向茂翠 王 瑜 （安徽理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)系，淮南 232001）

白細(xì)胞介素-21（interleukin-21，IL-21）是γ 鏈細(xì)胞因子家族的新成員，主要由活化的T 細(xì)胞產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)IL-21 在各種細(xì)胞和組織中廣泛表達(dá)，并通過(guò)不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與靶細(xì)胞結(jié)合發(fā)揮不同的生物學(xué)功能。IL-21亦是一種多效性細(xì)胞因子，在先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)中起重要作用，是自身免疫性疾病發(fā)展的關(guān)鍵部分［1］。同時(shí)，IL-21 在抗腫瘤、抗病毒以及炎癥反應(yīng)中也發(fā)揮重要作用。

1 IL-21及其受體

IL-21 是PARRISH 等［2］在2000 年發(fā)現(xiàn)的Ⅰ型細(xì)胞因子家族中IL-2 亞家族的新成員，與IL-2 在結(jié)構(gòu)和功能上具有同源性。IL-21 是由162 個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，形成一個(gè)14 kD 的四束α 螺旋的三維結(jié)構(gòu)。人IL-21與小鼠IL-21有63%的序列同源性。

OZAKI 等［3］在2000 年通過(guò)克隆等方法鑒定出一種Ⅰ型細(xì)胞因子受體，后來(lái)被PARRISH 等［2］稱為IL-21 受體（IL-21 receptor，IL-21R）。IL-21R 是一種由共同γ 鏈（γc 或CD132）和特異性IL-21 受體鏈（IL-21Rα 或CD360）組成的異二聚體復(fù)合物［4］。所以，IL-21 的功能性受體是IL-21Rα+γc 的復(fù)合物［5］。IL-21R主要在T細(xì)胞、NK細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）和巨噬細(xì)胞上表達(dá)，IL-21 通過(guò)與IL-21R結(jié)合，調(diào)節(jié)T、B 細(xì)胞的增殖和分化，影響T 細(xì)胞、漿細(xì)胞和生發(fā)中心細(xì)胞的功能［6］。

2 IL-21的信號(hào)通路

ROZO 等［7］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ROCK2 可以通過(guò)RhoA-ROCK 途徑介導(dǎo)IL-21 的分泌。同時(shí)，干擾素調(diào)節(jié)因子家族的成員IRF4（interferon regulatory fac?tor 4）通過(guò)ROCK2 的磷酸化來(lái)促進(jìn)IL-21 和IL-17 的高度表達(dá)［8］。Th17 細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子Maf 也可以上調(diào)IL-21 的轉(zhuǎn)錄［9］。此外，IL-6、IL-7 以及IL-15 也可以誘導(dǎo)IL-21 的表達(dá)。鈣離子信號(hào)與活化的T 細(xì)胞核因子（nuclear factor of activated T cell，NFAT）結(jié)合也可以誘導(dǎo)IL-21 的產(chǎn)生［10］。結(jié)果表明IL-21 受多種因素的調(diào)節(jié)，主要由RhoA-ROCK 和NFAT 途徑分泌。

與其他γc 細(xì)胞因子相似，IL-21 與IL-21Rα/γc復(fù)合物結(jié)合激活下游的信號(hào)通路（如圖1）。包括JAK-STAT 途徑、PI3K-AKT 途徑和MAPK 途徑［11］。其中，JAK-STAT 信號(hào)通路的激活與炎癥疾病和癌癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)［12-13］。IL-21 誘導(dǎo)JAK1 和JAK3的磷酸化，隨后在酪氨酸510（Y510）的調(diào)節(jié)下促進(jìn)STAT1 和STAT3 的磷酸化，然后STAT3 與IFN-γ 激活序列（gamma-interferon activation site，GAS）結(jié)合，最終調(diào)節(jié)IL-21 的應(yīng)答基因表達(dá)，如Bcl-6（B cell lymphoma 6）、Blimp-1（B lymphocyte-induced matura?tion protein-1）等［14］。STAT3 不僅作為IL-21 的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)元件，也可以直接與IL-21 的啟動(dòng)子結(jié)合，調(diào)控IL-21 的應(yīng)答基因［15］。此外，IL-21 誘導(dǎo)STAT3 的激活在B 細(xì)胞和T 細(xì)胞的增殖分化中起重要作用［16］。青蒿素類(lèi)似物SM934 可以干擾IL-21 和STAT3 的活化，通過(guò)阻止STAT3 的激活抑制IL-21 介導(dǎo)的下游信號(hào)通路和IL-21的分泌［17］。PI3K-AKT 和MAPK 信號(hào)通路參與IL-21依賴的細(xì)胞活化和增殖效應(yīng)。

圖1 IL-21下游的信號(hào)通路Fig.1 Signal pathway downstream of IL-21

3 IL-21對(duì)免疫細(xì)胞的影響

IL-21 在調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的發(fā)育和功能中起關(guān)鍵作用，IL-21 可以誘導(dǎo)CD4+T 細(xì)胞增殖分化為T(mén)fh 和Th17 細(xì)胞，抑制Treg 細(xì)胞的分化、增強(qiáng)NK 細(xì)胞和CD8+T 細(xì)胞的細(xì)胞毒作用；IL-21 能調(diào)節(jié)B 細(xì)胞產(chǎn)生IgG和促進(jìn)DC的功能［18］。

3.1 IL-21 與CD4+T 細(xì)胞 在T 細(xì)胞靜息狀態(tài)下，IL-21R 的mRNA 水平表達(dá)較低，但在受到刺激后mRNA 表達(dá)迅速升高［10］。CD4+T 細(xì)胞在受到刺激后可以分化為不同的細(xì)胞亞群，包括Th1、Th2、Th17、Treg 和Tfh 細(xì)胞，這些細(xì)胞的平衡受各種細(xì)胞因子的影響，IL-21 可以促進(jìn)Th2、Th17 和Tfh 細(xì)胞的生成，同 時(shí) 抑 制Th1 和Treg 細(xì) 胞 的 發(fā) 育［19］。其 中，IL-21既可以直接作用于Treg細(xì)胞抑制其增殖，也可以間接抑制非Treg 細(xì)胞產(chǎn)生IL-2 從而損害Treg 細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)［20］。IL-21 與IL-6 協(xié)同作用可以促進(jìn)Th17細(xì)胞的發(fā)育，而Tfh 細(xì)胞的分化依賴于IL-21 激活的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Bcl-6［21］。然而，近年來(lái)有研究報(bào)道在缺乏IL-21 及其受體時(shí)也可以產(chǎn)生Th17 和Tfh 細(xì)胞［22-23］。以上研究數(shù)據(jù)表明CD4+T細(xì)胞亞群對(duì)IL-21也可能是非依賴性的。因此，IL-21 在不同的CD4+T細(xì)胞亞群中發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。

3.2 IL-21 與CD8+T 細(xì) 胞 與IL-21 對(duì)CD4+T 細(xì) 胞的作用相似，IL-21 在CD8+T 細(xì)胞亞群的增殖、分化、功能和存活中也有不同的作用。當(dāng)機(jī)體受到感染時(shí)，其他分化因子作用有限，此時(shí)IL-21 具有更重要的作用［21］。在急性感染時(shí)，IL-21 對(duì)CD8+T 細(xì)胞的影響是病原體依賴性的，通常是有限的。比如，急性淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)膜腦膜炎病毒感染后，效應(yīng)CD8+T細(xì)胞和記憶CD8+T 細(xì)胞的發(fā)育在很大程度上與IL-21無(wú)關(guān)［24］。然而在慢性病毒感染時(shí)IL-21對(duì)特異性CD8+T 細(xì)胞的啟動(dòng)又是必需的［25］。說(shuō)明IL-21 在不同條件下，對(duì)于不同細(xì)胞的作用也不同。所以抗原信號(hào)的強(qiáng)弱、不同的炎癥感染以及靶細(xì)胞不同的分化都可能影響IL-21在CD8+T細(xì)胞中的作用。

3.3 IL-21 與B 細(xì)胞 B 細(xì)胞在體液免疫應(yīng)答中具有不可替代的作用，體液免疫應(yīng)答是一個(gè)復(fù)雜的免疫過(guò)程，其中包括B 細(xì)胞受體的抗原識(shí)別、抗原提呈、細(xì)胞因子的分泌、抗體的產(chǎn)生等。IL-21 是B 細(xì)胞調(diào)控中重要的細(xì)胞因子。IL-21R 在原始生發(fā)中心的B 細(xì)胞上表達(dá)，但在活化的B 細(xì)胞上表達(dá)更高［26］。IL-21 對(duì)B 細(xì)胞的增殖、分化、成熟和凋亡均具有積極和消極的作用，其關(guān)鍵依賴于激活的信號(hào)以及不同的協(xié)同刺激［10］。此外，IL-21 是Bcl-6 和Blimp-1 的激動(dòng)劑，其中Blimp-1 是介導(dǎo)B 細(xì)胞向漿細(xì)胞極化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，同時(shí)也能夠促進(jìn)B 細(xì)胞亞群的分化［27］?？傊?，IL-21 在調(diào)節(jié)B 細(xì)胞的發(fā)育和凋亡中發(fā)揮重要的作用。

3.4 IL-21 與NK 細(xì)胞 眾所周知，NK 細(xì)胞是天然免疫系統(tǒng)的主要淋巴細(xì)胞亞群，在抗病毒和抗腫瘤反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。IL-21 除作用于獲得性免疫細(xì)胞外，還作用于NK 細(xì)胞和DC 等天然免疫細(xì)胞［10］。與其他細(xì)胞因子相似，IL-21通過(guò)JAK-STAT、PI3K 以及MAPK 途徑誘導(dǎo)NK 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，增強(qiáng)NK 細(xì)胞的效應(yīng)活性［28］。研究發(fā)現(xiàn)，IL-21 在小鼠和人類(lèi)NK 細(xì)胞中表現(xiàn)出不同的作用：在小鼠模型中，IL-21促進(jìn)IL-2或者IL-15誘導(dǎo)的小鼠NK細(xì)胞的活化，增強(qiáng)其細(xì)胞毒作用。單獨(dú)使用IL-21 時(shí)，能抑制NK 細(xì)胞增殖的同時(shí)卻誘導(dǎo)NK 細(xì)胞的激活和成熟［29］；在人類(lèi)NK 細(xì)胞中，IL-21 促進(jìn)NK 細(xì)胞的增殖和成熟，通過(guò)上調(diào)NK細(xì)胞表面受體NKG2A、穿孔素和顆粒酶的表達(dá)增強(qiáng)NK 細(xì)胞的細(xì)胞毒作用［30］。此外，IL-21與IL-15協(xié)同作用可以增強(qiáng)NK細(xì)胞的效應(yīng)功能［2］。

3.5 IL-21 與DC DC 是一種重要的抗原提呈細(xì)胞（antigen presenting cells，APC），通過(guò)表面主要組織相容性復(fù)合物（major histocompatibility complex，MHC）呈遞抗原［31］。BRANDT 等［32］的實(shí)驗(yàn)表明，在體外IL-21 的存在下，IL-21 可以直接抑制骨髓產(chǎn)生的DC 成熟，成熟標(biāo)志物MHCⅡ的表達(dá)減少，導(dǎo)致抗原提呈也減少，進(jìn)而限制抗原特異性T細(xì)胞的應(yīng)答。

4 IL-21與疾病

4.1 IL-21 與腫瘤 IL-21 在腫瘤的發(fā)展中具有雙重作用，與腫瘤的類(lèi)型和分期等有關(guān)。腫瘤由癌細(xì)胞和浸潤(rùn)細(xì)胞組成，構(gòu)成了腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME），TME 中的細(xì)胞可以表達(dá)IL-21R［4］。

研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸炎和結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)腸癌（coli?tis-associated colon cancer，CAC）的小鼠模型中，IL-21的表達(dá)高于對(duì)照組［33］。同時(shí)，CAC 小鼠結(jié)腸癌與健康組織比較，IL-21 在腫瘤中的表達(dá)顯著增加。SIMONE 等［34］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，IL-21 主要通過(guò)浸潤(rùn)的T細(xì)胞調(diào)節(jié)產(chǎn)生IFN-γ和IL-17A，導(dǎo)致效應(yīng)T細(xì)胞的活性和炎癥信號(hào)增加，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，當(dāng)IL-21 基因敲除時(shí)可使腫瘤的發(fā)生率和腫瘤的體積顯著降低。以上數(shù)據(jù)表明IL-21 在促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。另一方面，在BHATT等［35］的研究中發(fā)現(xiàn)，IL-21 可以誘導(dǎo)套細(xì)胞淋巴瘤（mantle cell lymphoma，MCL）細(xì)胞系和原發(fā)性腫瘤細(xì)胞的死亡，并延長(zhǎng)攜帶相同基因MCL 小鼠的生存時(shí)間。此外，MCL 是一種對(duì)化療有抵抗力的B 細(xì)胞淋巴瘤，這與IL-21在抗腫瘤中的應(yīng)用密切相關(guān)［36］。

IL-21作為免疫治療細(xì)胞因子正在被廣泛研究。在癌癥治療中IL-21 作用的結(jié)果并不全是有效的。在結(jié)腸癌中，IL-21 通過(guò)炎癥反應(yīng)促進(jìn)腫瘤的發(fā)展，而在血液腫瘤中，IL-21 增強(qiáng)效應(yīng)T 細(xì)胞和NK 細(xì)胞的細(xì)胞毒作用誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的死亡。

免疫治療已經(jīng)成為癌癥治療中一種很有前途的治療手段，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)嵌合抗原修飾的T 細(xì)胞（chimeric antigen receptor-T，CAR-T）在治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤方面取得了巨大的成果，但在實(shí)體腫瘤治療中則受到限制［37-38］。CAR-T 是一種新型且有效的腫瘤免疫療法，以非MHC限制的方法特異性識(shí)別腫瘤細(xì)胞上的抗原［39］。為了進(jìn)一步提高CAR-T細(xì)胞治療腫瘤的效果，BATRA等［40］的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-21的表達(dá)能夠促進(jìn)CAR-T 的增殖和增強(qiáng)抗腫瘤的活性。此外，在T 細(xì)胞介導(dǎo)的淋巴瘤和神經(jīng)母細(xì)胞淋巴瘤的小鼠模型中，共表達(dá)IL-21 或IL-15 的CAR-T細(xì)胞抑制腫瘤的結(jié)果明顯好于單獨(dú)表達(dá)CAR-T 細(xì)胞［41-42］。WANG 等［43］的 實(shí) 驗(yàn) 將IL-4 受 體 外 域 與IL-21 受體內(nèi)域融合構(gòu)成了嵌合開(kāi)關(guān)受體（chimeric switch receptors，CSR），即IL-4/IL-21 ICR（interted cytokine receptor），結(jié)果發(fā)現(xiàn)IL-4/IL-21 ICR 在免疫抑制實(shí)體瘤微環(huán)境中可以提高CAR-T 細(xì)胞的活性。但是該結(jié)果受到免疫缺陷小鼠模型的限制，由于IL-21 與T 細(xì)胞內(nèi)其他細(xì)胞因子的協(xié)同作用，IL-4/IL-21 ICR 在免疫活性和臨床實(shí)驗(yàn)中是否能達(dá)到預(yù)期效果，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明。以上數(shù)據(jù)表明，IL-21可能成為下一代CAR-T細(xì)胞的新靶點(diǎn)。目前，IL-21 在許多腫瘤中作為治療靶點(diǎn)的潛在作用仍在繼續(xù)研究中，尤其在抗腫瘤治療方面。

4.2 IL-21 與高血壓 高血壓是慢性炎癥性疾病，與主動(dòng)脈膠原沉積增加、血管平滑肌細(xì)胞肥大和微血管內(nèi)皮功能障礙有關(guān)。在炎癥過(guò)程中先天性和適應(yīng)性免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受損的組織間隙并在此聚集，同時(shí)免疫細(xì)胞釋放細(xì)胞因子［44］。IL-21在炎癥疾病中的作用主要是通過(guò)阻斷IL-21R 得以證明［45］。盡管已有治療高血壓的藥物，但仍有許多高血壓患者血壓不能得到有效控制。

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，IL-17、IFN-γ、IL-21、IL-6 等細(xì)胞因子均促進(jìn)高血壓的發(fā)展［46］。其中IL-17、IL-21由TH17 細(xì)胞產(chǎn)生，IL-21 的研究較少。DALE 等［47］的研究發(fā)現(xiàn)IL-21 可能通過(guò)調(diào)節(jié)Th17、Th1 以及Treg細(xì)胞的平衡在高血壓中發(fā)揮作用。該實(shí)驗(yàn)qRTPCR 結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比血管緊張素Ⅱ（angio?tensin-Ⅱ，AngⅡ）誘導(dǎo)的高血壓模型中CD4+T 細(xì)胞的IL-21 mRNA 表達(dá)增加。敲除IL-21 基因時(shí)可使AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓模型中主動(dòng)脈膠原沉積顯著減少。此外，在抗IL-21 治療中可以降低血壓，同時(shí)內(nèi)皮功能障礙和血管炎癥也得到緩解。也證明了IL-21對(duì)血管壁有直接的損害作用，這與T、B 細(xì)胞的改變無(wú)關(guān)。

KORN 等［48］研究表明IL-21 與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）結(jié)合可以誘導(dǎo)Th17 細(xì)胞產(chǎn)生IL-17，IL-21 的分泌可以進(jìn)一步促進(jìn)Th17細(xì)胞產(chǎn)生更多的IL-21和IL-17。研究表明IL-21和產(chǎn)生IL-21 的細(xì)胞是治療高血壓以及血管并發(fā)癥的有效靶點(diǎn)［47］。

最近研究發(fā)現(xiàn)，高血壓與IL-17A 和IFN-γ 的增加有關(guān)，細(xì)胞因子通過(guò)調(diào)節(jié)腎鈉轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、血管纖維化和內(nèi)皮功能發(fā)揮重要作用［49-51］。DALE 等［47］的研究發(fā)現(xiàn)IL-21 的缺失抑制高血壓誘導(dǎo)的T 細(xì)胞產(chǎn)生IL-17 和IFN-γ。此外，高血壓還與Tfh 細(xì)胞增多有關(guān)，IL-21主要是由Tfh細(xì)胞產(chǎn)生的。綜上，以上數(shù)據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明IL-21 在高血壓中的作用，抑制或減少I(mǎi)L-21 的分泌可能是治療高血壓及其并發(fā)癥的一種新的治療策略。

4.3 IL-21 與纖維化 系統(tǒng)性硬化（systemic sclero?sis，SSc）是以皮膚和內(nèi)臟纖維化為特征的結(jié)締組織疾病，包括皮膚、肺以及其他內(nèi)臟器官。纖維化是組織修復(fù)過(guò)程中失調(diào)的結(jié)果，幾乎影響所有重要的器官，目前沒(méi)有有效的治療方法。組織修復(fù)是一個(gè)漸進(jìn)的、獨(dú)立的過(guò)程，最終導(dǎo)致纖維化，是許多器官慢性炎癥疾病的終末期表現(xiàn)［52］。器官纖維化損傷有幾個(gè)特征性階段：效應(yīng)細(xì)胞活化、細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）生成加劇和結(jié)締組織動(dòng)態(tài)沉積。在許多促纖維化生長(zhǎng)因子和炎癥介質(zhì)中，TGF-β1是皮膚、腎臟、胃腸道和肺等大部分器官纖維化的主要驅(qū)動(dòng)因子，炎癥介質(zhì)包括IL-17、IL-21等［53］。

LEI 等［51］通過(guò)博萊霉素（bleomycin，BLM）誘導(dǎo)的小鼠纖維化模型，對(duì)小鼠模型中Th17 細(xì)胞、IL-17A 和IL-21 與SSc 之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。BLM 處理的小鼠Th17 細(xì)胞中IL-21 的表達(dá)高于PBS組小鼠，同時(shí)外周血和組織中IL-21 的細(xì)胞計(jì)數(shù)與Th17 細(xì)胞計(jì)數(shù)明顯具有相關(guān)性。結(jié)果顯示，小鼠纖維化模型的外周血、皮膚和肺中Th17 細(xì)胞計(jì)數(shù)和IL-17A 表達(dá)水平顯著升高，與小鼠皮膚和肺中的炎癥和纖維化病變密切相關(guān)。IL-17 阻斷劑干預(yù)SSc的炎癥和纖維化病變過(guò)程，可能成為一種有效的治療方法［54］。

IL-21 參與炎癥和纖維化病變與Tfh 細(xì)胞、IL-17密切相關(guān)。對(duì)于不同的器官，IL-17既有促纖維化的作用也有抗纖維化的作用［55］。因此，IL-21可能通過(guò)調(diào)節(jié)IL-17間接促進(jìn)或抑制纖維化。IL-21在纖維化病變中是不可或缺的，但其作用機(jī)制需要更多的實(shí)驗(yàn)證明。

5 總結(jié)

自2000 年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，IL-21 已經(jīng)成為重要的免疫調(diào)節(jié)因子，對(duì)免疫細(xì)胞具有多效性，在腫瘤和纖維化中都具有雙重性，IL-21作為治療靶點(diǎn)仍在繼續(xù)研究。對(duì)于不同的癌癥治療IL-21 的作用也不同，共表達(dá)IL-21 的CAR-T 細(xì)胞為腫瘤免疫療法提供了新的思路。在高血壓中，IL-21的缺乏或抑制可以降低血壓，但其作用機(jī)制是目前研究的新方向。同時(shí)，在高血壓引起的終末器官損害中，IL-21 潛在的作用也是未來(lái)的一個(gè)研究方向。綜上所述，IL-21在疾病中的作用受多方面的影響，細(xì)胞因子的聯(lián)合治療也可能成為未來(lái)研究的一個(gè)重要方向，主要表現(xiàn)在提高免疫力和疾病的抑制等方面。