IL-17在类风湿关节炎关节破坏中的作用

徐子涵，蔡　辉

(南京军区南京总医院，江苏 南京 210002)



IL-17在类风湿关节炎关节破坏中的作用

徐子涵，蔡辉

(南京军区南京总医院，江苏 南京 210002)

IL-17；类风湿关节炎；关节破坏；靶向治疗

IL-17是一种强有力的炎性细胞因子，自2005年不同于传统CD4+T细胞亚群的Th17细胞被发现以来，IL-17受到更多的关注，并成为研究热点。大量动物实验和临床试验的研究结果已经证实IL-17在组织炎症、自身免疫和宿主防御机制中发挥着关键作用，并且参与多种自身免疫性疾病的发病过程，如类风湿关节炎(RA)、银屑病关节炎(PsA)、强直性脊柱炎(AS)等。RA是一种以多关节炎症为特征的慢性、全身性炎性疾病，常伴有关节损伤，严重者可致残。研究发现，与骨关节炎(OA)患者相比，RA患者关节滑液中IL-17的水平明显升高。IL-17一方面能促进滑膜细胞基质金属蛋白酶(MMPs)的产生，诱导软骨基质降解，另一方面能诱导核因子-κB (NF-κB)配体活化因子(RANKL)的表达而影响破骨细胞分化和骨吸收。可见IL-17在RA相关性软骨损伤和骨破坏中发挥致病性的作用，并可能成为RA关节破坏潜在的治疗靶点。本文对IL-17/IL-17R的生物学特性作简要概述，并总结IL-17/IL-17R在RA关节破坏中的作用及相关治疗的最新研究进展，为今后以IL-17为靶点的RA治疗提供思路和方向。

1　IL-17概述

1.1IL-17的发现与来源IL-17基因和IL-17蛋白是1993年在小鼠细胞毒性T淋巴细胞相关抗原8(CTLA8)中首次被发现的。随后研究发现IL-17可以诱导产生IL-6和IL-8，而IL-6是炎症和宿主防御的主要细胞因子，IL-8是介导嗜中性粒细胞募集的趋化因子CXC受体2(CXCR2)的配体，因此，IL-17可能与炎症反应和嗜中性粒细胞生物学存在某种联系。Chabaud等[1]发现在RA患者体外培养的滑膜组织能产生功能性的IL-17，在培养上清液中，外源性IL-17刺激RA滑膜细胞可使IL-6产量增加，而用IL-17单克隆抗体阻断可使IL-6产量减少。该研究表明IL-17可能成为慢性炎症的治疗靶点。IL-17主要由活化的CD4+T细胞即Th17生产，是其特征性细胞因子，但也可以由CD8+T细胞以及自然杀伤T细胞(NKT细胞)、γδT细胞、固有淋巴细胞、肥大细胞、中性粒细胞等固有免疫细胞诱导产生，故成为固有免疫和适应性免疫应答的中心[2]。

1.2IL-17的结构与功能一般所说的IL-17指IL-17A，是由二硫键连接的同型二聚体糖蛋白，其由155个氨基酸组成，分子量为35 kD。IL-17A是IL-17家族6 个成员 (IL-17A～F)中的主要成员，其主要通过Th17细胞产生，近来发现，IL-17A能调节造血和间充质干细胞(MSCs)的分化[3]，动员嗜中性粒细胞和MSCs的募集，以及参与炎症和宿主防御。IL-17F是家族成员中与IL-17A结构最为相似的，在染色体上的基因位点也相近，虽然IL-17F诱发炎症的作用与IL-17A相比较弱，但在与肿瘤坏死因子-α(TNF-α)协同作用时能增强炎症效应[4]。Tong等[5]研究结果证实了IL-17F在结肠癌中起保护性作用，这可能是通过抑制肿瘤血管生成而发挥作用。关于IL-17家族其他成员的研究仍较少，研究表明，IL-17C可以促进Th17细胞分泌IL-17[6]，但在IL-17信号通路中IL-17C能否成为另一个治疗靶点仍有待确定。与此相反的是，IL-17E(又称IL-25)能诱导过敏反应和Th2途径的活化，但抑制Th17细胞的功能。此外，Benatar等[7]实验还表明，IL-17E在体内具有抗肿瘤的活性。

1.3IL-17R与信号转导关于IL-17R家族的描述，最早由Yao等于1995年提出，认为IL-17R家族由五个亚基组成(IL-17RA～RE)，它们都属于Ⅰ型单次跨膜蛋白，且都含有保守的结构基序：胞外的纤维连接蛋白Ⅲ样(FNⅢ)结构域和胞内的SEF/IL-17R(SEFIR)结构域。IL-17A和IL-17F的单体可以形成同源和异源二聚体，这些二聚体的配体结合到由IL-17RA和IL-17RC亚基组成的IL-17受体复合物。IL-17A的生物学活性是通过IL-17RA/IL-17RC受体复合物介导的。两个受体亚单位都包含SEFIR域，而TILL域只存在于IL-17RA。最近研究表明，IL-17A激活了两个独立的级联[8]：①肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)依赖性级联；②IKKi-TRAF2-TRAF5依赖性级联。

TRAF6参与了IL-17A相关的三条主要下游通路的激活：NF-κB通路，丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路和CCAAT/增强子结合蛋白(C/EBP)通路。这些下游途径的激活都是由接头蛋白ACT1与IL-17RA的SEFIR结构域结合而发起的。具体而言，ACT1调节着TRAF6，也可能是TRAF3，参与NF-κB通路上游信号的激活[9]。最近发现，TAB2和TAB3与TRAF6关联，参与IL-17A诱导的NF-κB激活，而不是MAPKs的激活，这表明TAK1复合物(TAK1-TAB2-TAB3)在IL-17A诱导的NF-κB活化中有特殊意义[10]。ACT1也可以激活MAPKs，诱导活化蛋白1(AP-1)转录因子的活化，从而调控着多种趋化因子、细胞因子mRNA转录的稳定性。IL-17A还诱导C/EBP转录因子C/EBPβ和C/EBPδ，从而调节富含C/EBP结合元件启动子基因的表达，如IL-6。

除了TRAF6外，ACT1还介导了TRAF2和TRAF5依赖的途径，这与基因mRNA稳定性相关。选择性剪接因子(SF2)通常结合于mRNA以介导其降解，并在IL-17A刺激下招募ACT1/ TRAF5/TRAF2复合物而决定mRNA的释放和稳定。除了SEFIR结构域，第二功能域，位于IL-17RA的C端，被命名为C/EBP活化结构域(CBAD)，这不是NF-κB和 MAPK活化过程中所必需的。也有人认为，IL-17A可以激活JAK-PI3K和JAK-STAT途径，然而这过程尚待阐明。

2　IL-17与RA关节破坏

RA是一种可以导致关节破坏和骨吸收的慢性炎症性疾病。研究发现，IL-17的过表达促进了关节炎症、软骨破坏和骨侵蚀，在RA关节破坏的发病机制中发挥重要作用。

2.1IL-17与RA关节炎症RA主要的炎症部位是滑膜，滑膜炎是RA早期的主要表现，Conaghan等[11]通过磁共振成像观察早期RA关节骨和滑膜的特征发现，骨破坏发生程度与滑膜炎水平二者成正相关。IL-17是强大的促炎细胞因子，在RA滑膜炎中发挥重要作用。IL-17A作用于RA成纤维样滑膜细胞(FLS)以增加趋化因子(如CCL2和CCL20)的表达，并激活单核细胞、树突细胞、Th17细胞和嗜中性粒细胞的募集，增加细胞因子(例如，TNF-α，IL-1β和IL-6)的表达，以促进炎症反应和关节破坏。炎性环境会最终破坏骨内稳态，这取决于三种蛋白的三角平衡，包括肿瘤坏死因子/肿瘤坏死因子受体家族，RANKL和其受体(RANK)及其作用受体骨保护素(OPG)，这些蛋白是破骨细胞分化和功能的关键因素，可见IL-17可以放大RA滑膜炎症反应而致关节破坏。

2.2IL-17与RA关节软骨损伤RA患者常因软骨破坏遭受疼痛和功能障碍，严重者可导致残疾。在正常关节，软骨内稳态是由组成关节软骨的II型胶原与蛋白聚糖二者合成和降解之间的平衡来维持，但在疾病中(如RA)，这种平衡网络将被打破而失衡。在RA中，软骨经受了多重破坏：处在富含蛋白酶的滑液中，受到侵蚀性血管翳的外来攻击，并且软骨细胞自身从内部参与破坏。IL-1、IL-17、TNF-α等多种细胞因子参与这个过程。Koenders等[12]研究表明，不可逆的软骨破坏的增加不只是炎症反应增强的结果，体内TNF-α和IL-17之间的协同作用导致软骨损伤的加重，这与它们能协同上调S100A8、IL-1β和MMPs的表达相关。在RA中，IL-17可以刺激滑膜成纤维细胞、软骨细胞和巨噬细胞释放降解酶，这些酶可导致RA关节软骨骨面的破坏，其中，最重要的酶是MMPs家族。在RA患者滑膜组织离体培养实验中发现，IL-17A可以上调其胶原酶MMP-1、MMP-2、MMP-9和MMP-13的表达，促进基质代谢及软骨破坏。另外IL-17A在与其他细胞因子如TNF-α或抑瘤素M的共同作用下，使RA关节破坏加重。除了MMPs，借助白血病抑制因子，IL-17可刺激体外培养的软骨细胞分泌一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)，这些递质都可能参与RA软骨破坏。除了刺激基质降解，IL-17可通过上调Runx2蛋白表达，增强IL-6蛋白和MMP-3 mRNA水平，而抑制RA软骨祖细胞(CPCs)，而抗IL-17A抗体secukinumab可以降低Runx2蛋白的表达，促进软骨形成[13]。此外，Tanigawa等[14]研究发现，IL-17F通过增加软骨细胞中胶原酶(MMP-1、MMP-13)和基质溶素-1(MMP-3)的表达，并减少基质金属蛋白酶组织抑制剂-2(TIMP-2)、TIMP-4的表达，降低II型胶原、聚集蛋白聚糖和连接蛋白的表达，而刺激软骨降解。

2.3IL-17与RA骨侵蚀破骨细胞是多核巨噬细胞，在RA骨吸收和骨重建中发挥了至关重要的作用。破骨细胞的发育很复杂，是由单核细胞在细胞因子如RANKL和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)的共同影响下分化而成。破骨细胞的活化涉及数条通路，但是大多数依赖于RANKL的存在。早期研究发现，IL-17能增加滑膜RANKL的表达而导致RANKL/OPG比例失衡，刺激RA破骨细胞形成和骨侵蚀。Kamiya等[15]在成骨细胞和骨髓细胞共培养中观察到，IL-17刺激培养的成骨细胞中RANKL的表达，诱导破骨细胞的分化，同时，PGE2在IL-17的刺激下分泌增加，这可能参与了RANKL诱导破骨细胞分化的机制。当用COX-2抑制剂阻断成骨细胞PGE2的表达时，IL-17能诱导破骨细胞组织蛋白酶K和MMP-9的表达[16]，而组织蛋白酶K能降解天然的I型胶原，参与破骨细胞介导的骨重吸收过程。可见IL-17是破骨细胞生成的重要的介导物，IL-17基因的缺失或者用抗IL-17抗体能显著减少骨破坏也已经在诸多动物模型实验中被证实。

3　靶向于IL-17的治疗在RA中的研究进展

由于IL-17/IL-17R在RA关节破坏中发挥着重要的作用，而抗TNF-α疗法对部分患者疗效不显，因此，阻断IL-17/IL-17R的RA治疗策略已经引起越来越多的关注。Huh等[17]表明地高辛及其衍生物抑制Th17细胞的分化通过拮抗RORγt活性。 Makino等[18]提出在体外培养实验中MSCs抑制Th17细胞的分化。此外，Pickens等[19]提出阻断CXCL5可以调节IL-17诱导的炎症。

近年来以IL-17为靶点的生物制剂正在开发中，部分已投入到临床实验，且在PsA、RA和AS的治疗中已经得到良好的结果。它们阻断IL-17信号的方式多种：通过作用于IL-17的上游信号(例如，用IL-23抑制剂干预Th17细胞的分化)，直接作用于IL-17(如使用IL-17的抑制剂)或阻断其下游信号通路(如使用受体信号抑制剂)。其中，针对IL-17A和IL-17RA的单克隆抗体是第一选择，以IL-17A为靶点的两种单克隆抗体已应用于临床试验中：ixekizumab(LY2439821)和secukinumab(AIN457)，其他抗体仍在早期开发阶段，如SCH-900117和RG4934。其中，secukinumab是一种IL-17A全人源单克隆抗体，2015年初首次获得全球批准用于中度至重度斑块型银屑病的治疗。研究发现，对DMARDs和其他生物制剂疗效不佳的活动性RA患者，给予150 mg secukinumab的长期治疗后病情能得到改善，不良事件的发生率随着时间的推移而保持稳定，其安全性也获得认可[20]，现其用于RA的治疗研究已进入III期临床试验阶段。此外，brodalumab(AMG827)，作为一种抗IL-17RA的单克隆抗体，目前正在PsA患者中进行Ⅲ期临床试验验证其有效性和安全性(NCT02024646)。另一种途径是针对于IL-17RA/IL-17RC受体复合物，除了对IL-17RA，IL-17RC也是brodalumab潜在的靶点，此外，IL-17F同样通过IL-17RA/IL-17RC复合体来介导的下游信号。因此靶向于IL-17RA，将同时影响IL-17A和IL-17F，以及IL-17C和IL-17E，这也许是抑制IL-17途径的方法中最为广泛的。还有种途径就是阻断IL-17的上游信号，IL-23是一种促进Th17细胞分化的细胞因子，抑制IL-23是ustekinumab和briakinumab作用机制的一部分，两种单体直接作用于IL-12和IL-23共有的p40亚基。此外，IL-23p19特异性抗体的临床试验也正在进行。

在用上述药物的治疗过程中也有少数不良事件发生，正如在IL-17或IL-17R缺陷的动物模型中感染的发生率增加和严重性加重，真菌感染控制不佳也在意料之中。笔者已经观察到结核病的发病率与TNF抑制剂使用明显相关，因此某些临床实验参与者都进行了结核活动性的检测，研究发现，当IL-17或IL-23p19被抑制时，结核病发病的风险将减少。而目前，中性粒细胞减少或感染发生率的增加在早期临床试验中并不常见。个别患者出现这些不良反应是否与IL-17抑制的作用直接相关，还有待进一步阐明。

4　展　　望

IL-17作为强大的促炎因子，在RA关节损伤中发挥着至关重要的作用，其主要通过诱导MMPs和破骨细胞，以及抑制基质蛋白合成参与RA关节炎症、软骨和骨的破坏。阻断IL-17/ IL-17R信号传导是控制RA关节炎症和防治关节破坏的有效方法，相关的拮抗剂正在临床试验中，虽然已取得一定积极的成果，但仍有很多问题有待进一步解决。笔者在此作简要归纳：①IL-17A / F信号已被广泛认可，但对IL-17其他家族成员的认识仍较少，这方面需要以后进一步探索；②单独使用MTX治疗并不能显著降低IL-17水平，而MTX与其他药物的联合治疗，如英夫利昔单抗[21]或来氟米特[22]或依那西普[23]，能明显降低IL-17水平，可见联合治疗应受到关注；③阻断RORγt和CXCL5也可以抑制Th17细胞分化，因此，更多阻断IL-17信号的方法有待我们进一步探索；④关于疾病中IL-17相关基因表达的调控的研究目前较少，这可以作为以后研究的重点；⑤为了提高药物的有效性和安全性，IL-17靶向治疗应面向于由IL-17和/或Th17细胞导致的炎性疾病的患者，而排除这些生物标记阴性的患者，因此，更好的个体化靶向治疗是未来研究的发展方向。

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蔡辉，E-mail：njzy_caihui@163.com

10.3969/j.issn.1008-8849.2016.16.040

R593.21

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2015-12-20