IL-2对免疫激活和免疫耐受的双向调节作用

翟志敏

(安徽医科大学第二附属医院血液科，生物医疗研究中心，安徽医科大学血液病研究中心，安徽合肥 230601)

早在上世纪70年代，Morgan等［1］首先报道，植物血凝素、刀豆蛋白A等丝裂原负荷的淋巴细胞培养液可刺激体外培养的T淋巴细胞增殖，自此人们在IL-2与T细胞之间的关系中发现IL-2不仅能刺激T细胞生长，还有多种其它生物活性［2］，尤其近年在对调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)的鉴定和认识中注意到IL-2不仅可以促进效应性T细胞的增殖和分化，而且在维持Treg内稳方面发挥关键性作用，其功能差异主要取决于IL-2浓度，及其靶细胞表面IL-2受体(IL-2R)的构型、亲和力和表达强度等［3-4］。本文对IL-2的生物学特性及其在细胞免疫中的一些研究和最新进展进行阐述。

1 IL-2和IL-2R系统

人体内IL-2为分子量15.5 ku的糖蛋白，成熟的IL-2分子由153个氨基酸肽链N端剪掉20个氨基酸残基的信号肽后剩下的133个氨基酸残基组成，IL-2与其它细胞因子在序列上无同源性［5-6］。在稳定状态下，IL-2主要是由二级淋巴器官里的CD4+T辅助细胞产生，少部分是由CD8+T细胞、NK细胞和NKT细胞产生，抗原刺激能强烈诱导和CD8+T细胞产生IL-2，尽管CD+8T细胞合成IL-2的能力较弱，而且这些细胞的应答往往需要CD+4T细胞的帮助［2-4，7］。在特定条件下，激活的树突状细胞和肥大细胞也可以产生少量的IL-2［8-9］。

调节IL-2合成的机制有多种，包括由转录因子-B淋巴细胞诱导的成熟蛋白1(B lymphocyte-induced maturation protein 1，BLIMP1)介导的IL-2基因的沉默。BLIMP1可在IL-2激活下，调控IL-2的合成，从而形成了一种负反馈机制。淋巴结里分化为记忆T细胞的效应T细胞(特别是中央记忆T细胞)表达低水平的BLIMP1，因而保留了合成IL-2的能力。然而那些长时间暴露在抗原里的T细胞的BLIMP1表达会逐渐升高，反馈性抑制合成IL-2的能力［10］。

IL-2通过作用于细胞膜上的IL-2R来发挥其生物活性。IL-2R是一个复合体，由 CD25(IL-2Rα链，55 kd)、CD122(IL-2Rβ链，75 kd)和 CD132(IL-2Rγ 链，64kd)组成，只表达α链的细胞以低亲和力与IL-2结合，且无法进行细胞内信号转导，当α链与β链和γ链共同构成三聚体型IL-2R时，可以将IL-2R与IL-2结合的亲和力提高10～100倍(Kd≈10-11)，β和γ都属于I型细胞因子受体超家族，γ亚基不单独与IL-2结合，但与β亚基结合可构成低亲和力二聚体型IL-2R(Kd=10-9)，共同成为 IL-2R信号的组成部分［11-12］。β和γ亚基在它们胞质内的尾部都携带信号序列，其信号转导通过多种细胞内通路，如酪氨酸蛋白激酶-信号转导和转录因子激活通路(JAK/STAT)、磷脂酰肌醇-3激酶-蛋白激酶B通路(PI3K/Akt)及丝裂原活化蛋白激酶通路(MAPKs)［13］，γ 链不仅对 IL-2 有应答，对 IL-4、IL-7、IL-9、IL-15、IL-21 也有应答［4，13］，因此 IL-2 及其信号系统介导的生物学效应，随细胞表面表达IL-2受体构型和数量的不同产生明显差异，并与周围环境IL-2的浓度、持续作用的时间、有无其他相关细胞因子的参与等多种因素密切相关［4，14-15］。

2 IL-2的免疫促进作用

IL-2最早引人关注的生物学功能是体外具有刺激T细胞增殖的能力，随后更多研究发现IL-2主要通过作用于靶细胞表面IL-2R及其信号传递对各亚型免疫细胞产生不同的影响，并特异性获得靶细胞的定向分化和功能活性［14，16］。在受到丝裂原或抗原刺激后，CD+4和CD+8T细胞以及活化的B淋巴细胞和NK细胞可以短暂表达高水平的三聚体型IL-2R，IL-2优先与细胞表面三聚体型IL-2R阳性细胞发生特异性结合，启动IL-2受体信号转导，刺激IL-2R阳性细胞增殖分化［4，14］。其次，IL-2也是抗原激活的细胞毒性T细胞前体细胞转化为细胞毒性T淋巴细胞的主要因子［17-18］。但必须注意的是未受刺激的效应性T细胞表面一般不存在三聚体型IL-2R，初始CD+8T细胞和记忆CD+4T细胞上仅表达低水平的二聚体型IL-2R，记忆型CD+8T细胞和NK细胞上可表达高水平二聚体型IL-2R，而在初始CD+4T效应细胞上几乎测不到IL-2R，表达高水平二聚体型IL-2R的细胞对外源性的IL-2也是敏感的，但对体内生理性较低水平的IL-2几乎无应答［3-4］。近期有研究显示源自 Th细胞的IL-2对肿瘤或持续自身抗原环境下诱导的自身反应性CD+8T细胞的维持是关键的，因此人们认为CD+4T细胞分泌的内源性IL-2可能对启动由自身反应性细胞毒性CD+8T细胞介导的自身免疫是重要的［19］。

NK细胞的激活、分化和增殖也都需要IL-2［20］，并且与记忆型CD+8T细胞一样，在体内接受外源性IL-2刺激时，需在持续低浓度或短期较高浓度下刺激方可对NK增殖和功能发挥作用［4，15］。IL-2不仅能促进 NK细胞的增殖，还能促使NK细胞产生TNF-α、IFN-γ和GM-CSF等多种细胞因子，刺激T细胞表面胰岛素受体、Ⅱ类主要组织相容性(MHC)抗原的表达，诱导产生多种淋巴因子如IFN-γ、IL-4、IL-5、IL-6、TNF-β 及 CSF 等，并与它们在功能上起协同作用［16，21］，发挥细胞因子网络中的核心调节作用。IL-2还能促进B细胞分化增殖，启动免疫球蛋白J链的翻译合成，增强抗体的分泌，使B细胞分化成为能够产生免疫球蛋白的活化细胞［3-4］。

虽然长期以来IL-2在促免疫增强中的重要作用已获得广泛肯定，但由于IL-2及其信号系统对免疫调控作用的复杂性和多样性，对IL-2的研究和认识也在不断更新，迄今为止，研究发现IL-2在体内外的功能活性可能存在很大差异，在体外培养的条件下，持续拥有丝裂原或抗原信号的刺激，使细胞表面IL-2R水平维持在高水平，同时培养基中一般具有充分足量的外源性IL-2持续刺激，因此主要表现为促进T细胞分化增殖。但在机体内IL-2对免疫功能的影响更加复杂，与各型免疫细胞所处的状态，表面IL-2R的类型和强度，以及 IL-2 的来源、浓度和作用时间等因素密切相关［3，4，7］。因此关于机体内IL-2生物活性和功能效应的研究，将对免疫学基本理论和临床免疫学发展起着重要作用。

3 IL-2的免疫调节和自稳作用

自1993年起研究者们相继在基因缺陷的小鼠动物模型中发现:在缺乏IL-2或其受体(IL-2-/-和 CD25-/-)的小鼠，以及缺乏IL-2下游信号分子(JAK3-/-和STAT5-/-)的小鼠中，Tregs细胞不发育，并发生以活化的CD+4T细胞增多、自身抗体产生和炎症性肠病等为特点的自身免疫病［22-24］，临床上也观察到1例单纯CD25突变的患者，表现出类似的“IL-2缺乏综合征”［25］。这些发现提示IL-2在体内的主要生理功能是限制而不是提高T细胞的反应，IL-2在维持自身免疫耐受和生物体的免疫平衡方面充当非常复杂和重要的角色，并使人们开始对“IL-2的主要功能是促进T细胞生长”这一传统的单向免疫增强观点提出疑问。最初有学者认为在上述基因型发生“自身免疫反应是由于活化T细胞自身缺乏凋亡诱导的细胞死亡”所致［26］，但近期越来越多的研究显示:IL-2及其受体信号系统对维持和调控Tregs分化发育和功能稳定均至关重要。“IL-2缺乏综合征”根本原因是由于“缺乏天然Treg细胞”［27-30］。这些对IL-2生物学活性的新认识，为理解IL-2为什么同时具有免疫激活和免疫耐受这种互为对立的双重免疫调节功能提供了一些解答，也为重新评估如何才能合理操控IL-2的双重免疫调节途径，将IL-2更好地应用于临床提供依据［31-32］。

4 重新思考IL-2在临床中的应用

正是基于早期发现的IL-2对体外培养T细胞的促增殖作用，长期以来人们一直认为IL-2在体内同样具有增强淋巴细胞反应性的能力，大量动物研究也显示IL-2具备提高细胞毒T细胞和NK细胞反应性的潜能，因此临床上已将IL-2作为可遏制肿瘤细胞生长的免疫治疗候选药物，治疗转移性黑色素瘤等癌症或严重感染的患者，反之利用针对IL-2R的阻断性抗体来抑制T细胞对移植组织的反应［33-35，7，36］。的确在过去 30 年的研究中确认 IL-2 在抗肿瘤和抗感染的免疫治疗中取得一定疗效，单独使用大剂量IL-2或利用其扩增和活化抗肿瘤淋巴细胞(lymphokine-activated killer cells，LAK)，使部分癌症或严重感染患者获得有效反应［35，37-39］。

但随着对IL-2双向免疫调节功能的认识，尤其是近年来大量研究证明IL-2/IL-2R介导的信号系统对Treg分化、发育和功能的重要性，其负向免疫调节作用的机制逐渐被揭示和得到认可［40］，人们越来越关注IL-2在不同环境和条件下，尤其对机体内免疫系统产生的多重甚至相互对抗的功能效应，并开始重新思考过去以IL-2为主体激活免疫细胞反应性的免疫治疗方案，IL-2最常用于辅助治疗肾癌和黑色素瘤，但实际疗效并非期待中那样令人满意，总体有效反应率在10%～20%，甚至少数病人在用药期间出现病情恶化［41-42］。研究发现恶性肿瘤患者外周血循环或周围组织中的Treg数量明显增加，而接受IL-2治疗后Tregs会进一步扩增，而且对效应性T细胞仍然保持较强的抑制活性。因此IL-2诱导Tregs的进一步扩增和功能激活，可能是导致IL-2治疗恶性肿瘤，大多数患者临床疗效不满意的重要原因之一［43-45］。

与既往将IL-2应用于提高抗肿瘤免疫的目的相反，最近已有临床研究将IL-2用于降低免疫活性，治疗自身免疫性疾病，并取得良好效果。Koreth等［46］报道对29名经糖皮质激素治疗无效的慢性GVHD活动期患者，予以IL-2剂量升级式试验治疗，结果显示IL-2的最大耐受剂量为皮下注射每天每平方米1×106IU，所有病人未出现GVHD病情进展或血液肿瘤的复发，部分患者临床表现得到改善，糖皮质激素剂量平均降低至治疗前60%。在可评估疗效的23个病人中，外周CD+4Treg细胞的数目明显增加，而传统的效应T细胞未受影响，增加的Treg细胞表达FoxP3，且具备抑制功能。提示注入体内的外源性IL-2也是通过优先诱导Treg细胞扩增发挥疗效。Saadoun等［47］采用小剂量IL-2治疗丙型肝炎病毒感染相关性血管炎，同样观察到体内Tregs细胞明显增多，10例患者有9例冷球蛋白血症明显减轻，8例血管炎症状明显好转，无1例出现病毒拷贝数增加或症状加重。

为什么同样是IL-2，既可用于治疗以免疫异常激活为主的GVHD和血管炎，又可用于治疗免疫力低下的恶性肿瘤或感染?有学者分析认为机体在不同状态下各免疫细胞表面表达的IL-2R的数量、构型不同，因此IL-2的靶细胞对周围不同浓度IL-2的敏感性和反应性存在很大差异，并可能产生两种相反的免疫效应。如表面为二聚体型IL-2R的细胞和NK细胞需要大剂量IL-2的刺激才能获得有效激活、增殖和功能活化，而低剂量IL-2对CD8+T细胞和NK细胞的作用甚微，主要是启动CD25强阳性的Tregs细胞活化［4，36］。

总之，虽然IL-2是最早发现并应用于临床的一种细胞因子，但由于其复杂重要的生物学功能，使人们对其研究的兴趣迄今有增无减，目前针对IL-2及其信号系统需要解决的主要问题是IL-2在体内的作用。过去很多数据和结论都是通过体外实验或以IL-2治疗后的临床患者为研究对象所得。在未接受任何治疗和其他人为干预的情况下，自身免疫性疾病和免疫低下相关性疾病患者，其体内IL-2水平究竟是多少?IL-2与其他细胞因子之间的关系，以及与效应性和调节性T细胞数量和功能状况之间的关系如何?这些问题均尚未明确，也令人困惑和着迷，解开患者体内自身IL-2水平与疾病之间的关系，对了解疾病发病机制和指导临床正确使用IL-2或IL-2拮抗剂，确保疗效、减少毒副作用都是非常重要的。

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