IL-17A在肺脏疾病中的研究进展

李仕来，朱继金

(广西医科大学第一附属医院急诊科，南宁 530021)

1993年白细胞介素(interleukin，IL)-17A被首次发现[1]，1995年英姆纳克斯公司的研究人员首次对IL-17A受体进行描述[2]。2005年，学者发现IL-17A是辅助性T细胞(T helper cells，Th细胞)17的标志性细胞因子[3]。IL-17A的特征是表达“主”转录因子视黄酸相关孤儿受体γ，并被IL-12家族的IL-23激活，构成“IL-23-IL-17轴”[4]。之后的研究发现，IL-17A也可由其他细胞群产生，如IL-17+CD8+T细胞，以及包括γδT细胞、自然杀伤T细胞、第3组先天淋巴细胞和“天然”Th17细胞在内的各种先天淋巴细胞亚群[5]。此外，也有报道，包括中性粒细胞和小胶质细胞在内的髓系细胞也能产生IL-17A，但具体机制尚未完全阐明，仍存在争议[6-7]。现就IL-17家族成员的功能及IL-17A在肺部炎症、肺纤维化、肺移植、肺癌、肺损伤中的作用予以综述。

1 IL-17家族概述

1993年，Rouvier等[1]在筛选淋巴细胞基因表达库来寻找新的免疫分子的过程中发现了IL-17A，命名为细胞毒性T淋巴细胞相关抗原8(cytotoxic T lymphocyte associated antigen 8，CTLA8)。1995年，Yao等[2]发现CTLA8可上调核因子κB、刺激成纤维细胞分泌IL-6和促进T细胞增殖。他们还分离出一种互补DNA(complementary DNA，cDNA)编码的未知受体，可以结合CTLA8，并建议将CTLA8及其受体分别命名为IL-17A和IL-17R。后来学者又发现了IL-17家族的其他5个成员，分别为IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E和IL-17F[8]。这些细胞因子在机体免疫、感染、肿瘤免疫、慢性炎症性疾病、自身免疫性疾病和动脉硬化性疾病中均发挥重要作用[4]。IL-17A和IL-17F主要由Th17淋巴细胞分泌，少部分由其他细胞分泌；不同的是，IL-17B、IL-17C、IL-17D和IL-17E则由多种细胞分泌[9]。

2 IL-17A及其受体

IL-17A基因定位于人类染色体6p12.2，共编码155个氨基酸蛋白，包括23个氨基酸信号肽和132个氨基酸成熟肽。IL-17A以二硫键同型二聚糖蛋白(分子量为35 000)的形式分泌，主要由Th17细胞产生[4]。在炎症条件下，树突状细胞、单核细胞和巨噬细胞分泌IL-23、IL-1β、IL-6等细胞因子以及转化生长因子-β(transformation growth factor-beta，TGF-β)等，促使原始CD4+T细胞向Th17细胞亚群分化极化。TGF-β诱导转录因子视黄酸相关孤儿受体γ向Th17亚群分化。同时，IL-6可诱导Th17细胞亚群产生IL-21，IL-21通过自分泌方式上调IL-23受体，进而通过IL-23使Th17细胞稳定并最终分化[10]。

IL-17A通过与细胞表面的I型跨膜蛋白受体结合传递信号。但是，IL-17A受体缺乏细胞内酶的活性，因此信号传递通过蛋白-蛋白与细胞内效应因子的相互作用介导。IL-17A受体复合物形成后，通过核因子κB激活剂1的成纤维细胞生长因子基因的相似表达或成纤维细胞生长因子-IL-17R的相似表达域与IL-17A受体和IL-17C受体中的成纤维细胞生长因子-IL-17R的相似表达互反域相互作用，从而触发下游信号通路。IL-17A可以通过核因子κB、促分裂原活化的蛋白激酶[胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)1/2、p38、c-Jun氨基端激酶]以及由肿瘤坏死因子受体相关因子(tumor necrosis factor receptor-associated factor，TRAF)6/TGF-β1活化激酶结合核因子κB激活剂1相互作用激活介导CCAAT/增强子结合蛋白通路。IL-17A/IL-17R/核因子κB激活剂1复合物也可以通过TRAF6激活ERK。同时，IL-17A靶基因信使RNA的稳定性受到TRAF2和TRAF5的IL-17信号级联以及一种选择性剪接因子的控制[11-13]。

3 IL-17A在肺部疾病中的作用

3.1肺部急性感染 在感染肺炎克雷伯菌的小鼠中，IL-17A水平与组织细菌负荷呈正相关[14]。此外，感染肺炎克雷伯菌并接受IL-17A治疗的小鼠，其局部CC趋化因子配体2、肿瘤坏死因子-α、IL-1β和粒细胞集落刺激因子水平升高，同时大量的中性粒细胞被招募进入肺部，这些结果表明IL-17A在宿主防御肺炎克雷伯菌方面具有保护作用[14]。在接受致病菌干预之前对小鼠进行IL-17A预处理，结果发现IL-17A主要是通过增加中性粒细胞招募、促进细菌清除来改善治疗效果，提高小鼠存活率，在随后的研究中，以IL-17R缺陷小鼠为研究对象，也发现了IL-17A信号转导对宿主具有保护作用的相似结论[15]。在机制上，肺上皮细胞的IL-17R信号能够建立趋化因子梯度，从而协调中性粒细胞进入呼吸道，增强宿主防御[16]。这些研究表明，IL-17A对感染期间肺部的适当趋化因子反应至关重要，治疗性增强IL-17A反应可以改善肺炎克雷伯菌肺部感染的疾病预后。

人类T细胞经金黄色葡萄球菌抗原刺激后释放IL-17A[17]，而研究证实Th17细胞和IL-17A在金黄色葡萄球菌防御中具有重要作用[18]。在小鼠中，IL-17A和IL-17F通过促进腺嘌呤核糖核苷酸的产生和中性粒细胞的浸润来清除上呼吸道的金黄色葡萄球菌而发挥有益的作用[19-20]。IL-17A的保护作用与对Th17细胞反应受损的成年人上呼吸道金黄色葡萄球菌定植的研究一致[21]。其机制主要为金黄色葡萄球菌能促使Th17细胞产生γ干扰素和(或)IL-10[22-23]。研究发现，疫苗诱导的宿主对金黄色葡萄球菌的保护也依赖于IL-17A的表达[24]，而Th1/Th17佐剂正在金黄色葡萄球菌疫苗配方中进行测试[25]。IL-17A抑制肺部炎症过程中，IL-23释放的负反馈回路被认为是保护宿主不受过多IL-17A信号影响，从而调控宿主抗菌的防御机制[26]。

3.2肺部慢性感染 化脓性链球菌也称A群链球菌(group A streptococcus，GAS)，会导致上呼吸道持续感染。IL-17A通过调节GAS感染后的适应性免疫参与长效的GAS控制。在体外再刺激实验中，使用 GAS刺激小鼠鼻相关淋巴组织(nasal-associated lymphoid tissue，NALT)细胞(从感染GAS 48 h的小鼠中收集)发现，IL-17A、TGF-β和IL-6水平升高；此外，让小鼠体内反复接触GAS也会导致NALT中Th17细胞水平升高[27]。值得注意的是，树突状细胞来源的TGF-β和IL-6是驱动Th17细胞分化以应对上呼吸道GAS感染所必需[28]。一项针对IL-6缺陷小鼠的研究显示，与野生型小鼠相比，IL-6缺陷小鼠GAS感染后可存在于NALT长达60 d，但其IL-17A水平较低[29]。这些数据表明，在NALT中IL-17A和IL-6的产生对上呼吸道GAS的控制非常重要[27,29]。

肺炎链球菌是另一种常见的呼吸道致病菌，而IL-17A是对这种细菌的适应性免疫应答所必需。在免疫模型中，与野生型小鼠相比，IL-17A缺陷小鼠在第二次暴露于病原体后，无法介导肺炎链球菌载体的加速清除；且研究还进一步发现，小鼠中性粒细胞的减少明显阻碍了免疫的保护作用[30]。Babb等[31]的研究发现，固有的IL-17A反应是肺炎链球菌疫苗产生独立血清型保护作用的免疫反应所必需。这些结果表明，呼吸道获得性肺炎链球菌免疫依赖于IL-17A介导的中性粒细胞浸润。

3.3肺部结核杆菌感染 目前尚不清楚IL-17A在结核病中的具体作用，也不清楚其对病原体控制和病理学的影响[32-33]。一些研究发现，编码IL-17A基因的单核苷酸多态性与结核病易感性有关，而另一些研究则没有支持这种联系；外周血CD4+T细胞或体外刺激外周血单核细胞产生的IL-17A，广泛存在于活动性和潜伏期的结核病患者中，但是IL-17的表达是否与保护或不利的免疫反应有关尚未达成共识[33]。一项研究描述了结核病患者中纤维性结节性肉芽肿有大量IL-17A、IL-1和趋化因子浸润，表明其与更好的宿主控制和更少的病理损伤有关[34]。对小鼠结核分枝杆菌感染模型进行的研究表明，IL-17A和IL-17A受体信号在感染的急性期对控制细菌负荷没有作用，但在感染的慢性期尤其是在炎症反应显著的情况下对免疫控制有保护作用[35]。有研究已将黏膜IL-17A反应与暴露于分枝杆菌抗原或疫苗株牛分枝杆菌后的长期保护性T细胞反应关联起来[36-37]。这将对肺结核病疫苗的研究产生积极影响。

3.4肺纤维化 肺纤维化与一组病因各异的异源性疾病有关，临床上常见于放疗和化疗引起的纤维化、囊性肺病、肉芽肿性肺病、感染或自身免疫性疾病、环境和吸烟相关的慢性阻塞性肺疾病。因常表现为无明确的潜在病因，所以也被称为特发性肺纤维化[38]。特发性肺纤维化的主要病变是纤维变性，由细胞外基质的过度沉积导致组织结构的丧失和肺的破坏所诱发。有研究揭示了IL-17家族细胞因子与肺纤维化之间的关系[39-40]。在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中，IL-17A在肺、胸腔引流淋巴结及支气管肺泡灌洗液中表达明显增加，暴露于博来霉素后，由CD4+和γδ+T细胞分泌的IL-17A诱导产生大量的中性粒细胞浸润和肺纤维化，因此经博来霉素治疗后，IL-17A-/-小鼠的肺纤维化程度明显低于野生型小鼠[41]。在博来霉素和硅诱导的肺纤维化模型中，使用抗IL-17A抗体进行中和治疗也能明显减轻肺纤维化和细胞外基质沉积，并提高存活率[39]。此外，抗IL-17A抗体治疗还能减轻辐射诱导的肺炎和肺纤维化，提高小鼠辐照后的存活率[42]。这提示IL-17A在多种肺纤维化小鼠模型中具有促纤维化作用。另一方面，分泌IL-17A的γδ+T细胞可以通过抑制间质炎症和协助上皮组织的再生来阻止博来霉素诱导产生肺纤维化；在这种背景下，博来霉素诱导产生肺损伤的模型中，γδ-/-小鼠的肺部炎症和细胞外基质沉积明显增加；因为分泌IL-17A的细胞仅占所有损伤肺组织中γδ+T细胞的5%，同时γδ+T细胞也可能分泌其他细胞因子，所以这类细胞分泌的IL-17A的作用尚不十分清楚，需要进一步研究[43]。

3.5肺移植 肺移植是终末期肺病患者的一种可接受的治疗方案。但是，同种异体移植排斥反应是肺移植术后发病和死亡的主要原因。研究表明，肺移植排斥反应与多种细胞因子的产生有关，其中IL-17A发挥了关键作用[44]。固有免疫和适应性免疫的细胞均可产生IL-17A，因此在移植后的不同时间点均可产生移植物损伤[45]。临床实践和动物模型的研究表明，IL-17A与肺移植术后急性和慢性排斥反应的发生有关[46-48]。Vanaudenaerde等[46]发现，临床肺移植术后急性排斥反应时，支气管肺泡灌洗液中IL-17A的水平升高与淋巴细胞和中性粒细胞的数量增加有关；同时，IL-17A的水平也与排斥反应的严重程度呈正相关。而另一项研究发现，肺移植术后早期支气管内活检物中IL-17A阳性细胞数量增加，但与急性排斥反应的严重程度无相关性[47]。这种结论相反的发生机制有待进一步研究。Chen等[48]的研究表明，IL-17A表达的时间模式与免疫排斥反应的发生相吻合。为了进一步阐明IL-17A在肺移植后早期病变发生中的作用，他们用IL-17A的中和抗体对移植小鼠进行处理，结果发现能明显减轻肺移植的炎症应激和淋巴细胞浸润。因此认为，在模型中抗IL-17A治疗是减轻肺移植术后7 d免疫排斥反应的主要原因。IL-17A在同种异体移植排斥反应的病理生理学中起重要作用，中和IL-17A是预防肺移植排斥反应的一种潜在的治疗策略。此外，肺缺血再灌注损伤是肺移植常见的严重并发症，在此过程中IL-17A也发挥了重要作用[49]。IL-17A能够诱导成纤维细胞生长因子的分泌和增殖，同时也能诱导基质细胞的分化，因此是介导移植慢性排斥反应的潜在靶点[50]。目前阻断IL-17A或其受体的治疗正在自身免疫性疾病中进行试验[51]，并有望用于肺移植并发症。

3.6肺癌 研究发现，IL-17A可直接或间接促进肿瘤血管生成和细胞增殖，并可通过激活炎症信号通路抑制凋亡参与肺癌的发生、发展[52-53]。动物模型显示，肺特异性K-ras基因突变的IL-17A敲除小鼠的肺癌发病率明显低于局部肺K-ras基因突变的小鼠[54]。此外，Xu等[55]使用过表达IL-17A cDNA的腺病毒来增强K-ras基因突变小鼠肺中IL-17A的表达。结果表明，吸入腺病毒1周后，实验组肺IL-17A表达及肺癌发生率明显高于对照组；IL-17A高表达与基质金属蛋白酶9表达上调及肿瘤细胞侵袭性增高有关。另一方面，IL-17A可通过抑制癌细胞凋亡和自噬来促进肿瘤的生长和存活[56]。Numasaki等[57]的研究表明，不管是外源性IL-17A刺激还是IL-17A cDNA转染均不影响非小细胞肺癌细胞系Sq-19和A549的体外细胞增殖。然而，体内动物模型显示，严重联合免疫缺陷小鼠接种IL-17A cDNA转染的Sq-19和A549细胞后，肿瘤体积大于载体对照小鼠，Ki-67指数保持不变，而末端脱氧核苷酸转移酶介导的脱氧尿嘧啶核苷三磷酸缺口末端标记实验结果表明细胞凋亡水平较低[58]。这说明，IL-17A通过抑制非小细胞肺癌细胞凋亡而非促进细胞增殖来影响肺癌的进展。此外，IL-17A还可促进肺癌的血管生成和淋巴管生成。IL-17A在肺癌中促进信号转导及转录激活子1介导的IL-6、IL-8和血管内皮生长因子的生成，进而促进肿瘤血管的生成[58]。另一方面，Chen等[59]证实IL-17A通过增加淋巴管生成促进了非小细胞肺癌的转移；其机制为Lewis肺癌细胞系(小鼠)和A549细胞(人类)通过细胞外信号调节ERK1/2通路促进血管内皮生长因子C(淋巴管生成的重要细胞因子)分泌，进而通过对淋巴上皮细胞的化学调控作用而实现淋巴管生成增加、促进癌细胞转移。

3.7肺损伤 急性肺损伤是一种病理的肺状态，其特征为内皮细胞通透性增加，导致肺泡水肿，并导致足够的气体交换功能障碍。急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是急性肺损伤的严重阶段，可导致严重的气体交换障碍，并会造成肺纤维增生以及肺重构。诱发ARDS的因素可以是直接的(原发性的)，由肺的直接创伤造成，也可以是间接的(继发性的)，由肺外疾病或损伤造成。已经证实，严重的创伤性损伤、出血和烧伤均与上调的免疫炎症反应有关，并推测随后的间接肺损伤是由全身炎症的激活引起[60]。研究表明，大量的细胞因子，如肿瘤坏死因子-α、IL-1β、IL-6、IL-17A和IL-33在ARDS/急性肺损伤的急性期明显增加[61-62]。肺损伤的严重程度与T细胞亚群失衡有关，与促炎细胞(Th1细胞)增多和抗炎细胞(调节性T细胞)减少的共同作用有关[63]。Th17/调节性T细胞失衡有利于Th17细胞的移位，提示了减少肺损伤的潜在治疗目标和早期ARDS患者的新风险指标[64-65]。同时，产生IL-17A的细胞(Th17细胞)具有促炎作用，而研究表明，肺泡和循环中IL-17A水平的升高与肺泡中性粒细胞比例、肺泡通透性的增加和ARDS器官功能障碍的减轻有关[66-67]。此外，IL-17A还可能参与了严重创伤后肺功能障碍的发生。Dai等[66]研究发现，使用抗IL-17A中和IL-17A可降低血清IL-17A水平和肺组织IL-17A 信使RNA转录水平，改善组织炎症，延缓病程。他们认为IL-17A在大鼠多发伤的发病机制中起重要作用，抑制IL-17A可能改善多发伤后急性期的肺部炎症。

4 小 结

IL-17A在过去多年的研究中取得了长足的进步，从最开始的不为人知，到Th17细胞的关键特征，再到人类自身免疫性疾病的一个关键治疗靶点。虽然关于IL-17A在肺部疾病中的研究已有很多，但是其参与肺部疾病的具体作用和机制仍有待进一步探讨。此外，IL-17A的临床转化价值也是将来的研究重点。总之，IL-17A广泛参与了肺部疾病的发生、发展和转归，是一个潜在、有价值的研究靶点和治疗靶点。