王凱強(qiáng), 溫紅珠, 吳清遠(yuǎn), 鄭沁薇, 王孟然, 苑致維, 楊 丹, 郝微微

王凱強(qiáng), 鄭沁薇, 王孟然, 苑致維, 楊丹, 郝微微, 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市 200437

溫紅珠, 吳清遠(yuǎn), 郝微微, 上海市中醫(yī)藥研究院脾胃病研究所 上海市200032

核心提要: 在近幾年的實(shí)驗(yàn)研究中有大量證據(jù)表明炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)與輔助性T細(xì)胞17(T-helper cell 17, Th17)/調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cells,Tregs)平衡受損有關(guān), 且近來(lái)的動(dòng)物模型中人們發(fā)現(xiàn)了各種新穎的分子有利于重新塑造Th17/Treg的平衡.本文就將從它們?cè)谡{(diào)節(jié)Th17/Treg平衡中的作用以及對(duì)IBD的影響進(jìn)行論述.

0 引言

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一組病因及發(fā)病機(jī)制尚不十分明確的慢性非特異性腸道炎癥,主要包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(crohn's disease, CD)[1]; 其病因可能包括環(huán)境、感染、免疫和遺傳因素等.近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)腸黏膜免疫系統(tǒng)異常反應(yīng)在炎癥性腸病的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用, 其中輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17,Th17)/調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cells, Tregs)失衡與IBD密切相關(guān)已經(jīng)大量研究證實(shí); 而影響Th17/Treg平衡的因素主要包括以下5個(gè)方面: T細(xì)胞受體信號(hào)、共刺激信號(hào)、細(xì)胞因子信號(hào)、代謝水平和腸道菌群.本文將結(jié)合近年來(lái)的研究熱點(diǎn), 對(duì)上述5個(gè)因素及其對(duì)IBD的影響進(jìn)行概述.

1 Th17/Treg平衡

Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞均為CD4+T細(xì)胞的重要亞群.初始CD4+T淋巴細(xì)胞接受抗原信號(hào)的刺激, 在共刺激信號(hào)以及共刺激分子的共同作用下被活化, 在不同的條件下分化為不同的T淋巴細(xì)胞, 包括傳統(tǒng)的Th1、Th2型效應(yīng)細(xì)胞和輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17, Th17)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cells, Tregs).胸腺來(lái)源的Treg細(xì)胞稱(chēng)為tTreg細(xì)胞, 而外周組織中由抗原刺激T細(xì)胞分化出來(lái)的Treg細(xì)胞稱(chēng)為pTreg細(xì)胞, 其分化依賴(lài)于TGF-β的參與[2].初始CD4+T細(xì)胞在TGF-β的誘導(dǎo)下分化為T(mén)reg細(xì)胞, 在TGF-β和IL-6或IL-21的共同作用下分化為T(mén)h17細(xì)胞, Th17細(xì)胞產(chǎn)生IL-17, IL-22和IL-23, 募集中性粒細(xì)胞, 并在感染部位促進(jìn)炎癥.相反, Treg細(xì)胞在被同源抗原激活后發(fā)揮著負(fù)性免疫調(diào)節(jié)作用, 主要分泌IL-10、TGF-β等抗炎細(xì)胞因子, 抑制多種免疫細(xì)胞的活性, 從而抑制免疫應(yīng)答[3].

2 炎癥性腸病中的Th17/Treg平衡

Thl7和Treg細(xì)胞在分化上相互聯(lián)系, 在功能上相互抑制,共同維持著機(jī)體免疫微環(huán)境的平衡, 一旦這種平衡被打破, 多種自身免疫性疾病包括IBD就隨之發(fā)生[4].Th17細(xì)胞是炎癥性腸病的主要參與者, 研究發(fā)現(xiàn), 與正常組織相比, IBD患者的腸黏膜中Th17細(xì)胞大量浸潤(rùn), 并且由Th17細(xì)胞特異性分泌的細(xì)胞因子IL-17數(shù)量增加[5].而經(jīng)流式細(xì)胞術(shù)分析顯示, 在UC小鼠模型中, 小鼠外周血中同樣出現(xiàn)了Thl7細(xì)胞數(shù)量的上升[6].與Th17細(xì)胞相反,Treg細(xì)胞除了具有抑制自身免疫性疾病發(fā)生的能力, 同時(shí)還具有控制腸道炎癥的作用[7].在UC小鼠模型中, 小鼠外周血Treg細(xì)胞的數(shù)量下降[8], 而通過(guò)增加IL-10、TGF-β的分泌可以使小鼠腹瀉癥狀得到顯著改善[5], 故Treg細(xì)胞可能是通過(guò)調(diào)節(jié)IL-10、TGF-β以及其它抗炎因子的分泌來(lái)抑制腸道炎癥級(jí)聯(lián)和放大反應(yīng), 從而改善IBD的臨床癥狀[9].相關(guān)的臨床觀察和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示Treg細(xì)胞及其抑制機(jī)制對(duì)抑制自發(fā)性腸道炎癥至關(guān)重要[10,11], 因此Treg細(xì)胞缺陷可能是IBD發(fā)病機(jī)制的中心環(huán)節(jié)[12].

3 Th17/Treg細(xì)胞平衡的影響因素

3.1 T細(xì)胞受體信號(hào) 幼稚T細(xì)胞的激活需要接受來(lái)自T細(xì)胞受體(T cell receptor, TCR)的信號(hào).當(dāng)TCR與共受體CD4或CD8一起結(jié)合抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cell, APC)表面上的肽-MHC復(fù)合物時(shí), 會(huì)激活CD3鏈尾部于細(xì)胞質(zhì)中的基于免疫受體酪氨酸的活化基序(ITAM)[13], 之后通過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)最終激活幼稚T細(xì)胞.研究表明, 在Itk-/-細(xì)胞中衰減的TCR信號(hào)可以通過(guò)抑制Akt/mTOR途徑將幼稚T淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)優(yōu)先分化為T(mén)reg細(xì)胞而非Th17細(xì)胞[14], 從而調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡.此外, 在對(duì)活動(dòng)期UC患者體外黏膜T細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn), N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)可導(dǎo)致T細(xì)胞受體支鏈N-糖基化的增強(qiáng), 從而抑制Th1/Th17免疫應(yīng)答并減弱其細(xì)胞活性[15].

3.2 共刺激信號(hào) 共刺激分子是由參與適應(yīng)性免疫的免疫細(xì)胞表面所表達(dá)的不同共刺激分子及其受體相互結(jié)合而產(chǎn)生的.幼稚T細(xì)胞的激活和分化需要來(lái)自APC的共刺激信號(hào).APC表面上的共刺激分子B7.1(CD80)和B7.2(CD86)與幼稚T細(xì)胞上的CD28結(jié)合.CD28的細(xì)胞質(zhì)尾部含有信號(hào)分子的對(duì)接位點(diǎn), 其中膜近端YMNM基序與PI3K結(jié)合, 遠(yuǎn)端PYAP基序與Grb2和Lck結(jié)合[16].tTreg和pTreg細(xì)胞生成都需要共刺激信號(hào).多項(xiàng)研究表明, 缺乏CD28信號(hào)傳導(dǎo)的小鼠Treg數(shù)量減少或者喪失了抑制活性[17,18], 從而導(dǎo)致自身免疫性疾病的發(fā)生.然而, 有研究表明, 選擇性共刺激調(diào)節(jié)劑阿巴西普(abatacept)對(duì)中重度CD和UC患者無(wú)明顯作用[19].這可能與Treg細(xì)胞的抑制活性有關(guān)[20], 又或者阿巴西普未靶向的其他共刺激分子如OX40/OX40L可能在腸道炎癥中發(fā)揮了重要作用[21].

3.3 細(xì)胞因子 細(xì)胞因子是細(xì)胞分泌的具有多重生物活性的、采用自分泌與旁分泌作用方式的小分子蛋白和多肽.研究發(fā)現(xiàn)參與Th17/Treg平衡調(diào)節(jié)的細(xì)胞因子包括TGF-β、IL-6和IL23等[5,22].TGF-β作用于初始CD4+T細(xì)胞誘導(dǎo)Th17和Treg細(xì)胞發(fā)育, 而IL-6則在后續(xù)細(xì)胞增殖分化中起著關(guān)鍵作用.IL-6通過(guò)磷酸化和激活STAT3, 誘導(dǎo)Th17細(xì)胞特異性基因, 驅(qū)動(dòng)Th17細(xì)胞分化RORC、IL17和IL23R[22,23].另一方面, TGF-β和IL-2對(duì)于Treg細(xì)胞的分化是必需的, 同時(shí)IL-2信號(hào)傳導(dǎo)也是維持Treg細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要因素.有趣的是, 在IBD患者的腸道中, TGF-β高度產(chǎn)生但其介導(dǎo)的免疫抑制卻明顯受損.研究者發(fā)現(xiàn)這與Smad7有關(guān), Smad7是一種細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì), 可與TGF-β受體結(jié)合并抑制TGF-β1驅(qū)動(dòng)的Smad依賴(lài)性信號(hào)傳導(dǎo).有研究表明, 用特異性反義寡核苷酸沉默Smad7可恢復(fù)TGF-β1/Smad信號(hào)傳導(dǎo), 從而下調(diào)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生并改善小鼠的實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎[24].最新有關(guān)CD患者的研究顯示, 其結(jié)腸組織中腫瘤抑制因子(cylindromatosis, CYLD)的剪接形式增加, 而sCYLD可介導(dǎo)Smad7的泛素化和核轉(zhuǎn)位, 從而減少Treg細(xì)胞中TGF-β的信號(hào)傳導(dǎo)[25].此外有研究發(fā)現(xiàn)STAT3可通過(guò)下調(diào)Foxp3中TGF-β表達(dá)抑制Treg細(xì)胞分化[26].

3.4 代謝途徑 當(dāng)T細(xì)胞被TCR及共刺激分子等信號(hào)激活后, 細(xì)胞代謝由靜息狀態(tài)下的分解代謝(異化作用)轉(zhuǎn)變成為合成代謝(同化作用).這主要是因?yàn)槌跏糡細(xì)胞所需的能量?jī)H用于維持自身代謝平衡, 而活化的效應(yīng)T細(xì)胞則需要大量的能量及生物原料進(jìn)行增殖分化, 形成新一代的子細(xì)胞.靜息狀態(tài)下初始T細(xì)胞的無(wú)氧酵解代謝活性降低, 主要通過(guò)葡萄糖的有氧氧化或脂肪酸氧化來(lái)產(chǎn)生ATP[27,28].細(xì)胞一旦被激活后, 體積明顯增大, 并且對(duì)葡萄糖的利用從原先的有氧氧化途徑向糖酵解途徑轉(zhuǎn)變.在這過(guò)程中, 一些細(xì)胞因子如IL-2和共刺激分子CD28可以引起PI3K介導(dǎo)的AKT通路的激活, 激活的AKT可以引起mTOR信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo), 從而促進(jìn)氨基酸和葡萄糖代謝[29].通過(guò)檢測(cè)mTOR, 我們可以發(fā)現(xiàn)代謝重編程對(duì)T細(xì)胞分化和功能的影響.當(dāng)幼稚T細(xì)胞被激活時(shí), mTOR會(huì)被激活并作為調(diào)節(jié)T細(xì)胞分化和功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[30].研究發(fā)現(xiàn)在離體培養(yǎng)細(xì)胞和人類(lèi)移植模型中, 雷帕霉素(一種mTOR抑制劑)可將Th17/Treg平衡轉(zhuǎn)向Tregs[31].另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)AZD8055(一種mTOR抑制劑)能抑制UC小鼠的CD4+T、CD8+T細(xì)胞的增殖和Th1、Th17細(xì)胞的分化, 從而促進(jìn)Treg細(xì)胞生成, 并通過(guò)調(diào)節(jié)T輔助細(xì)胞極化和增殖發(fā)揮抗炎作用[32].另一項(xiàng)研究亦發(fā)現(xiàn)mTOR抑制劑INK128可能通過(guò)調(diào)節(jié)骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞來(lái)促進(jìn)Treg細(xì)胞生成從而減弱DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[33].

3.5 腸道菌群 腸道微生物是指定植于腸道內(nèi)各種微生物的組合, 近年來(lái)的研究表明菌群失調(diào)可能與IBD相關(guān).如在無(wú)菌飼養(yǎng)和使用抗生素的條件下, 腸道的Th17細(xì)胞顯著降低[34].還有研究發(fā)現(xiàn)某些腸道菌群能驅(qū)動(dòng)Th17/Treg細(xì)胞平衡的轉(zhuǎn)化, 如分段絲狀菌、脆弱擬桿菌等[35].分段絲狀菌(SFB)可通過(guò)誘導(dǎo)腸道中Th17細(xì)胞的分化產(chǎn)生自身免疫性炎癥[36,37].脆弱擬桿菌可通過(guò)釋放多糖A(PSA), 可促進(jìn)Foxp3+Treg細(xì)胞生成從而緩解實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎癥狀[38].雖然腸道菌群如何在腸道中誘導(dǎo)Treg/Th17細(xì)胞分化的機(jī)制目前尚不明確, 但微生物代謝物在觸發(fā)Treg細(xì)胞分化中的作用正變得越來(lái)越清晰[36].現(xiàn)認(rèn)為腸道菌群所產(chǎn)生的短鏈脂肪酸Clostridales可誘導(dǎo)Treg細(xì)胞分化[37,39].有實(shí)驗(yàn)表明SCFAs(短鏈脂肪酸)的口服給藥通過(guò)誘導(dǎo)G蛋白受體(GPR)15促進(jìn)Treg細(xì)胞向結(jié)腸運(yùn)輸[40],從而將Th17/Treg平衡傾向于Th17細(xì)胞.

4 結(jié)論

Th17/Treg失衡在IBD的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用.Th17/Treg平衡主要受到TCR信號(hào)、共刺激信號(hào)、細(xì)胞因子信號(hào)、代謝水平和腸道菌群等因素的影響, 目前已有研究證實(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)這些影響因素, 進(jìn)而恢復(fù)Th17/Treg失衡, 從而治療IBD, 這些研究結(jié)果為IBD的治療提供了新的方向.但是目前研究多在動(dòng)物模型層面,未來(lái)需要開(kāi)展更多高質(zhì)量的臨床研究進(jìn)一步探討調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡影響因素治療IBD的有效性及安全性.