王凱強, 溫紅珠, 吳清遠, 鄭沁薇, 王孟然, 苑致維, 楊 丹, 郝微微

王凱強, 鄭沁薇, 王孟然, 苑致維, 楊丹, 郝微微, 上海中醫(yī)藥大學附屬岳陽中西醫(yī)結合醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市 200437

溫紅珠, 吳清遠, 郝微微, 上海市中醫(yī)藥研究院脾胃病研究所 上海市200032

核心提要: 在近幾年的實驗研究中有大量證據(jù)表明炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)與輔助性T細胞17(T-helper cell 17, Th17)/調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory cells,Tregs)平衡受損有關, 且近來的動物模型中人們發(fā)現(xiàn)了各種新穎的分子有利于重新塑造Th17/Treg的平衡.本文就將從它們在調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡中的作用以及對IBD的影響進行論述.

0 引言

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一組病因及發(fā)病機制尚不十分明確的慢性非特異性腸道炎癥,主要包括潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(crohn's disease, CD)[1]; 其病因可能包括環(huán)境、感染、免疫和遺傳因素等.近年來的研究發(fā)現(xiàn)腸黏膜免疫系統(tǒng)異常反應在炎癥性腸病的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸過程中發(fā)揮著重要的作用, 其中輔助性T細胞17(T helper cell 17,Th17)/調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory cells, Tregs)失衡與IBD密切相關已經(jīng)大量研究證實; 而影響Th17/Treg平衡的因素主要包括以下5個方面: T細胞受體信號、共刺激信號、細胞因子信號、代謝水平和腸道菌群.本文將結合近年來的研究熱點, 對上述5個因素及其對IBD的影響進行概述.

1 Th17/Treg平衡

Th17細胞和Treg細胞均為CD4+T細胞的重要亞群.初始CD4+T淋巴細胞接受抗原信號的刺激, 在共刺激信號以及共刺激分子的共同作用下被活化, 在不同的條件下分化為不同的T淋巴細胞, 包括傳統(tǒng)的Th1、Th2型效應細胞和輔助性T細胞17(T helper cell 17, Th17)、調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory cells, Tregs).胸腺來源的Treg細胞稱為tTreg細胞, 而外周組織中由抗原刺激T細胞分化出來的Treg細胞稱為pTreg細胞, 其分化依賴于TGF-β的參與[2].初始CD4+T細胞在TGF-β的誘導下分化為Treg細胞, 在TGF-β和IL-6或IL-21的共同作用下分化為Th17細胞, Th17細胞產(chǎn)生IL-17, IL-22和IL-23, 募集中性粒細胞, 并在感染部位促進炎癥.相反, Treg細胞在被同源抗原激活后發(fā)揮著負性免疫調(diào)節(jié)作用, 主要分泌IL-10、TGF-β等抗炎細胞因子, 抑制多種免疫細胞的活性, 從而抑制免疫應答[3].

2 炎癥性腸病中的Th17/Treg平衡

Thl7和Treg細胞在分化上相互聯(lián)系, 在功能上相互抑制,共同維持著機體免疫微環(huán)境的平衡, 一旦這種平衡被打破, 多種自身免疫性疾病包括IBD就隨之發(fā)生[4].Th17細胞是炎癥性腸病的主要參與者, 研究發(fā)現(xiàn), 與正常組織相比, IBD患者的腸黏膜中Th17細胞大量浸潤, 并且由Th17細胞特異性分泌的細胞因子IL-17數(shù)量增加[5].而經(jīng)流式細胞術分析顯示, 在UC小鼠模型中, 小鼠外周血中同樣出現(xiàn)了Thl7細胞數(shù)量的上升[6].與Th17細胞相反,Treg細胞除了具有抑制自身免疫性疾病發(fā)生的能力, 同時還具有控制腸道炎癥的作用[7].在UC小鼠模型中, 小鼠外周血Treg細胞的數(shù)量下降[8], 而通過增加IL-10、TGF-β的分泌可以使小鼠腹瀉癥狀得到顯著改善[5], 故Treg細胞可能是通過調(diào)節(jié)IL-10、TGF-β以及其它抗炎因子的分泌來抑制腸道炎癥級聯(lián)和放大反應, 從而改善IBD的臨床癥狀[9].相關的臨床觀察和動物實驗顯示Treg細胞及其抑制機制對抑制自發(fā)性腸道炎癥至關重要[10,11], 因此Treg細胞缺陷可能是IBD發(fā)病機制的中心環(huán)節(jié)[12].

3 Th17/Treg細胞平衡的影響因素

3.1 T細胞受體信號 幼稚T細胞的激活需要接受來自T細胞受體(T cell receptor, TCR)的信號.當TCR與共受體CD4或CD8一起結合抗原提呈細胞(antigen presenting cell, APC)表面上的肽-MHC復合物時, 會激活CD3鏈尾部于細胞質(zhì)中的基于免疫受體酪氨酸的活化基序(ITAM)[13], 之后通過一系列復雜的化學反應最終激活幼稚T細胞.研究表明, 在Itk-/-細胞中衰減的TCR信號可以通過抑制Akt/mTOR途徑將幼稚T淋巴細胞誘導優(yōu)先分化為Treg細胞而非Th17細胞[14], 從而調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡.此外, 在對活動期UC患者體外黏膜T細胞的研究中發(fā)現(xiàn), N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)可導致T細胞受體支鏈N-糖基化的增強, 從而抑制Th1/Th17免疫應答并減弱其細胞活性[15].

3.2 共刺激信號 共刺激分子是由參與適應性免疫的免疫細胞表面所表達的不同共刺激分子及其受體相互結合而產(chǎn)生的.幼稚T細胞的激活和分化需要來自APC的共刺激信號.APC表面上的共刺激分子B7.1(CD80)和B7.2(CD86)與幼稚T細胞上的CD28結合.CD28的細胞質(zhì)尾部含有信號分子的對接位點, 其中膜近端YMNM基序與PI3K結合, 遠端PYAP基序與Grb2和Lck結合[16].tTreg和pTreg細胞生成都需要共刺激信號.多項研究表明, 缺乏CD28信號傳導的小鼠Treg數(shù)量減少或者喪失了抑制活性[17,18], 從而導致自身免疫性疾病的發(fā)生.然而, 有研究表明, 選擇性共刺激調(diào)節(jié)劑阿巴西普(abatacept)對中重度CD和UC患者無明顯作用[19].這可能與Treg細胞的抑制活性有關[20], 又或者阿巴西普未靶向的其他共刺激分子如OX40/OX40L可能在腸道炎癥中發(fā)揮了重要作用[21].

3.3 細胞因子 細胞因子是細胞分泌的具有多重生物活性的、采用自分泌與旁分泌作用方式的小分子蛋白和多肽.研究發(fā)現(xiàn)參與Th17/Treg平衡調(diào)節(jié)的細胞因子包括TGF-β、IL-6和IL23等[5,22].TGF-β作用于初始CD4+T細胞誘導Th17和Treg細胞發(fā)育, 而IL-6則在后續(xù)細胞增殖分化中起著關鍵作用.IL-6通過磷酸化和激活STAT3, 誘導Th17細胞特異性基因, 驅(qū)動Th17細胞分化RORC、IL17和IL23R[22,23].另一方面, TGF-β和IL-2對于Treg細胞的分化是必需的, 同時IL-2信號傳導也是維持Treg細胞穩(wěn)態(tài)的重要因素.有趣的是, 在IBD患者的腸道中, TGF-β高度產(chǎn)生但其介導的免疫抑制卻明顯受損.研究者發(fā)現(xiàn)這與Smad7有關, Smad7是一種細胞內(nèi)蛋白質(zhì), 可與TGF-β受體結合并抑制TGF-β1驅(qū)動的Smad依賴性信號傳導.有研究表明, 用特異性反義寡核苷酸沉默Smad7可恢復TGF-β1/Smad信號傳導, 從而下調(diào)炎癥細胞因子的產(chǎn)生并改善小鼠的實驗性結腸炎[24].最新有關CD患者的研究顯示, 其結腸組織中腫瘤抑制因子(cylindromatosis, CYLD)的剪接形式增加, 而sCYLD可介導Smad7的泛素化和核轉(zhuǎn)位, 從而減少Treg細胞中TGF-β的信號傳導[25].此外有研究發(fā)現(xiàn)STAT3可通過下調(diào)Foxp3中TGF-β表達抑制Treg細胞分化[26].

3.4 代謝途徑 當T細胞被TCR及共刺激分子等信號激活后, 細胞代謝由靜息狀態(tài)下的分解代謝(異化作用)轉(zhuǎn)變成為合成代謝(同化作用).這主要是因為初始T細胞所需的能量僅用于維持自身代謝平衡, 而活化的效應T細胞則需要大量的能量及生物原料進行增殖分化, 形成新一代的子細胞.靜息狀態(tài)下初始T細胞的無氧酵解代謝活性降低, 主要通過葡萄糖的有氧氧化或脂肪酸氧化來產(chǎn)生ATP[27,28].細胞一旦被激活后, 體積明顯增大, 并且對葡萄糖的利用從原先的有氧氧化途徑向糖酵解途徑轉(zhuǎn)變.在這過程中, 一些細胞因子如IL-2和共刺激分子CD28可以引起PI3K介導的AKT通路的激活, 激活的AKT可以引起mTOR信號通路轉(zhuǎn)導, 從而促進氨基酸和葡萄糖代謝[29].通過檢測mTOR, 我們可以發(fā)現(xiàn)代謝重編程對T細胞分化和功能的影響.當幼稚T細胞被激活時, mTOR會被激活并作為調(diào)節(jié)T細胞分化和功能的關鍵調(diào)節(jié)因子[30].研究發(fā)現(xiàn)在離體培養(yǎng)細胞和人類移植模型中, 雷帕霉素(一種mTOR抑制劑)可將Th17/Treg平衡轉(zhuǎn)向Tregs[31].另一項實驗發(fā)現(xiàn)AZD8055(一種mTOR抑制劑)能抑制UC小鼠的CD4+T、CD8+T細胞的增殖和Th1、Th17細胞的分化, 從而促進Treg細胞生成, 并通過調(diào)節(jié)T輔助細胞極化和增殖發(fā)揮抗炎作用[32].另一項研究亦發(fā)現(xiàn)mTOR抑制劑INK128可能通過調(diào)節(jié)骨髓來源的抑制性細胞來促進Treg細胞生成從而減弱DSS誘導的結腸炎[33].

3.5 腸道菌群 腸道微生物是指定植于腸道內(nèi)各種微生物的組合, 近年來的研究表明菌群失調(diào)可能與IBD相關.如在無菌飼養(yǎng)和使用抗生素的條件下, 腸道的Th17細胞顯著降低[34].還有研究發(fā)現(xiàn)某些腸道菌群能驅(qū)動Th17/Treg細胞平衡的轉(zhuǎn)化, 如分段絲狀菌、脆弱擬桿菌等[35].分段絲狀菌(SFB)可通過誘導腸道中Th17細胞的分化產(chǎn)生自身免疫性炎癥[36,37].脆弱擬桿菌可通過釋放多糖A(PSA), 可促進Foxp3+Treg細胞生成從而緩解實驗性結腸炎癥狀[38].雖然腸道菌群如何在腸道中誘導Treg/Th17細胞分化的機制目前尚不明確, 但微生物代謝物在觸發(fā)Treg細胞分化中的作用正變得越來越清晰[36].現(xiàn)認為腸道菌群所產(chǎn)生的短鏈脂肪酸Clostridales可誘導Treg細胞分化[37,39].有實驗表明SCFAs(短鏈脂肪酸)的口服給藥通過誘導G蛋白受體(GPR)15促進Treg細胞向結腸運輸[40],從而將Th17/Treg平衡傾向于Th17細胞.

4 結論

Th17/Treg失衡在IBD的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用.Th17/Treg平衡主要受到TCR信號、共刺激信號、細胞因子信號、代謝水平和腸道菌群等因素的影響, 目前已有研究證實可通過調(diào)節(jié)這些影響因素, 進而恢復Th17/Treg失衡, 從而治療IBD, 這些研究結果為IBD的治療提供了新的方向.但是目前研究多在動物模型層面,未來需要開展更多高質(zhì)量的臨床研究進一步探討調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡影響因素治療IBD的有效性及安全性.