Th17細胞在免疫性心肌炎中的作用機制

解玉泉(綜述)，陳瑞珍，陳灝珠(審校)

(復旦大學附屬中山醫(yī)院心內(nèi)科，上海市心血管病研究所，衛(wèi)生部病毒性心臟病重點實驗室，上海200032)

病毒性心肌炎是由不同類型的病毒感染所致的以急性或慢性心肌炎性反應、纖維化或心臟擴張等為主要臨床表現(xiàn)的常見疾病。在兒童及青壯年中的發(fā)病率呈逐年上升趨勢，但其發(fā)病機制尚未完全闡明，因此，臨床上診斷和治療比較棘手。諸多研究顯示，心肌炎的病因以柯薩奇病毒感染為主，而機體的固有免疫防御在其發(fā)生、發(fā)展等病理過程中具有重要作用［1］。免疫因素與心肌炎、心肌病密切相關(guān)，特別是新型的免疫細胞亞群的發(fā)現(xiàn)及免疫網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)機制的不斷深入在研究心肌病的病因中受到更多重視。因此，Th17細胞亞群在免疫性心肌炎中的作用機制值得進一步研究與探索。

1 Th17細胞的概述

1986 年，Coffman 等［2］和 Mosmann 等［3］將具有分泌不同細胞因子并產(chǎn)生不同效應的T細胞定義為Th1、Th2淋巴細胞亞群。在Th1/Th2經(jīng)典的舊模式理論中，認為初始T細胞通過白細胞介素(interleukin，IL)12 向產(chǎn)生干擾素 γ(interferon-γ，IFN-γ)的Th1分化，同時也促進IL-23向IL-17分化;另一條途徑是通過IL-4向Th2分化。2005年，Weaver等［4］首先在試驗性自身免疫性腦炎和Ⅱ型膠原誘導的關(guān)節(jié)炎動物模型中發(fā)現(xiàn)，Th17與Th1、Th2細胞亞群分化發(fā)育和作用完全不同。其他研究小組同樣論證了IL-12(p35p40)與IL-23(p19p40)共有p40蛋白和 IL-12Rβ1 受體［5］。因此，淋巴細胞亞群分化的理念轉(zhuǎn)化為目前的新模式，即初始T細胞獨立于IL-12直接分化為 Th17，具有與Th1/Th2不同功能和生物學特征的這種新細胞亞群稱作為Th17。

2 調(diào)控Th17分化的細胞因子

2．1 轉(zhuǎn)化生長因子β/IL-6 轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)和 IL-6 是 Th17 細胞分化的啟動者，TGF-β是一種傳統(tǒng)的抗炎因子，但有可能通過促進Th17細胞的分化而促進前炎性反應，從促進自身免疫病的發(fā)生。IL-23不存在的情況下，TGF-β1仍然可以大量誘導Th17細胞產(chǎn)生，而缺乏TGF-β的小鼠體內(nèi)Th17細胞明顯減少，當環(huán)境中缺乏IL-6時，單獨存在的TGF-β并不能誘導初始型T細胞向Th17細胞分化。所以，認為TGF-β1和 IL-6的共同存在是Th17細胞分化啟動的必要條件。

2．2 IL-21 IL-21屬于細胞因子IL-2家族，可以促進初始型Th細胞亞群分化Th1、Th2、Th17，其中大劑量的IL-12主要促進Th17的分化發(fā)育，IL-21結(jié)合IL-6或者 TGF-β能明顯增加 Th17的分化。雖然IFN-γ和IL-4分別能夠誘導并擴增放大Th1和Th2的分化，但Th17并不能使Th17細胞產(chǎn)生這種效應。目前，研究認為Thl7自分泌細胞因子IL-21不僅可經(jīng)IL-6誘導產(chǎn)生，還可通過自分泌的方式誘導更多IL-21和IL-23R的表達，從而使Thl7細胞能夠接受更多IL-21和IL-23分化的信號，而更大程度地促進其分化，這可能是IL-21能夠擴增放大Th17效應的機制［6］。但是在IL-6的作用下，IL-21顯得不那么重要。IL-6和TGF-β可以不需要IL-21而作用于Th17細胞的分化發(fā)育。

2．3 IL-22/IL-23 TGF-β 與IL-6并不能產(chǎn)生 IL-22，除非它們暴露在IL-23細胞因子中，因此Th17起源于IL-22須依賴IL-23的作用，同時認為其屬于Th17細胞終末分化的結(jié)果。IL-23是Th17細胞分化的促進者，IL-23在Th17細胞數(shù)量擴增與維持過程中以及之后參與免疫應答的過程中是必需的。有研究發(fā)現(xiàn)［7］，缺乏IL-23的小鼠體內(nèi)幾乎沒有Th17細胞的存在，這提示在缺乏IL-23時即使Th17細胞能正常生長，但沒有IL-23這種細胞因子的支持，它們是不能正常擴增或維持延長生存時間的，這種作用方式的具體機制可能與信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3 有關(guān)。

3 Th17細胞因子負性調(diào)控

干擾素調(diào)節(jié)因子4(the interferon regulatory factor 4，IRF4)誘導Th2細胞分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子GATA3的表達，故在Th2細胞分化中有重要作用，也是Th2分化的一個重要轉(zhuǎn)錄因子，但在IL-17的分化中也起了關(guān)鍵作用［8］，IRF4基因剔除小鼠體內(nèi)，IL-17明顯減少，且該小鼠不會發(fā)生自身免疫性腦炎。此外，IRF4基因剔除的淋巴細胞中維甲酸相關(guān)孤兒受體(retinoic acid-related orphanγt，RORγt)的表達明顯減少，表明IRF4可能是RORγt上游的信號分子。有研究發(fā)現(xiàn)［8］，IRF4 正向調(diào)控 Th17 細胞分化，TGF-β 與其受體結(jié)合后可致下游SMAD2或SMAD3磷酸化，進而激活SMAD4形成二聚體，轉(zhuǎn)移至核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄表達。但目前還沒有發(fā)現(xiàn)SMADs可直接參與IL-17轉(zhuǎn)錄因子的RORγt或叉狀頭/翅膀狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子(forkhead/winged helix transcription factor，F(xiàn)oxp3)。這是IL-17分化發(fā)育中經(jīng)過轉(zhuǎn)錄水平的正向調(diào)控，但是Th17主要以負性調(diào)控為主調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，來維持Th17的分化發(fā)育在T細胞亞群中的動態(tài)平衡，尤其在Th1/Th2及調(diào)節(jié)性 T細胞(regulatory T cell，Treg)/Th17間起著重要作用，有利于維護機體的免疫網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定和免疫自穩(wěn)，一旦免疫調(diào)控失衡，可能產(chǎn)生一系列自身免疫性疾病。

3．1 T-box轉(zhuǎn)錄因子和 c-Maf T-box轉(zhuǎn)錄因子(T-box transcription factor，T-bet)和 c-Maf(musculoaponeurotic fibrosarcoma)分別是參與Th1細胞分化IFN-γ表達和Th2細胞分化IL-4表達的重要轉(zhuǎn)錄因子［9］。早期研究Th17分化調(diào)控認為其獨立于Th1、Th2的作用，尤其是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控作用，但是T-bet及c-Maf缺陷小鼠的T細胞IL-17分泌增加，而c-Maf過表達小鼠T細胞IL-17分泌量減少，這表明T-bet和c-Maf參與了Th17的負調(diào)控作用，構(gòu)筑了 Th1、Th2、Th17三者間相互作用的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)［10］。Foxp3是Treg發(fā)育過程中的核心轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控初始性T細胞向Treg轉(zhuǎn)化，同時IL-2是TGF-β誘導初始型T細胞向Treg細胞分化發(fā)育的重要細胞因子。IL-2結(jié)合TGF-β通過下調(diào)IL-6R的表達來決定誘導型Treg的表型特點，同時也作用于IL-6，阻止其向Th17分化發(fā)育。因此，IL-2在Treg和Th17間起著積極的作用，并維持免疫穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)作用。IL-2的負調(diào)控機制主要是通過STAT5依賴型IL-2的調(diào)節(jié)，同時不能缺少E26轉(zhuǎn)錄因子(E26 transformation specific，Ets)的作用，從而抑制Th17的分化發(fā)育［11］。Ets-1在Th1分化發(fā)育的正向調(diào)節(jié)中起著重要作用，與T-bet相互作用或直接與IFN-γ的啟動子結(jié)合。最近有報道Ets-1缺陷的T細胞更容易向Th17分化［12］。這種結(jié)果普遍存在于體內(nèi)及體外試驗中，同時可以增加IL-6與TGF-β誘導IL-22和IL-23R mRNA水平的表達。然而，Ets-1并不能直接結(jié)合IL-17的啟動子，其調(diào)控IL-17的機制如何?Moisan等［12］研究認為Ets-1缺陷T細胞參加Th17的負調(diào)控與IL-2分泌減少有關(guān)，IL-2是IL-17分化過程中的一個負調(diào)控細胞因子。因此，Ets-1在Th17分化發(fā)育中的調(diào)節(jié)屬于間接負調(diào)控因子。

3．2 Foxp3 Foxp3是Treg發(fā)育過程中的核心轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控幼稚性T細胞向Treg轉(zhuǎn)化［13］。T細胞在TGF-β的誘導下上調(diào) Foxp3表達，F(xiàn)oxp3和RORγt在細胞中可以相互接觸，F(xiàn)oxp3的高表達可對RORγt產(chǎn)生抑制作用，從而阻止其向IL-l7分化發(fā)育。

3．3 STAT 在Th1/Th2的分化發(fā)育過程中，調(diào)節(jié)性細胞因子有選擇性地作用于STAT家族成員，從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。其中，STAT1下調(diào)IFN-γ，STAT4下調(diào)IL-12，從而調(diào)控Th1。在Th2的分化過程中，IL-4通過STAT6信號轉(zhuǎn)導來完成分化調(diào)節(jié)。但是，在Th17細胞的分化中都不是必需的，更進一步說明Th17不同于Th1/Th2的分化發(fā)育。較多研究認為STAT3在IL-6調(diào)節(jié)Th17細胞的過程中起重要作用［14］。一旦STAT3缺失，Th17細胞分泌的相關(guān)細胞因子都會不同程度地下降，同時證明其對轉(zhuǎn)錄因子 RORγt和RORα的表達也有一定影響。除STAT3與Th17基因結(jié)合外，很少發(fā)現(xiàn)其他基因與Th17基因結(jié)合，但是STAT3和RORγt的作用機制與IL-17和Foxp3的基因關(guān)系尚不清楚。Laurence等［15］研究表明，STAT5通過IL-2可以抑制Th17分化，IL-2通過活化轉(zhuǎn)錄因子STAT5對Th17的分化起負調(diào)控作用，而STAT3和STAT5是如何作用于Th17的分化調(diào)節(jié)的尚待研究。

3．4 IFN-γ 和 IL-4 IFN-γ 和 IL-4 分別是 Th1 和Th2分泌的最主要細胞因子，但在IL-17分化過程中起抑制作用［5］。在Th17的培養(yǎng)液中加入拮抗IL-4和IFN-γ的抗體可以促進Th17分化。有報道稱在人體中IFN-γ不但不抑制Th17的分化，反而促進Th17分化，這表明在小鼠和人類Th17分化過程中同一個細胞因子可能發(fā)揮不同的作用［16］。

4 Th17在自身免疫性心肌炎中的作用

4．1 Th17細胞在免疫性心肌炎中的作用 病毒性心肌炎與自身免疫性心肌炎的實驗方法、病因、病理類型等有著截然不同的表現(xiàn)，但是一旦病毒感染后誘導機體產(chǎn)生免疫損傷、免疫應答的過程與自身免疫性心肌炎的病理過程相似，產(chǎn)生心肌的炎癥損傷、心肌纖維化、心臟擴大，最終導致擴張性心肌病的病理結(jié)果也是一致的。Cihakova等［17］提出病毒性心肌炎中病毒感染是誘導心肌免疫損傷的一種免疫佐劑，其病理過程和自身免疫性心肌炎的機制和結(jié)局有較多的共性。因此，較多免疫因素在心肌炎中的作用機制的研究大多數(shù)集中在自身免疫性心肌炎的模型上，即使用肌球蛋白和免疫佐劑共同作用于小鼠足底誘導心肌炎的免疫防御和應答。許多研究者論證了IL-17在實驗性自身免疫性心肌炎中起著重要作用，并使用IL-17-Ig轉(zhuǎn)基因進行心肌炎的生物學治療［18］。我國學者在病毒性心肌炎模型及臨床上論證了IL-17在病毒誘導的體液免疫中起著重要作用，并使其中和抗體、治療心肌炎取得了一定效果［19，20］。最近研究表明［21］，IL-17A在急性自身免疫性心肌炎的病理過程中所起的作用較小，而在慢性心肌炎導致心肌病的病理過程中起著重要作用。但是需進一步了解IL-17在病毒性心肌炎中的急性和慢性過程中的作用機制及其靶點。同時，采用中和IL-17干預的方法對病毒性心肌炎中Th17細胞的誘導分化及功能的調(diào)控等機制進行探索，必將為病毒性心肌炎的發(fā)生、發(fā)展、臨床轉(zhuǎn)歸及免疫治療的新靶點提供實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

4．2 不同T細胞亞群分別在免疫性心肌炎中的作用研究 當病毒感染機體后，初始型CD4+T細胞分別向T輔助細胞不同亞型進行分化。最初的研究認為，病毒性心肌炎機體中CD4+T細胞向Th1分化增加，分泌IFN-γ以降低病毒復制，從而減少心肌炎性細胞的浸潤及炎癥損傷的加重，達到保護心肌細胞避免過度免疫損傷的作用。Th17細胞亞群在免疫性心肌炎中的作用日益受到關(guān)注。在自身免疫性心肌炎和病毒性心肌炎動物模型及人體外周血中Th17細胞明顯增加，并與心肌的損傷程度呈相關(guān)性，表明Th17細胞在心肌炎性反應及免疫損傷中具有重要作用。但是有學者認為Th1和Th17在免疫性心肌炎中的表達呈一致性，即IFN-γ+IL-17+T細胞在免疫性心肌炎中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。但Shi等［22］使用Treg干預病毒性心肌炎小鼠模型發(fā)現(xiàn)Treg在心肌炎中的保護作用是通過TGF-β-腺病毒受體介導的，因此，Th17和Treg細胞亞群在心肌炎中的作用機制及其相互作用有待于進一步研究。

4．3 Th17細胞調(diào)控心肌纖維化及心室重構(gòu)的作用機制 IL-17細胞不僅在自身免疫性心肌炎中作為促炎癥性T淋巴細胞亞群起著重要的作用，同時在心肌纖維化機制的影響方面也日益受到重視。其中主要通過調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)活性來影響細胞外基質(zhì)以進一步維持心室結(jié)構(gòu)和功能。較多研究認為，急性柯薩奇病毒誘導的病毒性心肌炎起始階段可引起MMP轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)［23］，如 MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13等，而這種上調(diào)的起始因子與促炎因子升高有關(guān)，如IL-1β、腫瘤壞死因子α、TGF-β等。因此，作為一種新型的Th17細胞亞群，其參與MMP/基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑1及膠原的合成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與上述的炎性因子密不可分。近期實驗研究表明，IL-17在病毒性心肌炎中主要通過MMP-2、MMP-9、基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑1、金屬肽酶含血小板反應蛋白基元1等表達上調(diào)，促進Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原分解代謝，參與心肌細胞外基質(zhì)降解與心室重構(gòu)的過程，進而導致心臟的炎癥損傷和心臟的擴大等病理改變［23］。這為Th17細胞在自身免疫性心肌炎心肌纖維化重構(gòu)中的作用奠定了理論基礎(chǔ)，也是對既往單純炎性細胞對心肌損傷概念的重要補充與擴展。

5 結(jié)語

IL-17是近年來受到廣泛關(guān)注的輔助性T細胞及炎性細胞因子家族中的重要成員。通過對Th17細胞在免疫性心肌炎的作用及機制研究，對IL-17有了更新的認識。IL-17不僅是一種促炎因子，而且IL-17在微生物感染和免疫調(diào)節(jié)、病毒復制和免疫調(diào)節(jié)、心肌纖維化和炎性細胞間的相互調(diào)節(jié)中具有重要意義，為進一步探索免疫性心肌炎的免疫學診斷和干預靶點奠定理論基礎(chǔ)。

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