Th17和Treg在真菌感染中的研究进展

荣 令, 李家树, 周 新

2.上海交通大学附属第一人民医院呼吸科。

近年来,真菌感染特别是侵袭性真菌感染(IFI)的患病率明显上升,严重威胁高危人群的生命安全[1]。辅助性T细胞(Th)1/Th2平衡模式在过去的20余年中被用来解释真菌感染和真菌病的免疫发病机制,Toll样受体(TLRs)和C型凝集素受体在机体抗真菌感染中作用的揭示,加深了人们对真菌感染发病机制的认识[2-3]。近年来,Th17及调节性T细胞(T regs)在真菌感染中的作用引起研究者浓厚的兴趣,本文着重综述Th17和Tregs在真菌感染中作用的研究进展。

一、Th17与真菌感染

已有的研究表明,Th1细胞主要产生干扰素(IFN)-γ并在清除细胞内病原体方面发挥重要作用。Th2细胞主要产生白介素(IL)-4、IL-5、IL-10和IL-13,在清除细胞外病原体,引发嗜酸粒细胞炎症变态反应和特应性等方面发挥作用。2005年发现的一种新的T细胞亚群与Th1和 Th2细胞不同,主要产生IL-17,被命名为Th17细胞,其在慢性炎症、自身免疫病、肿瘤发病以及感染性疾病中均发挥重要作用。

小鼠中的研究结果表明,转化生长因子(TGF)-β和IL-6共同诱导初始(naive)T细胞分化为Th17表型。分化的Th17细胞产生的IL-17不能进一步分化Th17细胞或使Th17细胞数量增殖。在分化过程中,Th17细胞产生大量的IL-21,IL-21是IL-2家族的成员,与IL-2共用IL-2Rγ链。目前认为IL-21是Th17细胞数量的放大因子。IL-6/IL-21诱导已分化的Th17细胞表达IL-23受体(IL-23R),接着IL-23使T h17细胞的表型得以稳定。异二聚体IL-23与IL-12是一个促炎性异构体细胞因子家族的成员,均具有p40亚基并分别与IL-23p19链或IL-12p35链相连。IL-23进一步产生Th17相关的细胞因子(IL-17A,IL-17F,IL-21),诱导IL-22,同时抑制与Th17亚群无关的IL-10和IFN-γ的产生。其他细胞因子如IL-1能够进一步放大 Th17细胞的分化,但不是 Th17细胞分化的基本驱动因子。研究提示,TGF-β可能不是人类 Th17细胞分化必需的细胞因子,而且有可能抑制人类 Th17细胞的分化。IL-1和IL-6对人类 Th17细胞的分化至关重要。但是TGF-β与促炎性细胞因子(IL-1、IL-6、IL-21和IL-23)一起,能够将初始脐带血细胞诱导成为Th17细胞。IL-1和IL-6只能使先前已经活化的记忆性T细胞产生IL-17。参与T h17细胞分化增殖的转录因子与信号途径主要包括核孤儿受体γ t(retinoid-related orphan receptor-γ-t,RoRγ t)、RoRα和 STAT-3(signal transducer and activator of transcription)等[4]。RoRγ t缺陷的小鼠T h17细胞显著减少,RoRγ t-/-基因敲除小鼠 Th17细胞缺乏,甚至在T细胞被TGF-β和IL-6激活时也是如此。然而在RoRγ t-/-小鼠中依然能观察到残留的Th17细胞;同时失去 RoRα与 RoRγ t则导致 Th17细胞的彻底缺失[5-6]。STAT-3缺陷的小鼠 Th17细胞增殖障碍;相反,持续过表达STAT-3则诱导IL-17的产生[7]。Socs3(suppressor of cytokine sig-nalling)蛋白是STAT-3的一个负性调节因子(negtive regulator),同时也调节Th17细胞的发生[8]。Socs3-/-基因敲除小鼠发生多器官的炎症性疾病,伴有中性粒细胞(PMN)浸润和 IL-17的过量产生。有研究表明,除了 RoRγ t/RoRα和 STAT-3外,IRF4(interferon regulatory factor 4)和c-Maf蛋白等其他转录因子也参与Th17细胞的分化[9-10]。

LeibundGut-Landmann等[11]研究表明,凝胶多糖(一种纯化的β葡聚糖)在体外实验中能够通过decetin-1(树突状细胞相关C型凝集素-1)-Syk(脾酪氨酸激酶)-CARD9(半胱天冬酶募集区蛋白9)信号通路诱导树突状细胞(DC)成熟并分泌促炎细胞因子IL-6、肿瘤坏死因子(TNF)、IL-23以及少量IL-12,诱导Th17细胞的分化。小鼠对白念珠菌感染的适应性免疫反应涉及Th17细胞的诱导,并且这一过程依赖固有免疫信号通路CARD9。van de Veerdonk等[12]的研究结果表明,念珠菌甘露聚糖能够通过巨噬细胞上的甘露聚糖受体(MR)诱导产生IL-17,且MR诱导的IL-17的产生通过TLR2/dectin-1而不是TLR4或NOD2(nucleotide-binding oligomerization domain protein 2)途径放大,表明念珠菌能够通过特异性的模式识别受体(specific pattern recognition receptors)触发 Th17型反应。

Conti等[13]使用小鼠口咽念珠菌感染小鼠模型研究发现,Th17主要通过IL-17发挥抗念珠菌感染作用,Th17缺陷(IL-23p19-/-)和 IL-17受体缺陷(IL-17RA-/-)的小鼠PMN募集受损。Th17缺陷小鼠唾液杀念珠菌活性降低,Th1缺陷(IL-12p35-/-)小鼠则无此表现。Huang等[14]的研究表明,IL-17A在小鼠抗全身性念珠菌感染中发挥重要作用,与野生型小鼠比较,IL-17AR-/-的基因敲除小鼠生存率下降,肾脏真菌负荷增加,外周血PMN的动员和进入感染部位的能力受到损害。慢性皮肤黏膜念珠菌病(CMC)患者选择性的不能清除念珠菌感染,表现为持续或反复发生的皮肤黏膜念珠菌(大多为白念珠菌)感染,Eyerich等[15]报道,与急性念珠菌感染的免疫正常患者及健康志愿者比较,CMC患者的外周血单核细胞受白念珠菌激发后Th17相关的细胞因子IL-17和IL-22产生减少。CMC患者产IL-17的CCR6+T细胞减少,尽管 IL-1、IL-6这 2个人类Th17细胞分化所需的细胞因子水平趋于升高。高IgE综合征是一种原发性免疫缺陷,患者STAT3杂合子突变并导致Th17细胞分化和IL-17产生障碍,虽然表现出增高的促炎基因转录,依然对金葡菌和白念珠菌高度易感[16-17]。最近的一项对25例土耳其高IgE综合征儿童的研究结果表明,虽然仅有6例患儿存在STAT3突变,但所有患儿均存在T h17反应受损[18]。Rudner等[19]报道,与野生型小鼠比较,IL-23p19-/-小鼠肺部感染肺孢菌后,感染清除能力出现暂时性的受损,抗IL-23p19和抗IL-17中和抗体能够使野生型小鼠的真菌负荷增加。与野生型小鼠比较,IL-23p19-/-小鼠肺部淋巴细胞趋化因子IP-10(interferon-inducible protein-10)、MIG(monokine induced by IFN-γ)、巨噬细胞炎性蛋白(MIP)-1α、MIP-1β和正常T细胞活化调节因子(RANTES)均下降,肺组织中效应CD4+T细胞减少。研究结果表明IL-23/IL-17轴参与宿主对肺孢菌的防御反应。Deepe等[20]在荚膜组织胞浆菌肺部感染小鼠中的研究发现,IL-17为产生最佳保护性炎症反应所必须,在组织胞浆菌病中IL-17/IL-23轴发挥调节作用,中和IL-17A使真菌清除能力降低。Kleinschek等[21]使用野生型和IL-23p19-/-小鼠感染新生隐球菌研究发现,尽管与野生型小鼠比较IL-23p19-/-小鼠产生IFN-γ相似,IL-17的产生却显著减少,IL-23p19-/-小鼠肝肉芽肿产生减少,但生存期中度缩短,肝真菌清除延迟。

但Zelante等[22]使用胃肠道白念珠菌感染和肺曲霉病小鼠模型研究发现,增高的 IL-23/Th17反应使小鼠对白念珠菌和烟曲霉的易感性增加,IL-23/IL-17途径抑制保护性的T h1型抗真菌反应;使用抗体中和IL-17增加了真菌的清除,减轻了炎症病理,保护性的 Th1抗真菌能力得到恢复。但在IFN-γ缺失时,IL-23能够通过IL-12p35依赖的机制发挥保护性的抗真菌作用。IL-23和IL-12分别由表达GM-CSF+IL-4和FLT3L(Fms-like tyrosine kinase 3 ligand)的骨髓来源的DC亚群产生;并且在对真菌反应中,DC通过T LR/MyD88(髓样分化因子88)依赖的炎症途径产生IL-23。甚至在IFN-γ存在时,IL-23和IL-17损伤PMN对酵母和烟曲霉孢子的杀灭能力。IDO(indoleamine 2,3-dioxygenase,吲哚胺2,3-双加氧酶)对PMN的炎症程序发挥负性调节作用,而IL-23和IL-17则抑制IFN-γ对IDO的诱导,使PMN基质金属蛋白酶9(MMP9)和髓过氧化物酶(MPO)的产生显著增加,加重真菌感染过程中与Th17细胞活化相关的组织炎症病理损伤[23]。TIR8(T oll IL-1R8或 single Ig IL-1-related receptor)是IL-1受体(IL-1R)家族的成员,也是 T LR/IL-1R信号途径的负调节蛋白。该研究小组在白念珠菌全身感染或黏膜感染及烟曲霉肺部感染小鼠模型中发现,与野生型小鼠比较,Tir8-/-小鼠对白念珠菌或烟曲霉孢子的易感性增强,感染后炎症病理损伤加重,并与Th17途径的激活呈因果关系[24]。

二、Treg与真菌感染

除了确保自身耐受,不同类型的T regs活跃参与了免疫反应。FoxP3(factor foxhead box P3)是Treg特征性的转录因子。天然出现的CD4+CD25+FoxP3+Tregs(nTregs)起源于胸腺,在外周幸存的 nTregs成为天然调节器;而可诱导的Tregs(inducible or adaptive,iT regs)在外周发生自初始(naïve)CD4+T细胞,由损伤的协同刺激信号活化或由失活的细胞因子和药物诱导。已发现RoRα与RoRγ t这两个Th17细胞系特异性的转录因子通过FoxP3外显子2中的LxxLL基序与FoxP3相联系,从而参与T reg与Th17细胞的互反发生(reciprocal development)调节。TGF-β在Th17或T reg细胞的产生中发挥着复杂的作用并表现出浓度依赖性,低浓度时,与IL-6或IL-21一起诱导Th17细胞的产生;在高浓度时倾向于诱导FoxP3+T reg细胞的产生。另外,T reg细胞的生长因子IL-2抑制Th17细胞的分化;维生素A的代谢产物维A酸(retinoic acid)能提高T reg细胞而抑制Th17细胞的分化[4]。

自身免疫性多内分泌腺病-念珠菌病-外胚层营养不良(autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis-ectodermal dystrophy,APECED)又称为1型自身免疫性多腺体综合征(autoimmune polyglandular syndrome type 1,APS-1),主要表现为肾上腺皮质功能不全、甲状旁腺功能减退和念珠菌病等,有研究报道这些病人存在nT regs诱导缺陷[25-26]。Montagnoli等[27]在胃内接种白念珠菌的小鼠模型中研究发现,nTregs通过共刺激分子B7/CD28依赖的途径,被白念珠菌菌丝激活的产IL-10的DC诱导增殖。nTregs抑制 Th1型反应,减轻炎症性病理损伤,在对白念珠菌的保护性记忆免疫中发挥关键作用。他们还在气管内接种烟曲霉孢子的小鼠模型中发现,在感染早期,nTregs的扩增、激活和局部募集,通过IL-10和细胞毒 T淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4)共同作用于IDO,抑制PMN,控制炎症反应;感染后期,致耐受性iTregs抑制 Th2细胞和组织对真菌的变态反应[28]。有研究发现,免疫介导的炎症反应能直接损伤肺功能,促进肺孢菌肺炎的发病[29]。McKinley等[30]在小鼠中的研究发现,nTregs在肺孢菌感染后被募集进入肺内,应用抗体清除nT regs引起肺部炎症加重,Th1和Th2型细胞因子产生增多,肺损伤加重,但nTregs不是抗肺孢菌的效应细胞。Hori等[31]也在免疫缺陷小鼠中发现,CD25+CD4+T regs能够抑制肺孢菌所致的免疫病理损伤。Loures等[32]使用巴西芽生菌气管内接种小鼠模型研究发现,与野生型小鼠比较,T LR2-/-小鼠感染巴西芽生菌后肺部T h17免疫反应增强,有较多的PMN进入肺内杀灭真菌,肺组织真菌负荷下降,但nT regs扩增受损,炎症反应增强,炎症性病理损伤加重,但两组小鼠的生存期未表现出显著差异。Cavassani等[33]在巴西芽生菌病患者中的研究发现,Treg细胞在这一真菌引起的肉芽肿性疾病中发挥控制局部和全身免疫反应的作用。他们还发现,CCR5是介导Treg细胞进入巴西芽生菌感染部位的关键受体,引起免疫反应效应下调及真菌在肉芽肿内的长期存活[34]。

三、吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)与真菌感染

IDO是色氨酸的降解酶,能够抑制 T细胞反应,促进免疫耐受,已有的研究表明,IDO在感染、妊娠、自身免疫、移植和肿瘤发生等方面发挥着复杂的免疫调节作用[35]。在炎症过程中,DC和PMN中的IDO被促炎性刺激物(IFN-γ等)上调,接着IDO利用超氧化物作为辅因子氧化裂解色氨酸的吲哚环,产生一个中间产物,经去甲酰化成为 L-犬尿素(L-kynurenine)。几种IDO依赖的机制能够减轻炎症反应,阻止自身免疫。Romani等[36]在小鼠肺曲霉病模型中发现,使用IDO抑制剂1-甲基色氨酸(1-MT)阻断色氨酸代谢过程中的犬尿素途径可引起烟曲霉感染后IL-17产生增加、T reg细胞活性受损以及急性炎症性肺损伤等。犬尿素和 IFN-γ联合替代治疗可以保护慢性肉芽肿病(CGD)小鼠不发生侵袭性肺曲霉病[36]。他们还在小鼠念珠菌病模型中研究发现,与在DC和效应PMN中一样,IDO在感染部位通过IFN-γ和CT LA-4依赖的机制表达增加,活性增强。感染早期应用IDO抑制剂1-MT使小鼠抗白念珠菌感染的能力下降,感染以及相关的炎症病理损伤加重;体内 TNF-α、IL-6、IL-12等促炎性细胞因子表达增高;Th1型细胞增多,Th2型细胞及Treg细胞减少。1-MT能够使PMN吞噬和杀灭白念珠菌能力下降,活性氧产物增多,细胞凋亡增加。另外在体外实验中观察到,IDO抑制剂1-M T能够促进白念珠菌酵母生长为菌丝,培养基中加入色氨酸可以部分逆转这种作用,说明IDO能够直接影响白念珠菌的形态[23]。

已有的研究结果表明,Th17细胞在真菌感染过程中发挥着复杂作用,Th17型免疫反应除了有利于清除杀灭进入体内的真菌之外,过度增高的Th17型免疫反应有可能加重炎症性病理损伤并起到阻止病原体清除的作用。Treg细胞与IDO能够抑制过度增高的炎症反应,减轻真菌感染引起的组织病理损伤,有可能使机体在清除真菌感染和减轻炎症病理损伤之间获得某种平衡,使机体在获得足够的保护性抗真菌免疫反应的同时不必完全清除病原体或引起不可接受的组织损伤水平。这为真菌感染的免疫干预治疗提供了新的思路。

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