Th17细胞及其分化调控机制研究进展

滕素玲,郑世民

(东北农业大学动物医学学院,黑龙江哈尔滨 150030)

Th17细胞及其分化调控机制研究进展

滕素玲,郑世民*

(东北农业大学动物医学学院,黑龙江哈尔滨 150030)

辅助性T细胞17(T help cell 17,Th17)是2005年发现的能够分泌白细胞介素17的CD4+T细胞,其与Th1、Th2、Tregs共同构成CD4+T细胞的4个亚群。该细胞的分化受多种细胞因子和信号分子精细而复杂地调控。转化生长因子-β(TGF-β)、IL-6 、IL-23和RORγ t在 Th17细胞的分化形成过程中起着积极的促进作用,而Socs3和Ets-1则抑制它的分化。论文对Th17细胞及其分化调控机制的研究进展做一简要综述。

Th17细胞;白细胞介素-17;分化调控

*通讯作者

从激活的 T细胞杂交瘤中克隆出小鼠细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-8(CT LA-8)的cDNA序列,并将其相关蛋白命名为白细胞介素-17(interleukin-17,IL-17)以来,IL-17基因相继在人、鸡、鸭、猪、牛、马等动物中克隆成功,并对其生物学功能进行了广泛研究,直到2005年产生IL-17的Th17细胞才被认识到是一种独特的CD4+T细胞亚群。

1 Th17细胞概述

Th17细胞的发现起源于对鼠实验性自身免疫性脑炎(experimental autoimmune encephalitis,EAE)和胶原性关节炎(collagen induced arthritis,CIA)的研究。长期以来,人们将CD4+T细胞分为Th1、Th2效应细胞和 Tregs调节细胞,并认为EAE和CIA是由IL-12诱导的Th1类细胞介导。然而,随着IL-12家族新成员IL-23的发现,Th1导致EAE和CIA的观点受到质疑。IL-12是由P40和P35两种亚基组成的异源二聚体;而IL-23由P40和P19两种亚基组成,IL-23与IL-12共用P40亚基。Cua D J等[1]研究发现,缺乏P19亚基(只缺乏IL-23)或P40亚基(IL-23和IL-12同时缺乏)小鼠对EAE和CIA具有低抗性,而仅缺乏P35亚基(只缺乏IL-12)小鼠对EAE和CIA依然易感,提示在器官特异性自体免疫性疾病中起关键作用的是IL-23而非IL-12。随后,Langrish C L等[2]研究证实,IL-23诱导产生的IL-17可导致严重的EAE。在EAE小鼠的中枢神经系统中可呈现大量产生IL-17的CD4+T细胞浸润,将此类细胞转输给正常小鼠可诱发严重的EAE,但输入Th1细胞未见上述效应[3]。进一步研究发现,IL-17+T细胞与 Th1、Th2、Tregs细胞分化之间存在相互颉颃,IL-17+T细胞分化需要封闭促进 Th1和 Th2分化的因素。因此,研究者认为,机体存在一种新的CD4+T细胞亚群,其具有IL-23依赖性产生IL-17,随即提出了Th17细胞的概念[4]。

Th17细胞主要通过分泌的细胞因子IL-17、IL-21、IL-22、IL-26 和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等发挥生物学作用,其中最主要的效应因子是IL-17,该细胞因子家族包括IL-17(A～F)6个成员。研究最多的是IL-17A,该细胞因子是一种促炎症性细胞因子,除激活的记忆性CD4+T细胞表达IL-17A外,单核细胞、中性粒细胞、酸性粒细胞、γ δ T细胞、自然杀伤 T 细胞和 CD8+T 细胞也表达IL-17A,但除CD4+T细胞,尚未发现上述其他细胞能释放可溶性的IL-17A。chIL-17A(chicken IL-17A)与哺乳动物 IL-17A有37%～46%的氨基酸同源性[5]。Northern blot分析表明,IL-17A在REV感染的鸡淋巴细胞系(CU205)和ConA刺激脾淋巴细胞中表达,不在其他鸡的细胞系或正常组织中表达,COS7细胞表达IL-17A的上清液,能诱导鸡胚成纤维细胞中IL-6的产生,这提示IL-17A在禽免疫中具有功能性角色[6]。

Th17细胞分泌IL-17发挥效应是通过其IL-17R来实现的,有研究发现IL-17RA与其配体结合发生构象改变形成配体复合物,是IL-17发挥作用的主要功能受体[7]。另一种IL-17超家族成员IL-17RC与IL-17介导的信号转导有关。IL-17诱导的靶基因有 IL-1β、Toll样受体配体和 Toll IL-1受体样信号域SEF IR。IL-17信号途径必须有TNF受体相关因子6(T RAF6)参与,而 TRAF6和SET IR域衔接蛋白Act1需要核因子(NF)-κ B活化,说明IL-17信号途径是依赖 NF-κ B的[8]。此外,CCEAT/增强子结合蛋白(C/EBP),特别是 C/EBPβ和C/EBPδ对靶基因表达有重要调节作用,IL-17可明显增强C/EBP的活性,但机制未明。IL-17RA与靶基因SEF IR中间环节不依赖Toll IL-1受体衔接蛋白,但 Toll IL-1受体需要NF-κ B、丝裂原活化蛋白激酶的活化及高水平的C/EBPβ、C/EBPδ[9]。

在感染或炎症早期,IL-17A通过有效介导中性粒细胞参与前炎症反应。IL-17A不但可诱导IL-6、急性期反应蛋白(APP)、粒-巨细胞集落刺激因子(G-CSF)和前列腺素E2(PGE2)等表达,而且其与TNF-α有协同作用,放大或加强致炎效应。IL-17A还可增加碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte grow th factor,HGF)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等生长因子诱导的血管内皮细胞的生长,从而促进血管生成。

2 Th17细胞的分化调控

初始CD4+T细胞接受抗原刺激后,在不同条件下可分化成不同亚型的T细胞,发挥不同的功能,如CD4+T细胞在IL-12和IFN-γ诱导下分化为Th1细胞,分泌IFN-γ,参与细胞介导的免疫应答;在IL-4诱导下分化为Th2细胞,分泌IL-4、IL-5、IL-13,参与体液免疫反应;在 TGF-β单独诱导下分化为Tregs细胞,分泌 TGF-β,参与免疫调节;在TGF-β和IL-6共同诱导下分化为Th17细胞,分泌IL-17,参与炎症和自身免疫性疾病。Th1、Th2和Tregs的发育和分化分别受转录因子 T-bet、GATA3和Forkhead家族蛋白3(Forkhead box protein 3,Foxp3)等的特异性调控。最近研究发现,孤核受体 γ t(orphan nuclear receptor gamma t,RORγ t)控制T h17细胞分化[10]。

2.1 细胞因子对Th17细胞分化的调控

Th17细胞分化主要由诱导、扩增和稳定3个阶段构成:首先是诱导阶段,由 TGF-β和IL-6启动。TGF-β能通过细胞膜上的TGF-t3RI/TGF-BRII活化下游分子smad2/3/4;IL-6能通过细胞膜上受体gp130/II-6Ra活化下游分子信号转导和转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)。初始 T细胞在炎性因子 TGF-β和IL-6的作用下分化成 Th17细胞。Louten J等[11]认为TGF-β和IL-6虽然可促进Th17细胞的生成,使其产生IL-17和IL-10,结果却抑制了Th17细胞介导的病理效应,其可能原因是Th17细胞产生的IL-10抑制由IL-17引起的炎症和组织损伤。在多发性硬化症小鼠模型中,IL-10在限制Th17细胞驱动的炎症中发挥了重要作用。Heo Y J等[12]研究发现,人自身免疫性疾病时,IL-10抑制IL-17和RORγ t的表达,促进 Foxp3的表达,表明 IL-10在自身免疫性疾病的治疗中可能发挥重要作用。IL-6同时上调IL-21的表达。有研究证实,在IL-6缺失时,IL-21可与 TGF-β一同诱导Th17细胞的分化,提示IL-21或许能够取代IL-6诱导Th17细胞分化[13]。其次是扩增阶段,由IL-21介导。后者在Th17细胞分化中发挥正反馈作用。Wei L等[14]研究发现,IL-21以STAT3依赖形式由 Th17细胞自分泌,STAT3能直接结合分泌型IL-21的启动子,诱导 Th17细胞再产生 IL-21,形成 STAT3-Th17-IL-21为循环的IL-21自分泌环。最后是稳定阶段,由 IL-23 维持。TGF-β、IL-6、IL-21和 IL-23可上调Th17细胞表面IL-23R的表达。初始CD4+T细胞表面不表达IL-23R,故IL-23不能成为Th17细胞分化的启动因素。IL-23与其受体结合后通过激活JAK-STAT信号途径,引起Jak2、Tyk2磷酸化,进而促进 STAT1 、STAT3、STAT4 和 STAT5磷酸化。其中,STAT3是IL-23重要的信号转导分子,当STAT3缺陷时,IL-23则失去诱导IL-17的作用。IL-23可介导STAT3的磷酸化,使STAT3激活,从而促进IL-17的分泌但不产生IL-10,此时Th17细胞具有强致病潜能。表明IL-23在介导效应性Th17细胞致病性过程中发挥关键作用。

Burgler S等[15]研究表明,人类Th17细胞的诱导阶段是由IL-1β联合IL-6和IL-23控制,而 TGF-β不是必需的,但也有报道[16],人类Th17细胞的分化需要低剂量的TGF-β。人Th17细胞的分化条件与鼠类不同,两类Th17细胞在感染性、自身免疫性疾病中所发挥的作用是否相同,尚待进一步研究。

2.2 信号分子对Th17细胞分化的调控

Nishihara M 等[17]研究发现,IL-6可直接作用于T细胞,通过信号转导gp130的酪氨酸残基诱导STAT3的激活并促进T h17细胞发育。如果缺乏gp130-STAT3途径,则不能促进 Th17细胞的分化,由此可见,IL-6-gp130-STAT3途径对Th17细胞的分化是必需的。阻断IL-6-gp130-STAT3可成为控制Th17细胞诱导的自身免疫疾病的有效措施。STAT3可诱导下游转录激活因子 RORγ t的表达,STAT3缺乏则使RORγ t表达受损,而 T细胞中Foxp3表达增加。新近发现[18],Tregs细胞表达的转录因子Foxp3通过直接与RORγ t结合而抑制 RORγ t介导的 IL-17mRNA转录,从而影响Th17细胞的功能。相反,STAT3功能亢进时RORγ t表达增加,抑制 Foxp3表达,进而抑制CD4+T细胞向 Tregs分化,促进Th17细胞增殖[19]。

RORγ t属于核激素受体超家族成员。鼠RORγ t基因位于3号染色体的Rorc位点。RORγ t在分化成熟的Th17细胞中高表达,其通过启动染色体重塑机制,使其他因子与IL-17启动子结合,从而诱导编码IL-17A和IL-17F基因的表达。RORα为另一个Th17细胞相关的转录因子,其可通过诱导IL-17A和IL-17F基因中的保守非编码序列2(conserved noncoding sequence 2,CNS2)促进Th17细胞分化。RORα单独缺失对IL-17产生的影响极其微弱,但 RORγ t和 RORα联合缺乏可完全消除IL-17的表达,从而大大降低EAE等自身免疫性疾病的发生[20]。RORγ t和RORα可能以共表达方式诱导未致敏T细胞向Th17细胞的分化。此外,芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR)以配体依赖方式联合RORγ t促进 Th17细胞的分化;干扰素调节因子-4(interferon regulatory factor 4,IRF-4)和Runx1与TCR相互作用上调RORγ t表达,直接诱导IL-17的转录。

研究发现,细胞因子信号蛋白抑制因子3(suppressor of cytokine signaling proteins 3,Socs3)可通过影响STAT3的磷酸化,负向调节Th17细胞的分化。Socs3是细胞因子依赖性的STAT3磷酸化的重要调控因子。Chen Z等[21]在对缺乏Socs3的T细胞研究中发现,Socs3缺乏时,IL-23依赖性的STAT3酪氨酸磷酸化水平得到明显增强,进一步研究发现,缺乏Socs3情况下,IL-6、IL-21、IL-23等与Th17细胞正调节有关的细胞因子作用明显增强。因此,Socs3的作用机制可能是限制STAT3的磷酸化过程,抑制STAT3与IL-17A/F启动子的结合,从而抑制Th17细胞的产生。Moisan J等[22]的研究表明,Ets-1是T h17细胞分化的一个负向调节因子;Ets-1缺陷的T h细胞比野生型细胞分化更多的Th17细胞,其原因是由于Ets-1缺陷,使 IL-2低表达,从而对 Th17细胞分化的抑制作用减弱,下游STAT5磷酸化途径缺失。Bozza S等[23]认为,TollIL-1R8(TIR8)在IL-1信号依赖的致炎性Th17细胞反应的活化中也起负向调节作用。

3 展望

Th17细胞亚群的发现,弥补了Th1/Th2介导效应机制的不足,丰富了细胞免疫和体液免疫应答调控机制。对Th17细胞分化及调控机制的深入研究有助于加深对自身免疫疾病的认识,而这种细胞亚类也有潜在成为炎症疾病治疗的新靶标,并为新型免疫抑制药物的研发提供新思路。另外,人类Th1细胞与Th17细胞在发育上的相关性还有待确定,经典的Th1细胞途径能否对Th17细胞亚群的病理活化起到抑制作用还有待进一步探讨。

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Progress on Th17 Cell and Regulative Mechanism for Its Differentiation

TENG Su-ling,ZHENG Shi-min

(College of Veterinary Medicine,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang,150030,China)

T help 17(Th17)cell,which was first found in 2005 and is characterized by the release of interleukin(IL)-17,constitutes four subtypes of CD4+T cells together with Th1,Th2 and regulatory T(Tregs)cells.Th17 cell differentiation is regulated by a variety of cytokines and signaling molecules.TGF-β,IL-6,IL-23 and RORγ t play an important role in promoting Th17 cell's differentiation,while Socs3 and Ets-1 inbitit the process.In this paper,research advances in Th17 cell and regulative mechanism for its differentiation were summarized.

Th17 cell;interleukin-17;differentiation and regulation

S852.4

A

1007-5038(2010)09-0089-04

2010-03-11

黑龙江省自然科学基金项目(C200841);黑龙江省教育厅项目(11511031)

滕素玲(1983-),女,山东德州人,硕士研究生,主要从事畜禽免疫病理研究。