皮肤移植物抗宿主病发病机制研究进展

李小燕 葸瑞 白海

异基因造血干细胞移植（allogeneic hematopoietic stem cell transplantation，allo-HSCT）是治疗部分血液系统疾病的重要方法，由于各种因素的影响（如人类白细胞抗原相合程度，供者和受者性别、年龄，预处理等），仍有30%～80%的患者移植后会发生移植物抗宿主病（graft-versus-host disease，GVHD）[1-2]，其包括急性GVHD（acute GVHD，aGVHD）和慢性GVHD（chronic GVHD ，cGVHD）两种类型。皮肤是最易受影响的器官，尽管各种免疫抑制剂对皮肤GVHD有一定的疗效，但重度或广泛型cGVHD仍然极大地影响受者的生活质量。因此研究皮肤GVHD的发病机制，从中找到新的治疗方法非常迫切。越来越多的研究表明白细胞介素（interleukin，IL）-22、干扰素（interferon，IFN）-γ、IL-17和IL-6等细胞因子在皮肤GVHD中发挥重要的作用，以下做重点阐述。

1 GVHD的发病机制概述

为了使造血干细胞更好地植入，在allo-HSCT前会给予受者预处理，即采用化学药物治疗（化疗）和（或）放射治疗（放疗）的方法清除体内的恶性增殖细胞和抑制受者体内的免疫系统[3]。但该治疗会导致宿主上皮屏障破坏[4]、微生物入侵，分布在体循环的微生物产物会激活受者抗原提呈细胞，进而促进供者 T 细胞扩增、活化，进一步分化为具有不同效应功能的T细胞，如调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）、CD4+T细胞和CD8+T细胞等，同时分泌多种细胞因子（如IL-22、IL-17、IL-6、IFN-γ、趋化因子等），并导致T细胞依赖性炎症反应和GVHD的发生[5]。

2 细胞因子在皮肤GVHD 中的作用

2.1 IL-22与皮肤GVHD

2.1.1 IL-22 IL-22 是体内重要炎症因子IL-10家族成员[6]，可来源于多种细胞，主要包括辅助性T细胞（helper T cell，Th）1、Th17、Th22、CD4+T 细胞和CD8+T细胞等[5]。其在维持免疫平衡方面具有重要作用，如保护上皮细胞的完整性、维持局部微生物体系的平衡和抵御外界微生物入侵等[7]。IL-22通过与IL-10受体（receptor，R）2和IL-22R1亚基组成的异二聚体细胞表面受体结合发挥生物学作用。IL-22R1的激活可以导致Janus激酶（Janus kinase，JAK）1/酪氨酸激酶（tyrosine kinase，TYK）2/信号传导和转录激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）3信号通路的激活[8]。当STAT3转移到细胞核内时，可诱导微生物肽、黏蛋白和细胞增殖基因的表达[7]，诱发趋化因子、部分炎症介质和细胞因子的释放，与慢性炎症密切相关[9]。

2.1.2 IL-22在皮肤GVHD中的作用 在皮肤GVHD的发生过程中，IL-22R的持续激活能使角质形成细胞过度增殖和异常分化，导致表皮异常增生、皮肤增厚和损伤[10]。Gartlan等[11]指出IL-22可以与包括IL-17、IFN-γ、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）在内的一系列促炎因子共表达，供者CD4+T细胞产生的IL-22可显著加重皮肤cGVHD，给予抗IL-22抗体治疗可改善Th17诱导的皮肤GVHD。由此推测IL-22可能在allo-HSCT后促进了皮肤cGVHD的发生。

然而，受者巨噬细胞来源的IL-22可能扮演不同的角色，Pan等[12]应用IL-22基因敲除小鼠作为allo-HSCT受体的实验表明，受体来源的IL-22可以减轻肝脏和肠道aGVHD，并提高allo-HSCT受体的存活率。敲除受体的IL-22增加了脾脏、肝脏和肠道aGVHD中Th1的水平，并降低了Treg的水平，受体来源的IL-22在aGVHD中可能具有抗炎作用。因此，受者来源的IL-22和供者来源的IL-22可能在移植术后不同时期和不同靶器官中发挥不同的作用，在移植后期抑制供者来源的IL-22或许可以用于治疗皮肤cGVHD。

2.2 IL-17与皮肤GVHD

2.2.1 IL-17和Th17 IL-17是一个特殊的细胞因子家族，包括从 IL-17A～F 6个成员，其中最重要的是IL-17A（通常指IL-17）[13]。Th17被称为新型第3类效应性CD4+T细胞亚群，是IL-17的主要来源[14]。此外，CD8+T细胞、γδ-T细胞和自然杀伤T（natural killer T，NKT） 细胞等也可以产生IL-17，其与各种炎症反应、自身免疫性疾病和肿瘤等多种疾病相关[13]。

2.2.2 IL-17和Th17在皮肤GVHD中的作用 多项研究已证明，IL-17和Th17与小鼠皮肤GVHD关系密切。Lai等[15]通过应用间充质干细胞外泌体（mesenchymal stem cell-derived exosome，MSC-Exo）处理 cGVHD小鼠模型发现，MSC-Exo对皮肤、肺脏和肝脏纤维化性cGVHD具有显著疗效，主要通过抑制Th17和促进Treg发挥作用，包括抑制IL-17A、IL-21、IL-22和IL-2等Th17相关促炎因子的表达。Hotta等[16]对小鼠cGVHD 的研究表明，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子可促进Treg产生，调节外周淋巴结中Th1和Th17的反应，减少局部组织中的IL-17+CD4+T细胞，从而减轻皮肤cGVHD。

关于IL-17和Th17在人皮肤GVHD中的作用相关研究较少。研究表明， IL-1β和IL-23可以刺激原始T细胞分化为产生IL-17的Th17，因此IL-1β和IL-23是皮肤GVHD的有效诱导剂[17-18]。Ito等[17]建立了一种表达人IL-1β和IL-23的转基因（hIL-1β/23TG）小鼠，并将纯化的人CD4+T细胞静脉注射到hIL-1β/23TG小鼠和非转基因（不表达人IL-1β和IL-23）小鼠体内，作为Th17介导的皮肤GVHD人源化小鼠模型，该hIL-1β/23TG小鼠皮肤GVHD的严重程度较非转基因小鼠明显增强，且hIL-1β/23TG小鼠的皮肤中可检测到高度聚集的IL-17+IFN-γ+Th17+细胞和中性粒细胞。因此，IL-17和Th17可能也具有促进人皮肤GVHD的作用。然而，Klimczak等[19]观察24例cGVHD患者的皮肤、胃肠道和口腔黏膜组织发现，与肠道和口腔黏膜组织相比，皮肤组织中Th17数量较少。

以上研究表明IL-17和Th17可能在不同组织中发挥不同的作用。IL-17可由除Th17之外的多种细胞产生，而Th17也可产生多种细胞因子，如IL-22、IL-17、IL-23和IFN-γ等，故IL-17产生的炎症反应可能同时伴随着其他炎症因子的聚集，是多种细胞因子共同作用的结果。此外，IL-17在小鼠和人类研究中存在一定差异，需要更多临床研究来验证其在人皮肤GVHD中作用。

2.3 IL-6与皮肤GVHD

2.3.1 IL-6 IL-6 是一种多效细胞因子，可由造血干细胞、肌细胞、内皮细胞、脂肪细胞等多种细胞分泌[20]，主要在免疫调节、炎症反应和造血干细胞的生长中起重要作用。当体内平衡被打破或处于组织损伤的急性期时，IL-6的分泌增加，通过激活免疫反应来帮助宿主防御这种损伤，但IL-6的分泌失调也可导致全身炎症反应综合征和慢性免疫性疾病的发生[21]。研究表明，在GVHD的发生过程中，炎症部位可检测到高表达的IL-6，且血清IL-6水平的升高可以反映疾病的严重程度[22]。

2.3.2 IL-6对Th17的作用 Lin等[23]等研究表明IL-17、IL-1β、IL-21、IL-6、IL-23和 转 化 生 长 因 子（transforming growth factor，TGF）-β可诱导初始CD4+T细胞分化为Th17，其中IL-23、IL-6和TGF-β可分别通过STAT3和细胞内信号蛋白Smads共同刺激CD4+T细胞的受体，进而激活Th17特异性转录因子视黄酸相关孤儿受体磷酸化，最终诱导Th17分化。

而Th17分泌的IL-17、IL-21和IL-23也可通过与Th17的特异性受体结合进一步促进Th17的分化进程。因此IL-6也可以促进IL-17介导的皮肤GVHD。在多个小鼠品系中，阻断IL-6信号可显著减轻GVHD，并减少肝脏、脾脏和肺脏中Th17的数量[24-25]。

2.3.3 IL-6在皮肤GVHD中的作用 IL-6主要通过经典和反式信号通路在GVHD中发挥作用，其经典信号通路涉及IL-6与膜结合IL-6R（membrane-bound IL-6R，mIL-6R）的结合，而反式信号通路涉及IL-6与可溶性IL-6R（soluble IL-6R，sIL-6R）的结合。其都可导致普遍表达的膜表面糖蛋白130（glycoprotein 130，gp130）的募集和同源二聚化，最终通过激活下游信号通路（如JAK2/STAT3信号通路）在GVHD中发挥作用[26-27]。

在GVHD发生时，组织损伤和胃肠道黏膜屏障受损导致微生物来源的致病分子移位，进一步加速了系统性IL-6的失调[28]，这些IL-6主要来源于受者，其可与供者T细胞上的IL-6R结合，通过经典信号通路调节Th17和Th22的分化，抑制Treg的形成，并诱导严重的GVHD。在供者造血干细胞植入后，供者树突状细胞来源的IL-6可起到相同的作用[29]。

而IL-6反式信号通路可能并不是CD4+T细胞分化或向靶器官迁移所必需的，但可以对经典信号通路进行调节，其主要通过抑制CD4+T细胞向供者Th22的分化起作用[29]。Th22可与IFN-γ、TNF和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子共表达于皮肤组织，并且能够驱动严重的、依赖于IL-22的皮肤cGVHD[11]。抑制IL-6反式信号通路可促进皮肤cGVHD的发生，表明在移植后期IL-6反式信号通路被激活，并调节cGVHD的发生。

Wilkinson等[29]研究表明抗IL-6R抗体可抑制IL-6反式信号和经典信号通路，但阻断这两条通路并没有加剧GVHD，而靶向mIL-6R抑制树突状细胞驱动的经典信号通路，可以抑制Th17/Th22分化，并可延长allo-HSCT后GVHD小鼠的生存期。因此IL-6经典信号通路可能在GVHD的发生中起主要作用，其可能成为治疗GVHD的潜在靶点。

2.4 IFN-γ与皮肤GVHD

2.4.1 IFN-γ IFN-γ是 Ⅱ型IFN家族的唯一成员，是一种由 IFNG 基因编码的蛋白质，具有免疫调节、抗病毒和抗肿瘤等作用[30]。IFN-γ与其受体可以通过激活JAK/STAT1信号通路，诱导经典IFN-γ刺激的基因表达，这些基因具有关键的免疫效应功能；在炎症环境中，IFN-γ可触发免疫反应的激活并刺激病原体的清除；IFN-γ还可防止免疫系统过度激活和组织损伤[31]。IFN-γ可以由多种细胞分泌，如固有免疫中的自然杀伤（natural killer，NK）细胞和NKT细胞。而在适应性免疫反应期间，CD8+T 和 CD4+T细胞是IFN-γ的主要来源[32]。

2.4.2 IFN-γ在皮肤GVHD中的作用 在GVHD中，IFN-γ可由同种异体的供体T细胞产生（如Th1）。IFN-γ可刺激角质形成细胞产生CXC趋化因子配体（CXC chemokine ligand，CXCL）9和 CXCL10，可将表达CXC趋化因子受体（CXC chemokine receptor，CXCR）3的供体T细胞募集到受影响的皮肤组织中，进一步加重皮肤炎症，导致aGVHD[33]。在硬皮病样cGVHD的发病机制中，研究也发现供体T细胞产生的IFN-γ促进凋亡的角质形成细胞产生TGF-β1，进一步促进组织纤维化的形成，从而靶向性介导广泛硬皮病的发生[34]。因此，抗IFN-γ治疗可能是硬皮病样GVHD的一种新疗法。

2.5 细胞因子的治疗作用

上述细胞因子在皮肤治疗中的作用常体现在相关抑制剂中，包括蛋白酪氨酸激酶JAK1/2抑制剂和靶向细胞因子抗体（如IL-6R抗体）。JAK抑制剂作为GVHD的关键治疗药物之一，可抑制IFN-γ、IL-17A、IL-2和 IL-6的产生[35]。Choi等[36]关于小鼠GVHD的研究表明，给予巴瑞替尼（一种 JAK1/2抑制剂）抑制IFN-γ受体和IL-6R 信号传导，可以预防和治疗GVHD，并保留或增强主要组织相容性复合体错配的allo-HSCT后的移植物抗白血病效应和多谱系造血重建。该药完全预防和逆转 GVHD 的可能机制还包括使Treg产生增加、供体 T 细胞上 CXCR3表达减少、Th的分化改变以及受体抗原提呈细胞上同种异体抗原提呈和共刺激分子表达减少。Takahashi等[33]关于小鼠皮肤GVHD的研究表明，与糖皮质激素（激素）类膏药相比，局部应用鲁索利替尼（JAK抑制剂）治疗皮肤GVHD有更好的疗效，其可抑制供体来源的Th1和Th17浸润，减弱IFN-γ信号，从而改善皮肤GVHD，并对皮肤干细胞无不良影响。

此外，Kattner等[37]回顾性分析了11例allo-HSCT的受者（均有3级皮肤受累），发现托珠单抗（人源化IgG1 IL-6R抗体）是重度激素难治性 cGVHD的有效治疗药物，总有效率达70%，中位有效时间为3个月，其主要通过阻断sIL-6R、JAK/STAT3和丝裂原活化蛋白激酶通路发挥作用。

3 其他细胞及信号通路与皮肤GVHD

除上述细胞因子对皮肤GVHD的作用外，肥大细胞、朗格汉斯细胞和其他相关的信号通路也起到了一定的作用。Strattan等[38]发现肥大细胞可以诱导成纤维细胞增殖，使allo-HSCT后皮肤纤维化相关的基因表达显著增加，从而导致皮肤cGVHD。而Kubota等[39]研究表明，朗格汉斯细胞可能对皮肤aGVHD具有负性调节作用，主要通过抑制浸润皮肤的致病性CD8+T细胞的增殖，诱导其凋亡而发挥作用。Ono等[40]指出cGVHD 人源化小鼠中活化的人类 T 细胞显示出磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）信号（TRRAP、KAT2B 和 SRBP1）、上皮-间充质转化 （epithelial-mesenchymal transition，EMT）相关转录物（CTBP1 和 ZNF143）和 TGF-β/Smads信号（NR2C2 和 KDM5A）的上调，由于 TGF-β/Smads信号传导和 EMT 在组织重塑中都很重要，这些途径可能在 cGVHD 纤维化病变的发展中发挥作用，可能是潜在的治疗靶点。

4 小结与展望

allo-HSCT后皮肤GVHD的发病机制复杂，可能是多种细胞、细胞因子和信号通路相互作用的结果。因此阻断单一的细胞因子可能是不够的，需要进一步寻求同时抑制多种GVHD 相关的细胞因子和信号通路的治疗方法。目前人源化小鼠模型实验为研究新药方面提供了一定优势，但一些细胞因子的表达在人与动物中尚有差异，需要多中心和大样本的临床试验来验证动物实验的安全性和有效性，进一步指导新药的研发，为移植后皮肤GVHD患者提供更多有利的、个体化的治疗选择。