Th17 和IL-17 在中性粒细胞性哮喘发生发展中作用的研究进展

陈 晖,周 晶,王胜昱

（西安医学院第一附属医院呼吸与危重症医学科，陕西 西安 710077）

中性粒细胞性哮喘最初的报道是来自于支气管黏膜活检，但通常被定义为痰液中中性粒细胞计数明显升高的患者［1］。近年来随着研究者对该病研究的进一步深入，发现在部分重症哮喘患者中即可见中性粒细胞起主导作用，并且气道中性粒细胞浸润可能与疾病的严重程度有关［2］。虽然中性粒细胞性哮喘占哮喘比例并不高，但其对哮喘常规治疗方案反应差，尤其是对激素治疗不敏感，因此对患者生活质量及生命安全造成严重威胁，并对哮喘防治工作构成了巨大的医疗负担。

研究［3-4］证实：中性粒细胞性哮喘患者主要表现为气道中性粒细胞增多，且主要由辅助性T 淋巴细胞17（T helper cell 17，Th17）分泌的细胞因子白细胞介素17（interleukin 17，IL-17）水平升高。在中性粒细胞性哮喘患者的诱导痰、支气管肺泡灌洗液、肺组织和血管周围存在Th17/IL-17 聚集，并且其水平的升高与哮喘的严重程度呈正相关关系［5-7］。目前研究［3，7-8］还显示：中性粒细胞性哮喘具有激素抵抗性，并存在Th17/IL-17 的高表达，因此Th17/IL-17 可能是激素抵抗的原因之一，且IL-17 作为促纤维化细胞因子在哮喘患者气道重塑中也发挥着重要作用，提示Th17/IL-17 在中性粒细胞性哮喘的病理生理过程中扮演着重要角色。因此本研究在深入了解Th17/IL-17 与中性粒细胞性哮喘发病机制的关系的基础上，以其作为此类哮喘的潜在治疗靶点对目前存在的问题进行深入探讨，以期为中性粒细胞性哮喘的防治提供新的方法。

1 Th17 及IL-17 概述

1.1 Th17Th17 是一种由T 淋巴细胞前体Th0细胞在多种细胞因子的刺激下分化而成的Th 细胞。目前根据分泌细胞因子的不同，通常将Th 细胞分为Th1 和Th2 2 个亚群。其中，Th1 细胞主要分泌γ 干扰素（interferon-γ，INF-γ）和白细胞介素（interleukin，IL）-2，而Th2 细胞则主要分泌IL-4、IL-5 和IL-13。近年来有研究［9］显示：在上述2 种T 细胞亚群外，还有一种以产生细胞因子IL-17 为主的T 细胞亚群，因此将其称为Th17 细胞。多种细胞因子参与了Th17 的分化和调节，其中维甲酸相关孤儿核受体t（RORγt）在T 细胞分化中起着关键作用，转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）和IL-6 是促使初始CD4+T 淋巴细胞向Th17 分化的最为重要的因子［10-11］，IL-23 则是对Thl7 的存活和增殖发挥关键作用的细胞因子［12］。Rho 蛋白A 缺乏抑制Th17 的分化和效应细胞因子的分泌，提示其可能是Th17 分化和功能的关键调节因子［13-14］。在Th17 的分化过程中起负向调节作用的细胞因子主要包括IL-2、IL-4、IL-12、IL-25 和INF-γ 等，其中以IL-2 研究较多。Th17 可激活免疫细胞和非免疫细胞产生抗菌肽、促炎性趋化因子和细胞因子［15］，在机体的过敏性疾病、移植排斥及自身免疫中发挥重要作用。虽然Th17 可以分泌IL-17、IL-22 和肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等多种细胞因子，但其主要还是通过分泌IL-17 来发挥生物学作用［16-18］。

1.2 IL-17IL-17 是一种前炎性细胞因子，1993 年ROUVIER 等首次克隆出IL-17，并将其命名为细胞毒T 淋巴细胞相关抗原 8（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-8，CTLA-8），1995 年研究者［19］发现分泌到细胞外的CTLA-8 蛋白性质类似细胞因子，故改名为IL-17。目前已知IL-17 家族成员共有6 个（IL-17A～F），其 中IL-17A 被认为是IL-17 家族的代表，因此通常IL-17 即特指IL-17A。IL-17 具有极为广泛的生物学效应，不仅可以作为炎症介质刺激基质细胞产生IL-6、IL-8、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）和前列腺素E2，同时也能刺激人巨噬细胞分泌IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-10、IL-12 和IL-1Rα 等多种细胞因子进而将中性粒细胞招募至炎症部位参与中性粒细胞介导的炎症反应，同时还能够与IL-1β、IL-22、IFN-γ、B 细胞活化因子（B cell activating factor，BAFF）和TNF-α 等起协同作用导致局部炎性反应的扩大［20-21］。因此IL-17 在炎症性疾病的发生发展过程中发挥重要作用。

2 中性粒细胞性哮喘的气道炎性特点

目前对于中性粒细胞性哮喘尚无确切标准。有研究者［2，22］认为：痰液中中性粒细胞数占65%以上并且嗜酸性粒细胞占3%以下即为中性粒细胞性哮喘，且此类哮喘常对激素反应不佳。既往普遍认为“Th2 占优势的Th1/Th2 失衡”是哮喘最主要的发病机制，但近年来研究发现气道中性粒细胞炎症主要由Th17 进行调控，而Th1 也发挥一定作用［23］。当此类患者气道受到抗原刺激后Th17 被激活，进而分泌出大量IL-17 导致中性粒细胞数量增多及活化，而中性粒细胞能释放出中性粒细胞弹性蛋白酶、氧自由基、颗粒及多种炎性细胞因子，不仅可以降解弹性蛋白而且能够刺激气道腺体分泌引起肺组织损伤和气道内分泌物增加，甚至导致肺结构破坏及气道损伤［23］。研究［22］显示：支气管哮喘急性加重及重症哮喘患者气道中性粒细胞数目明显增加，在突发性死亡的哮喘患者中，气道黏膜下层的中性粒细胞数目明显高于嗜酸性粒细胞。由于中性粒细胞性哮喘呈现出明显的激素抵抗，也给治疗增加了很大的难度。

3 Th17/IL-17 与中性粒细胞性哮喘的关系

3.1 Th17/IL-17 与中性粒细胞性哮喘炎症免疫传统观点［24］认为：支气管哮喘正是由于Th2细胞占优势的Th1/Th2 失衡所导致的慢性炎症性疾病。但目前大量研究［3，23］显示：中性粒细胞性哮喘的气道炎症主要Th17 调控而不依赖Th2 细胞。Th17 可分泌IL-6、IL-7、IL-10 和IL-23 等 多种炎性细胞因子，在中性粒细胞的动员、募集及活化中发挥重要的作用，而IL-17 是其最主要的效应因子［4］。目前研究［25-28］显示：NOD 样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎性小体在Th17 与中性粒细胞性哮喘之间存在相关性，NLRP3 炎性小体与其活化剂血清淀粉样蛋白A（serum amyloid A，SAA）在中性粒细胞性哮喘患者中表达上调，NLRP3 炎性小体可以通过活化半胱氨酸天冬氨酸酶1（Caspase-1）剪切前IL-1 和前IL-18，使其转变为IL-1 和IL-18，而产生大量的IL-1 又可以促进Th17 的活化，促使更多IL-17A 和IL-17E 的分泌。RORγt 的反式激动剂可以减缓肺引流淋巴结中过敏原特异性Th17 的发育，并减少过敏原诱导的IL-17的分泌。研究［13，29］已证实IL-17可以直接作用于气道平滑肌细胞，诱发气道高反应性，并且IL-17 还可诱导上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞等释放IL-6、IL-8 及粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）等炎性因子和趋化因子，对中性粒细胞具有强大的募集和活化作用。MCKINLEY 等［30］通过将Th17 注入T 细胞缺失的哮喘小鼠模型体内而产生IL-17，并观察到气道内中性粒细胞聚集及气道高反应性，而HONDA 等［31］的研究则进一步提示IL-17 除对中性粒细胞有募集活化作用外，还能够对肿瘤坏死因子β（tumor necrosis factor-β，TNF-β）产生协同刺激效应诱导气道上皮细胞生成IL-8，扩大气道炎症反应。国内有学者［7］发现：通过卵清蛋白联合脂多糖复制的中性粒细胞性哮喘小鼠模型支气管肺泡灌洗液中的IL-17 表达水平较嗜酸性粒细胞性哮喘小鼠模型明显升高，表现为典型的中性粒细胞性炎症，并且呈现更高的气道反应性和更重的肺组织炎症损害，而敲除IL-17 基因小鼠支气管肺泡灌洗液中的中性粒细胞明显减少，气道反应性降低且气道炎症类型发生改变，呈现以嗜酸性粒细胞为主的炎症反应，因此进一步验证了IL-17 对中性粒细胞性炎症的促进作用。上述研究提示：Th17/IL-17 途径是中性粒细胞性哮喘气道炎症发生发展的关键环节，并且有可能成为治疗中性粒细胞性哮喘的潜在靶点。

3.2 Th17/IL-17 与中性粒细胞性哮喘激素抵抗虽然多数哮喘患者的症状可以通过糖皮质激素治疗得到很好的控制，但少部分患者症状仍不能达到临床控制的标准，即激素抵抗性哮喘（steroid resistant asthma，SRA）。目前研究［32-34］已经证实：SRA 患者的气道中并非经典哮喘的嗜酸性粒细胞浸润，而是大量中性粒细胞浸润，并且患者呈现明显的Th17/IL-17 高表达。Th17 与激素抵抗性哮喘的发生机制有关，虽然有学者发现依据不同的免疫病理Th17 可能对激素具有双向反应，但其本质尤其对于哮喘仍然是激素抵抗［35-36］。SUZUKI 等［37］研究发现：中性粒细胞性哮喘存在明显的激素抵抗和IL-17 依赖。在哮喘患者中激素抵抗与激素受体β（glucocorticoid receptor-β，GR-β）的过度表达有关，由于GR-β 不与皮质内固醇结合因而可能导致激素抵抗的发生。RAMAKRISHNAN 等［4］发现：IL-17 可以诱导哮喘患者气道上皮细胞GR-β 的表达。IL-17可诱导人支气管上皮细胞表达Muc5AC 和Muc5B，进而促进激素抵抗发生［38］。HONDA 等［31］研究发现：作为哮喘炎性细胞因子的IL-5 和IL-13能够被地塞米松明显抑制，而IL-17 和IL-22 则不能被抑制。在动物实验［39］中观察到：过度表达转录因子RORgT 产生大量IL-17 的小鼠表现出对抗原致敏反应的类固醇耐药的中性粒细胞哮喘；另外Th17 细胞过继传输到抗原激发的免疫缺陷小鼠体内后会导致气道CXC 趋化因子分泌增加及中性粒细胞增多，但该现象却不能被地塞米松所抑制［35］。同样在激素抵抗哮喘患者外周血中IL-17 水平明显升高，而IL-17 可上调糖皮质激素受体β 的表达并诱导外周血单核细胞的激素抵抗［40-41］。维生素D3通过对IL-17A 的负调控可以改善哮喘患者的症状，而不依赖于哮喘患者对糖皮质激素的反应。上述研究提示：Th17/IL-17 对中性粒细胞介导的激素抵抗型哮喘的形成起着重要作用，同时也为该类疾病的治疗提供了一种可能的途径。

3.3 Th17/IL-17 与中性粒细胞性哮喘气道重塑气道重塑是哮喘重要病理特征，其主要特征为气道上皮细胞黏液化生、上皮下胶原沉积和纤维化、血管增生、平滑肌肥大及增生等，同时也是导致中性粒细胞性哮喘对激素治疗不敏感的原因之一。该病理过程包括气道上皮细胞、成纤维细胞和平滑肌细胞等多种细胞的激活，在这一过程中Th17/IL-17 发挥着重要作用［33］。FOGLI 等［42］发现：自发性IL-17 驱动的肺部炎症小鼠模型中，STAT3 过度活跃导致Th17 细胞增多从而产生基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）的过度表达，而MMP-9 能降解呼吸道和肺内的明胶、各种胶原、层黏连蛋白和弹性蛋白等细胞外基质，破坏基膜，因此能参与呼吸道和肺的重塑。而在长时间受抗原激发的小鼠模型中，气道内Th17的聚集与气道重塑的严重程度密切相关［43］。作为Th17 主要效应因子的IL-17 则可促进上皮细胞、成纤维细胞、中性粒细胞和角质形成细胞等多种细胞活化并分泌IL-6 和IL-8 等中性粒细胞趋化因子，使其在气道释放出弹性蛋白酶等多种生物活性物质导致肺组织的破坏及黏液高分泌；IL-17 也被认为是导致杯状细胞分泌MUC5AC 和MUC5B 的重要因素，这是气道重塑的主要生理病理特征［33，44］；并且IL-17可诱导支气管成纤维细胞分泌IL-6、IL-11、IL-8 和GROα/CXCL1等促纤维化细胞因子和促炎症介质，在调节气道纤维化和炎症反应中发挥重要作用；进一步研究［45］提示：IL-17 还可通过激活支气管成纤维细胞自噬，诱导线粒体功能障碍和促纤维化信号促进气道纤维化；此外IL-17 能通过提高促纤维化细胞因子、血管形成因子及胶原的生成以及通过增加IL-6 和IL-11 mRNA 及免疫反应蛋白的合成引起胶原蛋白和金属蛋白酶组织抑制因子1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1）的积聚促进哮喘患者气道纤维化［46-47］，通过上述途径IL-17 可导致气道重塑。

3.4 Th17/IL-17 介导的中性粒细胞性哮喘的治疗目前针对Th17/IL-17 介导的中性粒细胞性哮喘的治疗也进行了相关研究。研究［48-49］显示：1，25 二羟基维生素D3［1，25 dihydroxy vitamin D3，1，25-（OH）2-VD3］不仅可以抑制Th17 的分化发育，也可通过Runx1 在转录水平上调节IL-17A 从而减轻中性粒细胞性哮喘小鼠气道炎症反应，因此提示1，25-（OH）2-VD3 在中性粒细胞性哮喘的治疗中具有较为广阔的应用前景。LIANG 等［50］的研究显示：抗IL-17 抗体不仅可使哮喘小鼠支气管肺泡灌洗液中的中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和抗原呈递细胞等减少，还能降低IL-4、IL-5、IL-13 和IL-17 等细胞因子水平；而通过LPS致哮喘小鼠模型的实验研究表明：抑制IL-17 的表达有助于控制LPS 加重的慢性过敏性炎症模型中肺实质Th1/Th2/ Th17 介导的炎症、Treg 细胞、抗原提呈细胞、趋化因子表达、细胞外基质重塑和氧化应激，并且发现抗IL-17 治疗可以减轻细胞外基质（extracellular matrix，ECM）中胶原纤维的沉积，减轻肺实质的重塑。提示抗IL-17 治疗不仅可以减轻气道炎症反应，而且可以控制气道重塑过程［51-52］。目前以IL-17 为靶点的生物制剂司库奴单抗（Secukinumab）、伊卡组单抗（Ixekizumab）、乌司奴单抗（Ustekinumab）和布罗芦单抗（Brodalumab）等已开始用于中性粒细胞性哮喘治疗方面的研究。上述生物制剂作为一种潜在的治疗方法，由于存在损害患者免疫功能的可能，因此结果尚有待进一步观察［4］。

4 总结和展望

目前已证实CD4+T 淋巴细胞在支气管哮喘的免疫调节中处于极为重要的地位，而不同功能亚群T 细胞通过不同的信号通路和转录因子发挥作用，与哮喘的发病有密切关联。Th17 主要通过分泌IL-17、IL-6、IL-1 和IL-8 等多种炎症介质在中性粒细胞的动员、募集及活化中起到重要作用，而IL-17 作为重要的炎性细胞因子可诱导中性粒细胞为主的气道炎症、杯状细胞增生、黏液高分泌、肌纤维母细胞分化和气道平滑肌增生。Th17/IL-17与中性粒细胞性哮喘气道炎症反应、激素抵抗以及气道重塑的形成等病理生理过程密切相关。除了传统的治疗外，Th17/IL-17 作为中性粒细胞性哮喘潜在的治疗靶点，现已有药物用于临床研究，为该病的治疗提供了新的思路和方法。