Th17/IL-17炎症轴介导强直性脊柱炎炎症的机制研究

陈 鹏,刘宏潇

(中国中医科学院广安门医院，北京 100029)

Th17/IL-17炎症轴介导强直性脊柱炎炎症的机制研究

陈 鹏,刘宏潇

(中国中医科学院广安门医院，北京 100029)

Th17/IL-17炎症轴；强直性脊柱炎

强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis,AS)属血清阴性脊柱关节病，是一种慢性、进行性炎性疾病，以侵犯骶髂关节、脊柱及临近的肌腱、软组织等部位为典型特征。炎症、骨破坏、新骨形成是AS发展过程中的3个典型病理改变[1]。自身免疫介导的炎症是AS发展的始动环节。炎症过程中，白细胞在附着点部位的大量聚集可引起附着点侵蚀、附近骨髓炎、水肿等，形成炎症性骨破坏；随后肉芽组织形成，钙磷积累，导致新骨形成。这一过程在同一部位反复发作，最终可导致关节逐渐僵直变形，甚至“竹节”样变，后果严重。因此，早期介入抗炎治疗，对于延缓AS患者病情进展、保护关节十分必要[1]。AS炎症的发生与多方面因素有关，机体免疫功能的紊乱是其中一个关键因素，而T淋巴细胞亚群的改变更是在导致机体免疫功能的紊乱中发挥了积极的作用[2]。辅助性T淋巴细胞17(helper T cell 17，Th17)作为T淋巴细胞重要组成部分，在越来越多的研究中被证实与AS的发病密切相关[3]。本文综述国内外近几年有关Th17分化及其功能异常的研究，总结Th17在介导AS炎症中的分子机制，旨在为进一步探讨AS炎症发病机制和治疗提供线索。

1 Th17/IL-17炎症轴在AS中发挥重要致炎作用

Th17由幼稚型T细胞分化而来，是Harrington等[4]于2005年首次发现的一种能特异性分泌白细胞介素17(IL-17)的T辅助性细胞亚群，广泛参与了炎症反应、自身免疫疾病、肿瘤和移植排斥。Th17可分泌多种细胞因子，如IL-17、IL-21、肿瘤坏死因子(TNF)等。Th17/IL-17炎症轴是Th17的主要效应途径。IL-17在自身免疫病中有着重要的致炎作用，已成为很多疾病研究焦点[5-7]。IL-17受体(IL-17R)在几乎所有细胞中都有表达，因此IL-17可通过与多种不同细胞的相互作用而发挥其生物学功能。一方面，IL-17可刺激上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞等释放IL-6、IL-8、趋化因子20、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)及粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)。IL-8等通过促使中性粒细胞分化成熟，往炎症部位聚集；IL-6、G-CSF、GM-CSF等通过促使骨髓中粒细胞的生成，发挥其致炎作用。一方面，IL-17可与单核细胞和树突状细胞相互作用，促使其释放IL-1、TNF、IL-6等炎症因子；反过来，IL-1、TNF、IL-6等炎症因子也正反馈地与IL-17协同作用，放大炎症。而且IL-17还可直接或间接地参与软骨和骨破坏，IL-17可抑制软骨细胞及成骨细胞中基质的产生，通过诱导MMP及NOS的生成和功能而参与软骨破坏；IL-17还可增加核因子κB受体活化因子配体(RANKL)在成骨细胞中的表达水平，促使破骨细胞生成，参与骨的侵蚀。

AS作为一种慢性、进行性炎性疾病，患者血清中IL-17的表达水平异常升高[7]，不仅导致了IL-1、IL-6、IL-8、TNF等炎症因子异常，使AS炎症反复发作，加剧炎性骨破坏，而且促进了金属基质蛋白酶(MMP)、NOS、RANKL等因子的高表达，间断性地加剧了软骨和骨的破坏。两者的反复发作，使骨破坏与新骨形成的进程加快，促进了AS病情进展。近期，针对IL-17A单抗治疗活动期AS的实验显示IL-17A单抗在治疗AS中具有良好而安全的效果[8]。这不仅说明了IL-17在AS发病机制中具有重要作用，而且说明了IL-17可能是未来治疗活动期AS的一个新的靶点。

2 Th17的分化受多种因子共同调控

IL-17的异常表达离不开Th17的病态分化，Th17的分化则受多种细胞因子的共同调控。Th17的早期分化，即幼稚型T细胞分化为Th17，主要受TGF-β和IL-6的协同诱导；而已分化的Th17则需要IL-23的刺激去维持其存活与扩增。以人类细胞为模型的研究中，Th17的分化同样是受到多种因子的共同作用[9],其中TGF-β发挥了不可替代的作用。研究发现，脐带血和胸腺中少许CD161+RORc+前体细胞可在IL-1β和IL-23联合诱导下，甚至在完全缺失TGF-β的条件下，实现向Th17分化。但这样设置的模型更像是研究已分化的Th17的扩增，而不是初始的Th17分化[9]。 因此，虽然高浓度的TGF-β可抑制Th17的分化，但TGF-β仍然是诱导幼稚型T细胞表达Th17特异性转录因子RORc(小鼠是RORγt)，从而实现向Th17分化不可或缺的一个因子。而且IL-1β、IL-6、IL-21、IL-23等炎症因子可以移除对于CD4+T细胞表达RORc的抑制作用，并促进IL-17的表达，从而实现向Th17的分化。本质上而言，幼稚型T细胞并不表达IL-1β及IL-23的受体,而在IL-6或IL-21联合TGF-β的刺激后，这些受体开始表达，使细胞可以接受IL-1β及IL-23的调节。另外，TGF-β同样也可通过抑制Th1的特异性转录因子T-bet的表达和Th1的产生，间接地促进Th17的分化[9]。

总的来说，人类Th17细胞的分化需要IL-1β、IL-6、IL-21及IL-23等因子联合TGF-β的协同作用：幼稚型T细胞向Th17分化，主要受IL-6、TGF-β、IL-21的协同诱导；IL-1β、IL-23则在已分化Th17的存活和扩增中发挥作用。针对AS患者的研究发现，IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等因子水平在AS患者体内存在明显异常[7,10-11]，而且AS患者PBMC可显著地高表达IL-1β和IL-6等炎症因子[12]。由此可见，幼稚型T细胞向Th17分化或者已分化的Th17分化扩增所需要的刺激因子在AS患者体内多存在明显异常。这些因子的异常表达，反过来促进了Th17异常分化，从而参与了AS炎症。

3 IL-23是Th17/IL-17炎症轴的主要调控者

作为IL-12家族的一员，IL-23是由与IL-12共有的亚单位IL-12p40及其特异性亚单位IL-23p19共同构成。往下游传递信号时，IL-23信号通路所涉及的受体主要是由IL-12Rβ1和IL-23Rα构成的受体复合物。这种受体复合物在多种细胞中均有表达，包括Th17。IL-23与IL-23受体复合物结合后则可将信号进一步传递到Th17细胞内,Th17的扩增和存活极其依赖IL-23的作用[10,13]。IL-23可以极大地提高Th17的存活水平和扩增能力，明显增加IL-17的表达水平[14-15]，而阻断IL-23的小鼠体内则伴随着Th17数量的减少，IL-17水平也被明显抑制[16-17]。并且，IL-6和TGF-β1诱导分化的Th17在没有IL-23介入的情况下并不能导致自身免疫病[18]。因此，IL-23如果存在异常，则可能极大改变了Th17存活状态和功能特性。

IL-23/Th17/IL-17炎症轴是脊柱关节炎中的一条重要的炎性信号通路[5,19]。AS患者体内，IL-23水平较正常对照者明显升高，并且与疾病活动度(由BASDAI评分得出)平行[8]。而且IL-23R mRNA水平在AS患者PBMC中存在高表达，它的基因多态性与中国AS患者易患性密切相关[20]。因此，IL-23的异常升高极大地提高了Th17的扩增和存活水平，促使了IL-17的异常合成和分泌，使Th17/IL-17炎症轴参与了AS炎症。

4 STAT3是Th17/IL-17炎症轴信号传导的中转站

小鼠模型的研究中发现，Th17的分化不仅依赖于RORγt的表达，还依赖于STAT3的作用，而STAT3可被IL-6、IL-21、IL-23活化[9,21-22]。

Th17的早期分化需要有IL-6、IL-21及TGF-β的参与。幼稚型T细胞表面存在功能性的IL-6R，由诱导生成的亚单位IL-6Rα和特异性亚单位gp130组成。故而，IL-6可通过IL-6-gp130-STAT3途径诱导STAT3的活化。但是这种诱导作用在SOCS3(RORγt的抑制因子)作用下只是短暂存在的。虽然STAT3是诱导RORγt的表达必须因子，但是无法单独诱导RORγt的表达，仍需有TGF-β信号的协同参与。TGF-β信号通过其受体可以激活Smad2信号通路，同时刺激RORγt和Treg特异性转录因子Foxp3的表达。TGF-β信号也可以通过Smad2/3途径来抑制IL-6和IL-21诱导的SOCS3的表达，从而使STAT3在幼稚型T细胞中的表达水平和表达时间得到强化。STAT3被不断活化后可以在IL-6和TGF-β存在的情况下移除Foxp3对于RORγt的抑制作用，提高RORγt的表达水平，从而促进了Th17分化进程。另外，IL-6还可诱导Th17分泌IL-21，这个分泌途径同样依赖于STAT3的功能。反过来，IL-21又可通过诱导STAT3的活化而参与Th17的分化。

幼稚型T细胞在IL-6、IL-21及TGF-β诱导下分化为Th17细胞后，开始表达IL-23R和IL-1βR。IL-23信号可通过IL-23R受体及JAK/STAT信号通路进一步加强STAT3的活化程度。这种状态下活化的STAT3可以通过与RORγt的共同作用，使Th17细胞状态及其功能得到稳定；同时也可直接与IL-17的启动子结合，诱导IL-17的表达。而IL-1β则可通过调节干扰素调节因子4(Interferon regulatory factor 4，IRF4)的表达而协同并增强IL-6、IL-23对于Th17分化的诱导作用。

STAT3不仅在幼稚型T细胞向Th17分化中发挥了关键作用，更是在维持分化后Th17的稳定和功能中占据了重要地位，是IL-6、IL-21、IL-23信号传导的一个不可或缺的中转站。随着IL-6、IL-21、IL-23表达水平的异常升高，STAT3可能也随之异常活化，刺激了Th17的分化和IL-17的表达。而且，针对中国汉族AS患者的研究中发现，STAT3基因多态性参与了AS病情进展，与欧美AS患者调查研究的结果一致[23]。这说明了AS患者体内STAT3的表达水平本身可能就存在异常，而IL-6、IL-21、IL-23持续刺激，使STAT3不断被活化，进一步将信号传递给相对应的基因，从而导致了Th17的异常分化和IL-17的高表达。

5 小 结

Th17/IL-17炎症轴在AS炎症中发挥了十分重要的作用，IL-17可通过与不同细胞的相互作用而发挥多种致炎功效。IL-17的高表达离不开Th17的异常分化。Th17的分化受到IL-1β、IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等因子的协同调控。其中，IL-6、IL-21和TGF-β主要是在诱导幼稚型T细胞向Th17分化发挥作用，而后Th17细胞开始表达IL-1βR和IL-23R，这时候IL-1β和IL-23就开始调控活化的Th17的扩增和存活。无论是IL-6、IL-21诱导幼稚型T细胞向Th17分化，还是IL-23维持Th17的存活和扩增，它们的信号传导都需经由STAT3，活化后的STAT3不仅在幼稚型T细胞向Th17分化中发挥了关键作用，而且在已分化的Th17的功能和存活中也做出了不可替代的贡献。针对AS患者的研究发现，诱导Th17分化的因子，如IL-6、IL-21、IL-23及TGF-β等均存在明显异常。而且，IL-23作为Th17/IL-17炎症轴重要的调控因子，其受体基因多态性与AS发病密切关联，mRNA水平在AS患者体内异常表达。IL-6、IL-21、TGF-β、IL-23及IL-23R异常表达不断活化本身可能就存在异常的STAT3，持续被活化的STAT3开始与Th17的特异性转录因子RORγt相互作用，或者在诱导Th17早期分化中发挥作用，或者在维持Th17的功能和存活中发挥作用。而且被IL-23信号活化的STAT3可以直接与IL-17基因的启动子结合，促进IL-17的表达。总的来说，Th17/IL-17炎症轴在AS病理机制的致炎作用，离不开诱导Th17分化的调控网络的异常，也离不开自身可能存在的异常。研究Th17/IL-17炎症轴及诱导Th17分化的调控网络在AS中的作用，可助于寻找新的、有效的、安全的治疗靶点。

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刘宏潇,E-mail:liuhongxiao＿123@163.com

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.07.046

R0681.51

A

1008-8849(2015)07-0796-03

2014-02-20