银屑病复发的免疫学研究进展

王文秋 王 睿 李承新

1解放军医学院,北京,100853;2中国人民解放军总医院第一医学中心皮肤科,北京,100853

银屑病是一种常见的慢性炎症性皮肤病,目前认为由遗传、免疫、环境等因素参与其发病机制。斑块型银屑病是临床上最常见的银屑病类型,以边界清楚、干燥凸起、伴银白色鳞屑的红色斑块为特征,常见于肘、膝、头皮、脐周和腰部［1］。从组织学看,银屑病的特征是角质形成细胞的过度增殖和异常分化,扩张的增生性血管和炎细胞浸润［2］。目前银屑病有多种治疗方法,生物制剂在中重度银屑病患者的治疗中发挥了积极的作用,但大部分患者只能获得临床缓解,复发仍然是银屑病治疗的难题,这也为患者带来严重的身心伤害,成为社会经济负担和公共卫生挑战。近年来,随着银屑病复发机制研究的深入与发展,银屑病皮损部位“免疫记忆”的概念被提出,尤其是皮肤组织驻留记忆性T细胞(tissue-resident memory T cells,TRM)在其中发挥的作用引起了广泛关注。目前的研究认为,驻留在皮肤中的记忆性T细胞是银屑病复发的主要驱动因素［3］。然而,其他免疫细胞以及角质形成细胞(keratinocytes,KCs)、成纤维细胞等皮肤结构细胞是否参与疾病的复发尚不完全明确。本文主要对TRM、KCs、γδT等细胞在银屑病复发中的潜在机制进行综述,并提出当前银屑病研究中尚未解决的问题和面临的挑战。

1 银屑病复发的定义

国际银屑病协会基金会(international psoriasis association foundation,IFPA)对银屑病复发事件(包括复发和反弹)提出了标准化定义:银屑病复发是针对临床治疗有效或者达到临床治愈的人群而言的,临床有效被定义为银屑病皮损面积和严重程度指数(psoriasis area and severity index,PASI)从基线处至少有50%的改善。对于治疗有效的患者,当其改善的PASI评分从基线升至50%以上时称为复发［4］。也有学者认为,无论基线PASI是多少,PASI较前增加5分即为复发［5］。此外,复发没有明确的分级,英国银屑病生物制剂指南将快速复发定义为治疗完成后3个月内PASI评分改善减少50%［6,7］。而银屑病反弹被认为是新的、更严重更广泛的发作,它可能改变疾病亚型,发生从轻度向中重度的转变。目前的研究和报道对于银屑病的复发与反弹未作严格区分［8］。

2 银屑病复发的潜在机制

2.1 组织驻留记忆性T细胞(tissue-resident memory T cells,TRM) 银屑病复发的特征是,在皮损消退、停止治疗后,病变趋向于在原皮损部位出现。现有研究提出,在炎症消退的已缓解皮损部位持续存在局部“免疫记忆”,并肯定了以CCR4表型为特征、形成局部记忆的特定T细胞亚群的作用。过去的研究也证明,在痊愈皮肤中大量存在的CD8+TRM和CD4+TRM,可以不依赖于从血液中招募T细胞而启动并延续银屑病的免疫反应［9］。

2.1.1 皮肤TRM细胞的定义 皮肤是人体最大的器官,在皮肤中建立免疫记忆是适应性免疫反应的重要组成部分。抗原呈递细胞(antigen-presenting cells,APCs)在受到特异性抗原刺激后激活原始T细胞,被激活的T细胞中一小部分分化为前体记忆性T细胞,进而发展为记忆性T细胞,通过对病原体的快速反应保护宿主。根据分化状态和迁移方式将记忆性T细胞分为三个亚群:在二级淋巴器官循环的中央记忆性T细胞(central memory T cells,TCM)、存在于血液和外周组织的效应记忆性T细胞(effector memory T cells,TEM)、存在于非淋巴组织的TRM)［10］。

TRM细胞的显著特征是低迁移性和长存活性［10］。大多数TRM细胞低表达淋巴结归巢分子CD62L和趋化因子受体7(chemokine receptor 7,CCR7),高表达两个重要标记物-CD69(C型凝集素受体家族)和CD103(E-钙黏蛋白受体),使其能够停留在皮肤组织中［11］。CD69拮抗鞘氨醇-1-磷酸受体(sphingosine-1-phosphate receptor,S1PR1),CD103则与上皮细胞上高表达的E-钙黏蛋白结合,两者共同阻止TRM细胞从皮肤组织中迁出［12］。当再次遇到同种抗原刺激时,皮肤中TRM细胞在局部微环境中立即触发免疫反应,为宿主提供第一道防线。然而,TRM细胞的过度激活可能参与了炎症性疾病的发生,在银屑病的复发中也发挥十分重要作用。TRM细胞在外周组织中的寿命具有组织特异性,皮肤中TRM细胞可以稳定存活数月至数年［12］,这也为其在疾病复发中发挥的作用奠定了基础。

皮肤TRM细胞可分为CD8+和CD4+亚群,其中CD8+TRM细胞主要分布在表皮,而CD4+TRM细胞分布于真皮［9］。目前的研究发现,CD8+TRM细胞的性质较好辨别和定义,因此本文中主要关注和讨论CD8+TRM细胞。

2.1.2 皮肤TRM细胞的前体 原始CD8+T细胞在识别抗原后增殖并分化为效应CD8+T细胞,效应CD8+T细胞可分为短寿命效应细胞(short-lived effector cells,SLEC)和记忆前体效应细胞(memory-precursor effector cells,MPEC),SLEC的表型为KLRG1hiCD127lo,MPEC为KLRG1loCD127hi。效应期后几乎所有SLEC都发生凋亡,而MPEC在感染清除后变成长寿命记忆CD8+T细胞的异质群体［13］。过去的研究已证明,记忆性T细胞为CD45RO+CD45RA-［14］。因此,皮肤TRM细胞具有KLRG1-CD127+CD45RO+CD45RA-的记忆前体表型［12］。

2.1.3 皮肤TRM细胞的归巢分子 皮肤浸润的记忆性T细胞表达一种独特归巢受体-皮肤淋巴细胞相关抗原(cutaneous lymphocyte-associated antigen,CLA),CLA能够与E-选择素、P-选择素结合,使记忆性T细胞进入皮肤并长期驻留［14］。趋化因子受体10(chemokine receptor 10,CCR10)是T细胞皮肤归巢的重要趋化因子受体之一,研究发现,CCR10缺乏的小鼠皮肤中CD8+T细胞明显减少并削弱其皮肤TRM形成能力［15］。趋化因子C-X-C-基元受体6(chemokine C-X-C-motif receptor 6,CXCR6)在人皮肤TRM细胞上表达,趋化因子C-X-C-基元配体16(chemokine C-X-C-motif ligand 16,CXCL16)作为CXCR6的配体在KCs上表达,实现皮肤中TRM细胞的保留。缺乏CXCR6的T细胞在皮肤中形成TRM细胞的能力降低,这表明CXCR6对于皮肤CD8+TRM细胞的保留十分很重要［16,17］。另外,CCR4也是T细胞迁移到皮肤的重要皮肤归巢分子,在皮肤TRM细胞上高表达［18］;CXCR3对于TRM前体细胞进入表皮也是必需的［19］;CCR8则可能参与TRM细胞在皮肤中的定位［20］。

总体来说,CCR10、CCR4、CCR8和CXCR3都参与记忆性T细胞迁移进皮肤的过程,CLA把关他们进入皮肤组织的过程,CCR10和CXCR6协助皮肤中TRM的形成［12］。

2.1.4 皮肤TRM细胞的驻留机制 前面提到,CD103和CD69是皮肤TRM细胞普遍表达的重要标记物。CD103是整联蛋白αEβ7的α链,与KCs表达的E-钙粘蛋白结合,是最常见和最广泛接受的TRM标记,介导细胞与表皮的粘附,从而促进局部保留［21］。CD8+TRM细胞上CD103的表达依赖于转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)［22］。CD69在记忆性T细胞到达皮肤后上调,绝大多数皮肤TRM细胞都高表达CD69,其通过下调S1PR1介导的淋巴组织迁出途径参与TRM细胞的驻留状态［23］。抗原刺激和炎性介质强烈诱导CD69的表达［24］,然而,最近的研究表明,仅仅CD69的表达不足以实现稳定驻留［25］。

除了CD103和CD69,皮肤TRM细胞的另一个重要标志物是CD49a,又称极晚期抗原(very late antigen-1,VLA-1),是α1β1整合素的α链,参与细胞与细胞外基质中Ⅳ型胶原的粘附,介导TRM细胞在皮肤组织中的保留［26］。白介素12(interleukin-12,IL-12)和TGF-β能够上调CD8+T细胞上CD49a的表达［27］。

健康人的CD8+CD103+CD49a-TRM细胞主要存在于真皮和表皮,而CD8+CD103+CD49a+TRM细胞则位于表皮［19］。表皮CD8+CD103+CD49a-TRM细胞是主要的白介素17(interleukin-17,IL-17)生产者,而CD8+CD103+CD49a+TRM细胞则产生穿孔素和对抗病毒感染的关键细胞因子干扰素γ(interferon-γ,IFN-γ)［28］,在白介素15(interleukin-15,IL-15)刺激后迅速获得细胞毒性能力。

总的来说,CD69对于T细胞进入皮肤后TRM细胞的初始形成至关重要,而CD103对于T细胞粘附和TRM细胞的长期保留是必需的。CD49a则调节皮肤中CD8+TRM细胞的形态、持久性和效应功能［12］。

2.1.5 皮肤TRM细胞的维持 TRM细胞具有很高的可塑性和发育潜能,在响应抗原刺激后可以原位增殖,进一步维持其未分化的状态［29］。TRM细胞的维持需要多种因素,这取决于组织特异性［30］。皮肤CD8+TRM细胞的长时间维持主要依赖于局部抗原、细胞因子和代谢物。

皮肤从循环中募集的CD8+T细胞不依赖局部抗原获得TRM表型,但抗原暴露会极大地增加CD8+TRM细胞的数量［31］。皮肤TRM细胞的初始激活需要抗原识别,进而诱导抗原特异性TRM细胞的增殖。随后,通过局部抗原依赖性的自我扩增和交叉竞争机制塑造皮肤中的多克隆TRM细胞库,调节局部TRM的组成,以响应各种入侵者并负责维持皮肤TRM细胞群［32］。

前面提到,IL-15能够强烈诱导CD8+CD103+CD49a+TRM细胞中穿孔素和颗粒酶B的表达,研究发现,IL-15缺陷小鼠的CD8+TRM细胞数量显著减少。毛囊角质形成细胞负责分泌IL-15维持皮肤CD8+TRM细胞。此外,来自毛囊的IL-7也影响皮肤中持续存在的CD8+TRM细胞和CD4+TRM细胞［33］。活化的TGF-β诱导CD8+TRM细胞表达CD103,这对它们在皮肤中的保留和长期持久性十分必要［19］。总之,KCs通过提供IL-15、IL-7等局部介质和活化TGF-β,在建立长期皮肤TRM细胞群方面发挥重要作用［17］。

皮肤具有独特的微环境,脂质含量丰富。研究发现,皮肤TRM细胞中促进细胞外游离脂肪酸获取及代谢的基因强烈表达,表明皮肤TRM细胞具有显著的适应局部皮肤微环境的的能力。相对独立于血液循环,它们需要利用皮肤外源性脂质作为能量来源［34］。缺乏脂肪酸结合蛋白4(fatty acid binding protein 4,FABP4)和FABP5的T细胞不能摄取和利用外源性游离脂肪酸,导致体内CD8+TRM细胞的存活和功能受损。而且,脂质代谢对TRM存活的重要性随时间的推移而增加［35］。

2.1.6 皮肤TRM细胞与银屑病复发 越来越多的证据表明,已消退银屑病皮损中含有丰富的TRM细胞群,与局部复发密切相关。有研究发现,移植了含有T细胞及其他免疫细胞的人类银屑病样皮肤后,免疫缺陷的AGR129小鼠能自发银屑病,这表明驻留在皮肤中的免疫细胞足以诱发银屑病,且驻留T细胞可能是银屑病复发的主要驱动细胞［36］。之后,在接受3个月依那西普治疗后的银屑病患者消退皮损中发现保留的免疫细胞,表皮CD8+TRM细胞被确定为保留的主要免疫细胞。该CD8+TRM细胞群的表型为CD49a-CD103+,能产生IL-17［37］。最近的研究通过对TCR CDR3区域的高通量筛选分析,发现携带银屑病特异性抗原受体的产IL-17的T细胞存在于临床消退的银屑病皮损中,也部分存在于非病变皮肤中,但不在健康对照中［39］。随后证实,这些产IL-17的致病性T细胞是CD49a-CD103+CD8+TRM细胞,介导KCs的激活和表皮增生,促进产生趋化因子和抗菌肽,进而引起银屑病炎症反应和病情复发［39］。

正如前面所提到,皮肤组织中的CD8+CD103+TRM细胞可分为两种类型:与银屑病复发相关的CD49a-IL-17A+型和与白癜风密切相关的CD49a+IFNγ+型。在银屑病已消退皮损中产生IL-17A的CD49a-IL-17A+TRM细胞与早期复发有关,而在非病变部位具有产生IL-17A潜能的CD8+TRM细胞与疾病持续时间相关［40,41］。因此,表皮中产IL-17A的CD8+CD103+CD49a-TRM细胞参与银屑病的临床病程和复发。

2.2 其他细胞与银屑病复发 免疫系统可以分为固有性免疫和适应性免疫,过去认为,固有免疫发挥作用迅速且广泛,但不具备免疫记忆,仅适应性免疫能够建立免疫记忆,遇到二次抗原刺激时产生更强烈的应答反应［42］。近年来的研究发现,天然杀伤细胞(natural killer cells,NKs)、单核巨噬细胞等固有免疫细胞和KCs、成纤维细胞等非免疫细胞也能产生免疫记忆,这种新型免疫应答被称为训练免疫(training immunity,TI)或天然免疫记忆,其机制涉及表观遗传学和代谢重编程,能够在二次刺激时有效增强宿主防御能力,但也参与慢性炎症和自身免疫性疾病的发生［43］。银屑病作为一种慢性炎症性疾病,一旦停止治疗,皮损优先在原来的部位复发。最新研究表明,位于表皮基底层、可自我更新或终末分化形成表皮屏障的皮肤表皮干细胞(epidermal stem cells,EPSCs)能够在银屑病样皮肤炎症背景下获得长期炎症记忆,在受到二次刺激时产生强烈的炎症反应,参与银屑病的复发［44］。有研究通过检测EPSCs的表观遗传变化,发现银屑病背景下EPSCs中炎症和过度增殖相关基因的染色质可及性明显增加,随后进一步揭示了EPSCs炎症记忆建立、维持和回忆的分子机制［44］,证明银屑病中具有干细胞特性的EPSCs或基底KCs能够获得长期的表观遗传记忆,使EPSCs对广泛应激源的反应更迅速更稳健,进而导致银屑病皮肤炎症的复发［3］。

研究发现,在已消退的银屑病皮损中存在少量γδT细胞(约1%),这群γδT细胞可能具有记忆能力,参与银屑病的复发［38］。随后,Vγ4+Vδ4+T细胞(一个γδT细胞群)被确定为咪喹莫特(imiquimod,IMQ)诱导的银屑病模型小鼠中具有长期记忆的TRM细胞,当再次给予IMQ刺激时可以快速产生IL-17A,介导快速的、明显的继发性银屑病样炎症反应［45］。在银屑病患者中,γδT细胞参与既往受累皮肤处银屑病复发的具体机制以及γδT细胞与TRM细胞的关系尚不完全清楚,需要进一步的研究以明确γδT细胞在银屑病不同临床阶段的具体作用。

已知三种树突状细胞-浆细胞样DCs(plasmacytoid DCs,pDCs)、朗格汉斯细胞(langerhans cells,LCs)和髓样DCs(myeloid DCs,mDCs)参与银屑病的发生发展［46］。研究发现,与健康对照相比,银屑病患者的皮损和非皮损皮肤中均观察到pDCs浸润增加,pDC释放的IFN-α刺激单核细胞分化为CD11c+CD1c-CD141-炎性DCs(inflammatory dendritic cells,iDCs),iDCs通过产生TNF-α、IL-23、诱导型一氧化氮合酶(inductible nitric oxide synthase,iNOS)以及肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis inducing ligand,TRAIL)等炎性介质参与银屑病发病机制［47］。Lowes等在银屑病皮损中发现了产生高水平TNF-α和iNOS的DC(TNF-iNOS producing dendritic cells,TIP-DCs),TIP-DCs被认为是iDCs的一个重要亚群,TNF-α诱导角质形成细胞表达ICAM-1、CXCL 8以及IL-1b、IL-6等促炎因子,iNOS则催化产生一氧化氮,导致患者病变皮肤处的真皮血管舒张［48］。研究发现,TIP-DCs在复发皮损中大量表达,可能与银屑病复发密切相关,参与介导复发处的皮肤病变［4］。

3 小结

近年来,出现一种超越过去适应性免疫记忆的全新的组织记忆概念---训练免疫或天然免疫记忆,它可以通过各种细胞类型和记忆之间跨细胞谱系的相互作用介导对组织的适应和适应不良。在银屑病中,我们将焦点集中到在复发过程中发挥重要作用的TRM细胞、γδT细胞和皮肤结构KCs上,希望找到这些细胞类型在复发中的具体角色和关键机制。TRM细胞或带有TRM标记的细胞参与银屑病的复发是众所周知的,然而,这些细胞活性和驻留等信息在银屑病患者的临床研究中十分有限,需要对其来源、维持、详细功能进一步探索和明确。

首先,TRM细胞具有异质性,参与不同炎性皮肤病的TRM细胞亚群在表面标志物和生物学行为皆有所不同。例如前面提到,参与白癜风的是组成型表达穿孔素和颗粒酶B的CD8+CD49a+TRM细胞,而银屑病中是产生IL-17的CD8+CD49a-TRM细胞。因此,识别皮肤中不同亚群的TRM细胞有助于确定未来的精准治疗策略。其次,在银屑病复发过程中应当注意不同细胞类型之间的串扰作用。KCs和γδT细胞在一定程度上也参与了疾病的复发,可以形成长寿命的皮肤驻留记忆亚群。明确TRM与这些细胞之间的相互作用有助于我们对疾病复发的理解,为高效治疗方法的提出奠定基础。此外,皮肤TRM细胞具有突出的适应局部环境的能力,而银屑病又常常伴随糖尿病等代谢相关疾病发生。因此,明确TRM细胞在皮肤炎症和代谢紊乱之间发挥的作用为我们将从细胞代谢的新视角提供临床治疗策略。