莫穎倩 畢瑜斐 戴冽 Pierre Miossec

促炎癥細(xì)胞因子IL-17近年才被全面認(rèn)識，即已成為眾多慢性炎癥性疾病的重要治療靶點[1-2]。IL-17在宿主防御細(xì)胞外細(xì)菌感染及真菌感染中起關(guān)鍵作用[3]。IL-17還參與多種炎癥性疾病的致病過程，包括銀屑病、銀屑病關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)、強直性脊柱炎(AS)等。首個靶向IL-17的抗體在2015年獲批用于治療銀屑病。目前其他IL-17通路抑制劑正就不斷增加的臨床適應(yīng)證而進(jìn)行臨床試驗[4]。該文綜述了IL-17從發(fā)現(xiàn)到明確局部及全身的致關(guān)節(jié)炎作用、再到臨床靶向IL-17治療炎癥性關(guān)節(jié)病的全過程，不僅給臨床醫(yī)生闡明了一種新的治療選擇，而且呈現(xiàn)了一個很好的、從基礎(chǔ)到臨床的“轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)”案例。

一、IL-17的發(fā)現(xiàn)

1. IL-17的發(fā)現(xiàn)過程及生物學(xué)活性

IL-17基因及IL-17蛋白作為嚙齒類動物T細(xì)胞的產(chǎn)物于1993年被首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時被命名為細(xì)胞毒性T細(xì)胞相關(guān)抗原(CTLA)-8。最早報道的人IL-17生物學(xué)活性是其對RA滑膜細(xì)胞和來自健康人正常皮膚成纖維細(xì)胞的作用，揭示IL-17可誘導(dǎo)IL-6和IL-8的產(chǎn)生。這些最初的研究結(jié)果很快將IL-17的活性與炎癥及中性粒細(xì)胞生物學(xué)特性聯(lián)系起來，前者是指產(chǎn)生IL-6(炎癥及宿主防御中的主要細(xì)胞因子)，后者是指產(chǎn)生IL-8——CXC趨化因子受體(CXCR)-2的趨化配體，介導(dǎo)中性粒細(xì)胞招募到組織[4]。

隨后研究表明，成年RA患者滑膜組織體外培養(yǎng)產(chǎn)生具有活性的IL-17。當(dāng)把RA滑膜培養(yǎng)的上清液加入到正常滑膜細(xì)胞培養(yǎng)基中，IL-6產(chǎn)生增多；再加入IL-17特異性抗體，IL-6產(chǎn)生降低2/3。該關(guān)鍵研究首次使用現(xiàn)有的拮抗人IL-17的單克隆抗體，顯示IL-17可作為慢性炎癥的治療靶點。此外，該研究還揭示了單用IL-17對滑膜細(xì)胞產(chǎn)生IL-6的作用有限，但協(xié)同IL-1和TNF可增加IL-6的產(chǎn)生。這些早期發(fā)現(xiàn)提示，RA滑膜產(chǎn)生的IL-17協(xié)同其他已知的刺激因子導(dǎo)致IL-6的產(chǎn)生，即細(xì)胞因子之間常見的協(xié)同作用[5]。

后續(xù)研究逐漸闡明活性IL-17的主要生物學(xué)作用，包括：①促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞分泌炎癥因子，如前述的IL-6和IL-8，從而介導(dǎo)炎癥；②促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分泌組織因子等，從而介導(dǎo)血栓形成；③促進(jìn)巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞分泌基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)，促進(jìn)軟骨細(xì)胞釋放一氧化氮，從而介導(dǎo)軟骨破壞；④促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌核轉(zhuǎn)錄因子-κB配體受體激動劑(RANKL)，從而促進(jìn)破骨細(xì)胞形成及骨侵蝕，見圖1[4]。

圖1 活性IL-17的主要生物學(xué)作用

2. IL-17的結(jié)構(gòu)和功能

IL-17分子是一個二聚體，由2個單體通過分子內(nèi)二硫鍵連接半胱氨酸殘基而成?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中提到的IL-17是IL-17A，但通常被稱為IL-17，是IL-17家族的首個成員。IL-17家族由IL-17A到IL-17F等6個成員組成，所有成員都包含羥基端半胱氨酸殘基。IL-17A和IL-17F是IL-17家族的主要成員，主要由輔助性T細(xì)胞17(Th17)產(chǎn)生。IL-17F是IL-17家族中首個可形成結(jié)晶的成員，其分子的二聚體含胱氨酸結(jié)，類似于神經(jīng)生長因子受體家族中的胱氨酸結(jié)。IL-17F與IL-17A有50%的序列一致性，IL-17F二聚體多與IL-17A共表達(dá)，IL-17F也可與IL-17A呈現(xiàn)為IL-17A-IL-17F的異二聚體結(jié)構(gòu)。雖然單用IL-17F誘導(dǎo)炎癥的活性通常低于IL-17A，但當(dāng)協(xié)同TNF時IL-17F的誘導(dǎo)活性增強[5]。

然而，炎癥小鼠模型的結(jié)果提示IL-17F與IL-17A的某些促炎癥功能并不一致[6]。例如，在一個由Th2細(xì)胞驅(qū)動的哮喘模型中，基因敲除IL-17F小鼠的肺部中性粒細(xì)胞炎癥較敲除IL-17A小鼠大幅減輕[6]。此外，基因敲除IL-17F減輕實驗性結(jié)腸炎，而基因敲除IL-17A加重疾病[6]。但在滑膜細(xì)胞中，尚無基因被確認(rèn)是僅由IL-17F特異性誘導(dǎo)而無IL-17A參與[5]。這些結(jié)果使IL-17F作為單獨靶點或與IL-17A聯(lián)合作為靶點的應(yīng)用被質(zhì)疑。顯然，在人體以及炎癥實驗?zāi)Ｐ椭蠭L-17A和IL-17F存在不同效應(yīng)，仍有待進(jìn)一步研究。

二、Th17的發(fā)現(xiàn)

T細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子如IL-17不能根據(jù)Th1-Th2體系進(jìn)行分類[7]。優(yōu)先表達(dá)IL-17且不表達(dá)IFN-γ或IL-4的T細(xì)胞，被命名為Th17細(xì)胞。這些T細(xì)胞構(gòu)成獨特的體系，因此目前Th分為3種：Th1、Th2和Th17[8]。正如Th1和Th2，Th17細(xì)胞也產(chǎn)生一組獨特的細(xì)胞因子：IL-17A、IL-17F、IL-22和IL-21，這些細(xì)胞因子均參與調(diào)控特定類型的炎癥反應(yīng)。在關(guān)節(jié)炎滑膜及活化的外周血單個核細(xì)胞中，IL-17+細(xì)胞表現(xiàn)出類似漿細(xì)胞的形態(tài)。

體外試驗中，即使調(diào)控Th1和Th2細(xì)胞形成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子存在基因缺陷，IL-23仍可促進(jìn)Th17細(xì)胞增多，這個現(xiàn)象表明Th17有別于Th1和Th2。然而，IL-23誘導(dǎo)出Th17的發(fā)現(xiàn)引出了一個難題。因為初始T細(xì)胞不表達(dá)IL-23受體，因此即使加入IL-23，高度純化的初始T細(xì)胞仍不能分化為Th17細(xì)胞。那么Th17細(xì)胞是如何分化產(chǎn)生的呢？

3個獨立團隊同時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)協(xié)同IL-6誘導(dǎo)初始T細(xì)胞分化為Th17，使這一難題有了新的轉(zhuǎn)機。這項發(fā)現(xiàn)令人震驚，因為TGF-β既往被歸類為免疫抑制因子，并非T細(xì)胞分化誘導(dǎo)因子。此外，初始T細(xì)胞單獨暴露于TGF-β后表達(dá)叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子(Foxp)3——一種誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(抑制炎癥和自身免疫的T細(xì)胞)的主要轉(zhuǎn)錄因子。一項相關(guān)研究表明，IL-6是TGF-β介導(dǎo)產(chǎn)生Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的強抑制因子。IL-6不僅抑制這些細(xì)胞的生成，并且協(xié)同TGF-β促進(jìn)初始T細(xì)胞表達(dá)IL-17及分化為Th17。因此，Th17和Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞相互制約。TGF-β誘導(dǎo)初始T細(xì)胞分化成抑制炎癥的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，而IL-6逆轉(zhuǎn)TGF-β始動的這一過程，誘導(dǎo)產(chǎn)生Th17，見圖2[2]。

IFN-γ和IL-4分別由Th1和Th2細(xì)胞產(chǎn)生，通過自分泌環(huán)放大細(xì)胞分化效應(yīng)。相比之下，IL-17既不是Th17細(xì)胞的生長因子又不是其分化因子，故不能放大Th17細(xì)胞的分化效應(yīng)。然而，IL-21——IL-2細(xì)胞因子家族中的成員之一，由成熟Th17細(xì)胞大量分泌，協(xié)同TGF-β放大Th17的分化效應(yīng)。IL-21缺乏時Th17細(xì)胞的擴增也存在缺陷?？傊琓h17也存在自分泌環(huán)，其中主要因子是TGF-β和IL-21。

圖2 小鼠Th17細(xì)胞的分化

間充質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞的相互作用是局部產(chǎn)生促炎癥細(xì)胞因子的關(guān)鍵，并影響細(xì)胞生存[9]。在銀屑病中，Th17細(xì)胞浸潤炎癥部位，并作用于局部間充質(zhì)細(xì)胞，包括皮膚成纖維細(xì)胞。但與IL-8、IL-6 和IL-1β不同，僅有細(xì)胞接觸不足以誘導(dǎo)大量IL-17分泌到上清液，提示產(chǎn)生IL-17需要2種信號，即細(xì)胞接觸和T細(xì)胞受體活化。此外，Transwell侵襲小室試驗證實IL-17的產(chǎn)生需要成纖維細(xì)胞和T細(xì)胞的直接接觸[10]。

三、IL-17對骨的作用

RA過度骨破壞及骨修復(fù)缺陷導(dǎo)致大量關(guān)節(jié)破壞；而在AS中，過度異位骨形成導(dǎo)致韌帶骨贅形成，伴全身骨量丟失[11]。上述2種疾病中，IL-17水平升高提示其對骨丟失有作用。IL-17A被認(rèn)為是治療RA和AS的新靶點[12]。既往研究顯示，加入IL-17A抑制劑或TNF-α抑制劑，或更好是兩者聯(lián)用，可降低RA體外模型的骨丟失。

IL-17A促進(jìn)骨丟失的機制主要是刺激破骨細(xì)胞形成，直接作用或通過促進(jìn)基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)RANKL和巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)。IL-17A還可誘導(dǎo)靶細(xì)胞(如RA-FLS)產(chǎn)生促炎癥細(xì)胞因子，如IL-6、IL-1、CXCL8、TNF和MMP[13]。另一方面，TNF-α通過增加wnt通路抑制因子Dickkopf1(DKK-1)表達(dá)而抑制骨形成、通過Smad泛素調(diào)節(jié)因子(Smurf)1和NF-κB降解骨形成蛋白(BMP)-2而誘導(dǎo)骨丟失[14]。破骨細(xì)胞可見于關(guān)節(jié)局部(如RA、銀屑病關(guān)節(jié)炎)、椎骨及肌腱嵌入骨局部(如AS)。IL-17A因此參與RA、銀屑病關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)局部大量骨丟失，并參與RA、銀屑病關(guān)節(jié)炎、AS及常見骨質(zhì)疏松癥的全身骨丟失。在雌激素缺乏誘導(dǎo)骨質(zhì)疏松的小鼠模型中，抑制IL-17表現(xiàn)出顯著的骨保護作用[15]。一項重要的新發(fā)現(xiàn)是IL-17A可作用于Schunnri3(Shn3)[16]。Shn3缺乏的小鼠出現(xiàn)骨量增加。鼠間充質(zhì)干細(xì)胞中Shn3通過誘導(dǎo)Runx2泛素化而直接抑制成骨細(xì)胞性骨形成，間接促進(jìn)破骨細(xì)胞性骨吸收[17]。單用TNF-α或協(xié)同IL-17A早期增加RA-FLS的Shn3 mRNA表達(dá)，從而抑制成骨[18]。

某些研究結(jié)果與傳統(tǒng)的骨丟失作用相反，提示IL-17A和TNF-α也可能增加骨形成[19-23]。TNF-α和IL-17A協(xié)同促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞，表現(xiàn)為細(xì)胞外基質(zhì)鈣沉積和堿性磷酸酶活性增加[16]。肌腱和韌帶不存在破骨細(xì)胞，但存在間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，從而導(dǎo)致肌腱和韌帶的新骨形成。初步研究提示，AS大鼠模型中抑制IL-17可減少新發(fā)異位骨形成[1]。

四、IL-17靶向治療

體外細(xì)胞、患者組織及動物模型研究為IL-17靶向治療人類疾病提供了強有力的理論依據(jù)，致力于控制慢性炎癥相關(guān)的損傷和(或)疼痛。IL-17抑制劑近年被注冊用于治療銀屑病、AS和銀屑病關(guān)節(jié)炎[24]。目前靶向IL-17通路主要有2種選擇，一是直接靶向IL-17或其受體，二是靶向Th17細(xì)胞分化調(diào)控的上游，見圖3[1]。

圖3 IL-17通路的治療靶點

1. 直接靶向IL-17或其受體

使用單克隆抗體靶向細(xì)胞因子或其受體是最直接及特異的策略。最早用于臨床試驗的2個抗IL-17A抗體是蘇金單抗(Secukinumab，AIN457，ConsentyxTM)——一種全人源IgG1k抗IL-17A單克隆抗體，以及艾克司單抗(Ixekizumab，LY2439821)——一種人源IgG4抗體。其他一些同類型抗體，如CNTO6785、CJM112和BCD085，仍處于臨床試驗中。

基于IL-17F在炎癥中也發(fā)揮作用，靶向IL-17A和IL-17F相同基序的生物制劑正處于臨床開發(fā)中，包括納米抗體ALX-0761和單克隆抗體Bimekizumab[25]。

全人源IgG2 Brodalumab(AMG827)靶向IL-17受體，選擇性阻斷IL-17受體A鏈信號，拮抗IL-17A、IL-17F、IL-17C及IL-25的作用。

基于前述TNF和IL-17的協(xié)同作用，雙特異性的生物制劑正處于臨床開發(fā)中。ABT-122是一種雙結(jié)構(gòu)域免疫球蛋白(DVD-IgTM)，一個位點結(jié)合TNF-α，另一個位點結(jié)合IL-17A[1]。COVA322是一種融合分子，由全人源抗TNF-α抗體阿達(dá)木單抗和抗IL-17A的Fynomer組成[26]。

2.間接靶向IL-17通路

IL-23是一個異二聚體配體，由特有的P19亞基及與IL-12共有的P40亞基組成，作用于IL-17上游。IL-23特異性抑制劑是IL-23P19靶向抗體，包括Tildrakizumab(MK-3222，SCH-900222)、Guselkumab(CNTO-1959)、AMG-139、LY3074828和BI655066[25]。這些抑制劑可抑制IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22的產(chǎn)生。

RORγt控制Th17細(xì)胞的分化，靶向RORγt將抑制IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22的產(chǎn)生。在體外及小鼠模型如實驗性自身免疫性腦脊髓炎中，數(shù)種小分子如合成配體SR1001可結(jié)合RORγt及抑制其轉(zhuǎn)錄活性[27-29]。這些小分子正處于早期研發(fā)中。

五、小 結(jié)

總之，通過與關(guān)鍵促炎癥細(xì)胞因子TNF的協(xié)同作用，IL-17放大了局部和全身的固有炎癥反應(yīng)，這揭示早期靶向IL-17的意義。越來越多的證據(jù)支持IL-17和Th17細(xì)胞在關(guān)節(jié)炎、骨丟失及骨形成中起關(guān)鍵作用。動物模型及初步臨床試驗為IL-17靶向治療銀屑病關(guān)節(jié)炎、RA、AS等的有效性提供了強有力的證據(jù)。目前針對一系列疾病的靶向IL-17治療藥物正處于研發(fā)及試驗中。相信在不久的將來IL-17靶向藥物可以走進(jìn)臨床造福更多患者。