IL-21/IL-21R信號在IBD病變形成機(jī)制中作用的研究進(jìn)展

姜雪峰,賈 楠，牛譯晨,2，岳 丹,3，王媛媛，張曉清，孫 遜*

(1.中國醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 免疫學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110122；2．中國醫(yī)科大學(xué) 第一臨床學(xué)院，遼寧 沈陽 110122；3.中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 檢驗(yàn)科，遼寧 沈陽 110004；4.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院 麻醉科，遼寧 沈陽 110032)

炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease，IBD)是一種特殊的慢性炎癥性腸道疾病，包括克羅恩氏病(Crohn′s disease,CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)，其病因和發(fā)病機(jī)制尚不明確，普遍認(rèn)為是由多種因素相互作用導(dǎo)致的，如：腸黏膜免疫調(diào)節(jié)異常、持續(xù)性腸道感染、腸黏膜屏障缺損、遺傳和環(huán)境因素[1]。研究表明，腸黏膜固有性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答共同參與IBD的病變形成過程，腸黏膜異常的免疫應(yīng)答是引起黏膜組織損傷的重要原因。研究發(fā)現(xiàn)，CD主要由Th1和Th17細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子介導(dǎo)，UC主要由Th2細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子和NKT細(xì)胞介導(dǎo)。同時調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulator Tcells，Treg)介導(dǎo)的免疫應(yīng)答在調(diào)節(jié)IBD患者適應(yīng)性免疫應(yīng)答、介導(dǎo)其炎癥發(fā)生發(fā)展過程中亦發(fā)揮重要作用[2]。此外，還有研究表明B細(xì)胞同樣參與IBD的發(fā)生[3]。近年來，臨床研究發(fā)現(xiàn)在IBD患者血清中IL-21蛋白水平異常升高，暗示IL-21/IL-21R信號可能在IBD的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用[4]。本文將針對IL-21/IL-21R信號在IBD病變形成機(jī)制中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 IL-21/IL-21R的生物學(xué)特點(diǎn)

IL-21是γ鏈細(xì)胞因子家族成員之一,是一種多效性的I型細(xì)胞因子，主要來源于濾泡輔助性T(T follicular helper,TFH)細(xì)胞和Th17細(xì)胞等CD4+T細(xì)胞亞群[5]，還可以由自然殺傷T細(xì)胞(natural killer T cell，NKT)和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生[6]。IL-21受體 (IL-21 receptor,IL-21R)是一個由IL-21R亞單位和γ鎖(γ-chain)組成的復(fù)合體，其中IL-21R亞單位為配體識別結(jié)合部位,γ-chain為信號傳導(dǎo)單位[7]。IL-21R主要表達(dá)在T細(xì)胞、B細(xì)胞、NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞表面[8]。IL-21與IL-21Rα/γ鏈結(jié)合后，通過活化JAK1/JAK3路徑，激活信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)通路,以及部分激活 STAT1、STAT5a和 STAT5b。此外,IL-21R信號還可觸發(fā)激活磷脂酰肌醇激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/ Akt和促細(xì)胞分裂原活化蛋白激酶(motigen-activated proteinkinase,MAPK)信號通路,進(jìn)而在介導(dǎo)細(xì)胞增殖中發(fā)揮重要作用[9]。

2 IL-21/IL-21R的生物學(xué)功能

IL-21對多種細(xì)胞產(chǎn)生影響，包括CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)[9-10]等。IL-21可增強(qiáng)IL-23R信號介導(dǎo)的Th17細(xì)胞的增殖和生存維持；反之，IL-21R信號缺失將明顯抑制小鼠CD4+T細(xì)胞表面IL-23R的表達(dá)[11]。在抗原提呈過程中，TFH細(xì)胞能產(chǎn)生高水平的IL-21，同時IL-21能促進(jìn)TFH的表面標(biāo)志趨化因子受體5(CXCR5)的表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)TFH細(xì)胞分泌IL-21[12]，兩者相互促進(jìn)。DC可以重新激活TFH細(xì)胞的記憶功能產(chǎn)生高水平的IL-21。因此，TFH細(xì)胞能在再次免疫應(yīng)答中快速強(qiáng)效地為B細(xì)胞提供輔助信號[13]。有研究報(bào)道，IL-21可抑制T細(xì)胞Foxp3的表達(dá),進(jìn)而抑制Treg細(xì)胞的分化，從而起到抗腫瘤作用[14、15]。另有研究報(bào)道,外源性IL-21重組蛋白可顯著抑制IL-21KO小鼠Foxp3的表達(dá)[16]。這說明腫瘤免疫細(xì)胞高表達(dá)內(nèi)源性IL-21可增強(qiáng)外源性IL-21對局部Treg細(xì)胞分化的抑制作用。然而，缺少外源性IL-21的參與,TGF-β刺激后的IL-21KO小鼠和野生型小鼠Treg細(xì)胞的Foxp3表達(dá)水平無顯著差異。IL-21是作用于B細(xì)胞的一類免疫抑制因子,可以抑制B細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞亞群的增殖，也可能在調(diào)節(jié)B細(xì)胞腫瘤發(fā)生方面起到作用[17-18]。IL-21具有誘導(dǎo)凋亡的能力，在IL-21R基因敲除鼠中B細(xì)胞對IL-21介導(dǎo)的凋亡或抗增殖信號無敏感性[19]。IL-21可介導(dǎo)鼠祖B細(xì)胞內(nèi)STAT1和STAT3的磷酸化，其中STAT1作為一種腫瘤抑制因子，該基因缺失后可導(dǎo)致小鼠對腫瘤的易感性明顯增加。IL-21也是B細(xì)胞分泌IgG1的重要調(diào)節(jié)因子,IL-21喪失反應(yīng)性會導(dǎo)致內(nèi)源性B細(xì)胞功能缺陷,進(jìn)而廣泛影響多種免疫球蛋白的合成。另有報(bào)道顯示，IL-21可上調(diào)IgG1,抑制IgE的合成，所以在IL-21R基因缺失小鼠中IgE分泌水平顯著升高,而在IL-4、IL-21R缺失小鼠中IgE沒有任何上調(diào),說明IgE的合成依賴于IL-4/IL-21信號通路[20]。

3 IL-21與炎癥性腸病

Monteleone等[21]發(fā)現(xiàn)在CD或UC患者的炎癥性腸組織中IL-21的分泌明顯增加，IL-21通過對多種細(xì)胞的靶向作用加重腸炎的嚴(yán)重程度。例如，IL-21可通過抑制Treg細(xì)胞分化，并發(fā)增強(qiáng)Th17細(xì)胞分化及相關(guān)細(xì)胞因子的合成，進(jìn)而促進(jìn)IBD的發(fā)生發(fā)展。IL-21主要由抗原活化的CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生。IL-21的缺乏可導(dǎo)致早發(fā)性IBD的發(fā)生，說明IL-21參與炎癥早期腸道黏膜固有免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答，并發(fā)揮重要調(diào)控作用。同時，IL-21KO小鼠對于Th1/Th17細(xì)胞介導(dǎo)的腸道炎癥易感性顯著降低。由此可見，IL-21/IL-21R信號可能通過上調(diào)腸黏膜固有層Th1/Th2/Th17細(xì)胞應(yīng)答，從而參與IBD的病變形成，并扮演重要的炎癥誘導(dǎo)作用。

大量證據(jù)支持腸道過度產(chǎn)生IL-21對宿主有害的結(jié)論。在葡聚糖硫酸鈉(DSS)和三硝基苯磺酸(TNBS)誘導(dǎo)的野生型小鼠腸炎模型中IL-21分泌增加，而IL-21KO小鼠炎癥程度減輕，同時IL-21KO小鼠與Th17細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞因子分泌顯著下降，如IL-17A和IL-17F[11]。DSS誘導(dǎo)的腸炎模型中，IL-21R/Fc與IL-21結(jié)合防止其表面受體激活，野生型小鼠炎癥減輕，說明IL-21有促炎作用。類似的情況出現(xiàn)在人類IBD的研究中[22]，刺激腸黏膜T細(xì)胞上IL-21的表達(dá)會增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子的激活(即STAT3、STAT4和T-bet)和IFN-γ、IL-21本身標(biāo)記的合成。以上數(shù)據(jù)說明，IL-21能夠增強(qiáng)腸道中Th1和Th17細(xì)胞的免疫應(yīng)答。但是最近有一項(xiàng)研究表明IL-21基因的純合子突變與普通變量相關(guān)聯(lián)免疫缺陷樣B細(xì)胞導(dǎo)致人類早發(fā)性炎癥性腸病[23]。此外，Yeste等[24]也通過實(shí)驗(yàn)得出IL-21通過STAT3、ROR-γt和芳香烴受體路徑誘導(dǎo)黏膜T細(xì)胞產(chǎn)生IL-22，從而保護(hù)免疫缺陷小鼠免受DSS誘導(dǎo)的腸炎。

研究顯示IL-21可以抑制Foxp3+Tregs應(yīng)答加重腸炎[25],但最新研究表明在DSS誘導(dǎo)腸炎的mIL-21iso-Tg小鼠中Treg細(xì)胞應(yīng)答上調(diào)[26]。有研究發(fā)現(xiàn)，在IL-21RKO小鼠中DSS誘導(dǎo)腸炎后Treg細(xì)胞明顯下降。IL-21的調(diào)節(jié)抑制了IL-2的產(chǎn)生，進(jìn)而間接降低了Treg細(xì)胞的生存能力[27]。由于IL-21/IL-21R信號的缺失，可能有另一個細(xì)胞因子影響了Treg細(xì)胞的生存能力。IL-21具有免疫抑制力，因?yàn)樗梢哉T導(dǎo)初始CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞和B細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[28]。Th1或Th17細(xì)胞在IL-21存在的情況下也可以產(chǎn)生高水平的IL-10，然后IL-21通過T-調(diào)節(jié)型1(T-regulatory type 1，Tr1)細(xì)胞的免疫抑制力誘導(dǎo)IL-10的產(chǎn)生。

TFH細(xì)胞是效應(yīng)性CD4+T細(xì)胞亞群，存在于B淋巴濾泡中,其主要特征是組成性表達(dá)CXCR5 和高水平表達(dá)ICOS，IL-21是其主要的效應(yīng)因子，為B細(xì)胞的分化和活化過程提供輔助。在以DSS誘導(dǎo)的炎癥性腸病動物模型中，用TFH細(xì)胞特異性膜表面分子ICOS、CXCR5、CD40L為標(biāo)記，結(jié)合其特異性細(xì)胞因子Bcl-6 以及相關(guān)細(xì)胞因子IL-21的表達(dá)檢測，發(fā)現(xiàn)小鼠中TFH細(xì)胞的上述標(biāo)記分子均顯著降低，提示TFH的比例及活性在此模型中均顯著降低，說明TFH可能參與了UC的免疫調(diào)節(jié)過程。同時研究發(fā)現(xiàn)，TFH細(xì)胞在TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠體內(nèi)顯著上調(diào)[29],所以TFH 細(xì)胞比例和功能的異常變化在IBD 發(fā)病過程中的作用需進(jìn)一步探討。

4 展 望

L-21/IL-21R信號在IBD腸黏膜免疫應(yīng)答及腸道穩(wěn)態(tài)的維持中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，但其生物學(xué)功能具有復(fù)雜性和多樣性。目前有關(guān)IL-21/IL-21R信號轉(zhuǎn)導(dǎo)對腸道炎癥發(fā)生發(fā)展的相關(guān)研究仍然存在“促炎”和“抑炎”兩種截然不同的觀點(diǎn)。這可能與IBD疾病類型和實(shí)驗(yàn)對象基因背景不同相關(guān)。因此，IL-21/IL-21R信號在IBD中的作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究，以期為IBD臨床免疫生物學(xué)治療提供新的靶點(diǎn)。