性感染模型中发现，小鼠纵隔淋巴结有明显增大，进一步分离淋巴结细胞进行离体再刺激3d后发现IL-17A大量产生[18]。而在人体实验中发现临床稳定的CF患者IL-17A水平升高，但在疾病恶化期间CF患者的呼吸道标本中IL-17A水平进一步增加，在抗生素治疗病情缓解后下降，说明IL-17A的表达水平与疾病的严重程度相关[21]。目前关于Th17细胞及IL-17A在支气管扩张症中的研究还相对匮乏，但已有的一些研究结论为Th17细胞及其分泌的细胞因子在该病的发病机制中的作用做了良好的铺垫，未来的研究方向可集中在Th17途径参与的支气管扩张症的信号通路转导过程中。

3.4 与结节病的关系 结节病是一种病因不明的多器官肉芽肿炎性疾病，好发于中青年，最常累及的部位是肺，其次还常见于纵隔、眼、皮肤等器官。既往结节病被认为是由Th1驱动的。但近期越来越多的研究表明Th17在该疾病发生发展中也起到不可或缺的作用。Judson等[22]在活动性和复发性结节病患者的肉芽肿组织中均发现Th17细胞。在小鼠结节病动物模型中，Song等[23]发现小鼠BALF液及外周血液的Th17比例和IL-17A水平升高，而IL-17A基因敲除和IL-17A抗体的注射可减轻结节病小鼠的肺部炎症，阻止结节病样肉芽肿发展，并降低外周血和BALF中的炎症因子水平。但也有报道发现疾病活动期患者的Th17细胞减少，且Treg/Th17比值与结节病活动度和对治疗的反应呈负相关[24]。以往认为Th1途径产生的IFN-γ是结节病发病的关键细胞因子，近期Joris Ramstein等[25]在结节病CD4+T细胞中发现一类仅产生IFN-γ的Th17细胞扩增明显，并将其定义为Th17.1细胞。鉴于Th17.1细胞和Th1细胞均可产生IFN-γ，因此Th17途径可能是对Th1致病的经典理论的重要补充。近一半的结节病患者疾病迁延不愈，其中约20%的患者可进展至肺纤维化，甚至对其他重要脏器造成严重功能损害。因此，进一步明确该疾病的发病机制和寻找新的治疗靶点意义重大。

4 展望

目前关于Th17细胞亚群及其分泌的炎症因子IL-17A在慢性炎症及组织破坏过程的机制被不断揭示，研究发现越来越多的疾病与IL-17A和Th17细胞有关，与之相关的临床前期研究和临床实验也在进行中，增加了基础医学在临床方面的应用，丰富了有关Th17细胞和IL-17A的概念，更为其在炎症性疾病的治疗上提供了新的治疗靶点。