炎性细胞因子在胃肠道移植物抗宿主病中的作用机制研究进展

张会 申徐良

1长治医学院 046000；2长治医学院附属和平医院血液科，长治 046000

1 移植物与宿主病

异基因干细胞移植（alloSCT）是一种有效的治疗血液系统恶性肿瘤的方法，它主要是通过供体T 细胞依赖性移植物与白血病（GVL）反应介导的。然而，供体异体反应性T细胞也可能损害非恶性宿主组织，最终导致移植物抗宿主病（GVHD）［1］。GVHD 分为急性和慢性两个阶段，根据发病时间以及独特的临床和病理表现可加以区分。急性GVHD 和慢性GVHD 都是由同种异体反应性T 细胞浸润到靶器官，随后激活促炎信号级联，导致组织损伤和器官衰竭。急性GVHD 通过复杂的生物过程发展，包括3 个阶段：抗原呈递细胞（APC）的激活、供体T细胞的激活和细胞及炎症效应阶段［2］。cGVHD 发病机制的特征是自身反应性免疫细胞胸腺选择不足，B细胞失调和纤维化慢性组织炎症［3］在受体胸腺中选择新的自身反应性CD4+T 细胞［4］。急性GVHD 的主要靶器官是皮肤、肝脏和胃肠道，而慢性GvHD 涉及多种组织，导致显著的发病率和病死率。

对于急性和慢性疾病，GVHD 发展的风险因素是相似的，GVHD 风险取决于若干因素，包括供体-受体人白细胞抗原（HLA）差异、患者年龄、供体细胞来源、预处理方案、伴随的感染和移植后GVHD 预防类型。预处理方案对胃肠黏膜的损伤会导致病原体相关分子模式（DAMPs 和PAMPs）的释放［5-6］，这些模式通过连接模式识别受体（PRRs）激活先天免疫系统的细胞。这最终导致克隆性扩张的同种反应性T 细胞的产生，这些细胞介导进一步的损伤，形成炎症级联反应。从临床角度来看，胃肠道受累是GVHD 发病的主要原因，可导致严重的并发症，包括持久性腹泻、肠外营养需求以及细菌穿过受损黏膜屏障移位引起的感染性并发症［7］。胃肠道移植物抗宿主病（GIGVHD）是导致死亡的主要原因。肠道干细胞（ISCs）和它们的小生境Paneth 细胞是靶细胞，导致肠道内稳态和微生物生态失调。肠道损伤通过传播促炎细胞因子环境，在放大全身性GVHD 中起着核心作用［8］。鉴于胃肠道在GVHD 生物学中的关键作用，旨在减少靶器官炎症的策略有可能显著降低与该疾病相关的发病率和病死率。

2 STAT 3信号在胃肠道GVHD中的作用

在免疫应答的形成过程中，T 细胞受体、共刺激配体和细胞因子的信号传导到细胞内是幼稚T 细胞分化所必需的。在GVHD 过程中，这些效应异反应细胞能够分泌炎性细胞因子并获得细胞毒性能力，从而导致组织损伤。信号转导和转录激活蛋白（STAT）是这些基因表达变化的主要原因，它们是通过细胞因子受体传递信号的结果。细胞因子与其受体的结合会激活Janus激酶（JAKs），活化的JAK 使受体磷酸化，活化并磷酸化其主要底物STAT。磷酸化的STAT 与具有保守SH2 结构域的STAT 家族的其他成员二聚化，然后将二聚体转移到细胞核中，并与DNA 序列的特定调节区结合，以激活或抑制靶基因的转录。在这些STAT蛋白中，STAT3 在GVHD［9］期间的T 细胞致病性中尤为重要。事实上，用抑制STAT 3 磷酸化的小分子治疗［10］或移植STAT3 缺陷的T 细胞［9］显著降低了与GVHD 相关的病死率和结肠内的病理损伤，为STAT3 依赖性细胞因子在诱导炎症中发挥显著作用的前提提供了支持。STAT3 信号的消失与供体效应T 细胞的减少和调节性T 细胞（Tregs）的相应增加有关。这些结果表明，在GVHD 背景下，STAT3 信号通路在平衡免疫系统起着关键作用。这一基本前提在体外已经得到证实，在人类细胞中，小分子抑制STAT3信号转导抑制异基因反应T 细胞的增殖，同时促进诱导调节性T 细胞（iTregs）的扩张。此外，CD4 T 细胞STAT3 的激活与患者胃肠道内TH17细胞的增加和相应的病理损伤有关［11］。

与异基因反应T 细胞中STAT3 信号的促炎性质不同，受体髓系细胞中STAT3 的表达加剧了GVHD［12］。值得注意的是，该分析仅限于表达髓细胞特异性基因（LysM）的细胞，这些细胞主要是巨噬细胞/单核细胞系。虽然这项研究没有探索受体髓系细胞中的STAT3信号转导为何会引起矛盾的抗炎作用的机制，与WT 受体相比，LysM-Cre-STAT3fl/受体中的供体CD4+和CD8+T细胞数目的增加以及血清IFN-γ和IL-17的升高，这表明这部分受体髓细胞可能间接调节供体T 细胞的反应。供体髓样细胞缺乏对GVHD 的总体严重程度没有影响［12］。因此，STAT3 信号转导的促炎作用似乎是通过T 细胞而非髓细胞群介导的。这些观察的潜在临床意义来自于这样一个事实，即一些与GVHD 的病理生理学有关的炎症细胞因子，特别是在胃肠道内，使用STAT3作为其信号通路的一部分，因此可以用适当的特异性抗体进行阻断。在胃肠道内，与GVHD 相关的STAT 依赖性细胞因子是IL-6、IL-23和IL-21。

2.1 白细胞介素6 IL-6 是一种促炎细胞因子，是启动TH17免疫应答的关键。在IL-6和转化生长因子-β存在的情况下，幼稚T 细胞能够分化为TH17 细胞，而在没有这种细胞因子的情况下，这些细胞被定向转化为调节性T 细胞（Tregs）［13-14］。因此，IL-6 似乎在促进免疫系统的炎症反应中起着关键作用。在实验小鼠的研究中，IL-6 和可溶性IL-6R 在胃肠道GVHD 期间的水平都被证明是递增的［15］。此外，通过与IL-6 受体结合的抗体阻断IL-6 信号，可显著降低GVHD 相关的病死率，特别是结肠内的病理损伤［15-17］。在一项研究中，这归因于胸腺依赖性和胸腺无关性Treg 生产的增加，导致Treg绝对数量显著增加［15］。值得注意的是，当GVHD 保护完全依赖于产生iTregs 的能力时，阻断IL-6信号使GVHD 的严重程度仅在结肠内［16］减少。应该指出的是，增强Treg重组免疫学的前沿，在所有的研究中都没有观察到［17］，虽然这可能是由于更简短的抗IL-6R 抗体给药计划没有提供足够的IL-6 阻断来积极影响Treg 再生。在小鼠硬皮病慢性GVHD 模型中，需要更长时间的抗IL-6R抗体来观察稳健的Treg重建［18］。

IL-6阻断剂治疗和预防GVHD 的潜在疗效也在人体中得到了验证。这是因为托珠单抗（tocilizumab）是一种人性化的抗IL-6R抗坏血酸剂。在HSCT患者中使用tocilizumab是可能的。有3 项应用tocilizumab 治疗类固醇难治性GVHD的初步研究，包括31例患者，报道了使用托珠单抗治疗SR 急性GVHD 的结果；几乎所有患者（即30/31）都对涉及下消化道的疾病进行了治疗；在这3 项研究中，有2 项研究的反应率（PR 和CR）相似（67%和69%）；然而，在第3 项试验中，只有44%的患者观察到了反应，而且寿命很短；对这些结果差异的一个可能解释是，在第3 项试验中，大多数患者同时患有肝脏GVHD，而在任何研究中都没有显示tocilizumab 对治疗肝脏疾病有任何疗效［19-21］。其原因尚不完全清楚，尽管事实上，一种主要的不良反应是双转氨酶导致这种药物可能会诱发某种程度的肝脏炎症，在并发肝脏GVHD的情况下可能是有害的。

IL-6可以通过多种途径介导效应，包括经典信号、反式信号和簇式信号。鉴于最近有不同的药物可以抑制这些离散的信号级联，了解这种细胞因子的来源、信号和细胞靶点对于指导临床研究的设计至关重要。在一项试验里证明了受体树突状细胞（DC）分泌IL-6引起了系统性失调［22］。在T细胞靶向IL-6 受体（IL-6R）缺失后，DC 驱动的经典信号传导的抑制消除了致病性供体Th17/Th22 细胞的分化并导致长期存活。移植后，供体DC 承担同样的作用，维持经典的IL-6 信号依赖性GVHD 反应。重要的是，抑制IL-6 经典信号传导并不影响移植物抗白血病的作用。总之，这些数据强调IL-6经典信号和下游Th17/Th22分化是alloSCT后的关键治疗靶点。

2.2 白细胞介素23 IL-23是IL-12家族的一员，通过STAT 3 发出信号，由树突状细胞（DC）以及巨噬细胞和单核细胞［23］等其他APC 分泌。这种细胞因子与IL-12 共有一个p40 亚基，以及一个受体链：IL-12Rβ1 也含有IL-23 特异性的p19成分。p19/p40复合物与IL-12Rβ1的异二聚体结合，该异二聚体与IL-12 受体和独特的IL-23 受体亚单位共享，共同存在于记忆/激活的T 细胞、DCc 和巨噬细胞［24］。临床前小鼠的BMT 研究表明，IL-23 在急性GVHD 时对促进结肠炎症有选择性作用。此外，这种细胞因子还起着关键的介导作用，将黏膜损伤和脂多糖（LPS）移位联系起来，LPS移位是调节方案的结果，随后会产生促炎细胞因子和GVHD 相关的病理损伤［25-26］。在小鼠模型中，移植IL-23 缺陷的骨髓或注射p19 特异性抗体对急性GVHD 的严重程度有明显的改善作用。这被证明是由于结肠GVHD 诱导的病理学优先减少，伴随着在靶器官内的促炎症细胞因子产生减少。与宿主相反，供者产生的IL-23对诱导GVHD相关的结肠炎症至关重要。这些发现证实了IL23在GVHD生物学中在更广泛的全身炎症性疾病中具有新的器官特异性作用。进一步的机制研究表明，IL-23的促炎作用至少部分是由IFN-γ 而不是IL-17 介导的，IL-23 介导的结肠炎症需要完整的上游LPS/TLR4 信号通路。此外，在急性和慢性白血病模型中，阻断这一途径并不能消除GVL的影响［26］。

最近的研究表明，以基因或抗体的方法阻断IL-23受体同样可以保护小鼠免受致死性GVHD 和结肠病理损伤［25］。目前有2 种p19 特异性抗体，即古斯库单抗（guselkumab）和替拉珠单抗（tildrakinumab），已获得FDA批准用于治疗银屑病［27-28］。然而，对IL-23信号通路的特异性阻断尚未被用于预防或治疗人类GVHD。在一项随机、安慰剂对照研究中，对预防GVHD 的患者使用了乌司他尼单抗（ustekunimab），该药物含有40 亚单位，并且具有抑制IL-12 和IL-23 的作用；结果表明，ustekunimab 治疗的患者在2～4 级急性或慢性GVHD 的发生率上差异无统计学意义，并且对胃肠道GVHD 的严重程度没有特殊的保护作用；尽管对GVHD 没有影响，但移植相关病死率（TRM）显著降低，从而提高了存活率［29］。

2.3 白细胞介素21 IL-21 由CD4 T 细胞、CD8 T 细胞和NKT 细胞产生，而IL-21 受体在T 细胞、B 细胞、NK 细胞、树突状细胞、巨噬细胞和上皮细胞上表达［30］。一项探讨IL-21 在allo-HSCT 后aGVHD 发病机制中的变化规律的研究采集了20 例患者移植前后的外周血，双夹心酶联免疫吸附法（ELISA）检测外周血中IL-21 的浓度，发生aGVHD 的患者IL-21浓度较移植前明显升高，IL-21浓度在aGVHD阳性组明显高于aGVHD 阴性组（P＜0.01），IL-21 在aGVHD的发病中起重要的正向调节作用［31］。IL-21 在GVHD 生物学中的作用已经在多个小鼠移植模型中被研究过［32-35］。所有这些研究中的一个共同发现是，通过基于抗体的策略或遗传途径阻断IL-21信号传导，能够显著降低GVHD的严重程度。在某些情况下，这被证明是由于Tregs 的重建增加，同时供体效应T 细胞的扩张也相应减少。值得注意的是，有几项研究证实，阻断IL-21信号通路会降低胃肠道内的病理损害［32-35］。从无GVHD 或2～4级GVHD 患者皮肤和结肠样本中分析IL-21 蛋白的表达，免疫组化染色发现，GVHD患者的所有胃肠道标本和54%的皮肤标本中均有产生IL-21 蛋白的细胞，而无GVHD 的对照组中没有。在异种GVHD 模型中，人IL-21分泌细胞存在于GVHD 受者的结肠中，并且与血清IL-21水平升高有关。预防性使用中和型抗IL-21单抗可显著降低GVHD 相关的体质量减轻和病死率，导致Tregs 增加、分泌IFN-γ 或颗粒酶B 的T 细胞减少。基于这些发现，抗IL-21 单抗被认为是预防GVHD 的有效药物［36］。

3 结 语

胃肠道是allo-HSCT 后GVHD 患者发病最严重的靶器官，是引起GVHD 患者死亡的主要原因。炎性细胞因子在这一过程中发挥着关键作用，并有助于扩大异基因反应供体T 细胞的致病作用。一些细胞因子（IL-6、IL-21、IL-23）和细胞因子途径（例如，STAT 3 信号依赖的炎症体介导）已被证明在GVHD 的病理生理学中起作用，所以可用作治疗的靶点，但需进一步的战略性研究设计，以提高移植患者的总体生存率。