Th17/Treg免疫失衡在肺部疾病中的研究进展

顾 娜，刘洪斌

(天津市医药科学研究所，天津 300020)

肌体内初始辅助性T细胞(CD4+T淋巴细胞)是一类在免疫反应中发挥重要作用的细胞，其激活后可分化为辅助性T细胞1(T helper cells，Th1细胞)、Th2细胞、辅助性滤泡T细胞(follicular T helper cells，Tfh)、Th17细胞和调节性T细胞(regulatory T cells，Treg细胞)五个亚群。其中，介导炎性反应的Th17细胞和介导免疫耐受的Treg细胞是近年来研究的热点。二者在分化上相互关联而功能上相互制约，生理情况下两者处于动态平衡从而维持肌体稳态，而两者失衡则会引起肌体免疫应答异常。本文就Th17/Treg免疫失衡在肺部疾病中的作用及研究进展进行简要综述。

1 Th17与Treg的生物学特性

1.1Th17 2005年研究人员在自身免疫性脑脊髓炎小鼠体内发现一群不同于Thl、Th2及Treg的细胞亚群，因其高水平分泌白细胞介素17(IL-17)，故命名为Th17[1]。研究发现，Th17可分泌IL-17A/F、IL-6、IL-21、IL-22以及肿瘤坏死因子TNF-α和单核细胞趋化蛋白(MCP-1、MCP-2)等，其中，IL-17 是其分泌的主要效应因子，可诱使上皮细胞、成纤维细胞、单核细胞、粒-巨细胞、内皮细胞及淋巴细胞等分泌IL-6、IL-8、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)及细胞黏附分子1(CAM-1)，从而引起炎症反应并在自身免疫性疾病中发挥重要作用[2]。Th17 细胞还可特征性表达维甲酸相关孤儿受体-γt(RORγt)，是其特异性细胞转录因子。当肌体受到微生物入侵时，作为免疫卫士的树突状细胞(DCs)及巨噬细胞会对这些外源物进行识别、加工并以正确的方式提呈给可识别的细胞，从而启动初始T淋巴细胞介导的免疫应答，随之，其转录因子RORγt 驱动活化T细胞表达IL-23 受体，通过IL-23 信号通路活化转录活化因子3(STAT3)，促进Th17细胞的扩增及分泌炎性细胞因子[3]。研究发现，IL-6、转化生长因子β(TGF-β)是Th17细胞分化最主要的调控因子，去除TGF-β基因或者抑制IL-6，可使Th17细胞分化减少，从而IL-17水平下调[4]。IL-23对于Th17细胞分化不是必要的，但是已分化的Th17细胞必须在其刺激下才可分泌IL-17，从而促进各种炎症介质的产生[5]。而IL-2可通过STAT5信号通路抑制Th17细胞的分化[6]。

1.2Treg 1995 年日本学者Sakaguchi 等[7]在一项啮齿类动物实验中首次发现一类具有负调节作用的T 淋巴细胞亚群，并称其为CD4+CD25+Treg细胞。Treg细胞可以通过控制对自身抗原的免疫反应来预防自身免疫性疾病的发生，同时能够抑制免疫系统对外来抗原的应答，从而减少T细胞介导的病理性免疫应答。Treg主要分泌TGF-β、IL-10及IL-35等多种细胞因子，并通过抑制树突状细胞、NKT细胞、B细胞及巨噬细胞活化和增殖而在免疫耐受中发挥重要作用[8]。根据来源主要将其分为两大类: 一类是由胸腺发育分化而来、主要通过细胞接触机制发挥抑制功能的天然型Treg (nTreg)，另一类是在外周组织分化而来、主要通过IL-10、TGF-β等可溶性细胞因子发挥作用的诱导型Treg(iTreg)，其中nTreg 在CD4+T 细胞中大概占5%～10%，是体内最多的一种Treg亚型[9]。细胞表面分子主要包括CD25 分子(IL-2 受体链， IL-2R)、细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原-4(CTLA-4)、程序化死亡配体-1(PD-L1)、糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体(GITR)及人类白细胞抗原-DR(HLA-DR) 等[10]。研究发现，免疫抑制性和免疫无能性是Treg细胞两大功能特征。免疫抑制性表现为在经过T细胞受体介导的信号刺激活化下抑制T淋巴细胞的增殖分化、细胞因子的产生及其免疫调节作用，而免疫无能性则表现在对IL-2、抗原呈递细胞、IL-2特异性抗原等共刺激分子无反应[11]。研究还发现，叉头状转录因子3(Foxp3)是Treg特异性转录因子，可通过NF-κB阻断多种炎性因子的表达，并可通过干扰转录活化T细胞核因子而下调IL-2、IL-4及IFN-γ合成，逆转录Foxp3可使初始型CD4+CD25-T细胞转化为具备调节活性的Treg[12]。

2 Th17/Treg免疫平衡

两者起源于同一类初始CD4+T 细胞，在细胞分化过程中相互制衡，功能上相互拮抗，在一定条件下还可以相互转化。研究发现，转化生长因子TGF-β和IL-6是连接二者的关键因子。其中，TGF-β单独刺激时，初始T细胞可分化为Treg且TGF-β诱导表达的Foxp3可拮抗转录因子RORγt向Th17的转化；而在TGF-β和IL-6 共同作用下，初始T细胞主要分化为Th17，并且IL-6可在一定程度上抑制Treg分化[13]。IL-6还可通过激活STAT3信号通路下调Foxp3表达并上调IL-23受体(IL-23R)，从而诱导Th17细胞分化并促进其发育[14]。另外，研究发现IL-6、IL-21 还可诱导已经分化的Treg向Th17转化，因此，IL-6有望成为治疗多种自身免疫性疾病的重要靶点[15,16]。生理情况下，Th17相关的促炎反应与Treg相关的抑炎反应处于动态平衡状态，二者的比例失衡与感染性疾病、癌症以及自身免疫性疾病密切相关。

3 Th17/Treg免疫失衡与肺部疾病

3.1支气管哮喘 支气管哮喘是由多种免疫细胞(如嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、气道上皮细胞等)和细胞组分参与的一种气道慢性炎症性疾病。主要表现为气道的高反应，广泛多变的可逆性气流受限，以及反复发作的喘息、气急、胸闷或咳嗽等症状，常在夜间和(或)凌晨发作[17]。近年的研究发现，Th17/Treg免疫失衡在支气管哮喘的发病机制中发挥重要作用。临床研究证实，哮喘患者外周血单个核细胞(PBMC)内Th17/Treg比列上调[18,19]，Th17及相关细胞因子(IL-17、IL-6、IL-21、IL-22)和特异性转录因子RORγt表达上调，嗜酸性粒细胞聚集浸润，哮喘加重；而Treg相关细胞因子IL-10、TGF-β和特异性转录因子Foxp3表达下调[20]，前炎性细胞因子和趋化因子生成增多，气道反应增强。基础实验研究也证实，鸡卵清蛋白致敏引起的哮喘小鼠外周血CD4+IL-17+占CD4+比例明显升高，Foxp3+CD4+CD25+占CD4+比例明显降低[21]；BALF内IL-10、 TGF-β及Foxp3表达上调[22,23]；脾脏及肺组织内Th17细胞占CD4+T细胞百分比上调而CD4+CD25+Treg细胞百分比下降，且TGF-β1 蛋白表达上调[24,25]，并且发现IL-17 的表达与哮喘的严重程度及气道高反应性密切相关。另有研究发现，支气管哮喘模型中Th17/Treg免疫失衡机制与Notch信号通路密切相关。Notch家族是细胞生物发育过程中一类高度保守的、十分重要的跨膜信号蛋白，主要包括4种受体(Notch1-4)和5种配体(DLL1、DLL3、DLL4、Jagged1 和Jagged2)，其可通过这些受体和配体之间结合与相邻细胞进行某些特定的信息交流，从而在细胞增殖、分化、凋亡中发挥着关键作用。近年来的研究发现，Notch信号通路通过调控Th17、Treg细胞分化及增殖参与肌体多种疾病的发生[26,27]。综上所述，Th17细胞过度活化和Treg数目及功能下降是哮喘的免疫防病机制之一，针对二者失衡的研究为支气管哮喘的新药开发及临床治疗提供了新策略。

3.2慢性阻塞性肺疾病 慢性阻塞性肺疾病简称慢阻(COPD)，是一种常见的以持续性呼吸系统症状和气流受限为特征的破坏性的慢性肺部疾病，巨噬细胞、T细胞、中性粒细胞等多种炎症细胞参与其发病过程。目前认为，氧化性应激、蛋白酶/抗蛋白酶失衡、炎性细胞及炎性介质、细支气管周和肺间质纤维化是其主要发病机制的关键环节[28]。COPD主要影响肺实质和外周气道，从而引起不可逆的、渐进性的气流受限。吸烟、遗传因素、空气污染及呼吸道感染等危险因素均可导致COPD。临床研究发现，COPD患者外周血Th17水平高于健康者，与患者肺功能呈负相关，且与患者病情进展关系密切(急性加重期COPD患者外周血Th17水平明显高于稳定期COPD患者)[29,30]，并在COPD患者气道重塑及肺血管重构的发病过程中发挥重要作用；而患者外周血内Treg比例下降且肺组织内Foxp3表达下调，甚至有学者认为这部分Treg存在功能缺陷。基础研究也证实，COPD大鼠体内存在明显的Th17/Treg失衡，且该失衡引起的相关细胞因子的表达与STAT3/5信号通路[31]、高迁移率族蛋白1(HMGB1)[32,33]及肿瘤转移抑制蛋白TGF-β/BAMBI信号通路[34]密切相关。研究发现，STAT3/5信号通路参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。Th17细胞产生的IL-6、IL-21及IL-23等细胞因子可活化STAT3并驱使其转移至细胞核内，进而调节RORγt转录及Th17细胞的分化，而STAT5可直接与Foxp3结合从而调节Treg细胞的增殖及分化；具有促炎功能的核内非组蛋白-HMGB1可由活化后的免疫细胞分泌释放，与相关受体结合后促进炎症因子生成并介导下游炎症反应。研究发现，COPD发生时，HMGB1与Th17和Treg细胞表面的晚期糖基化终末产物受体(RAGE) 结合，可上调RORγt表达而下调Foxp3的表达，从而引起体内Th17/Treg的失衡；骨形成蛋白和激活素的跨膜抑制剂(BAMBI)是转化生长因子-β(TGF-β)通路上的抑制型伪受体，其与TGF-βⅠ型受体竞争性结合配体与TGF-βⅡ型受体复合物，从而抑制TGF-β通路的信号传导。研究发现，TGF-β1可上调COPD患者支气管黏膜内BAMBI表达，进而调节RORγt和Foxp3转录表达，最终引起Th17/Treg的免疫失衡[35]。上述表明，Th17/Treg免疫失衡是COPD发生发展的关键因素，并为其临床免疫治疗提供新的依据。

3.3肺癌 肺癌是近年来我国乃至全世界发病率和病死率较高的恶性肿瘤之一，吸烟、大气污染、电离辐射、肺部慢性感染及遗传等均为其发病的危险因素。其中，非小细胞肺癌(NSCLC)在肺癌中占的比例高达80%。众所周知，肺癌的发生发展和肌体免疫功能紧密相关。正常情况下，人体免疫系统具有免疫监视功能，能及时识别并清除“异己”，从而消除促肿瘤因素的影响，发挥抗肿瘤免疫作用。而一旦促肿瘤因素与抗肿瘤免疫之间失去平衡，就会导致肿瘤的发生及快速进展。近年来，Th17 与Treg 细胞作为CD4+T淋巴细胞的两大亚群在肺癌尤其是NSCLC的发生发展中的作用和相互关系备受关注。临床研究发现，NSCLC患者外周血及BALF内Th17和Treg的数量以及Th17/Treg比例均高于健康人群，且外周血内Th17和Treg细胞的数量与临床分期、肌体的荷瘤状态、对化疗的敏感性及预后密切相关[36，37]。研究人员发现，NSCLC患者及小鼠体内IL-17所占的比例显著上升，且与肿瘤微血管密度(MVD)及VEGF的表达成正相关，推测IL-17在肿瘤微环境中可通过JAK/STAT-1 信号传导促进血管生成诱导物IL-6、IL-8 和VEGF 的产生，从而刺激成纤维细胞等表达促进血管生成的因子，诱导成纤维细胞和间质细胞新生血管形成，促进肿瘤的发生发展与浸润转移[38]，且有研究发现，IL-17也可通过NF-κB/ZEB1信号通路诱导上皮间质转化及ZEB mRNA和蛋白的表达，上调上皮间质转化信号表型标记的波形蛋白和钙黏素，刺激细胞定位ZEB的磷酸化，最终促进癌细胞迁移和侵袭[39]；而Treg 细胞数目增加或功能增强，可促进细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4)、糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体(GITR)和程序性死亡受体1(PD-1)的高表达，并可相应调节TGF-β、IL-6、IL-10及IL-17分泌，抑制CD4+/CD8+T细胞、DC细胞及NK细胞的产生和功能发挥，从而促进肿瘤细胞逃避免疫监视(即导致肿瘤免疫耐受)，并促进肺癌的转移及进展[40]。总之，Th17/Treg细胞在NSCLC免疫微环境中是一个动态演变过程，两者的比例失衡与Th17细胞、Treg细胞的分化、相关细胞因子的表达和调节作用及NSCLC 的发生发展均密切相关。

3.4肺纤维化 肺纤维化(PF)是一种病因复杂，发病机制尚不十分明确的肺部间质性疾病，近年来发病率、病死率均逐年增高。其主要病理改变为成纤维细胞增殖及大量细胞外基质聚集并伴炎症损伤、组织结构破坏。近年来研究认为，肺纤维化发展过程主要包括三个环节：肺泡的免疫和炎症反应、肺实质损伤和受损肺泡修复(纤维化)，其中Th17 细胞、Treg 细胞及Th17/Treg 细胞的平衡与肺纤维化发生发展之间的关系已成为医学关注的焦点。临床研究发现，肺纤维化病人外周血内Th17细胞功能亢进，Th17/Treg比例失衡[41]，从而引起Th1、Th2功能障碍，最终导致肺部胶原纤维的沉积；基础研究也发现，肺纤维化动物体内Th17细胞比例明显下降，而Treg细胞比例升高，Th17/Treg 比值增大[42]。经研究发现，Th17细胞可分泌IL-17、IL-22等与肺纤维化相关的细胞因子，参与成纤维细胞增殖、肺泡上皮细胞EMT(上皮向间充质细胞转化)、胶原合成和炎症细胞分子分泌等过程，进而促进肺纤维化的发生、发展[43]。而Treg细胞在PF中也发挥重要作用，其可通过调控Th17、CD4+CD28-T、 CD4+CD28+T 及CD8+T 细胞亚群的数量及功能，并可通过下调肺组织内NKT细胞分泌产生IFN-γ，而IFN-γ作为抑制纤维化的细胞因子是影响PF病情进展的重要因素[44]；也有研究发现，PF动物体内抑制性细胞因子IL-35的水平与Treg呈正相关而与IL-17和Th17/Treg呈负相关，IL-35是IL-12家族中最新识别的成员，主要由nTreg产生，是由α和β链组成的异源二聚体蛋白，其在T细胞增殖活化和细胞因子产生方面发挥重要的调节作用。IL-35可通过上调IFN-γ的表达而抑制TGF-β 受体下游效应器的磷酸化，从而阻断TGF-β 的与其受体的结合，又因TGF-β是促进Th17分化的重要细胞因子，因此最终可导致Th17的分化受到抑制[45]。上述表明，Th17、Treg和IL-35有望成为PF研究的靶点，并为其临床治疗提供新的方向和思路。

综上所述，Th17/Treg失衡是多种肺部疾病发生发展的重要原因之一，但具体机制尚不明确。随着基础免疫学对Treg、Th17细胞研究的不断深入，以Treg、Th17 及其相关因子和信号通路为靶点的药物，以及对该两种细胞不同调节因子的干预，将为多种肺部常见疾病提供新的临床治疗手段。