Th17细胞及白细胞介素17A在慢性气道炎症性疾病中的作用*

周宏斌， 陈志华， 李 雯

(浙江大学医学院附属第二医院呼吸科，浙江 杭州 310009)

1000-4718(2012)03-0560-05

2011-08-04

2011-12-02

国家重点基础研究发展计划(973计划)(No.2009CB522103)

△通讯作者 Tel：0571-87783729; E-mail: liwenzjhz0408@163.com

·综述·

Th17细胞及白细胞介素17A在慢性气道炎症性疾病中的作用*

周宏斌， 陈志华， 李 雯△

(浙江大学医学院附属第二医院呼吸科，浙江 杭州 310009)

长期以来，人们对于T淋巴细胞的研究集中在辅助性T细胞1型、2型(Th1、Th2)、调节性T细胞(Treg)以及细胞毒性T细胞(Tc)等亚群上。传统理论认为，Th1细胞介导细胞免疫，在抗胞内菌感染的过程中发挥作用；而Th2细胞介导体液免疫，与过敏性疾病以及抗寄生虫感染的过程紧密相关。Th1/Th2失衡被认为是许多疾病产生和发展的重要因素。然而，近年来发现的另一种Th细胞——Th17细胞及其分泌的细胞因子IL-17A对Th1/Th2模型在许多疾病中的地位发起了挑战。目前，人们已经认识到Th17/IL-17A在神经系统、消化系统、心血管系统、呼吸系统的多种疾病中发挥重要作用。本文将对Th17/IL-17A的结构、功能及其在慢性气道炎症性疾病中的研究进展做一综述。

1 Th17/IL-17A概述

1.1Th17细胞的发现 受到经典的Th1/Th2假说的影响，过去人们将自身免疫性疾病归于Th1细胞介导的疾病。然而，在实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalitis,EAE)模型中，将Th1型细胞因子IFN-γ敲除后，小鼠EAE症状加重，提示在Th1之外还有别的因素参与EAE的发病[1]。进一步研究发现，Th1型细胞因子IL-12的p35亚基缺失仍然能够产生EAE，而IL-12的p40亚基或IL-23的p19亚基缺失的小鼠对EAE具有抵抗性(其中p40亚基为IL-12和IL-23共有)[2]。在此基础上，Harrington等[3]以及Park等[4]通过一系列研究，于2005年首先明确了一类新型T细胞的存在。该类T细胞可由IL-23诱导产生，自身不分泌Th1或Th2型细胞因子，也不被Th1或Th2型细胞因子所抑制。由于这类T细胞能够分泌IL-17A，因此被称为Th17细胞。在EAE模型中，是Th17细胞而不是Th1细胞起到决定性作用。

1.2IL-17A的结构和来源 IL-17A最初从啮齿类动物的T细胞文库中得到，被称为细胞毒性T细胞抗原8(CTLA-8)。人类IL-17A由155个氨基酸组成，与小鼠IL-17A(含147个氨基酸)有63%的同源性。IL-17家族包含6个成员，即IL-17A～F。所有IL-17家族成员在其肽链C端均含有4个半胱氨酸残基，在空间上形成一个特定的结构，称为半胱氨酸结(cysteine knot)[5]。其中IL-17F与IL-17A的同源性较高，因此具有类似的功能。IL-17A多以二聚体的形式存在，且可与IL-17F形成异源二聚体。

一般认为，CD4+Th17细胞是IL-17A的主要来源。除了Th17细胞外，尚有γδT细胞、NKT细胞、CD8+T细胞、单核细胞、中性粒细胞等均可产生IL-17A，并在不同的免疫过程中发挥各自的作用[6]。

1.3Th17细胞的分化发育 与Th1、Th2细胞一样，Th17细胞同样由幼稚T细胞(Naïve T cell)分化发育而来，其过程受到一系列分子的调控。Veldhoen等[7]的研究发现，在小鼠的幼稚T细胞向Th17分化过程中，IL-6和TGF-β是必不可少的。IL-6和TGF-β通过活化Smad2/3、STAT3、NF-κB等信号分子，最终诱导Th17细胞大量产生。在这一过程中，特异性转录因子RORγt的表达明显增加。然而，目前这一观点也受到了质疑。Das等[8]现已证明在Stat-6-/-T-bet-/-小鼠中，IL-6足以诱导Th17的产生。这说明TGF-β并非是不可或缺的因子。

与小鼠不同，研究者普遍认为，人类Th17细胞的分化发育不需要IL-6和TGF-β的联合作用，而IL-23和IL-1β在此过程中发挥重要作用。Wilson等[9]的研究发现IL-23或IL-1β就足以诱导Th17细胞的产生，不需要外源性的TGF-β。而Volpe等[10]和Yang等[11]却认为TGF-β是人类Th17细胞分化发育的必要条件。IL-23最初被认为是诱导Th17细胞产生的关键因素，然而目前认为它在Th17细胞早期分化中并非必需的，而是在Th17细胞的扩增、维持和生存过程中起到重要的作用(尤其是对于小鼠而言)[12]。

除了上述促进Th17细胞分化发育的因子外，Th1和Th2型细胞因子，如IFN-γ、IL-4及其特异性转录因子T-bet、GATA3等能抑制Th17细胞分化发育[5]。此外，属于IL-12家族的IL-27也有抑制Th17细胞分化发育的作用[13]。

2 Th17/IL-17A的生物学功能

2.1Th17/IL-17A的功能 Th17细胞首先在人们研究自身免疫性疾病的过程中被发现，因此Th17细胞及其效应分子IL-17A在各种自身免疫性疾病中的作用仍然是人们关注的焦点。现有的证据表明，Th17/IL-17A参与了EAE、多发性硬化、类风湿性关节炎以及克罗恩病等多种疾病的发展进程[12]。尽管诸多研究提示Th17细胞是自身免疫有力的诱导者，但是这并不意味着Th17细胞能够完全取代Th1细胞的作用。一种可能的解释是，Th17和Th1细胞共同参与了自身免疫性疾病的发病过程，然而它们分别在不同的阶段起作用。Th17细胞产生较为迅速，主要在急性炎症阶段发挥作用；而Th1细胞则主要出现在长期持续性的炎症阶段[14]。目前，该假说尚未得到进一步证实。

Th17细胞的另一个重要功能是参与宿主防御反应。目前，人们已经证实Th17细胞在多种细菌、真菌感染模型中发挥重要作用。在大多数细菌和真菌感染中(如肺炎克雷伯杆菌、结核分枝杆菌、卡氏肺孢子菌等)，IL-17A能够降低菌群负荷量，从而起到保护作用。然而，在某些感染模型中(如脆弱类杆菌、铜绿假单胞菌、烟曲霉等)，IL-17A能使病情趋于恶化[15-16]。因此，我们可以认为Th17细胞介导的免疫反应具有病原体特异性，其作用主要体现在抗胞外菌感染方面。

IL-17A主要由效应性T细胞分泌，故其作为效应分子参与适应性免疫应答是无可非议的。但是另一方面，IL-17A能够募集和活化中性粒细胞，并直接或间接地刺激IL-1β、IL-6、TNF-α等前炎症因子的分泌，引起局部炎症，则表明它又扮演着固有免疫的角色。此外，IL-17A还能作用于特定的细胞，起到放大或调节适应性免疫的作用[6]。因此，IL-17A不仅参与固有免疫，而且参与适应性免疫。从某种意义上讲，IL-17A是沟通2种免疫的桥梁。

2.2Th17/IL-17A发挥功能的途径 Th17细胞发挥其生物功能首先依赖于其分泌的细胞因子IL-17A与相应的受体结合。IL-17受体家族有5个成员，分别是IL-17RA～E。其中能与IL-17A结合的受体为IL-17RA和IL-17RC。IL-17RA和IL-17RC分子含有很长的胞内结构，其中有一段序列与TIR结构域相似，称为SEFIR结构域[5]。该结构域在信号转导过程中起重要作用。IL-17A与上皮细胞表面的IL-17R结合后，通过促使其分泌CXCL1(KC)、CXCL2(MIP-2)、CXCL5(LIX)和CXCL8(IL-8)等趋化因子，导致中性粒细胞募集、增殖，从而发挥其抗炎作用。在此过程中，p38和ERK等MAPK以及转录因子NF-κB的参与是不可缺少的[17]。在炎症反应中，前炎症因子TNF-α与IL-17A具有协同作用，共同促进CXC家族趋化因子的分泌，这一过程通过CCAAT/增强子结合蛋白δ (CEBPδ)的核转位得以实现[18]。此外，IL-17A还能够通过稳定CXCL1和G-CSF的mRNA结构以使其分泌增加[19]。

3 Th17/IL-17A在慢性气道炎症性疾病中的作用

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)和支气管哮喘是常见的慢性气道炎症性疾病。COPD以不完全可逆的气流受限、慢性炎症以及气道重构为主要特征。而哮喘以气道高反应性、嗜酸性粒细胞浸润为主要特征。目前，在全世界范围内，COPD和哮喘的发病率和死亡率均较高，成为威胁人类健康的重要因素[5]。

3.1临床研究 随着人们对于Th17/IL-17A在呼吸系统疾病中的研究日益深入，已经有一些研究开始探讨Th17/IL-17A与COPD的相关性。Shan等[20]发现，肺气肿患者肺部Th17细胞的数量高于正常者。Stefano等[21]对未吸烟者、吸烟但肺功能正常者、COPD患者的肺组织标本进行研究。结果发现，吸烟者，无论其是COPD患者与否，其气道黏膜下IL-17A+细胞数量远多于未吸烟正常者。但是，IL-17A的mRNA水平在各组间无明显差异。无独有偶，Doe等[22]也发现，COPD患者气道黏膜下IL-17A+细胞数量增多。COPD患者常常有中性粒细胞浸润气道，但是以上研究均未发现，IL-17A+细胞数量的增加与中性粒细胞数量的增加有明显的联系。此外，Doe等[22]的研究表明COPD患者痰中IL-17A的浓度也较哮喘患者高，且IL-17A的浓度与肺功能指标(FEV1/FVC，吸入支气管舒张剂后FEV1预计值)呈负相关，提示IL-17A在COPD中起重要作用。

相对于COPD而言，目前对于IL-17A在哮喘中的研究更加深入，但同时也存在争议。Bullens等[23]发现，哮喘患者痰中IL-17A的mRNA水平明显高于正常人，且与中性粒细胞数量相关。然而，Doe等[22]的研究却表明，哮喘患者痰中IL-17A浓度并无上升，且与中性粒细胞的数量无关。另一方面，Doe等[22]证实了轻中度哮喘患者气道黏膜下IL-17A+细胞数量增多，这一点与COPD患者类似。Al-Ramli等[24]对哮喘患者和正常人支气管组织中IL-17A的表达情况作了研究，结果发现，哮喘患者的IL-17A的mRNA水平明显高于正常者，而且病情越重，其表达水平越高。重症哮喘患者的气道内中性粒细胞明显增多，这些患者往往对激素的反应不敏感。这些现象进一步提示IL-17A参与哮喘，尤其是中性粒细胞性哮喘或是激素抵抗性哮喘的发生。

3.2动物模型 众所周知，吸烟是引起COPD的重要危险因素。然而，烟雾刺激损伤气道的具体机制目前仍然不很明确。因此，给动物吸烟是研究COPD发病机制的一种重要手段。目前，小鼠是构造COPD模型最常用的动物。人们将小鼠的鼻子或全身暴露于烟雾中，经过几天到几个月不等的时间得到具有COPD特征(如中性粒细胞浸润、肺气肿等)的动物模型。Deen等[25]采用经鼻吸烟的方式，使小鼠暴露于烟雾6个月，结果发现肺组织匀浆中的IL-17A浓度有一定程度的升高(P=0.05)。Harrison等[26]也采用类似的方式，建立了肺气肿模型。在该模型中，吸烟小鼠的肺泡内衬间隔增大，BALF中性粒细胞增多，BALF中的细胞表达IL-17A水平上升，肺组织中表达CCR6的Th17细胞也增多。与上述造模方式不同， Huvenne等[27]采用全身暴露于烟雾的方式，使小鼠被动吸烟。小鼠吸烟一段时间后(2周、4周和24周)，其BALF中中性粒细胞的数量显著增多，尤以吸烟4周后最为明显。此外，小鼠肺组织中IL-17AmRNA的表达水平也明显上升，以吸烟2周和4周较为明显。以上研究均提示IL-17A在吸烟诱导的COPD发病过程中起到重要作用。

在目前用于研究哮喘的动物模型中，以卵清蛋白致敏和激发的小鼠模型最为常见。然而，IL-17A在该模型中的作用却并不十分清楚。Schnyder-Candrian等[28]发现，哮喘小鼠的肺组织中IL-17A的表达升高。同时，该研究认为，中和IL-17A可以使气道嗜酸性粒细胞炎症反应加重，而给予外源性IL-17A可以减轻嗜酸性粒细胞的募集，并抑制Th2型细胞因子的产生。然而，另有研究认为，中和IL-17A可以抑制哮喘炎症，同时降低Th2型细胞因子的产生[29]。出现上述区别的可能的原因是，小鼠的品系、给药的时间和剂量在不同的研究中存在差别。

3.3体外实验 由于动物实验周期较长，且影响因素众多，人们借助于原代培养的气道上皮细胞进一步研究IL-17A作用于气道的机制，从而在细胞和分子水平认识慢性气道炎症性疾病的本质。杯状细胞化生及其导致的黏液分泌增加是慢性气道炎症性疾病的一个重要特征。在此过程中，黏液基因MUC5AC和MUC5B的表达增加。Chen等[30]发现IL-17A和IL-6能以时间依赖性和浓度依赖性的方式使原代气道上皮细胞MUC5AC和MUC5B的表达增加，在该过程中有JAK2和ERK信号途径的参与。Inoue等[31]的研究也得到类似的结果。Fujisawa等[32]的研究则首次证实了NF-κB信号通路参与了IL-17A介导的气道上皮细胞表达MUC5AC。

4 总结与展望

Th17细胞及其分泌的细胞因子IL-17A的发现，使人们意识到传统的Thl/Th2理论存在不足，需要重新评价Thl/Th2在各种疾病中的作用。现在，Th17/IL-17A在COPD和哮喘等慢性气道炎症性疾病中的地位日益受到重视。进一步阐明Th17/IL-17A相关的病理生理学改变在慢性气道炎症性疾病中的作用将为其防治提供帮助。

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RoleofTh17/IL-17Ainchronicinflammatoryairwaydiseases

The idea has been popular for a long time that Th1/Th2 imbalance is the major cause of many diseases. However, the Th1/Th2 paradigm has encountered increasing challenge since the discovery of a novel subset of Th cells, Th17. Th17 cells secrete a series of cytokines (IL-17A～F, IL-21 and IL-22), which is quite different from those produced by Th1 and Th2 cells. It is now generally accepted that Th17/IL-17A plays a pivotal role in autoimmune and host defense. Although first discovered in autoimmune diseases, emerging studies begin to explore the way in which Th17/IL-17A acts in chronic inflammatory airway diseases, such as asthma and chronic obstructive pulmanary disease. In this review, we will summarize the differentiation and function of Th17, and introduce the progress in the correlation between Th17/IL-17A and chronic inflammatory airway diseases. Further elucidating the mechanism of Th17/IL-17A-related pathophysiological changes will contribute to prevention and treatment of chronic inflammatory airway diseases.

Th17细胞; 白细胞介素17A; 肺疾病，慢性阻塞性; 哮喘

Th17 cells; Interleukin 17A; Pulmonary disease,chronic obstructive; Asthma

ZHOU Hong-bin, CHEN Zhi-hua, LI Wen

(DepartmentofRespiratoryDisease,TheSecondAffiliatedHospital,ZhejiangUniversitySchoolofMedicine,Hangzhou310009,China.E-mail:liwenzjhz0408@163.com)

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10.3969/j.issn.1000-4718.2012.03.033