蘆澤蘭 喬宇琪 冉志華

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市消化疾病研究所(200001)

炎癥性腸病(IBD)是一種自身免疫性疾病，發(fā)病機(jī)制尚未明確，目前認(rèn)為是由宿主基因、腸道微生物以及生活環(huán)境等因素綜合作用，引發(fā)機(jī)體異常免疫應(yīng)答所致。近年來(lái)，Th17細(xì)胞與IBD的關(guān)系已成為研究熱點(diǎn)，且越來(lái)越多的研究表明，腸道菌群與IBD發(fā)病密切相關(guān)，其作用包括調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞活性、誘導(dǎo)白細(xì)胞介素(IL)-17分泌、激活免疫應(yīng)答等。本文就Th17細(xì)胞和腸道菌群在IBD發(fā)病中的作用作一綜述。

一、Th17細(xì)胞概述

Th17細(xì)胞與Th1、Th2細(xì)胞均來(lái)源于具有多向分化潛能的原始T細(xì)胞群。在抗原呈遞細(xì)胞(APC)的誘導(dǎo)下，原始T細(xì)胞可分化為 Th1、Th2、調(diào)節(jié)性 T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)以及Th17細(xì)胞。單核細(xì)胞以及樹(shù)突細(xì)胞(DC)經(jīng)細(xì)菌脂多糖、肽聚糖刺激后，可產(chǎn)生大量 IL-1β、IL-6，其與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β通過(guò)抑制或促進(jìn)不同轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，如STAT3、RORγt等，共同促進(jìn)表達(dá)凝集素受體CD161的原始T細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化。T細(xì)胞在趨化因子配體的作用下遷移至特定腸道組織靶點(diǎn)發(fā)揮生物學(xué)功能，類似于分別選擇性表達(dá)于Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞的趨化因子CXCR3、CCR5和CCR3、CCR4，Th17細(xì)胞分化與CCR6表達(dá)相關(guān)。成熟的Th17細(xì)胞主要分泌 IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-26、IL-8、IL-10、腫瘤壞死因子(TNF)-α等細(xì)胞因子以及CXC趨化因子配體如CXCL8、CCL20 等［1-2］。

二、Th17細(xì)胞與腸道黏膜免疫的關(guān)系

正常腸道組織中，Th17細(xì)胞通過(guò)募集嗜中性粒細(xì)胞至炎癥靶點(diǎn)，在細(xì)胞外細(xì)菌和真菌免疫防御中發(fā)揮重要作用。Th17細(xì)胞分泌的IL-17可誘導(dǎo)免疫炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生，協(xié)同或放大炎癥反應(yīng)，促進(jìn)炎癥過(guò)程。但在體內(nèi)不同疾病環(huán)境中，IL-17可引起相反的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)［2-3］。Th17細(xì)胞在IBD發(fā)生中的作用機(jī)制尚未完全闡明，以往研究顯示，腸道抗原可誘導(dǎo)APC活化產(chǎn)生IL-23，后者與其他細(xì)胞因子協(xié)同作用，促使原始T細(xì)胞向Th17細(xì)胞增殖分化，通過(guò)釋放炎性介質(zhì)和趨化因子，參與介導(dǎo)腸黏膜組織炎癥和損傷的發(fā)生［4］。Fujino等［5］的研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者結(jié)腸黏膜組織和血清中IL-17水平顯著升高。除IL-17外，多種Th17相關(guān)細(xì)胞因子如IL-21、IL-22、IL-23以及IL-26含量在IBD患者腸道黏膜組織中顯著增加。此外，Th17細(xì)胞相關(guān)基因如STAT3、IL-23受體(IL-23R)多態(tài)性亦與IBD密切相關(guān)［6-7］。

盡管諸多研究已證實(shí)Th17細(xì)胞具有促炎作用，但新近研究顯示Th17細(xì)胞亞群亦可發(fā)揮宿主保護(hù)作用。IL-17A與IL-17F通過(guò)IL-17受體介導(dǎo)Th17細(xì)胞免疫應(yīng)答反應(yīng)。應(yīng)用抗IL-17A中和抗體可加重葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型的腸道炎癥反應(yīng)，推測(cè)IL-17A可能通過(guò)加強(qiáng)上皮細(xì)胞間緊密連接發(fā)揮腸道保護(hù)作用。IL-17F基因缺失DSS結(jié)腸炎小鼠模型腸道炎癥程度較野生型小鼠減輕，提示IL-17F具有促炎作用。然而目前尚未明確為何作用于同一受體的IL-17A和IL-17F所產(chǎn)生的效應(yīng)不同，推測(cè)可能與配體親和性以及下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不同有關(guān)。另一方面，在DSS結(jié)腸炎小鼠模型中，IL-22基因缺失小鼠腸道炎癥程度較野生型小鼠加重，推測(cè)Th17細(xì)胞分泌因子IL-22可能通過(guò)增強(qiáng)腸道黏膜屏障的完整性而發(fā)揮保護(hù)作用［1，5］。

Th17細(xì)胞與Th1和Treg細(xì)胞存在相互聯(lián)系。現(xiàn)已明確Th1細(xì)胞分泌的IL-12、干擾素(IFN)-γ以及轉(zhuǎn)錄因子T-bet可抑制Th2細(xì)胞分化，而由Th2細(xì)胞分泌的IL-4以及轉(zhuǎn)錄因子GATA3可抑制Th1細(xì)胞分化，此平衡破壞可促進(jìn)IBD發(fā)生。與此類似，Th17細(xì)胞與Th1和Treg細(xì)胞亦通過(guò)雙向調(diào)節(jié)共同維持免疫平衡［7］。

三、Th17細(xì)胞與腸道菌群

Th1/Th2平衡失調(diào)在IBD發(fā)生機(jī)制中的作用已被廣泛認(rèn)同，近年來(lái)其與腸道菌群的關(guān)系備受關(guān)注。研究［8-9］發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌脂多糖與Toll樣受體(TLR)4作用后激活Th1型免疫應(yīng)答，與TLR2作用后激活Th2型免疫應(yīng)答，DC在此過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。微生物抗原刺激DC后，既可激活下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路引起免疫耐受，亦可針對(duì)病原菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答。此外，研究［10-11］顯示益生菌合劑VSL3#可誘導(dǎo)腸黏膜DC分泌IL-10，改變IBD患者的IL-10/IL-12比值，從而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。值得注意的是，近年研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群對(duì)Th17細(xì)胞存在免疫調(diào)節(jié)作用。Th17細(xì)胞與腸道微生物關(guān)系復(fù)雜，穩(wěn)定狀態(tài)的Th17細(xì)胞在宿主免疫防御中起有關(guān)鍵作用，相反，致病性Th17細(xì)胞可引起免疫性疾病，而兩者均可與腸道菌群相互作用。

1.Th17細(xì)胞與腸道菌群的關(guān)系:Th17細(xì)胞在腸道組織尤其是小腸黏膜組織中廣泛存在，與其他T細(xì)胞共同維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)。正常情況下，腸上皮細(xì)胞將腸腔內(nèi)的微生物與腸黏膜免疫系統(tǒng)分隔，而腸黏膜DC和腸上皮細(xì)胞可通過(guò)模式識(shí)別受體(PRR)，包括TLR與腸道菌群相互作用，活化腸上皮細(xì)胞表面的多種病原體相關(guān)分子模式(PAMP)，激活下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，引起炎性介質(zhì)分泌［11］。研究［12］顯示，TLR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化。此外，Th17細(xì)胞在誘導(dǎo)宿主免疫系統(tǒng)對(duì)胞內(nèi)、胞外致病菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答方面亦發(fā)揮重要作用［13］。

2.Th17細(xì)胞與腸道菌群的作用:人類腸道黏膜定植著大量腸道菌群，包括益生菌和致病菌。研究指出，轉(zhuǎn)基因或基因敲除造成的免疫缺陷IBD動(dòng)物模型在腸道無(wú)菌環(huán)境下不產(chǎn)生腸道炎癥，重建腸道菌群則可誘發(fā)炎癥反應(yīng)［14］。對(duì)IBD患者糞便菌群的分析顯示，克羅恩病(CD)患者糞便雙歧桿菌數(shù)量明顯減少，潰瘍性結(jié)腸炎(UC)患者糞便酸桿菌數(shù)量明顯減少［15-16］。另有研究指出，IBD患者腸道菌群穩(wěn)定性較正常人減弱，腸道菌群平衡易被破壞，表明腸道菌群是參與IBD發(fā)病的重要因素［17］。腸道菌群可通過(guò)菌群本身及其產(chǎn)物刺激腸黏膜免疫系統(tǒng)，進(jìn)而誘發(fā)異常免疫應(yīng)答。Hedin等［18］指出，益生菌治療在部分IBD患者中能有效緩解癥狀并誘導(dǎo)緩解期，推測(cè)可能與益生菌與腸黏膜免疫細(xì)胞的相互作用有關(guān)。

正常情況下，Th17細(xì)胞可促進(jìn)機(jī)體對(duì)致病菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答，而某些菌群可抑制IL-17分泌。Tanabe等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒雙歧桿菌可抑制TGF-β和IL-6刺激引起的小鼠脾細(xì)胞IL-17分泌和DSS小鼠結(jié)腸炎。Miyauchi等［20］為進(jìn)一步探索特定菌群與IL-17A分泌細(xì)胞以及腸上皮共刺激分子的相互作用機(jī)制，予DSS結(jié)腸炎小鼠模型以長(zhǎng)雙歧桿菌JCM 1222T培養(yǎng)上清液灌胃，發(fā)現(xiàn)Th1和Th17細(xì)胞分泌因子以及結(jié)腸細(xì)胞共刺激分子表達(dá)下調(diào)，證實(shí)長(zhǎng)雙歧桿菌 JCM 1222T可抑制IL-17分泌，促使Treg/Th17細(xì)胞平衡向Treg方向傾斜，提示腸道共生雙歧桿菌可能對(duì)Th17細(xì)胞存在免疫調(diào)節(jié)作用。此外，嗜熱鏈球菌ST28可通過(guò)抑制IL-17產(chǎn)生誘導(dǎo)T細(xì)胞向Th1方向分化，推測(cè)益生菌可增強(qiáng)Treg/Th1細(xì)胞亞群的作用，并抑制Th17細(xì)胞活性［21］。

此外，IL-17A可能在募集吞噬細(xì)胞遷移至腸道靶點(diǎn)以對(duì)抗微生物感染方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。Conti等［22］的研究發(fā)現(xiàn)，在白色念珠菌孢子誘導(dǎo)的口咽白色念珠菌病小鼠模型中，IL-17A和IL-23p19缺陷小鼠的疾病嚴(yán)重程度和播散范圍重于IL-12p35缺陷小鼠，提示Th17細(xì)胞在抗病原菌感染方面具有積極作用。

分節(jié)絲狀菌(SFB)是革蘭陽(yáng)性產(chǎn)孢子菌，作為腸道內(nèi)共生菌黏附于腸上皮細(xì)胞，與宿主免疫機(jī)制密切相關(guān)。IgA抗體通過(guò)阻止胞外菌黏附于腸上皮，在清除腸道胞外致病菌方面發(fā)揮重要作用。無(wú)菌條件下小鼠腸道內(nèi)存在低水平IgA，重建腸道菌群可使小鼠腸道IgA水平顯著升高。Klassen等［23］的研究發(fā)現(xiàn)，含SFB菌群和不含SFB菌群定植于無(wú)菌小鼠后，前者體內(nèi)IgA數(shù)量顯著上升。Cao等［24］的研究發(fā)現(xiàn)，IL-17R缺失小鼠腸道IgA水平降低，而移植Th17細(xì)胞后腸道IgA水平升高，推測(cè)Th17細(xì)胞可能通過(guò)IgA與腸道微生物共同維持腸道免疫平衡。此外，Kinnebrew等［25］的研究發(fā)現(xiàn)，SFB鞭毛通過(guò)誘導(dǎo)TLR5(+)吞噬細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)CD103(+)CD11b(+)DC分泌IL-23，促使Th17細(xì)胞對(duì)腸道致病菌產(chǎn)生免疫應(yīng)答，并可通過(guò)激活黏膜DC間接誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生Th17細(xì)胞。上述結(jié)果均表明SFB有助于Th17細(xì)胞介導(dǎo)的黏膜免疫保護(hù)作用。

四、展望

Th1/Th2平衡失調(diào)理論在免疫調(diào)節(jié)機(jī)制中占主導(dǎo)地位，隨著對(duì)Th17細(xì)胞的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)Th17與Th1和Treg細(xì)胞平衡狀態(tài)的破壞亦為誘發(fā)IBD的原因之一，其可導(dǎo)致炎性因子分泌失調(diào)，最終引起腸道黏膜損傷。此外，腸道菌群對(duì)Th17細(xì)胞及其相關(guān)細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)作用為IBD的研究提供了新的方向，但具體機(jī)制仍需后期大量研究進(jìn)一步闡明。

1 Hundorfean G，Neurath MF，Mudter J.Functional relevance of T helper 17(Th17)cells and the IL-17 cytokine family in inflammatory bowel disease［J］.Inflamm Bowel Dis，2012，18(1):180-186.

2 Korn T，Bettelli E，Oukka M，et al.IL-17 and Th17 cells［J］.Annu Rev Immunol，2009，27:485-517.

3 Singh RP，Hasan S，Sharma S，et al.Th17 cells in inflammation and autoimmunity［J］.Autoimmun Rev，2014，13(12):1174-1181.

4 McGovern D，Powire F.The IL23 axis plays a key role in the pathogenesis of IBD［J］.Gut，2007，56(10):1333-1336.

5 Fujino S，Andoh A，Bamba S，et al.Increased expression of interleukin 17 in inflammatory bowel disease［J］.Gut，2003，52(1):65-70.

6 Thompson AI，Lees CW.Genetics of ulcerative colitis［J］.Inflamm Bowel Dis，2011，17(3):831-848.

7 Gálvez J.Role of Th17 cells in the pathogenesis of human IBD［J］.ISRN Inflamm，2014，2014:928461.

8 Pulendran B，Kumar P，Cutler CW，et al.Lipopolysachharides from distinct pathogen induce different classes of immune response in vivo［J］.J Immunol，2001，167(9):5067-5076.

9 Hirschfeld M，Weis JJ，Toshchakov V，et al.Signaling by toll-like receptor 2 and 4 agonists results in differential gene expression in murine macrophages［J］.Infect Immun，2001，69(3):1477-1482.

10 Gad M，Ravn P，S?borg DA，et al.Regulation of the IL-10/IL-12 axis in human dendritic cells with probiotic bacteria［J］.FEMS Immunol Med Microbiol，2011，63(1):93-107.

11 Hart AL，Lammers K，Brigidi P，et al.Modulation of human dendritic cell phenotype and function by probiotic bacteria［J］.Gut，2004，53(11):1602-1609.

12 Gribar SC，Anand RJ，Sodhi CP，et al.The role of epithelial Toll-like receptor signaling in the pathogenesis of intestinal inflammation［J］.J Leukoc Biol，2008，83(3):493-498.

13 Atarashi K，Tanoue T，Honda K.Induction of lamina propria Th17 cells by intestinal commensal bacteria［J］.Vaccine，2010，28(50):8036-8038.

14 Peloquin JM，Nguyen DD. The microbiota and inflammatory bowel disease:insights from animal models［J］.Anaerobe，2013，24:102-106.

15 Favier C，Neut C，Mizon C，et al.Fecal beta D-galactosidase production and Bifidobacteria are decreased in Crohn’s disease［J］.Dig Dis Sci，1997，42(4):817-822.

16 Fabia R，Ar’Rajab A，Johansson ML，et al.Impairement ofbacterial flora in human ulcerative colitis and experimental colitis in the rat［J］.Digestion，1993，54(4):248-255.

17 Zhang YZ，Li YY.Inflammatory bowel disease:pathogenesis［J］.World J Gastroenterol，2014，20(1):91-99.

18 Hedin C，Whelan K，Lindsay JO.Evidence for the use of probiotics and prebiotics in inflammatory bowel disease:a review of clinical trials［J］.Proc Nutr Soc，2007，66(3):307-315.

19 Tanabe S，Kinuta Y，Saito Y.Bifidobacterium infantis suppresses proinflammatory interleukin-17 production in murine splenocytes and dextran sodium sulfate-induced intestinal inflammation［J］.Int J Mol Med，2008，22(2):181-185.

20 Miyauchi E，Ogita T，Miyamoto J，et al.Bifidobacterium longum alleviates dextran sulfate sodium-induced colitis by suppressing IL-17A response:involvement of intestinal epithelial costimulatory molecules［J］.PLoS One，2013，8(11):e79735.

21 Ogita T，Tanii Y，Morita H，et al.Suppression of TH 17 response by Streptococcus thermophilus ST28 through induction of IFN-γ［J］.Int J Mol Med，2011，28(5):817-822.

22 Conti HR，Shen F，Nayyar N，et al.Th17 cells and IL-17 receptor signaling are essential for mucosal host defense against oral candidiasis［J］.J Exp Med，2009，206(2):299-311.

23 Klassen HL，Van der Heijden PJ，Stok W，et al.Pathogenic，intestinal， segmented， filamentous bacteria stimulate the mucosal immune system of mice［J］.Infect Immun，1993，61(1):303-306.

24 Cao AT，Yao S，Gong B，et al.Th17 cells upregulate polymeric Ig receptor and intestinal IgA and contribute to intestinal homeostasis［J］.J Immunol，2012，189(9):4666-4673.

25 Kinnebrew MA，Buffie CG，Diehl GE，et al.Interleukin 23 production by intestinal CD103(+)CD11b(+)dendritic cells in response to bacterial flagellin enhances mucosal innate immune defense［J］.Immunity，2012，36(2):276-287.