IL-17A、自噬在肺部疾病中的研究进展

郭小旭 贺艳飞 姚培学 欧阳瑶

IL-17A是一种生物学功能丰富的细胞因子，由于在许多疾病的进展中起着至关重要的作用，因此一直是深入研究的重点。自噬是一种普遍存在并可调节细胞生长、存活、发育和死亡的细胞代谢过程，越来越多的证据表明其与人类多种疾病密切相关，如肺部疾病、肝病、神经退行性疾病、肌病、心脏病等。有研究表明自噬受到IL-17A的调节。既往研究多关注于IL-17A或自噬分别对肺部疾病的影响，或IL-17A调控自噬在类风湿性关节炎及银屑病等疾病中的作用，而较少着眼于IL-17A影响自噬进而对肺部疾病的调控。本文综述了近年来IL-17A影响自噬活性在肺结核、肺纤维化等方面的研究进展。

IL-17A生物学特征及功能

白细胞介素-17A(Interleukin-17A，IL-17A)既往被报道为一种介导中性粒细胞发挥炎症作用和抗微生物的细胞因子，现在普遍认为其生物学功能十分丰富，在自身免疫性疾病、肿瘤及炎症的进展中起着关键作用，并且在宿主抵抗细菌和真菌感染的过程中也至关重要，如肺结核、肺纤维化等疾病；同时，IL-17A已被证明极有利于宿主对抗胞外细菌和真菌引起的感染[1-2]。IL-17A是由Rouvier等人在转录水平上发现的，编码IL-17A的基因位于染色体的6p12区域，人体IL-17A包含155个氨基酸，并且以二硫键连接的同型二聚体模式分泌[1,3]。IL-17A是IL-17家族中研究最广泛的成员，IL-17家族是具有高度保守C末端结构(包含半胱氨酸结折叠结构)的一组蛋白质[4]。IL-17细胞因子及其受体家族由6种蛋白质(IL-17A至IL-17F)和5种受体(IL-17RA 至IL-17RE)组成[5]。IL-17A及IL-17F由多种类型的免疫细胞分泌，而IL-17B、IL-17C及IL-17D主要由上皮细胞来源。有许多研究表明，IL-17A主要来源于CD4+T细胞、CD8+T细胞、γδT细胞、固有淋巴细胞(ILC)和自然杀伤T细胞(NKT)；然而在某些情况下，除T细胞外，嗜中性粒细胞也会产生IL-17A[6-7]。尽管IL-17A被认为是天然免疫及获得性免疫反应的关键促炎细胞因子之一，但单独的IL-17A并不是强大的炎症细胞因子。实际上，其强大的炎症作用主要与募集免疫细胞的能力以及与其他促炎细胞因子的协同作用有关[8]。在肺部疾病中，有研究发现结核病患者的支气管肺泡灌洗液(BALF)和肺肉芽肿周围淋巴细胞中IL-17A是增加的，并且有助于肉芽肿的形成和病原体的抑制[9-10]。在博莱霉素(BLM)造模的系统性硬化症小鼠中，IL-17A可促进肺纤维化，也可显著促使体外培养的肺成纤维细胞增殖及其I型胶原、转化生长因子-β(TGF-β)和IL-6的分泌，而抗IL-17A可以减少它们的表达[11]。IL-17A除作为促炎细胞因子之外，也可以调节细胞的其他生物学功能(如细胞自噬)进而影响肺部疾病进展。

自噬及其途径概述

自噬(Autophagy)一词源自希腊语“自食”，是指细胞内所经历的一种高度保守的分解代谢过程，涉及蛋白质聚集体、受损的细胞器(如线粒体)以及各种病原体等细胞成分在自噬溶酶体中的降解。目前普遍认为自噬对细胞稳态和存活至关重要，自噬途径代表了一种主要的适应性反应，以维持细胞和组织的动态平衡，以应对多种细胞应激[12-13]。自噬各亚类定义为:伴侣介导的自噬(CMA)、微自噬及巨自噬。当CMA启动，细胞溶质靶底物通过识别热休克同源物70 kDa(HSC70)结合含有Lys-Phe-Glu-Arg-Gln (KFERQ)样五肽基序的伴侣蛋白。接下来，HSC70以溶酶体相关膜蛋白2A (LAMP2A)受体依赖方式触发底物进入溶酶体腔[14]。微自噬是指底物转移到溶酶体中，后通过溶酶体的直接内陷、分隔或突出等以上任一途径降解。在巨自噬中，自噬体是由双膜结合囊泡吞噬细胞器、细胞质蛋白或其他物质而形成的。后自噬体被转运到溶酶体形成自噬溶酶体[15]。在所有三种类型中，目标底物最终被水解酶降解。 自噬相关基因(ATG)及蛋白是自噬的核心，自噬体是通过ATG相关蛋白的协同作用而产生的。自噬体的形成是自噬的特征。在自噬的初始阶段，Atg1复合物被激活。在酵母中，Atg1复合物由Atg17-Atg31-Atg29亚复合物、Atg1和Atg13组成。在哺乳动物里此复合物也称为Unc-51样激酶(ULK)复合物，由哺乳动物Atg1同源物ULK1或ULK2、哺乳动物自噬相关的13同源物 (Atg13，酵母Atg17的假定对应物)、RB1诱导的卷曲螺旋1(RB1CC 1)及Atg101组成[16-17]。在囊泡成核阶段，必须激活由液泡蛋白分选34 (Vps34)、Beclin1和Atg14组成的磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)复合物。该复合物的主要功能是将Atg蛋白召募到自噬体组装位点(PAS)。对于囊泡的扩张和形成，随着PAS的扩张，隔离膜通过Atg12-Atg5-Atg16L1的结合物和磷脂酰乙醇胺(PE)-微管相关蛋白1轻链3的结合物 (LC3，也称为Atg8)这两个泛素样(UbI)结合系统的作用而伸长。在自噬的最后阶段，成熟的自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，在自噬溶酶体中底物被水解酶降解。最终产物被释放回细胞质[18-19]。 虽然自噬是细胞的动态循环系统，但它也具有广泛的其他功能，包括：维持ATP和能量代谢；响应饥饿、营养缺乏或生长因子耗竭的细胞存活[20]，去除功能障碍和受损的细胞器(例如内质网)[21]，这在蛋白质更新以及细胞器质量调节中十分关键；以及调节线粒体稳态和执行程序性细胞死亡途径(例如凋亡)[22]。然而，自噬在某些条件下起着相反的作用，并且过度自噬可能导致细胞死亡，这被称作自噬性细胞死亡或II型程序性细胞死亡。在肺部疾病中，有研究报道暴露在香烟烟雾(CS)中的实验动物和人类会诱导自噬和炎症的发生。在CS诱导的人支气管上皮细胞自噬和炎症反应中，阻断自噬作用可显著降低其IL-1β、IL-6和IL-8的释放水平，下调PI3K/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路的活性，上调丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的活性。且CS诱导的自噬通过启动c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38蛋白激酶(p38)途径引发炎症反应[23]。在脂多糖(LPS)导致的RAW264.7巨噬细胞炎症中，自噬抑制剂氯喹可减少肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-6及一氧化氮(NO)的释放来参与抗炎作用[24]。自噬与人类多种疾病密切相关，同时IL-17A可调节细胞自噬，参与肺结核及肺纤维化疾病进展。

IL-17A影响自噬与肺结核、肺纤维化

一、IL-17A影响自噬与肺结核

结核病(Tuberculosis，TB)是当今人类最常见的传染病死亡原因之一，结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，Mtb)是其病原体且存在于世界四分之一的人口中，作为一种胞内细菌，它会损害多个系统，其中呼吸系统受到最显著的影响，以引起肺结核(Pulmonary Tuberculosis，PTB)最为常见，空气是肺结核主要的传播方式[25]。在Mtb感染过程中，自噬是一个由细胞因子调节的过程，对于建立成功的宿主反应是至关重要的。自噬与人类对Mtb的免疫反应有协同作用，并与针对病原体分泌的特异性干扰素γ(IFNG)有关。诱导辅助性T细胞1(Th1)及辅助性T 细胞17(Th17)免疫应答是抗Mtb所必需的。研究发现肺结核患者淋巴细胞中IL-17A的产生与疾病进展息息相关。在感染Mtb H37Rv或突变型MtbΔRD1的单核细胞的自噬过程中，根据活动性疾病患者对Mtb的T细胞应答分为高应答(HR)和低应答(LR)。IL-17A通过启动MAPK1/细胞外调节蛋白激酶2(ERK2)-MAPK3/ERK1增强HR患者感染单核细胞的自噬反应，但在LR患者的单核细胞感染过程中，IL-17A对自噬反应无影响。相反，在感染的单核细胞中加入干扰素，在HR和LR患者中都通过激活MAPK14/p38α而增加自噬。在重症肺结核患者的单核细胞中，由于MAPK1/3信号通路的缺陷，IL-17A不能增强自噬。IL-17A可增强对Mtb有较强免疫力患者的自噬水平，并促进分枝杆菌的杀伤[26]。此外，由于Mtb在巨噬细胞内寄生，宿主的先天和获得性免疫系统必须检测和增强对胞内细菌的杀菌活性。Orosz[27]等人证明，在RAW 264.7 巨噬细胞感染时，IL-17A增加了LC3-II积累，调节LC3的细胞内分布，促进自噬通量，并促进自噬体以及酸性囊泡细胞器的形成。IL-17A通过引发自噬,在巨噬细胞中清除土壤分枝杆菌(M.terrae)。上述研究结果表明，在感染分枝杆菌的人单核细胞及部分巨噬细胞中，IL-17A增强自噬活性进而促进分枝杆菌的杀伤及清除，可作为肺结核治疗的有效靶点。

二、IL-17A影响自噬与肺纤维化

肺纤维化(Pulmonary Fibrosis，PF)是一种严重的间质性肺疾病，以弥漫性肺泡炎、成纤维细胞增生、细胞外基质堆积和正常肺组织破坏为特点，其病因尚不清楚，遗传和环境危险因素已被证实有关，目前治疗选择有限。临床以呼吸困难逐渐加重、肺功能渐进性下降为特点，最终导致呼吸衰竭。肺上皮损伤和功能障碍已被证实参与肺纤维化的发生发展，是启动致病过程的中心。肺上皮损伤后，生长因子、细胞外基质活化素和细胞外基质驱动信号共同激活多种修复途径，导致炎性细胞募集、成纤维细胞增多以及细胞外基质堆积，最终导致组织纤维化。肺纤维化存活率较低，从确诊之日起，中位生存期只有2～3年，预后比许多癌症更差，虽然抗纤维化取得了一定的成果，但至今仍欠缺有效的治疗手段。肺纤维化的治疗需要新的线索[28-30]。IL-17A与肺纤维化的进展密切相关，有研究报道IL-17A以TGF-β1依赖的方式增加肺泡上皮细胞胶原的合成和分泌，促进上皮-间充质转化。利用体内纤维化模型发现IL-17A在纤维化肺组织中表达升高，及IL-17A相关信号通路被激活。体内中和IL-17A可促进博莱霉素诱导的急性炎症的消退，减轻肺纤维化，提高存活率。此外，二氧化硅引起的肺纤维化和慢性炎症可被IL-17A拮抗剂所抑制。阻断IL-17A可使纤维化肺组织的抑制性免疫应答向Th1型免疫应答转变，有效地诱导自噬，可促进胶原的自噬降解和自噬相关的细胞死亡。同时，IL-17A还可减轻饥饿诱导的自噬，自噬调节剂以TGF-β1不依赖的方式调节肺泡上皮细胞胶原降解。自噬抑制剂3-甲基苯丙胺可逆转IL-17A拮抗肺纤维化的疗效。该研究表明，IL-17A以TGF-β1依赖和非依赖的方式参与肺纤维化的发生和发展，IL-17A信号通路的组成部分是治疗纤维增生性肺疾病的潜在治疗靶点[31]。虽然IL-17A信号的激活促进了急性和慢性肺纤维化的发展和进程，并且IL-17A活性的阻断通过促使炎症的消退和自噬的激活而减弱了肺纤维化。尽管已经发现诱导自噬刺激纤维化肺组织中的胶原蛋白降解是负责阻断IL-17A后的抗纤维化作用，但是IL-17A信号传导如何抑制自噬有待阐明。刘红[32]等报道了在肺上皮细胞中，IL-17A激活PI3K-糖原合酶激酶3β(GSK3β)信号传导途径以抑制B细胞CLL /淋巴瘤2(BCL2)的磷酸化，其降低BCL2泛素化并因此降低其降解。由此产生的BCL2和自噬相关蛋白Beclin 1(BECN1)之间的相互作用，使自噬受到抑制。因此，涉及IL17A-PI3K-GSK3β-BCL2的信号级联反应似乎下调了自噬过程，这被认为是IL-17A诱导的肺纤维化发生发展的重要原因。上述研究结果提示在肺纤维化中，IL-17A可通过抑制肺上皮细胞自噬活性参与组织纤维化发生发展；相反，通过中和IL-17A促进肺上皮细胞自噬的激活，增强胶原降解，从而减轻肺纤维化的发生发展，是治疗肺纤维化的潜在治疗靶点。

展 望

IL-17A和自噬在疾病的病理生理学中发挥着关键作用，IL-17A作为生物学功能丰富的细胞因子，在肺部疾病起着重要作用；自噬是一种细胞代谢过程，与肺部疾病息息相关。现目前两者分别影响肺部疾病研究众多，而IL-17A通过影响细胞自噬进而影响肺部疾病进展研究较少。IL-17A可触发自噬以消除胞内入侵病原体，如Mtb；此外，阻断IL-17A促进自噬并解决炎症，进而减轻肺纤维化的进展；可作为肺结核和肺纤维化的新型治疗策略有希望的靶标。同时IL-17A调控细胞自噬也可作为炎症相关性疾病如RA[33]、银屑病[34]等有希望的治疗靶标。因此在不同的疾病中，IL-17A对自噬的作用取决于细胞类型和细胞环境，进而对疾病产生影响。进一步的研究迫切需要了解在具体疾病中自噬过程和IL-17A之间的平衡以及潜在的复杂分子机制，还需要进行研究以精确评估除肺部其它疾病及更多疾病中IL-17A影响自噬对疾病进展的调控及其具体通路。