劉冰靨　王德成　范小勇

據WHO報道，2016年新發(fā)結核病患者約為1040萬例，全年約有167萬例死于結核病[1]。目前，結核病仍然是危害全球公共衛(wèi)生安全的重大疾病之一?；诮Y核病疫情的嚴峻現狀，尋求新的免疫佐劑或效應因子來控制結核感染迫在眉睫。白細胞介素15 (interleukin-15, IL-15)和IL-7同屬于IL-2家族細胞因子，其在結核病發(fā)生發(fā)展過程中的表達水平變化提示二者在抗結核感染T細胞免疫平衡的調節(jié)中發(fā)揮了重要作用。筆者以此為出發(fā)點，簡要介紹了IL-7和IL-15生物學特性及二者通過調節(jié)抗結核細胞免疫中輔助性T淋巴細胞(Th)1/Th2型細胞因子平衡的機制發(fā)揮抗結核作用，以及二者在抗結核感染疫苗開發(fā)和診斷方面的應用和前景。

生物學特性

IL-15和IL-7同屬于IL-2家族細胞因子，在生物學特性和功能上有一定的相似性，具體見表1。

IL-15具有比IL-2更為廣泛的來源和分布，主要激活CD8+T細胞和自然殺傷(NK)細胞等，參與人體的天然免疫和適應性免疫。IL-15屬于4-α螺旋家族細胞因子，是一種相對分子質量為14 000～15 000(即14～15 kD，以下不再注明)的低相對分子質量糖蛋白。最早是1994 年Grabstein 等[2]研究IL-2時在猿腎表皮細胞系上清中偶然發(fā)現的，與IL-2具有某些相同的生物學活性，在人體內的分布較IL-2更為廣泛，主要包括外周血單個核細胞(PBMC)、上皮細胞及成纖維細胞等。其中在PBMC表達最多，主要合成場所是樹突狀細胞(dendritic cells，DC)和單核細胞。IL-15的異三聚體受體IL-15R由α、β、γ三條鏈組成，其中IL-15Rα是IL-15的高親和力受體，而β、γ鏈的亞單位和IL-2相同[2-3]。

表1　IL-2、IL-7 和 IL-15生物學特性的對比

注在IL-15R的三條鏈中，IL-15Rα是IL-15的特異性高親和力受體，而IL-15Rβ/γ鏈則與IL-2相同；IL-15以自分泌方式調節(jié)單核巨噬細胞分泌細胞因子；IL-15和IL-7、IL-21協(xié)同影響CD8+T細胞的增殖；IL-2、IL-7和IL-15基因結構均查自美國國立生物技術信息中心(NCBI)系統(tǒng)

其中IL-15Rα主要在DC和單核細胞表面表達，IL-15R β、γ在NK細胞和CD8+T細胞表面表達，IL-15通過與其結合來調節(jié)細胞內外的信號通路[4]，刺激NK細胞和CD8+T細胞分化與增殖，同時以自分泌形式調節(jié)巨噬細胞的激活。

IL-7是由骨髓基質細胞和胸腺細胞組成性表達的一類多效細胞因子，相對分子質量約為25 000，是重要的免疫調節(jié)劑，可與多種細胞因子產生協(xié)同作用。IL-7最早以促前B細胞刺激因子為人所知，并且參與調節(jié)性T細胞(Tregs)增殖，對于T細胞分化、增殖等起到一定作用。胸腺及周圍T細胞穩(wěn)定高水平表達IL-7對于T細胞的產生尤為關鍵[5]。研究表明，IL-7及其受體IL-7R與Tregs聯系密切[6]。IL-7R、IL-15R都與IL-2R共有IL-2Rγ亞基。與IL-15類似，IL-7對于免疫系統(tǒng)的主要影響在于對細胞免疫尤其是Th1型細胞因子分泌和增殖的影響。

IL-7與IL-15共有的信號通路

與IL-2一樣，IL-7和IL-15同樣通過兩面神激酶(Janus kinase，JAK；是一類非跨膜型的酪氨酸激酶)/信號轉導子和轉錄激活子(signal transducer and activator of transcription，STAT)通路傳導信號[3,7]。首先，IL-7和IL-15需與其受體結合才能發(fā)揮作用。然后通過JAK的磷酸化作用，誘導B細胞淋巴瘤-2基因(B cell lymphoma-2，Bcl-2)等抑制凋亡的基因和原癌基因(cancer-Myc，c-Myc)的表達，激活轉錄因子STAT-5，進而活化IL-15[8]，刺激NK細胞分泌γ干擾素(IFN-γ)等細胞因子。這些Th1型細胞因子可以活化更多的效應T細胞，從而達到殺傷或抑制結核分枝桿菌(MTB)的目的。

IL-7/IL-15在抗結核感染中的作用機制及應用

IL-7和IL-15主要通過參與并影響抗結核細胞免疫在結核病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮作用。在此過程中，這2種細胞因子都更能引發(fā)Th1型免疫反應，并誘導T細胞增殖通過2種途徑(根據有無抗原特異性)實現。

一、 IL-7/IL-15與免疫細胞的相互作用

IL7/IL-15參與了機體多種免疫途徑，可與多種免疫細胞包括T細胞、NK細胞及DC等相互作用。

1.IL-7/IL-15參與記憶性T細胞的激活和增殖： IL-7和IL-15是維持記憶性T細胞平衡的2種重要的細胞因子。IL-15可作用于表面帶有相應的細胞因子受體的記憶性T細胞，維持CD8+CD44hi記憶性T細胞的激活和增殖，對CD8+記憶性T細胞的維持、保證機體針對外侵病原體的持續(xù)免疫應答具有重要作用[9]。由于IL-15由多種組織分泌，來源廣泛，其發(fā)揮對CD8+記憶性T細胞的激活和增殖作用并無抗原特異性，使CD8+記憶性T細胞可以不依賴抗原而長期存在，相比IL-2更有優(yōu)勢。而IL-2則主要由活化的T細胞產生，能夠刺激效應性T細胞的激活和生長[10]。與IL-2不同， IL-7R在少數效應性T細胞的表面表達，最終IL-7將促使效應性T細胞向中央型記憶T細胞轉化。與IL-15類似，IL-7也表達于靜息的記憶性T細胞，但IL-7主要影響記憶性T細胞的存活，促進前B細胞增殖，并且與Tregs息息相關。

2.IL-7與調節(jié)性T細胞息息相關： IL-7與Tregs(CD4+CD25+Foxp3+T細胞)密切相關。Tregs是一群廣泛抑制機體天然免疫與獲得性免疫的T細胞亞群，在T細胞的免疫調節(jié)中具有重要影響。IL-7與IL-2一樣，都是參與Tregs調控的主要因子。研究發(fā)現，IL-7在缺乏IL-2的條件下能夠對Tregs發(fā)揮調節(jié)作用[11]。

3.IL-15在其他免疫細胞中發(fā)揮作用：DC是IL-15的主要合成場所，而NK細胞則是IL-15下游主要的效應細胞。IL-15對NK細胞具有重要的調節(jié)作用，IL-15通過激活NK細胞，使其分泌相應的Th1型細胞因子，提高Th1型細胞免疫應答的能力。IL-15激活NK細胞主要通過與其表面表達的IL-15R β、γ亞基結合，激活JAK/STAT信號通路來發(fā)揮作用。

二、IL-7/IL-15能夠調節(jié)Th1及Th2型細胞因子的平衡

Th1/Th2 型細胞因子的動態(tài)平衡是機體有效控制MTB感染的重要保證，一旦失衡, 將導致結核病的發(fā)生與發(fā)展。對結核細胞免疫高度相關性細胞因子的研究提示我們，要對Th1/Th2型細胞因子分別進行誘導激活或者抑制，從而提高Th1型細胞因子表達水平，抑制Th2型細胞因子表達，以達到增強機體抗結核能力的目的。IL-15可以通過激活NK細胞誘導IFN-γ及腫瘤壞死因子α(TNF-α)等Th1型細胞因子的分泌，抑制IL-4及IL-10等Th2型細胞因子合成[12]，從而調節(jié)Th1/Th2平衡，提示IL-15 可以考慮作為備選的免疫調節(jié)劑應用于結核病免疫治療。有研究顯示IL-7也具有類似作用。Cha等[13]曾報道，在加入IL-7與IL-15后混合培養(yǎng)的T細胞，尤其是中央型記憶T細胞(CD62hiCD44hi)的增殖和存活時間都明顯提升，提示IL-7和IL-15協(xié)同在T細胞的增殖和記憶T細胞的分化作用中均發(fā)揮了一定的作用。

Th1型細胞因子主要激活單核巨噬細胞，增強其殺滅MTB的活力，從而在抗MTB感染中起著保護性免疫應答作用。如IFN-γ就是公認重要的抗結核細胞因子。而Th2型細胞因子則可抑制Th1 型細胞因子的產生，降低巨噬細胞殺滅MTB的能力，從而削弱抗結核免疫應答。結核病患者外周血Th1應答減弱，而Th2應答基本無變化。研究指出，活動性肺結核患者外周血中IL-15水平較正常人低，而接受過相應抗結核藥物治療的患者外周血中IL-15水平又會回升，提示IL-15在機體抗結核免疫中發(fā)揮了一定作用[14]。

三、IL-7/IL-15在抗結核免疫治療中的應用

目前，國內外普遍認為結核病的發(fā)生與機體的細胞免疫功能失衡有關，針對提高機體免疫力而探索細胞因子作為免疫治療劑或免疫調節(jié)劑的研究也時有報道。其中，IL-7和IL-15作為調節(jié)細胞免疫平衡的主要因子亦引起了多方關注。

1.IL-7/IL-15在疫苗開發(fā)中的應用： DNA疫苗應用于腫瘤、傳染性疾病的預防和治療由來已久?，F階段DNA疫苗急需提高和補充其免疫效果。利用各種分子佐劑來優(yōu)化DNA疫苗目前已經普遍應用于各種疾病領域。近年來，多種MTB保護性抗原已相繼在卡介苗(BCG)中成功表達，致力于更好激發(fā)機體抗感染免疫應答，提高重組疫苗的保護效果[15]，其中包括抗原85復合體(Ag85)、早期分泌靶抗原6(ESAT-6)、熱休克蛋白65(heat shock protein 65,HSP65)等。而表達相關細胞因子的重組卡介苗或可提高MTB感染小鼠的存活率。Tang等[16]成功構建了重組卡介苗rBCG-Ag85B-IL15，較之IL-15敲除小鼠，免疫rBCG-Ag85B-IL15組的小鼠存活率更高，這有賴于IL-15作為佐劑對BCG產生抗原特異性CD8+T細胞的能力的提升，提示在結核感染過程中，IL-15對CD8+T細胞免疫的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮了重要作用。在Ag85A抗原刺激下，健康對照人群中IL-15的表達水平比結核病患者上升了約4倍[17]。通過Ag85A來刺激IL-15的表達水平，或可以刺激天然免疫反應。

2. IL-7和IL-15在結核病不同時期的表達差異：基于IL-7/IL-15在抗結核細胞免疫過程中不同階段的特異性變化，探索IL-7/IL-15作為活動性結核或其他結核病分類的診斷指標成為可行[17-18]。研究顯示，IL-7對于維持肺和呼吸道的過敏原特異性CD4+T細胞的穩(wěn)態(tài)起著重要作用[19]。在慢性感染期間，T細胞的增殖與免疫記憶維持有賴于IL-7。IL-7受體IL-7R的成功表達和信號調控是IL-7得以調控T細胞的關鍵。Lundtoft 等[20]的研究顯示，結核病患者血漿中可溶性IL-7R表達較健康對照人群明顯要低，且IL-7誘導的STAT5磷酸化能促進分枝桿菌特異性CD4+T細胞的生成。由于在結核病治療過程中低rIL-7R和高IL-7的表達差異，可考慮將二者作為評估結核病治療效果或預后標志的可能性。

總結與展望

IL-7和IL-15作為參與細胞免疫應答過程和免疫記憶保護的兩種重要細胞因子，已經引起包括感染性疾病、腫瘤、自身免疫疾病、炎癥反應等眾多領域的關注，目前已在分子佐劑及融合蛋白疫苗等領域進行了應用，研究前景值得期待。然而，IL-7和IL-15在結核病發(fā)生發(fā)展過程中的表達水平變化不一，具體調節(jié)機制眾說紛紜，對于二者在預防及診斷結核病的應用方面造成了一定難度。此外，宿主免疫記憶功能難以把控，雖然目前IL-7或IL-15作為免疫佐劑應用到預防性疫苗開發(fā)中已有應用，但機體二次應答水平難以準確測量評估，疫苗是否可以順利投入臨床使用尚不確定。相信IL-7和IL-15表現出的潛力，對二者在抗結核感染甚至其他感染性疾病研究中的作用抱以期待，但如需真正發(fā)揮其臨床價值無疑還有很長的路要走。

[1] World Health Organization.Global tuberculosis report 2017. Geneva:World Health Organization,2017.

[2] Grabstein KH, Eisenman J, Shanebeck K, et al. Cloning of a T cell growth factor that interacts with the beta chain of the interleukin-2 receptor. Science, 1994, 264(5161): 965-968.

[3] Waldmann TA. The biology of interleukin-2 and interleukin-15: implications for cancer therapy and vaccine design. Nat Rev Immunol, 2006, 6(8): 595-601.

[4] Ding JY, Wang ZH, Zhang ZZ, et al. Effects of three IL-15 variants on NCI-H446 cell proliferation and expression of cell cycle regulatory molecules. Oncotarget, 2017, 8(64): 108108-108117.

[5] Kielsen K, Ryder LP, Lennox-Hvenekilde D, et al. Reconstitution of Th17, Tc17 and Treg cells after paediatric haematopoietic stem cell transplantation: Impact of interleukin-7. Immunobiology, 2018, 223(2): 220-226.

[6] Hou H, Kang Y, Zeng Y, et al. Interleukin-7 augments CD8+T cells function and promotes viral clearance in chronic hepatitis C virus infection. Cytokine, 2018, 102: 26-33.

[7] Osinalde N, Sanchez-Quiles V, Akimov V, et al. Simultaneous dissection and comparison of IL-2 and IL-15 signaling pathways by global quantitative phosphoproteomics. Proteomics, 2015, 15(2/3): 520-531.

[8] Shenoy AR, Kirschnek S, H?cker G. IL-15 regulates Bcl-2 family members Bim and Mcl-1 through JAK/STAT and PI3K/AKT pathways in T cells. Eur J Immunol, 2014, 44(8): 2500-2507.

[9] Abdelsamed HA, Moustaki A, Fan Y, et al. Human memory CD8 T cell effector potential is epigenetically preserved during in vivo homeostasis. J Exp Med, 2017, 214(6): 1593-1606.

[10] Markley JC, Sadelain M. IL-7 and IL-21 are superior to IL-2 and IL-15 in promoting human T cell-mediated rejection of systemic lymphoma in immunodeficient mice. Blood, 2010, 115(17): 3508-3519.

[11] Ishimitsu R, Nishimura H, Yajima T, et al. Overexpression of IL-15 in vivo enhances Tc1 response, which inhibits allergic inflammation in a murine model of asthma. J Immunol, 2001, 166(3): 1991-2001.

[12] 孫源彬, 陳麗麗. 白細胞介素-15在感染性疾病中作用的研究進展. 中國生物制品學雜志, 2016, 29(4): 434-437.

[13] Cha E, Graham L, Manjili MH, et al. IL-7+ IL-15 are superior to IL-2 for the ex vivo expansion of 4T1 mammary carcinoma-specific T cells with greater efficacy against tumors in vivo.Breast Cancer Res Treat, 2010, 122(2): 359-369.

[14] 黃健. 肺結核患者血清中 IL-15, IL-2, IFN-γ治療前后的變化及臨床意義. 長沙：中南大學, 2014.

[15] Harris SA, Meyer J, Satti I, et al. Evaluation of a human BCG challenge model to assess antimycobacterial immunity induced by BCG and a candidate tuberculosis vaccine, MVA85A, alone and in combination. J Infect Dis, 2014, 209(8): 1259-1268.

[16] Tang C, Yamada H, Shibata K, et al. Efficacy of recombinant bacille Calmette-Guérin vaccine secreting interleukin-15/antigen 85B fusion protein in providing protection againstMycobacteriumtuberculosis. J Infect Dis, 2008, 197(9): 1263-1274.

[17] Pydi SS, Bandaru AR, Venkatasubramanian S, et al. Vaccine for tuberculosis: up-regulation of IL-15 by Ag85A and not by ESAT-6. Tuberculosis, 2011, 91(2): 136-139.

[18] Chandrashekara S, Anupama KR, Sambarey A, et al. High IL-6 and low IL-15 levels mark the presence of TB infection: A preliminary study. Cytokine, 2016, 81: 57-62.

[19] Yeon SM, Halim L, Chandele A, et al. IL-7 plays a critical role for the homeostasis of allergen-specific memory CD4 T cells in the lung and airways. Sci Rep, 2017, 7(1): 11155.

[20] Lundtoft C, Afum-Adjei Awuah A, Rimpler J, et al. Aberrant plasma IL-7 and soluble IL-7 receptor levels indicate impaired T-cell response to IL-7 in human tuberculosis. PLoS Pathogens, 2017, 13(6): e1006425.