蔣 敏 楊昌融 農(nóng)光民

(廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院兒科，南寧市 530021)

【提要】 白細胞介素-7(IL-7)是由骨髓、胸腺基質(zhì)細胞分泌的多效細胞因子，在T細胞的發(fā)育、增殖、分化及免疫自穩(wěn)中具有重要作用，對B細胞的發(fā)育、成熟及防止胸腺衰老也有一定作用，是維持機體免疫自穩(wěn)的重要細胞因子。IL-7與病毒感染性疾病、哮喘和自身免疫性疾病、腫瘤及胸腺退化等疾病密切相關(guān),補充IL-7或阻斷IL-7信號途徑可望成為臨床治療的新靶標。

1988年，Namen等[1]在長期培養(yǎng)骨髓細胞過程中發(fā)現(xiàn)了一種可促進前B細胞生長的細胞因子-白細胞介素-7(IL-7)，并于當年成功克隆并純化[2]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，IL-7還可以作用于T細胞、胸腺細胞等多種細胞，是促進免疫細胞發(fā)育、增殖及維持T細胞自穩(wěn)態(tài)的重要細胞因子。IL-7與病毒感染性疾病、哮喘及自身免疫性疾病、腫瘤和免疫衰老的發(fā)生密切相關(guān)，已有臨床研究應用IL-7來治療這些疾病，阻斷IL-7信號途徑可望成為臨床治療的新靶標?，F(xiàn)將其最新研究進展作一綜述。

1 IL-7的生物學特性

IL-7是一種單鏈糖蛋白，由152個氨基酸組成，分子量約25KD，包含4個α螺旋通過二硫鍵交聯(lián)，既可以分泌到胞外，也可以在細胞表面表達。人類IL-7基因位于第8號染色體，編碼基因全長1 589 bp，包含6個外顯子和5個內(nèi)含子。人類IL-7與小鼠IL-7的同源性達81%[3]。IL-7主要由骨髓、胸腺及淋巴組織的基質(zhì)細胞產(chǎn)生，肝臟基質(zhì)細胞、單核/巨噬細胞、成纖維細胞、角質(zhì)細胞等多種細胞也可產(chǎn)生IL-7。

2001年成功克隆了IL-7的一個同系物—胸腺基質(zhì)淋巴蛋白(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)，TSLP主要由上皮細胞產(chǎn)生，其結(jié)構(gòu)類似IL-7，由4個α螺旋組成。TSLP與IL-7Rα鏈和TSLP受體(TSLPR)鏈組成的異二聚體結(jié)合發(fā)揮其生物學功能[10]，但人TSLPR與TSLP親和力非常低，所以又被稱為IL-7的“weak brother”。

2 IL-7的生物學功能

IL-7是一種多效的細胞因子，可作用于多種細胞，但IL-7的主要功能是促進未成熟B細胞和T細胞發(fā)育、抗凋亡及增殖，參與胸腺細胞的分化成熟，防止胸腺萎縮與衰老。

IL-7的發(fā)現(xiàn)源自其在體外促進小鼠早期B細胞的增殖作用，IL-7能促進前體B細胞生長[1-2]。IL-7基因敲除鼠均表現(xiàn)出骨髓原B細胞發(fā)育停滯，不能向前B細胞轉(zhuǎn)化，成熟T細胞、B細胞缺乏，胸腺細胞減少了20倍，表明IL-7對骨髓、胸腺中樞性T細胞、B細胞的發(fā)育、成熟發(fā)揮著重要作用[11]。IL-7R基因敲除鼠表現(xiàn)與此相同，但T細胞減少更明顯，可能與IL-7R基因敲除后TSLPR信號途徑也被阻斷有關(guān)[12]。嚴重聯(lián)合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency, SCID)是一種嚴重的原發(fā)性免疫缺陷病，其共同特征為T細胞生長和/或功能缺陷，可分為T-B-NK-、T-B-NK+、T-B+NK-和T-B+NK+等不同類型，T-B+NK+SCID由IL-7Rα基因突變所致，其T細胞明顯減少，而NK細胞、B細胞正常，提示相對于NK細胞、B細胞而言，IL-7/IL-7Rα信號通路對T細胞發(fā)育至關(guān)重要[13]。

IL-7的另一重要生物學功能是抑制外周T細胞凋亡，誘導細胞增殖、持續(xù)存活。IL-7與IL-7R結(jié)合后激活I(lǐng)L-7R信號途徑，上調(diào)抗凋亡蛋白，抑制已分化和激活的T細胞凋亡，并下調(diào)促凋亡蛋白防止T細胞凋亡[14]。該功能具有劑量依賴性，高濃度IL-7誘導增殖效應，而低濃度IL-7維持細胞持續(xù)存活[15]。當T細胞活化后，IL-7Rα表達下調(diào)，阻止IL-7繼續(xù)作用于這些細胞。因此，IL-7在維持外周T細胞的增殖、穩(wěn)態(tài)平衡方面也起著重要作用。

IL-7還可影響樹突細胞、巨噬細胞的發(fā)育和功能，誘導單核-巨噬細胞分泌多種細胞因子，促進巨噬細胞的殺利什曼原蟲效應[16]，還可抑制嗜酸性粒細胞凋亡[17]。除此以外，因IL-7具有強有力的免疫調(diào)節(jié)作用，可直接或間接作用于腫瘤細胞，通過增強腫瘤疫苗或過繼免疫而發(fā)揮抗腫瘤效應[18-19]。

盡管IL-7 是對淋巴細胞、胸腺細胞的凋亡、發(fā)育、增殖不可或缺的細胞因子，但在正常小鼠體內(nèi) IL-7蛋白的表達卻非常低，有學者采用常規(guī)的蛋白檢測方法如ELISA、Western Blotting 均無法檢測到血清中的IL-7，由于尚缺乏其他檢測 IL-7蛋白的合適方法，目前沒有IL-7蛋白體內(nèi)動態(tài)變化的報道[20]。因此，IL-7是一種表達量很低，卻高度利用的珍貴的細胞因子。

而TSLP主要的生理作用是抗寄生蟲感染，也參與炎癥性腸病、特異性皮炎等炎癥性疾病和過敏的發(fā)生[21-22]。

3 IL-7/IL-7R的信號通路

IL-7及其受體介導的信號傳導途徑主要是通過激活Janus激酶(JAK)、信號傳導及轉(zhuǎn)錄活化子5(signal transducers and activators of transcription 5， STAT5)信號通路實現(xiàn)，還有一些負調(diào)控機制，如細胞因子信號轉(zhuǎn)導抑制因子1(suppressors of cytokine signaling 1，SOCS1)參與調(diào)控IL-7/IL-7R信號途徑。

3.1 JAK/STAT5信號通路 IL-7主要依賴于JAK/STAT5信號途徑通過調(diào)控BCL-2蛋白質(zhì)家族的表達來維持T細胞的存活狀態(tài)[23]。IL-7首先與IL-7R結(jié)合后，觸發(fā)細胞內(nèi)與IL-7R相關(guān)聯(lián)的酪氨酸激酶1(JAK)(與IL-7Rα相連)和JAK3(與共同γc 相連)活化，激活的JAK 蛋白使位于 IL-7Rα鏈上的特定基序磷酸化而形成結(jié)合位點，可供含有 Src同源物 2(SH2)結(jié)構(gòu)域的信號分子STAT5結(jié)合磷酸化STAT5，使STAT5形成二聚體，進入細胞核，在細胞核內(nèi)調(diào)控一系列細胞生長和生存的基因，如上調(diào)BCL-2蛋白質(zhì)家族中的抗凋亡蛋白(BCL-2、BCL-XL、MCL-1)、下調(diào)促凋亡蛋白(BAX、BAD)，促進T細胞在體內(nèi)存活[23-24]。

3.2 磷脂酞肌醇3激酶(PI3K)/ AKT/mTOR通路 活化的IL-7Rα還能結(jié)合酪氨酸磷酸化PI3K p85亞基，激活PI3K，在質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使PIP3，PIP3與細胞內(nèi)含有PH結(jié)構(gòu)域(pleckstrin homolgy domain)的信號蛋白AKT和PDK1結(jié)合，促使PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308，導致AKT活化，AKT磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復合物1/2 (TSC1/2)可阻止其對小G蛋白Rheb(ras homology enriched in brain)的負調(diào)控，進而使得Rheb富集以及對雷帕霉素敏感的mTOR復合體(mTORC1)的活化，從而增強細胞存活、增殖功能[25-26]。

3.3 負調(diào)控機制 IL-7信號通路可被一些負調(diào)控機制干擾，如SOCS1作為細胞因子信號抑制劑可抑制STAT5信號轉(zhuǎn)導而維持適度的炎性反應[27]，這些機制可以防止因細胞因子信號通路的過度激活而引起自身免疫性疾病或腫瘤。

正常時SOCS1在Th1細胞中高表達，但IFN-γ可誘導已分化的Th17細胞表達SOCS1，隨后與STAT5結(jié)合從而抑制IL-7/IL-7R信號途徑，負調(diào)控IL-7信號途徑介導的已分化Th17細胞的存活[23，28]，具體的機制可能是作為JAKs的假底物與之結(jié)合，隨后抑制STAT5信號通路，或者形成泛素介導的復合物并由蛋白酶體降解[29]。

4 IL-7、IL-7R與疾病的相關(guān)性

4.1 病毒感染性疾病 正常人群血漿IL-7水平與T淋巴細胞的數(shù)量、mIL-7Rα水平呈負相關(guān)；而在HIV感染者，其IL-7水平升高、IL-7R水平下降，IL-7水平與體內(nèi)CD4+T細胞水平呈負相關(guān)。感染HIV后，由于免疫系統(tǒng)激活、CD4+T細胞的凋亡增加，IL-7水平代償性增高；但CD4+T細胞表面mIL-7R表達水平降低，HIV特異性CD4+T細胞因缺乏mIL-7R表達，IL-7信號通路功能抑制，不能維持其存活狀態(tài)而凋亡，CD4+T細胞隨之減少、功能抑制[30]。Crawley等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，HIV持續(xù)感染者的IL-7、sIL-7Ra水平均明顯升高，高濃度sIL-7Ra可抑制IL-7介導的CD8+T細胞STAT5、Akt磷酸化，進而抑制CD8+T細胞的增殖和功能活化，提示HIV感染后sIL-7Ra可通過抑制IL-7/IL-7信號途徑進而抑制CD8+T細胞功能，這可能是HIV持續(xù)感染者免疫逃逸的機制之一。最近的進一步研究還發(fā)現(xiàn)，sIL-7R對人類CD4+T細胞、CD8+T細胞IL-7/IL-7R信號途徑的功能均有抑制作用[31]。部分HIV感染者可發(fā)生免疫重建不良，這些患者在病毒抑制的情況下(<50拷貝/mL)仍不能獲得良好的免疫重建。研究表明，血清IL-7水平升高、mIL-7R的表達降低是其重要的機制之一[32]。國外已有多中心I/IIa臨床研究應用人重組IL-7來治療HIV感染者，CD4+T細胞的數(shù)量呈劑量依賴性增加[33]。

對其他持續(xù)性病毒感染，如巨細胞病毒、乙肝病毒等的研究也表明， 給予IL-7后巨細胞病毒、乙肝病毒感染動物的抗CMV特異性T細胞、抗HBV-特異性T細胞水平升高，有利于病毒清除[34-35]。

4.2 哮喘及過敏性疾病 一個研究小組曾用定位候選克隆方法在5p13區(qū)域發(fā)現(xiàn)了IL-7R、白血病抑制因子受體等多個哮喘易感位點[36]。隨后印度學者證實IL-7R基因多態(tài)位點與印度北方人群哮喘發(fā)病也存在相關(guān)性，認為rs1494555在哮喘的發(fā)生中具有保護效應，而rs6897932位點在哮喘的發(fā)生中具有獨立的危險效應[37]。Kelly等[17]通過基因芯片表達譜分析發(fā)現(xiàn)，人類外周血嗜酸性粒細胞表達IL-7Rα鏈(CD127)和共同γc (CD132)，變應原可刺激氣道產(chǎn)生IL-7，IL-7通過增強已活化的嗜酸性粒細胞的功能并維持其存活狀態(tài)參與氣道炎癥的形成。我們對中性粒細胞性哮喘小鼠和嗜酸細胞性哮喘鼠的研究顯示，中性粒細胞性哮喘小鼠體內(nèi)存在高IL-7微環(huán)境，已分化的Th17細胞在機體高IL-7環(huán)境下，依賴JAK/STAT5信號途徑激活維持其存活狀態(tài)，這些功能增強的Th17細胞高表達的IL-17，通過促進多種細胞因子分泌參與哮喘氣道中性粒細胞炎癥及氣道高反應的形成[38]。

4.4 腫瘤 因IL-7具有強有力的免疫調(diào)節(jié)作用，可直接或間接作用于腫瘤細胞，通過增強腫瘤疫苗或過繼免疫發(fā)揮抗腫瘤效應。研究表明，IL-7可通過促進γ-IFN、白細胞介素-1α(IL-1α)、白細胞介素-1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等細胞因子的分泌，抑制膠質(zhì)瘤、黑色素瘤等實體瘤的生長[18，44]。IL-7還能增強CD8+T細胞的毒作用及腫瘤特異性CD8+T的活性[45]，或促進實體瘤化療后CD4+T細胞的恢復[46]，或通過提高IL7Rα水平起到增強抗腫瘤免疫的作用[47]。

腫瘤抗原一般免疫原性較弱，接種腫瘤疫苗后聯(lián)合使用IL-7和其他細胞因子，可加強抗原特異性T淋巴細胞反應而增強其抗腫瘤作用。sipuleucel-T是含有前列腺酸性磷酸酶(prostatic acid phosphatase，PAP)和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GMCSF)的腫瘤疫苗，聯(lián)合輸注IL-7、IL-2和IL-4、sipuleucel-T可顯著抑制表達PAP的前列腺癌[48]。目前已有人重組IL-7用于非血液系統(tǒng)惡性腫瘤的治療，結(jié)果顯示安全性較好，且CD4+T細胞、CD8+T細胞呈劑量依賴性增加，而Treg細胞無明顯增加[49]；與IL-2相比，輸注IL-7并不增加Treg細胞數(shù)目，顯示出IL-7在抗腫瘤領(lǐng)域的良好應用前景。

4.5 胸腺衰老/退化 胸腺是機體的重要中樞免疫器官，是T細胞分化、發(fā)育、成熟的場所，還可分泌胸腺素等多種激素。胸腺退化的特征是胸腺上皮細胞減少、皮髓質(zhì)比例下降、血管周圍間隙增寬并逐漸被脂肪替代。人類的胸腺從出生后9個月就開始逐漸退化，在10歲以內(nèi)和25～40歲間有兩個加速期，隨后逐年緩慢退化。盡管人在出生后不久就一直在經(jīng)歷胸腺退化，但是逐漸衰老退化的胸腺仍然可以持續(xù)產(chǎn)生T細胞。隨著年齡的增長、胸腺衰老進一步加重，老年人逐漸出現(xiàn)T細胞絕對數(shù)量的減少，衰老T細胞的增殖及分化等功能也降低。

影響胸腺衰老的因素復雜多變，涉及神經(jīng)-內(nèi)分泌、胸腺微環(huán)境和細胞端粒變化以及胸腺細胞突變等多種機制。最新的研究表明，IL-7也是維持胸腺功能、防止胸腺衰老的重要細胞因子[50]。胸腺上皮細胞可分泌IL-7，隨年齡增長胸腺分泌的胸腺激素及IL-7、TNF-α等細胞因子進一步減少，加速了胸腺衰老的進程。動物實驗研究也顯示，給予抗IL-7抗體處理小鼠可誘導出胸腺退化，補充外源性IL-7后小鼠胸腺的重量和胸腺上皮細胞部分恢復[51]。荷蘭一項關(guān)于長壽的研究，從長壽人群的家族里篩選出了244個與長壽相關(guān)的基因，在這些基因中，低表達IL-7R與胰島素敏感、低血脂等“健康”代謝指標相關(guān)，該研究認為IL-7R可作為一個健康老齡化的候選生物標志物[52]。然而也有相反的研究結(jié)論，Sempowski等[53]用IL-7處理小鼠2周，可維持成年鼠脾臟T細胞增殖并防止胸腺退化；但IL-7既不能誘導老年鼠脾臟T細胞的擴增，也不能阻止老年鼠胸腺的退化。因此，關(guān)于IL-7在胸腺衰老中的作用還有待更多的研究去證實。

綜上所述，IL-7是一種多效的細胞因子。在正常人群，IL-7可維持淋巴細胞發(fā)育、動態(tài)平衡及免疫自穩(wěn)。鑒于IL-7特殊的生物學功能，IL-7及其受體信號途徑已被廣泛應用于病毒感染、骨髓移植、免疫重建及自身免疫疾病、腫瘤等多領(lǐng)域的治療研究中。IL-7在恢復病毒感染后免疫重建、自身免疫疾病、腫瘤的基礎(chǔ)及臨床研究方面顯示了良好的應用前景，補充IL-7或阻斷IL-7信號途徑可望成為臨床治療的新靶標。