Treg/Th17细胞在溃疡性结肠炎中的作用*

赵继亭,黄迪,闫华,栾庆鑫,国嵩,邓华亮,孙轸

1.山东中医药大学附属医院,山东 济南 250011; 2.山东中医药大学,山东 济南 250014

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种病变累及结直肠的慢性非特异性炎症性疾病,病程漫长,容易反复发作。研究表明,全球UC发病率呈上升趋势,尤其是历史上发病率较低的国家[1-2]。据统计,亚洲是21世纪全球炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)病例最多的地区[3]。流行病学研究显示,近年来,我国IBD患者有明显增多的趋势[4]。该病病因复杂,发病机制尚未完全阐明,加之缠绵难愈,有癌变倾向,已被WHO列为现代难治病之一。多数学者认为,IBD由环境因素、遗传因素和肠道微生物失调等因素共同诱发,最终导致机体过度和不当的免疫反应[5-7]。其中,免疫功能异常在UC的发生发展中发挥了重要作用。研究表明,活化的CD4+T细胞亚群-调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)与辅助性T细胞17(the helper 17 cells,Th17)的平衡是维持肠道免疫稳态的关键因素。Treg/Th17细胞失衡,会引起免疫轴的异常,而促炎/抑炎因子失衡是UC发病的关键机制[8-9],纠正Treg/Th17细胞失衡是防治IBD的有效策略[10-12]。Treg/Th17细胞在UC的发病中具有双向调节作用,两者的动态平衡(即抗炎与促炎的稳态平衡)贯穿UC发生发展及转归的全过程,类似于中医阴阳学说中“阴平阳秘,精神乃治”。如果人体阴阳平衡的状态被打破,表现出正邪相争的病理过程,阴阳失调,则导致免疫稳态的紊乱。本文从中医“阴阳理论”角度探讨Treg/Th17细胞失衡在UC发病中的作用机制,以期为中医药临床治疗UC提供新思路。

1 Treg与Th17细胞

CD4+T细胞亚群在免疫调节中起着关键作用,Th17细胞和Treg细胞均为CD4+T细胞的重要亚群。近年来,Th17细胞和Treg细胞的本质逐渐被揭示,两者分化过程密切相关。它们可以通过不同的转录途径和特征性细胞因子相互转化并发挥相应的功能,T细胞受体(T cell receptor,TCR)信号、细胞因子、代谢和肠道微生态等多种因素均可以影响Th17和Treg 细胞的分化以及平衡[13]。Treg细胞以前被称为抑制性T 细胞,是T细胞的一个亚群,能够调节免疫系统,保持对自身抗原的耐受性,发挥负性免疫调节作用[14]。根据Treg细胞的起源,可将其分为两种,一种是胸腺来源(thymus derived Treg,tTreg),另一种是体内外周来源(peripheral derived Treg,pTreg)。叉头框蛋白P3(Forkhead box-p3,FOXP3)是一种关键的调节转录因子,对于诱导和稳定Treg细胞的特定表型和功能特征非常必要[15]。幼稚型CD4+T细胞在转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)的刺激下诱导Sma和Mad相关蛋白2(Sma-and Mad-related protein,SMAD2)、SMAD3,进而激活转录因子Foxp3,促进外周Treg细胞发育[16]。Treg细胞主要分泌抗炎细胞因子白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)和TGF-β,抑制免疫反应,在维持免疫耐受和平衡方面发挥重要作用[13]。

Th17 细胞对于维持肠道黏膜屏障功能以及协调针对致病性细菌和真菌的免疫反应至关重要[17]。与其他T细胞类别相比,Th17 细胞具有更强的可塑性,可通过维持免疫微环境的平衡保护肠道黏膜,还可以通过促炎细胞因子引起肠道炎症反应[18-19]。幼稚CD4+T细胞在IL-6和(或)TGF-β驱动下启动复杂的特异性转录程序[20-21],其中信号转导及转录激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT) 磷酸化的激活是 Th17 细胞分化的关键步骤[22],其磷酸化后可调节靶基因的转录,如视黄酸受体相关孤儿受体γt(retinoic acid receptor-related orphan receptor γt,RORγt)和RORα[23-24],从而控制Th17的分化,并产生标志性细胞因子 IL-17(包括IL-17A 、 IL-17F)、IL-21 、 IL-22和TNF-α[25-26],募集中性粒细胞,促进炎症的发生。IL-1和IL-23 是刺激致病性 Th17 细胞分化和增殖所必需的[27]。另有研究表明,IL-23可通过激活JAK-STAT、PI3K/Akt和NF-κB等信号通路参与免疫介导,从而促进Th17细胞的分化和增殖,导致慢性炎症和自身免疫[28]。

2 Treg/Th17细胞在UC发病中的作用

Thl7和Treg因分化和抑制功能而相关,两种细胞类型在炎症和免疫反应中发挥相反的作用,共同维持机体免疫微环境的平衡。一旦这种平衡被打破,就会引起异常的免疫反应,导致自身免疫性疾病、炎症性疾病及癌症等的发生[29-30]。Th17细胞在UC的发病中主要发挥促炎和过度免疫激活的作用。研究发现,炎症性肠病患者外周血Th17细胞比例升高,且肠道黏膜中存在大量的Th17细胞,与其相关的细胞因子IL-17(包括IL-17A 、 IL-17F)、IL-21、IL-22水平也随着升高,IL-17A刺激单核细胞、上皮细胞和内皮细胞分泌趋化因子(CXCL1、CXCL2、CXCL5、CXCL8等),从而将淋巴细胞、中性粒细胞等炎症细胞募集到肠黏膜,引起持续的炎症反应[31-33]。与Th17细胞相比,Treg细胞不仅能够抑制自身免疫性疾病的发生,还能控制肠道炎症。研究发现,UC小鼠模型外周血中Treg细胞减少[34],通过刺激保护性 Treg细胞反应和重塑肠道菌群可以改善葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium,DSS)诱导的慢性结肠炎[35]。研究表明,路氏肠杆菌的代谢物胆碱可上调视黄酸(retinoic acid,RA)和TGF-β,增加树突状细胞(dendritic cell,DC)的免疫耐受,从而促进 Treg细胞的分化,减轻DSS诱导小鼠的结肠炎[36]。因此,Treg细胞可能是通过调控IL-10、TGF-β的分泌,抑制肠道炎症级联和放大反应,从而改善IBD的临床症状。相关临床观察和动物实验表明,Treg细胞的免疫抑制机制对于抑制自发性肠道炎症至关重要[37]。Treg功能和数量的异常会导致免疫紊乱,引发自身免疫性疾病,可通过促进、激活或传递Treg来恢复免疫稳态和耐受[38]。

Yu等[39]研究发现,不同证型UC患者外周血Treg/Th17细胞及相关细胞因子表达水平存在差异,其中以湿热证含量最为显著,外周血中Th17细胞比例越高,Treg/Th17失衡程度越高,Treg细胞比例越低,UC患者病情越重。另一项临床研究表明,粪便微生物群移植 (fecal microbiota transplant,FMT)可以通过调节Treg/Th17的失衡减轻UC患者肠道炎症[40]。诸多体外研究也表明,通过调节Treg、Th17细胞的分化,恢复 Treg/Th17平衡,可以减轻DSS诱导的IBD模型小鼠的结肠炎[41-43]。Treg/Th17细胞免疫平衡对于维持免疫稳态至关重要,在UC的发病机制中起着至关重要的作用[44]。Treg/Th17细胞已成为UC治疗的重要靶标,通过调节Treg/Th17细胞失衡可以有效治疗UC。靶向调节Treg/Th17细胞失衡是预防和治疗UC较有前景的治疗策略[45]。Treg/Th17细胞与UC的关系见图1。

图1 Treg/Th17细胞与UC的关系

3 从中医阴阳平衡理论认识UC的发生发展

阴阳理论源于古代哲学思想,最早见于《周易·系辞》,“阴阳之义配日月”。《道德经》载:“万物负阴而抱阳,冲气以为和。”提示阴阳是自然界万物的本源物质,万物运行的根本法则,也是推动事物变化的源动力。宋代周敦颐《太极图说》云:“二气交感,化生万物,万物生生,而变化无穷焉。”也体现了万物的化生源于阴阳之间的相互作用。这种哲学思想被中医吸收,《素问·阴阳应象大论》曰:“阴阳者,天地之道也……神明之府也。” 此外,也有“夫自古通天者,生之本,本于阴阳” 的论述,说明阴阳为世间万物的根本,主宰着万物的生克制化。阴阳平衡,则人体的生理功能正常运行,机体各项生理活动有序进行,人体处于健康状态,诚如《素问·生气通天论》所载:“阴平阳秘,精神乃治。”《素问·阴阳应象大论》载:“阳生阴长,阳杀阴藏。”正常情况下,阴阳处于一种动态的平衡状态,若阴阳失衡,“阴胜则阳病,阳胜则阴病,阳胜则热,阴胜则寒。”类似于西医中的机体稳态,如免疫稳态、代谢稳态、微生物稳态等,各组织、器官的功能和代谢活动保持着一种协调、稳定的状态,一旦这种稳态被打破,损伤性因素与防御性因素失衡,就会导致疾病的发生发展。

根据UC腹痛、腹泻、脓血便等临床表现以及发病特点和镜下所见,可将其归属于中医“休息痢”“久痢”等范畴。中医虽无溃疡性结肠炎之病名,但在诸多古代文献中可以找到与其临床表现相类似的描述,如《素问·太阴阳明论》载:“食饮不节,起居不时者,阴受之……下为飧泄,久为肠澼。”《景岳全书·痢疾》载:“痢疾之病,多病于夏秋之交,古法相传,皆谓炎暑大行,相火司令,酷热之毒蓄积为痢。”巢元方 《诸病源候论》云:“休息痢者,胃脘有停饮,因痢积久……则饮动肠虚受之,故为痢也。”又如《普济方·痈疽门》云:“肠痈病在上则吐,病在下当下脓血,此为肠痈之属。”

《黄帝内经》云:“正气存内,邪不可干。” “邪之所凑,其气必虚。”若因先天禀赋不足,脾胃失养,或因饮食不节、久病劳倦,损伤脾胃,或因忧思恼怒,肝木克土,脾失健运,不能运化水谷精微,则水反为湿,谷反为滞,水谷合污下注于肠而成泻痢。故UC发病之“虚”以脾虚为主,脾气亏虚是UC的发病之本,穷则及肾。在脾气亏虚的基础上,加之诸多因素的诱导作用,湿热、痰浊、瘀血诸毒交互为患,导致阴阳失衡,壅滞肠腑,肠络失和,内溃成疡,血败肉腐而致下痢脓血。正如张锡纯所云:“热毒侵入肠中肌肤,久至糜烂……肠中脂膜腐败,由腐败而至于溃烂,是以纯下血水杂以脂膜,即所谓肠溃疡也。”在UC的发病过程中,诸邪毒蕴积肠道,相干为害,损肠败络,是致病之标。总之,UC为本虚标实之证,但脾虚为其发病之本,穷则及肾,湿热瘀毒为致病之标,其核心病机为正气与邪气抗争,正虚邪盛,阴阳失衡,阴阳交互,互为因果,导致本病的发生发展,诚如《素问·阴阳应象大论》所云:“阴盛则阳病,阳盛则阴病。”就是对机体阴阳失衡后所表现出来的症状最直观的概括。UC与中医阴阳平衡关系见图2。

图2 UC与中医阴阳平衡

4 从中医阴阳平衡理论认识Treg/Th17细胞平衡对UC的影响

Th17和Treg细胞在分化发育中密切相关,在免疫功能上又相互抑制,两种细胞在炎症和免疫反应中发挥相反的作用,共同维持着机体免疫微环境的平衡。这种状态既相互依存、相互促进,又相互拮抗、相互斗争,类似于中医阴阳动态变化。若阴阳之间对立制约、互根互用和相互转化,处于不断变化的动态平衡之中,则“阴平阳秘”,机体的各项生理功能和生理活动有序正常运行,可以维持机体免疫微环境的动态平衡。而当这种平衡被打破时,肠道免疫稳态紊乱,促炎/抑炎因子失衡,则导致UC的发生、发展。可以看出,Treg/Th17细胞平衡与中医的阴阳平衡理论具有高度的相似性。如《素问·阴阳应象大论》中讲到的“阴静阳躁,阳生阴长,阳杀阴藏”。中医认为,凡是运动的、外向的、上升的、温热的、明亮的、无形的、兴奋的、主动的、刚性的都属于“阳”;凡是相对静止的、内向的、下降的、寒冷的、晦暗的、有形的、抑制的都属于“阴”。取类比象,以此为切入点,Th17细胞分泌促炎因子,促进肠道炎症发生,具有“运动、兴奋”等特性,根据其属性特点可将其归属于中医的“阳”;而Treg细胞主要分泌抗炎细胞因子,抑制多种免疫细胞的活性,抑制炎症反应,具有“静止、抑制”特性,可将其归属于中医的“阴”。

5 以“以平为期”为原则指导UC的防治,调节Treg/Th17细胞失衡,恢复动态“阴阳平衡”

“以平为期”首见于《素问·至真要大论》,曰:“谨察阴阳所在而调之,以平为期。”“以平为期”中的“平”是指机体内气血阴阳平衡调和的健康状态,具体可表现为寒温相守、形肉相称、精足神全、经络调畅等。《灵枢·终始》云:“所谓平人者不病。”提出在疾病的治疗过程中,应力求一个“平”字,因势利导,审阴阳之亢害,纠气血之盛衰,达到治疗疾病、维持机体内环境稳态的目的。UC为本虚标实之证,脾虚为发病之本,穷则及肾,湿热瘀毒为致病之标,其治疗应标本兼治,健脾补肾以扶正治本,清热化湿、活血生肌以祛邪治标,恢复阴阳平衡。临证应依据辨证不同而有所偏重,本虚为主者,当予以黄芪、炒白术、党参、炒白扁豆、薏苡仁、补骨脂、熟地黄、炒山药等健脾补肾之品补其不足;热毒为主者,当予以黄连、黄芩、黄柏、白头翁、马齿苋、秦皮等药物清热解毒;湿邪为主者,当予以炒苍术、豆蔻、茯苓、砂仁等药物醒脾化湿;血瘀者,当予以三七、丹参、红花、蒲黄、五灵脂、络石藤、鸡血藤等药物活血化瘀;另外,临证时可考虑选用收涩之剂如罂粟壳、诃子、赤石脂、石榴皮等,但应注意“闭门流寇”之弊;《黄帝内经》云:“风能胜湿。”故临证可适当采用防风、升麻等药物增强止泻之功,充分利用中药四气五味药性阴阳之偏,通过合理的配伍纠正人体阴阳之偏,正所谓“药有个性之专长,方有合群之妙用”。中医药治疗可以发挥整体调节的优势,通过维持机体阴阳平衡,提高临床疗效。诸多研究也证实,中药复方抑或是中药单体均有调控Treg/Th17细胞失衡、恢复动态“阴阳平衡”的作用[46]。

研究表明,中药复方葛根芩连汤可以明显减轻UC小鼠症状,用药后,TNF-α、IL-6等促炎因子表达显著降低,减少了Treg和Th17细胞向结肠的浸润,并降低了TGF-β1、IL-17等炎症因子的水平,提示葛根芩连汤可通过抑制IL-6/JAK2/STAT3信号通路恢复结肠组织中Treg和Th17的细胞稳态,起到治疗UC的作用[47]。Xu等[48]研究发现,复方苦参汤可以上调脾脏和肠系膜淋巴结中Treg细胞的百分比和结肠组织中FOXP3、TGF-β1、IL-10的表达,并降低脾脏和肠系膜淋巴结中Th17细胞的比例,以及结肠组织中ROR-γt、IL-17A、STAT3、IL-6的水平。吴东升等[49]研究发现,芍药汤可以上调大鼠血清中IL-10水平及结肠组织Foxp3蛋白表达,下调血清中IL-17,IL-23水平及结肠组织中ROR-γt蛋白表达,提示芍药汤对UC模型大鼠的Treg细胞具有激活作用,而对Th17细胞具有一定的抑制作用,从而改善 Treg/Th17细胞平衡。王丽丹等[50]研究表明,青黛、苦参、青黛+苦参均能够调节溃疡性结肠炎大鼠Th17细胞分化的主要调控因子IL-6、TGF-β、ROR-γt、STAT3 水平,从而抑制 Th17 细胞分化,抑制 IL-7 释放,改善 Treg/Th17 免疫失衡,起到治疗UC的作用。张慧俭等[51]研究表明,补脾益肾方联合艾灸可通过调节脾肾阳虚型UC患者肠道菌群结构,增加优势菌群数量,减少有害细菌数量,调整机体 Th17/Treg免疫稳态,降低炎症反应,从而提高临床治疗效果。

Wei等[52]研究表明,姜黄素可通过抑制IL-23/Th17信号通路提高抗炎细胞因子IL-10的水平,从而恢复Treg/Th17的平衡,同时降低促炎细胞因子的浓度,减轻肠道炎症。Zhang等[53]研究发现,雷公藤多苷可通过下调ROR-γt、STAT3的表达抑制Th17细胞分化及IL-17产生,上调Foxp3并促进 Treg 细胞形成,进一步调节Treg/Th17平衡,抑制肠道炎症。有学者发现,黄芩素可以维持肠道免疫稳态,减少结肠炎小鼠的肠道炎症损伤[54],其内在作用机制是通过激活芳烃受体(AhR)促进Treg细胞的分化,同时降低小鼠IL-6水平,升高TGF-β水平,阻止Th17细胞的分化,从而调节Treg/Th17细胞平衡,缓解小鼠结肠炎症状。

6 结语

Treg/Th17动态平衡的异常与溃疡性结肠炎的发生发展密切相关,Treg/Th17免疫轴的平衡是维持肠道免疫稳态的关键因素。Thl7和Treg细胞在分化上相互联系,在功能上相互抑制,这与中医阴阳平衡理论有着高度的相似之处,应用中医阴阳理论指导UC的临床治疗,以扶正祛邪、恢复阴阳平衡为主要治则,可以调控Treg/Th17 细胞失衡,恢复动态“阴阳平衡”,进而干预UC的发生与发展,这将为临床运用中医药治疗该病提供新思路。