Th17细胞和肠道菌群在炎症性肠病发病中的作用

芦泽兰 乔宇琪 冉志华

上海交通大学医学院附属仁济医院消化内科 上海市消化疾病研究所(200001)

炎症性肠病(IBD)是一种自身免疫性疾病，发病机制尚未明确，目前认为是由宿主基因、肠道微生物以及生活环境等因素综合作用，引发机体异常免疫应答所致。近年来，Th17细胞与IBD的关系已成为研究热点，且越来越多的研究表明，肠道菌群与IBD发病密切相关，其作用包括调节Th17细胞活性、诱导白细胞介素(IL)-17分泌、激活免疫应答等。本文就Th17细胞和肠道菌群在IBD发病中的作用作一综述。

一、Th17细胞概述

Th17细胞与Th1、Th2细胞均来源于具有多向分化潜能的原始T细胞群。在抗原呈递细胞(APC)的诱导下，原始T细胞可分化为 Th1、Th2、调节性 T细胞(Treg细胞)以及Th17细胞。单核细胞以及树突细胞(DC)经细菌脂多糖、肽聚糖刺激后，可产生大量 IL-1β、IL-6，其与转化生长因子(TGF)-β通过抑制或促进不同转录因子表达，如STAT3、RORγt等，共同促进表达凝集素受体CD161的原始T细胞向Th17细胞分化。T细胞在趋化因子配体的作用下迁移至特定肠道组织靶点发挥生物学功能，类似于分别选择性表达于Th1细胞和Th2细胞的趋化因子CXCR3、CCR5和CCR3、CCR4，Th17细胞分化与CCR6表达相关。成熟的Th17细胞主要分泌 IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-26、IL-8、IL-10、肿瘤坏死因子(TNF)-α等细胞因子以及CXC趋化因子配体如CXCL8、CCL20 等［1-2］。

二、Th17细胞与肠道黏膜免疫的关系

正常肠道组织中，Th17细胞通过募集嗜中性粒细胞至炎症靶点，在细胞外细菌和真菌免疫防御中发挥重要作用。Th17细胞分泌的IL-17可诱导免疫炎性细胞因子产生，协同或放大炎症反应，促进炎症过程。但在体内不同疾病环境中，IL-17可引起相反的免疫调节效应［2-3］。Th17细胞在IBD发生中的作用机制尚未完全阐明，以往研究显示，肠道抗原可诱导APC活化产生IL-23，后者与其他细胞因子协同作用，促使原始T细胞向Th17细胞增殖分化，通过释放炎性介质和趋化因子，参与介导肠黏膜组织炎症和损伤的发生［4］。Fujino等［5］的研究发现，IBD患者结肠黏膜组织和血清中IL-17水平显著升高。除IL-17外，多种Th17相关细胞因子如IL-21、IL-22、IL-23以及IL-26含量在IBD患者肠道黏膜组织中显著增加。此外，Th17细胞相关基因如STAT3、IL-23受体(IL-23R)多态性亦与IBD密切相关［6-7］。

尽管诸多研究已证实Th17细胞具有促炎作用，但新近研究显示Th17细胞亚群亦可发挥宿主保护作用。IL-17A与IL-17F通过IL-17受体介导Th17细胞免疫应答反应。应用抗IL-17A中和抗体可加重葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎小鼠模型的肠道炎症反应，推测IL-17A可能通过加强上皮细胞间紧密连接发挥肠道保护作用。IL-17F基因缺失DSS结肠炎小鼠模型肠道炎症程度较野生型小鼠减轻，提示IL-17F具有促炎作用。然而目前尚未明确为何作用于同一受体的IL-17A和IL-17F所产生的效应不同，推测可能与配体亲和性以及下游信号转导通路不同有关。另一方面，在DSS结肠炎小鼠模型中，IL-22基因缺失小鼠肠道炎症程度较野生型小鼠加重，推测Th17细胞分泌因子IL-22可能通过增强肠道黏膜屏障的完整性而发挥保护作用［1，5］。

Th17细胞与Th1和Treg细胞存在相互联系。现已明确Th1细胞分泌的IL-12、干扰素(IFN)-γ以及转录因子T-bet可抑制Th2细胞分化，而由Th2细胞分泌的IL-4以及转录因子GATA3可抑制Th1细胞分化，此平衡破坏可促进IBD发生。与此类似，Th17细胞与Th1和Treg细胞亦通过双向调节共同维持免疫平衡［7］。

三、Th17细胞与肠道菌群

Th1/Th2平衡失调在IBD发生机制中的作用已被广泛认同，近年来其与肠道菌群的关系备受关注。研究［8-9］发现，大肠杆菌脂多糖与Toll样受体(TLR)4作用后激活Th1型免疫应答，与TLR2作用后激活Th2型免疫应答，DC在此过程中发挥关键作用。微生物抗原刺激DC后，既可激活下游信号转导通路引起免疫耐受，亦可针对病原菌产生免疫应答。此外，研究［10-11］显示益生菌合剂VSL3#可诱导肠黏膜DC分泌IL-10，改变IBD患者的IL-10/IL-12比值，从而发挥免疫调节作用。值得注意的是，近年研究发现，肠道菌群对Th17细胞存在免疫调节作用。Th17细胞与肠道微生物关系复杂，稳定状态的Th17细胞在宿主免疫防御中起有关键作用，相反，致病性Th17细胞可引起免疫性疾病，而两者均可与肠道菌群相互作用。

1.Th17细胞与肠道菌群的关系:Th17细胞在肠道组织尤其是小肠黏膜组织中广泛存在，与其他T细胞共同维持肠道免疫稳态。正常情况下，肠上皮细胞将肠腔内的微生物与肠黏膜免疫系统分隔，而肠黏膜DC和肠上皮细胞可通过模式识别受体(PRR)，包括TLR与肠道菌群相互作用，活化肠上皮细胞表面的多种病原体相关分子模式(PAMP)，激活下游信号转导通路，引起炎性介质分泌［11］。研究［12］显示，TLR信号转导可诱导Th17细胞分化。此外，Th17细胞在诱导宿主免疫系统对胞内、胞外致病菌产生免疫应答方面亦发挥重要作用［13］。

2.Th17细胞与肠道菌群的作用:人类肠道黏膜定植着大量肠道菌群，包括益生菌和致病菌。研究指出，转基因或基因敲除造成的免疫缺陷IBD动物模型在肠道无菌环境下不产生肠道炎症，重建肠道菌群则可诱发炎症反应［14］。对IBD患者粪便菌群的分析显示，克罗恩病(CD)患者粪便双歧杆菌数量明显减少，溃疡性结肠炎(UC)患者粪便酸杆菌数量明显减少［15-16］。另有研究指出，IBD患者肠道菌群稳定性较正常人减弱，肠道菌群平衡易被破坏，表明肠道菌群是参与IBD发病的重要因素［17］。肠道菌群可通过菌群本身及其产物刺激肠黏膜免疫系统，进而诱发异常免疫应答。Hedin等［18］指出，益生菌治疗在部分IBD患者中能有效缓解症状并诱导缓解期，推测可能与益生菌与肠黏膜免疫细胞的相互作用有关。

正常情况下，Th17细胞可促进机体对致病菌产生免疫应答，而某些菌群可抑制IL-17分泌。Tanabe等［19］的研究发现，婴儿双歧杆菌可抑制TGF-β和IL-6刺激引起的小鼠脾细胞IL-17分泌和DSS小鼠结肠炎。Miyauchi等［20］为进一步探索特定菌群与IL-17A分泌细胞以及肠上皮共刺激分子的相互作用机制，予DSS结肠炎小鼠模型以长双歧杆菌JCM 1222T培养上清液灌胃，发现Th1和Th17细胞分泌因子以及结肠细胞共刺激分子表达下调，证实长双歧杆菌 JCM 1222T可抑制IL-17分泌，促使Treg/Th17细胞平衡向Treg方向倾斜，提示肠道共生双歧杆菌可能对Th17细胞存在免疫调节作用。此外，嗜热链球菌ST28可通过抑制IL-17产生诱导T细胞向Th1方向分化，推测益生菌可增强Treg/Th1细胞亚群的作用，并抑制Th17细胞活性［21］。

此外，IL-17A可能在募集吞噬细胞迁移至肠道靶点以对抗微生物感染方面发挥关键作用。Conti等［22］的研究发现，在白色念珠菌孢子诱导的口咽白色念珠菌病小鼠模型中，IL-17A和IL-23p19缺陷小鼠的疾病严重程度和播散范围重于IL-12p35缺陷小鼠，提示Th17细胞在抗病原菌感染方面具有积极作用。

分节丝状菌(SFB)是革兰阳性产孢子菌，作为肠道内共生菌黏附于肠上皮细胞，与宿主免疫机制密切相关。IgA抗体通过阻止胞外菌黏附于肠上皮，在清除肠道胞外致病菌方面发挥重要作用。无菌条件下小鼠肠道内存在低水平IgA，重建肠道菌群可使小鼠肠道IgA水平显著升高。Klassen等［23］的研究发现，含SFB菌群和不含SFB菌群定植于无菌小鼠后，前者体内IgA数量显著上升。Cao等［24］的研究发现，IL-17R缺失小鼠肠道IgA水平降低，而移植Th17细胞后肠道IgA水平升高，推测Th17细胞可能通过IgA与肠道微生物共同维持肠道免疫平衡。此外，Kinnebrew等［25］的研究发现，SFB鞭毛通过诱导TLR5(+)吞噬细胞，进而促进CD103(+)CD11b(+)DC分泌IL-23，促使Th17细胞对肠道致病菌产生免疫应答，并可通过激活黏膜DC间接诱导宿主产生Th17细胞。上述结果均表明SFB有助于Th17细胞介导的黏膜免疫保护作用。

四、展望

Th1/Th2平衡失调理论在免疫调节机制中占主导地位，随着对Th17细胞的进一步研究，发现Th17与Th1和Treg细胞平衡状态的破坏亦为诱发IBD的原因之一，其可导致炎性因子分泌失调，最终引起肠道黏膜损伤。此外，肠道菌群对Th17细胞及其相关细胞因子的调节作用为IBD的研究提供了新的方向，但具体机制仍需后期大量研究进一步阐明。

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