Treg/ Th17平衡与脓毒症的关系研究进展①

张改君 龙细雨 靳露露 贾建伟 郭丽颖 （天津中医药大学，天津301600）

调节性T 细胞（T regulatory cell，Treg）和辅助性T 细胞17（helper T cells Th17，Th17）同属于 CD4+T细胞亚群，但两者在免疫调节中发挥不同作用。Treg 可分泌抑制炎症的细胞因子如IL-10、TGF-β等，发挥免疫抑制作用；Th17 细胞可分泌促炎因子如IL-17、IL-21、IL-22 等，促进炎症进展。Treg/Th17平衡在维持免疫耐受中发挥重要作用。研究证实，Treg/Th17 失衡与自身免疫性疾病、肿瘤、炎症等疾病关系密切［1-3］。此外，Treg/Th17 平衡在脓毒症发生、发展及预后中具有重要调节作用。中药具有多成分、多靶点、副作用小等优势，通过调节Treg/Th17平衡在脓毒症治疗中具有重要参考意义。

1 Treg/Th17概述

1.1 Treg 分化 Treg 是 CD4+T 细胞亚型，主要在胸腺中产生，也可由外周诱导分化形成［4］。胸腺中nTreg在自身抗原、细胞因子和胸腺共刺激分子刺激下发育；外周pTreg在外周TGF-β作用下从幼稚T细胞分化而来。除CD4 和CD25 外，Treg 特异表达转录因子Foxp3，且Foxp3对Treg生成不可或缺。无论是性联免疫失调综合征（IPEX）患者，Foxp3 功能缺失型基因突变小鼠scurfy，还是Foxp3 基因敲除小鼠，均证实Foxp3 缺失可导致nTreg 细胞生成障碍，从而使其他免疫细胞尤其是不表达Foxp3 的效应CD4+T 细胞即CD4+CD25-T 细胞功能过强，导致消耗综合征或免疫细胞增生性自身免疫病［5-6］。如通过逆转录病毒使CD4+CD25-T 细胞高表达Foxp3，可导致部分效应CD4+T 细胞转化为具有抑制功能的Treg。此外，nTreg 细胞分化受T 细胞（抗原）受体（T cell receptor，TCR）信号影响，信号越强，持续时间越长，nTreg 细胞数越多［7］。初始 T 细胞可在外周经细胞因子诱导表达 Foxp3，向 iTreg 细胞分化［8］。如TGF-β 是iTreg 分化的关键细胞因子，可通过Smad2/Samd3 磷酸化诱导Foxp3 表达，促进iTreg增殖［9］。

Treg 可产生抗炎因子、耗尽关键生长因子调节炎症通路，发挥抗炎作用，维持自身免疫稳态。Treg产生IL-10和TGF-β等抗炎因子，也可通过细胞接触依赖方式分泌抗炎因子，抑制炎症进展［10-11］。临床和动物实验均表明，Treg 可增加 IL-10、IL-4、TGF-β和 IL-2 表达，降低促炎因子 IL-17 和 IFN-γ 水平［12］。活化的肝星状细胞通过细胞接触依赖方式促进Treg增殖，增强Treg 抑制活性，可明显减轻肝脏炎症和损 伤［13］。 Treg 也 可 通 过 CTLA-4 接 触 依 赖 下 调CD80/CD86 表达，调节树突状细胞表型和功能，发挥免疫抑制作用［14］。Treg 需依赖关键因子如IL-2等，促进CD4+T 细胞向Treg 分化，发挥免疫耐受作用［15］。研究发现，阻断 IL-2 可显著提高小鼠 IFN-γ和 IL-17A 表达，缺失 IL-2 可显著减少 Treg 数［16］。体外和体内实验发现，缺乏持续的IL-2 信号刺激可减弱 Treg 的抑制功能［17］。调节炎症通路也是 Treg 维持自身稳态的重要机制。研究报道，Treg 可通过调节 NF-kB 通路维持自身稳态［18］。此外，Treg 可通过抑制TLR4/NF-κB 信号通路激活减轻蛛网膜下腔出血引发的脑炎［19］。

1.2 Th17 细胞分化 Th17 细胞是 CD4+T 细胞的另一个亚型，主要分泌促炎因子IL-17、IL-21、IL-22等，在炎症进展中起重要作用［20-22］。TGF-β 在炎症细胞因子（如IL-6或IL-21）刺激下，通过维甲酸受体相关孤核受体 γt（retinoic acid receptor-related orphan receptor γt，RORγt）途径参与Th17 细胞分化过程［23］。RORγt 是Th17 细胞分化和发挥功能必要的转录因子。体外在IL-6和TGF-β极化条件下刺激野生型或RORγt缺陷小鼠来源的CD4+CD25-CD62L+CD44-T细胞实验发现，野生型CD4+T 细胞IL-17 产生明显增加，而Rorγ-/-小鼠（缺乏Rorγ和Rorγt）CD4+T细胞在体外极化后 IL-17 细胞显著减少［24］。RORγt 在促进Th17 细胞分化同时，抑制T 细胞分泌IL-10，导致Th17 细胞致病性［25］。此外，TCR 与信号传导与活化转录因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）在维持Th17 细胞致病性方面发挥重要作用［26］。

TGF-β 在诱导Th17 细胞分化方面发挥重要作用。TGF-β1 缺陷小鼠在所有组织部位的Th17 细胞显著减少［27］。尽管 IL-21 通过 SMAD4 诱导 Th17 细胞分化，但其作用发挥依赖于TGF-β，T细胞和IL-21共培养，加入 TGF-β 药物抑制剂，Th17 细胞无法形成［28］。此外，研究表明，IL-6和IL-23通过介导TGF-β诱导IL-23R mRNA 表达和Th17 细胞分化，而抗TGF-β 几乎完全抑制 IL-23R mRNA 上调及 IL-6 和IL-23诱导的Th17细胞分化［29］。

1.3 Treg/Th17 分化平衡 Th17 细胞和 pTreg 均在TGF-β 信号作用下由初始CD4+T 细胞分化而来。Th17 细胞分泌促炎因子引发自身免疫和炎症反应，Treg 可抑制这种情况，维持机体免疫稳态［30］。Treg/Th17 平衡与自身免疫性肝炎、肿瘤、脓毒症等发生发展相关［31-33］。TGF-β在T细胞分化和发育、内环境稳态、免疫耐受中发挥重要调节作用［34］。TGF-β 既可调控Foxp3表达，也可影响RORγt表达。Foxp3是初始 T 细胞分化为 Treg 的重要调节因子，RORγt 对Th17 细胞分化起关键作用。Th17 细胞可介导炎症反应，并在功能上对抗Treg。Th17细胞和iTreg从初始T 细胞分化取决于TGF-β 表达水平。低水平TGF-β、IL23 或 IL-6 诱导幼稚 T 细胞发育为 Th17 细胞［35］。组织微环境中高水平 TGF-β 可能导致 iTreg产生［36］。介导 IL-6 的 STAT3 可诱导 RORγt 表达，并在Th17 细胞分化中起作用；而介导IL-2 和IL-5 的STAT5 可直接结合 Foxp3 基因，诱导 Treg 发育和功能［37］。因此，初始 CD4+T 细胞在微环境中 TGF-β 和IL-6 同时存在时，可上调 RORγt 表达，向 Th17 细胞分化，在缺乏促炎因子如 IL-6 时，TGF-β 促进 CD4+T细胞分化为 Treg［31］。IL-2 和 IL-15 通过 STAT5 通路上调Foxp3 基因表达，诱导初始CD4+T 细胞向Treg分化［38］。低氧诱导因子1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）通过下调Foxp3 基因，一方面可抑制初始CD4+T 细胞向Treg 分化，另一方面通过STAT3 通路正向调控，使初始CD4+T 细胞向Th17 细胞方向分化。代谢性产物如维A 酸在TGF-β 作用下，上调Foxp3 表达，抑制 IL-6 表达，促进初始 CD4+T 细胞向Treg分化（图1）。

图1 Treg和Th17细胞分化与平衡Fig.1 Differentiation and balance of Treg and Th17 cell

1.4 Treg/Th17 相关通路 雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，感受氨基酸、营养物质、生长因子等改变，调节各种基本细胞过程，包括蛋白合成、生长、代谢、衰老、再生、自噬等［39］。研究表明，敲除 Raptor 可导致 mTOR 通路功能受损小鼠发生炎症相关性疾病，被输入的正常小鼠Treg 效果减轻或逆转，而输入Raptor 敲除小鼠Treg 则无效［40］。因此，mTOR 依赖于 Treg 的免疫抑制功能。AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinas，AMPK）是细胞能量传感器，是调节机体能量的关键分子，可通过促进线粒体脂肪酸氧化和抑制乙酰辅酶A 羧化酶活性快速提供能量［41-42］。研究表明，肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）可通过AMPK调节Treg代谢和能量稳态，LKB1缺陷小鼠导致Treg数减少和功能丧失，导致自身免疫性疾病［43］。部分小分子蛋白也可调节Treg/Th17 平衡，如雌激素受体α（ERRα）可促进Th17细胞分化，敲除小鼠ERRα后，小鼠体内Th17细胞表达受抑制［44］。低胆固醇饮食可通过激活肝X 受体（liver X receptors，LXRs）调节胆固醇代谢改善 Th17/Treg 平衡［45］。LXRs 激动剂T0901317 可抑制 IL-17 有效转录，抑制 Th17 细胞增殖［46］。

2 Treg/Th17与脓毒血症

2.1 脓毒血症与Treg/Th17 失衡 脓毒症是一种对宿主感染引起的免疫反应失调进而威胁生命的MODS［47］。脓毒症的特点是早期出现全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS），后期出现免疫抑制、消炎或以代偿性抗炎反应综合征（compensatory anti-inflammatory response syndrome，CARS）［48-49］。脓毒症发生发展可能与免疫功能紊乱密切相关。脓毒症早期和晚期，T 细胞在免疫功能抑制或免疫过激方面均发挥重要作用［50］。脓毒症患者Th17/Treg 失衡与MODS 进展关系密切。Th17 细胞分泌IL-17，IL-17 可能通过阻止IL-10过度产生减少继发性抗炎反应，从而改善严重脓毒症。脓毒症早期患者中，缺乏IL-17 可能加重脓毒血症晚期阶段免疫失衡［51］。严重脓毒症患者中，激活的Foxp3+Treg 最初被炎症刺激所淹没，但疾病后期，Treg 具有显著保护作用。Treg 缺失使晚期生存率恶化，由此可知，Foxp3+Treg 在严重脓毒症后期发挥有益作用。表明，Treg 抑制能力不足以控制严重炎症和早期死亡率，但却是严重脓毒症恢复的先决条件［52］。

2.2 中药调控Treg/Th17 平衡 Th17 细胞主要通过分泌IL-17 和IL-6 引起炎症反应，而Treg 则通过分泌TGF-β 和IL-10 发挥抗炎作用。研究表明，Th17/Treg 失衡与脓毒症和各种炎症性疾病有关［51，53-54］。因此，调节 Th17/Treg 平衡可能是治疗脓毒症的有效措施［33］。HOU 等［55］通过盲肠结扎穿刺法建立小鼠脓毒症模型，发现小剂量和中剂量（100 mg/kg 和200 mg/kg）黄芪多糖处理可减少脓毒症小鼠Th 细胞数，抑制Th2 细胞和Treg 极化，减轻脓毒症小鼠肾损伤，而大剂量（400 mg/kg）黄芪多糖可过度逆转Th/Treg 反应失调损伤器官。CHEN等［56］采用体外T 细胞分化实验，观察血必净注射液对脓毒症小鼠Treg和Th17细胞分化的影响，结果发现，地塞米松对照组脓毒症小鼠存活率无显著提高，而血必净注射液可通过直接和间接增强Treg 功能，拮抗 TNF-α 和 IL-6，抑制 Th17 细胞分化和增殖，在促炎阶段抑制炎症进展，提高脓毒症小鼠感染性休克存活率。LIU 等［57］实验表明，脓毒症小鼠外周血、脾脏和胰腺组织Th1、Th17 细胞明显增多，Treg减少；而黄芩苷可能作用于RORγt受体，通过RhoAROCK途径抑制Th1和Th17反应，促进Treg增殖，减少IFN-γ 和IL-17 炎症因子释放，减轻脓毒症小鼠胰腺损伤。CHEN 等［58］发现，姜黄素可提高血浆IL-10水平，抑制脓毒症小鼠血浆TNF-α和IL-6分泌，显著减轻脓毒症小鼠肺部和肾脏炎症性损伤，可将脓毒症小鼠存活率显著提高至60%（对照组为20%），进一步实验阐述姜黄素可能通过NF-κB 信号通路增强 Treg 功能，减少 TNF-α 和 IL-6 炎症因子释放，从而提高脓毒症小鼠存活率。GAO 等［59］发现脓毒症组小鼠出现充血、炎症细胞浸润、坏死和变性等改变，且脾脏CD3+CD4+T 细胞和CD3+CD8+T 细胞凋亡率提高，丹参酮Ⅱ-A 可作用于高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1 protein，HMGB1）受体，降低血清 HMGB1 水平，降低脾脏 CD4、CD8+T 细胞比例，增加脾脏中Treg 数，改善脓毒症小鼠器官损伤和生存率。综上，中药在调控Treg/Th17 平衡治疗脓毒症方面疗效显著，但具体机制尚未明确，需进一步研究。

3 小结

Treg 与Th17 细胞分化需要多种调节因子参与，其中Foxp3 在Treg 分化中起关键作用，IL-6 和IL-21是诱导CD4+T 细胞分化为Th17 细胞的重要调节因子。Treg/Th17 平衡在自身免疫性疾病、肿瘤、炎症等疾病中发挥维持免疫耐受和免疫稳态作用。近年随着人们对Treg/Th17 平衡与疾病关系的不断深入，发现其与脓毒症关系密切。尽管护理和医疗水平有大幅提高，脓毒症在ICU 死亡原因中依居高不下，迫切需要探索其发病机制，制定有效治疗措施［60］。中药在调节Treg/Th17 平衡方面发挥重要作用。如氧化苦参碱可抑制Th17 细胞分化，促进Treg分化调节 Treg/Th17 平衡［61］。探讨 Treg/Th17 平衡与脓毒症的关系，可以明确脓毒症发病机制，为临床靶向治疗提供方向，为脓毒症早期诊断与治疗提供新思路。目前，虽然开展了多个中药调节Treg/Th17 平衡治疗脓毒症的研究，但深度不够，仍需加大中药治疗脓毒症疗效和机制研究。