Th17/Treg细胞及其细胞因子在神经系统自身免疫性疾病中的研究进展

李红岩，侯振江，刘建凤，陈云霞

(1.沧州医学高等专科学校医学技术系，河北 沧州 061001； 2.沧州医学高等专科学校甲状腺疾病研究所 沧州市甲状腺疾病工程技术研究中心，河北 沧州 061001； 3.沧州市人民医院内分泌科，河北 沧州 061001)

T细胞是淋巴细胞中数量最多、功能最复杂的一类细胞，主要包括CD4+T细胞和CD8+T 2类细胞，在细胞免疫中起重要作用，并协助体液免疫应答[1-2]。依据在免疫应答中的功能不同，T淋巴细胞主要包括辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)、调节性T细胞(regulatory T cell，Treg细胞)、效应性T细胞和细胞毒性T细胞等。Th细胞受抗原刺激未分化前是所有Th细胞亚群的共同前体，称为Th前体细胞，具有多向分化能力，其主要功能是调节免疫应答反应，刺激B细胞合成并分泌抗体。Th前体细胞经不同细胞因子和转录因子的调控，可分化为Th1、Th2、Th17和Treg细胞等CD4+T细胞亚群，Th1细胞通过分泌白细胞介素(interleukin,IL)-2、干扰素(interferon，IFN)等炎症细胞因子，抑制B细胞的功能，介导细胞免疫，增强吞噬细胞的抗感染免疫。Th2细胞通过分泌IL-4、IL-6等细胞因子，促进B细胞分化并产生抗体，介导体液免疫反应。Th1和Th2细胞失衡曾被认为是自身免疫性疾病(autoimmune disease，AID)的主要发病机制。近年来，Th17和Treg细胞作为两种新型的CD4+T细胞亚群，已成为炎症反应调控的研究热点[3]。有研究发现，重症肌无力(myasthenia gravis，MG)、多发性硬化(multiple sclerosis，MS)和吉兰-巴雷综合征(Guillain-Barré syndrome，GBS)的发生发展均与Th17和Treg细胞及其细胞因子和转录因子的异常有关[4]。现就Th17/Treg细胞及其细胞因子在神经系统AID中的研究进展予以综述，以探索诊疗和防治的新途径。

1 Th17/Treg细胞及其分化调节

1.1Th17/Treg细胞因子及功能 Th17细胞是一种新近发现的CD4+T细胞亚群，其分化途径和功能与Th1、Th2细胞不同，具有IL-23依赖性，以特异性分泌高水平IL-17为特征。Th17细胞能分泌IL-17、IL-6、IL-21、IL-22和肿瘤坏死因子-α等细胞因子，其中IL-17是最重要的细胞因子。IL-17家族由IL-17A～F 6个结构相似的细胞因子和IL-17受体A～E 5个受体组成，其中IL-17A主要由CD4+T细胞(即Th17细胞)分泌，通常所说的IL-17是指IL-17A，IL-17A与IL-17F具有50%的同源性，其结构、功能有诸多相似性，且在适应性免疫反应中，CD4+Th17细胞能同时分泌IL-17A和IL-17F，而IL-17B、IL-17C、IL-17D和IL-17E(IL-25)广泛表达于其他细胞。IL-17受体在体内广泛表达，与IL-17结合介导信号传递发挥相应的生物学效应。

Treg细胞是一类能调节多种免疫功能的T细胞亚群，包括天然Treg细胞和诱导性Treg细胞，其主要功能是抑制其他效应性T细胞的活化，诱导免疫耐受，发挥免疫调节作用。Treg细胞能分泌IL-10、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)，两者共同诱导Treg细胞不断分化，或通过直接的细胞接触抑制效应性免疫细胞的活化、增殖，发挥免疫负调控作用，维持机体的免疫平衡[5]。Treg细胞不仅能分泌IL-10、TGF-β等细胞因子，还高表达IL-2受体，后者与IL-2竞争性结合，阻止IL-2对其他T细胞的分化增殖，同时IL-2还能使Treg细胞叉头框转录因子P3(forkhead box P3，FoxP3)高表达[6]。IL-35是继IL-10和TGF-β之后由Treg细胞分泌的新型抗炎因子，较IL-10和TGF-β具有更强的免疫学功能，可抑制T细胞的增殖、分化，诱导生成具有抑制活性更强的新型Treg细胞35，发挥免疫负调控作用[7]。新型Treg细胞35能特异性分泌IL-35，后者是诱导感染性耐受的关键细胞因子，能有效抑制T细胞的分化增殖，阻止炎症的发生发展。

Th17和Treg细胞起源于同一类CD4+T细胞，先由Th前体细胞分化为中间细胞，其后的分化方向主要取决于微环境中细胞因子的种类。TGF-β能介导T细胞的分化，添加IL-6后向Treg细胞的分化中止，转向Th17细胞分化。因此，IL-6对T细胞的分化起关键作用。Th17和Treg细胞具有相反的作用，前者阻碍免疫耐受，后者促进免疫耐受，两者组成除Th1/Th2细胞以外相对较为独立的另一组细胞网络。在正常情况下，Th17/Treg细胞的分化维持动态平衡，预防炎症性疾病的发生[8]。转录因子和信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)通路在Th17/Treg细胞的分化过程中起至关重要的作用。视黄酸受体相关孤儿受体(retinoic acid receptor-related orphan receptors，ROR)γt是调控Th17细胞分化方向所必需的重要转录因子[9]，可诱导Th17细胞的分化增殖，并分泌炎症因子IL-17。无论体内Th17细胞介导的炎症反应，还是体外诱导Th17细胞的分化，均需要RORγt的参与。FoxP3是Treg细胞分化及功能调控的特异性转录因子，也是目前Treg细胞最好的特异性分子标志物，在Treg细胞的分化增殖和功能调节方面起主要作用[10]。FoxP3持续高表达是Treg细胞(CD4+CD25+)的典型特征，因此CD4+CD25+FoxP3标志的Treg细胞被认为是最能代表Treg细胞的一种细胞亚群[11]。RORγt和FoxP3的表达水平在一定程度上反映了Th17/Treg细胞的活跃程度[12]，两者的平衡改变决定了Th17和Treg细胞的分化偏移，参与了AID的发生发展[13]。

1.2Th17/Treg细胞的分化调节 Th17细胞与Treg细胞的关系密切而复杂，两者的分化与调节受诸多因素的影响，且在一定条件下可以相互转化。

1.2.1细胞因子和转录因子的调控 低水平的TGF-β和IL-6通过激活RORγt转录因子，使初始CD4+T细胞分化为Th17细胞。TGF-β与IL-6共同作用，可诱导幼稚CD4+T细胞RORγt的高表达，及其向Th17细胞分化，并分泌IL-17。Th17细胞由CD4+T细胞分化后，即开始分泌IL-21，进一步促进其增殖分化，后者与TGF-β共同对Th17的扩增起协同作用。由于IL-6的存在，Treg细胞的分化受到一定抑制。此外，大剂量的IL-6、IL-21还可使已分化的Treg细胞转化为Th17细胞，说明免疫细胞分泌的促炎细胞因子TGF-β和IL-6共同参与Th17细胞的分化[14]。单独存在的TGF-β，不仅使初始T细胞分化为Treg细胞，还可拮抗转录因子RORγt，诱导FoxP3表达，使初始T细胞分化为Th17细胞。而单独存在的TGF-β并不能诱导初始T细胞分化为Th17细胞。因此，初始CD4+T细胞的分化方向主要取决于RORγt/FoxP3之间的平衡。TGF-β是Th17细胞分化必需的细胞因子，通过诱导产生RORγt，促进CD4+T细胞向Th17细胞分化，在不同的细胞因子环境下，CD4+T细胞可分化为促炎Th17细胞。IL-23作为IL-12家族的新成员，主要通过刺激Th17细胞分泌的细胞因子(如IL-17A和IL-17F)发挥作用。IL-23能维持Th17细胞的稳态和扩增，促进持续分泌IL-17A。自分泌的IL-12可使Th17细胞的活化进一步放大，再通过IL-23发挥作用，最终完成并稳定Th17细胞的分化。IL-6、IL-1β、IL-21和IL-23协同诱导CD4+T细胞转化为Th17细胞，TGF-β还可通过诱导FoxP3高水平表达，拮抗RORγt的促分化作用，抑制Th17细胞的分化。另外，IL-4、IL-25、IL-35和IFN-γ等对Th17细胞的分化也有抑制作用。

1.2.2STAT通路的调控 STAT通路参与Th17细胞的分化调节过程。IL-6、IL-21、IL-23能激活下游信号转导通路，诱导Th17细胞表面IL-23受体的表达，进一步维持Th17细胞功能。初始CD4+T细胞分别经STAT3和STAT5通路介导向Th17细胞和Treg细胞分化，通过两者的竞争性抑制分别激活RORγt受体和FoxP3受体，影响CD4+T细胞的分化方向。在TGF-β作用下，视黄酸通过Smad3通道上调FoxP3，抑制IL-6和IL-23受体的表达，减少CD4+T细胞IFN调节因子，促进CD4+T细胞分化为Treg细胞。缺氧诱导因子-1可通过诱导FoxP3泛素化或蛋白酶降解，正向调控STAT3通路，使初始CD4+T细胞分化为Th17细胞，抑制向Treg细胞的分化。IL-2是Th17细胞分化的主要抑制因子，其首先活化STAT5，继而使RORγt表达显著减少，抑制RORγt活性和Th17细胞分化。同时，IL-2还可使STAT5的酪氨酸磷酸化，直接与IL-17基因启动子结合，抑制IL-17的表达。IL-27是Th17细胞发育的抑制因子，STAT1参与IL-27的抑制由IL-6和TGF-β诱导Th17细胞的发育及分化效应。在Th17细胞的分化过程中，IL-6和TGF-β通过启动STAT3途径诱导RORγt和RORα的表达，促进Th17细胞的分化。IL-6可抑制Treg细胞的生成，促进CD4+T细胞向Th17细胞分化[15]。

1.2.3树突状细胞(dendritic cell，DC)和其他抗原呈递细胞(antigen presenting cell，APC)的调控 DC和APC产生的IL-23在维持Th17细胞生存和功能方面起主要作用。Treg细胞通过与细胞毒性T细胞相关抗原4、程序性细胞死亡配体1和诱导共刺激分子等效应性T细胞表面配体的结合，抑制效应性T细胞的活性和功能，降低机体的免疫力。Foxp3+T细胞利用穿孔素的依赖机制，降低DC的存活率，并涉及FoxP3+T细胞与APC的直接接触。CD25+是活化天然Treg细胞最基本的特征分子，未成熟的T淋巴细胞通过与主要组织相容性复合体或抗原肽相结合，激活CD25+分子表达，进而发育成具有免疫抑制功能的CD4+Treg细胞[16]。分泌IL-10的CD4+T细胞表面也表达淋巴细胞活化基因3，其以高亲和力与主要组织相容性复合体Ⅱ结合，抑制DC的活化和T细胞的功能。Treg细胞表面的细胞毒性T细胞相关抗原4呈高水平表达，可减少活化T细胞的数量，下调DC表面CD80、CD86的表达[17]。Treg细胞表面分子通过与APC表面的诱导共刺激分子结合被激活，消减共刺激信号，抑制APC的作用，从而发挥免疫抑制作用。以糖蛋白A为主的重复序列能表达于活化的天然Treg细胞表面，诱导TGF-β前体的活化，使天然Treg细胞发挥免疫抑制作用[18]。上述研究表明，细胞间接触也参与了Th17/Treg细胞的分化与功能调节。

2 Th17/Treg细胞与神经系统AID

2.1Th17/Treg细胞与MG MG是由乙酰胆碱受体(acetylcholine receptor，AchR)抗体(acetylcholine receptor anti-body，AchR-Ab)介导细胞免疫参与的神经系统AID[19]，主要累及神经-肌肉接头突触后膜AChR的获得性肌疲劳和肌无力，具有病情重、易复发和死亡率高等特点，是世界性难治疾病之一。MG的发病涉及遗传、免疫及胸腺异常等诸多因素。以往认为，MG的发病与Th1/Th2细胞及其细胞因子有关，Th1/Th2细胞因子失衡导致B细胞产生大量自身抗体占主导地位。由Th1细胞产生的IFN-γ能促进B细胞成熟并辅助AchR-Ab的产生和对AChR的免疫损伤，加速MG的发展。随着研究的不断深入，单纯Th1/Th2细胞失衡的理论不足以解释MG的发病机制。Masuda等[20]证实，Th17细胞参与Th1/Th2细胞因子的调节，通过促进B细胞合成并分泌大量自身免疫性抗体，加速MG的发病，Th17细胞在MG发病过程中起关键作用，而Treg细胞能抑制Th17细胞的功能。MG的病理过程与实验性自身免疫性MG(experimental autoimmune myasthenia gravis，EAMG)晚期非常相似，特征为Th17细胞和IL-17水平明显升高。在雌性Lewis大鼠EAMG晚期的脾脏中，IFN-γ、IL-17和Th1、Th17细胞增加，且随Th17细胞数量增加，高水平的IL-17使EAMG加重。这说明在MG发生发展过程，高水平的IL-17和Th17细胞可能发挥关键作用。Th17细胞参与EAMG的自身免疫过程[21]，其数量改变与MG患者AchR-Ab滴度和病情程度呈正相关[22]。

临床研究发现，全身型MG患者外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中Th17细胞明显增加，并与血清AchR-Ab水平相关[23]。金迪等[24]报道，MG患者外周血IL-17和RORγt信使RNA(messenger RNA，mRNA)的表达水平均明显高于对照者，且IL-17水平与MG的严重程度呈正相关(r=0.867)。推测RORγt mRNA可能是MG的特异性转录因子，高水平的IL-17可能参与了MG的发病过程。伴胸腺瘤的MG患者PBMC中Th17细胞、IL-17 mRNA和血清IL-17水平均明显升高，RORγt、IL-23和IL-1-β mRNA表达上调，且Th17细胞与血清AchR-Ab水平呈正相关，而非胸腺瘤MG患者Th17细胞数量与对照者比较差异无统计学意义[25]，提示胸腺瘤引起的免疫功能紊乱可能与Th17细胞的改变密切相关，IL-23和IL-1-β可能是参与诱导Th17细胞分化和自身稳定的主要因子。因此，Th17细胞数量增加可能引起免疫耐受失衡，引发MG等AID的发生。但也有MG患者Th17细胞数量与对照者比较差异无统计学意义的报道，可能与MG病情的严重程度、是否伴有胸腺异常及胸腺瘤的类型等有关。因此，进一步研究Th17细胞在MG发病中的作用，有助于MG的早期诊断和疗效观察。

张晓燕等[22]报道，MG患者血清抗AchR-Ab滴度明显高于对照者，且与Th17细胞数量呈正相关。IL-21是目前公认的由Th17细胞分泌的细胞因子[26]，可促进Th17细胞的增殖与分化，IL-21水平越高，Th17细胞水平越高。Th17细胞分泌的IL-17可辅助B细胞，促进致病性AchR-Ab的产生，参与MG的发病过程，提示Th17细胞通过与B细胞的相互作用，可能为治疗MG提供新的作用靶点。Gradolatto等[27]报道，MG患者胸腺组织中IL-17、IL-17相关基因和IL-23受体过表达，外周血中Th17细胞、IL-17和IL-1水平均明显升高[28]。肖君等[29]发现，儿童MG患者血清Th17相关细胞因子IL-23、IL-12/23p40及IL-17A水平均明显高于对照者。张超逸等[30]用流式细胞术检测胸腺瘤合并MG患者的Th17细胞、IL-17、IL-21和AchR-Ab水平，并进行Pearson相关性分析，结果发现胸腺瘤合并MG患者血浆IL-17、IL-21、AchR-Ab水平均显著高于单纯胸腺瘤患者和对照者，且Th17细胞数量与IL-17、IL-21水平呈正相关。而单纯胸腺瘤患者与对照者比较差异无统计学意义，提示Th17细胞通过分泌IL-17促进MG的发生。Th17细胞分泌的IL-17，进一步促进AchR-Ab的合成，诱导B细胞的耐受缺失[31]。Treg细胞分泌的IL-10、TGF-β及FoxP3可维持自身免疫耐受，其功能异常在MG的发病中起重要作用，可能与FoxP3表达缺失，影响Treg细胞的分化和功能有关。FoxP3能直接作用于RORγt，抑制Th17细胞的发育，其缺失程度与MG的严重程度相关[32-33]。合并胸腺瘤的MG患者胸腺组织中CD4+T细胞产生的IL-17高表达，辅助B细胞增殖分化为浆细胞，合成AChR抗体，与突触后膜的AChR发生免疫应答并大量破坏，使突触后膜的信息传递发生障碍，从而导致MG的发生，提示IL-17在合并胸腺瘤的MG患者组织中的高表达启动了自身免疫应答。IL-17与MG的关系密切，并在诱导MG的发病中发挥了关键作用。方学君等[33]研究强肌健力方对Th17/Treg平衡的影响时发现，各剂量组MG大鼠模型TGF-β、FoxP3的表达水平均显著提高(P<0.05)，RORγt、IL-17A表达水平降低(P<0.01)，说明强肌健力方可能通过促进初始CD4+T细胞分化为Treg细胞，增加FoxP3、TGF-β的表达，抑制向Th17细胞分化及RORγt和IL-17A的表达，对大鼠产生治疗作用。因此，针对Th17细胞和IL-17建立可行的免疫治疗靶点，有望为MG的治疗提供新途径。

2.2Th17/Treg细胞与MS MS是一种由T细胞介导、免疫耐受紊乱所致的迟发性中枢神经系统脱髓鞘炎症性疾病，以中青年居多，临床表现为乏力、共济失调等，出现一系列认知障碍，若未及时干预，可影响其自理能力，给患者家庭造成严重的经济负担[34]。目前，MS的发病机制尚不明确，感染、免疫、遗传和环境等因素在MS发病中起主要作用[35]。以往认为，MS的发病主要与Th1、Th2细胞功能紊乱有关，其中Th1细胞异常升高是MS发病的主要免疫机制。Ravyn等[36]发现，实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)小鼠体内Th1细胞增加，自分泌IL-12水平升高，提示Th1细胞参与发病。但清除IL-12或阻断IL-12与其受体的结合，小鼠仍易感染EAE[37]。EAE是目前研究MS理想的动物模型，其发病过程与MS高度相似，证实Th17细胞可能是MS重要的致病因素，在MS发病过程中发挥主要作用，并与病情恶化程度呈正相关。EAE大鼠脑和脊髓组织中有大量的炎症细胞浸润，血管周围形成炎症细胞套，呈典型的EAE病理改变[38]。

Th17细胞在MS发病中起重要作用，参与的细胞因子主要有IL-6、IL-23、IL-21等[39]。Th17细胞减少的小鼠不易感染EAE，尤其体内IL-6、IL-23缺乏，EAE的发病程度明显减轻。EAE小鼠的病情进展与IL-17、IL-6水平呈正相关[40]，IL-17缺陷或IL-17受体封闭后，小鼠对EAE不敏感。EAE小鼠体内Th17细胞和IL-17水平升高[41]。MS患者脑组织中Th17细胞明显增加，IL-17A基因过表达，且Th17细胞较Th1细胞更容易通过血脑屏障，促进其他免疫细胞进入中枢神经系统。Th17细胞能加速血脑屏障的破坏，通过分泌IL-17和IL-22等细胞因子，促使炎症性CD4+T细胞的募集，加速Th17细胞向MS病变部位的迁移，加快MS病情的进展[42]。活动期MS患者脑病变组织中，IL-17+T细胞和IL-17水平均明显高于静止期。MS患者脑脊液中，IL-17水平和DC内IL-23的表达水平以及PBMC中Th17细胞、IL-17 mRNA、IL-17、IL-6、IL-23水平均明显高于对照者[43]。李丹[44]发现，MS患者Th1、Th17细胞及Th17/Treg比值和IFN-γ、IL-17A水平均显著升高，而Treg细胞和IL-4、IL-10水平显著降低。上述研究表明，Th17细胞、Th17/Treg比值、IL-6和IL-23等细胞因子参与MS的发病过程，并与MS病情的严重程度密切相关，且Th17细胞增多与功能增强具有一致性，检测其变化有利于MS诊断和治疗，针对MS靶向下调Th17细胞和上调Treg细胞，纠正Th17/Treg比例失衡，可为MS提供新的治疗方案。但Th17细胞表达上调和Treg细胞表达下调的机制尚有待于进一步探讨。

2.3Th17/Treg细胞与GBS GBS是介于广泛且严重的交感和副交感神经功能障碍，以急性全自主神经和躯体神经轴索损害为特征的急性运动性轴索神经病之间的一组疾病谱系[45]，是以神经根和周围神经脱髓鞘病变及小血管周围巨噬细胞和淋巴细胞浸润为特征的AID，也是引起急性肢体迟缓性瘫痪最常见的原因之一，目前的主要治疗手段为血浆置换和静脉注射免疫球蛋白，部分患者留有后遗症或预后不良，严重影响生活质量。依据发病原因、病理改变和临床表现进行分类，GBS以急性炎性脱髓鞘性多发神经根病最为常见，还包括急性运动轴索性神经病、急性运动感觉轴索性神经病等，其发病原因诸多，发病机制尚不完全清楚。自身免疫和(或)感染后免疫反应共同参与GBS的发病过程，细胞免疫和体液免疫介导的分子模拟学说可能是GBS发病的最重要机制之一[46]。TGF-β可诱导Th17细胞分化，并具备调节Treg细胞免疫耐受的作用，Th17和Treg细胞共同维持免疫平衡。GBS患者的CD4+CD25-T细胞经过IFN-γ处理，可诱导其向诱导性Treg细胞转变。

实验性自身免疫性神经炎(experimental autoimmune neuritis，EAN)是目前公认的研究GBS的动物模型，IFN-γ在GBS和EAN的发病过程中可能发挥重要作用[47]。EAN大鼠体内IL-17、IL-23蛋白及mRNA表达水平均显著高于对照大鼠，并与病情的严重程度呈正相关，发病高峰期淋巴结和脾脏IL-17和RORγt高表达[48]。RORγt和IL-23是Th17细胞分泌的重要因子，Th17细胞合成并分泌IL-17和IL-23的增加可能对EAN的发生发展起一定作用。GBS患者PBMC中Th17细胞数量显著增高，血清和脑脊液中IL-17A水平升高[49]。证实Treg细胞在GBS/EAN过程中起重要的保护作用，与分泌抑制性细胞因子，抑制CD4+T增殖与分化，维持机体的免疫耐受和免疫稳态有关，其数量减少或功能抑制参与GBS的发生发展过程。上述研究表明，Th17/Treg细胞平衡紊乱，即Th17细胞增加和Treg细胞减少，在GBS/EAN的发病机制中起重要作用。

有证据显示，Foxp3+Treg细胞能减弱EAE的免疫应答，GBS患者PBMC中CD4+CD25+细胞数量和比例均减少。如王浩[50]发现，GBS患者PBMC中CD4+CD25+CD127-/CD4+T细胞数量明显低于对照者，而经典型与变异型比较差异无统计学意义，提示Treg细胞数量减少或功能障碍参与GBS的发生发展过程。用血浆置换或静脉注射免疫球蛋白治疗GBS病情稳定期，PBMC中Treg细胞的数量明显高于急性期，而FoxP3的表达和Treg细胞的免疫抑制功能无明显变化。上述研究表明，GBS患者Th17细胞功能亢进和(或)Treg细胞功能低下，Th17/Treg细胞失衡是诱发GBS发病的重要因素之一，但具体的免疫学机制仍需进一步探讨。

3 小 结

Th17/Treg细胞的发现，打破了以往Th1/Th2细胞介导自身免疫效应机制的认识，其细胞及其相关因子和转录因子的相互作用和影响，构成了复杂的免疫网络体系，在维持机体免疫稳态、免疫耐受和预防AID的发生等方面起重要作用。随着基础医学和临床医学研究的不断深入，发现Th17/Treg细胞比例变化和功能障碍是AID发病的关键因素，证实两者的平衡失调与神经系统AID的发生发展密切相关[51-52]。通过对Th17/Treg细胞比值的干预，使其处于平衡状态，为AID的治疗开辟新途径，对发病机制的探讨和治疗策略的拓展具有重要的现实意义。随着免疫学、分子生物学和检验医学技术的迅猛发展，人类必将会揭示机体免疫调节的精准机制，认识AID的病理基础，找到更为有效的免疫治疗靶点，发现新的免疫治疗方案，为神经系统AID的防治发挥巨大作用。