Th17/Treg细胞失衡参与类风湿关节炎发病机制的研究进展

王涛王钢汪湛东姜刚刚漆文霞

1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000 2.甘肃中医药大学附属医院，甘肃 兰州 730000

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种以滑膜炎和血管炎为特征的最终引起关节软骨及骨破坏的自身免疫性疾病。RA的发生与免疫功能紊乱、免疫细胞过渡活化以及免疫细胞亚群比例失衡密切相关[1]，其中CD4+T细胞直接与该疾病有关[2]。最近研究发现Th17/Treg的不平衡可能在RA的发展过程中起作用，Th17细胞主要通过分泌IL-17，加速自身免疫性疾病的发生。IL-17能够诱导促炎因子(如TNF-α、IL-6和IL-1β)、趋化因子[如单核细胞趋化蛋白(MCP)-1和MCP-2]和MMP的产生，导致组织的炎性改变，以及关节软骨和骨的损伤[3]。Treg细胞分泌的IL-10和TGF-β介导抗炎反应，维持自身免疫耐受状态[4]，在RA的发展过程中，Treg细胞比例降低，功能受到抑制，而Th17细胞比例增加。TNF-α诱导的Treg细胞功能障碍与RA滑膜内IL-17和IFN-γ数量增加相关。TNF-α可抑制Treg细胞增殖及功能性细胞因子IL-10和TGF-β的分泌[5]，用TNF-α特异性抗体治疗可恢复RA患者的Treg细胞功能。Th17/Treg失衡可能是RA发生发展的原因。因此调节Th17/Treg之间的平衡成为治疗RA的一个靶点。本文将对Th17/Treg失衡在RA发病机制中的调节作用进行综述。

1 Th17生物学特性

Th17细胞于2005年被首次提出，是由原始T淋巴细胞在IL-6和TGF-β的刺激下诱导分化形成的，Th17细胞的分化分为3个阶段：①分化阶段由IL-6和TGF-β启动；②扩增阶段由IL-21介导；③维持阶段由IL-23维持Th17稳定与成熟[6]。在体内幼稚Th细胞在低浓度的TGF-β和IL-6共同作用下，激活JAK1进而磷酸化STAT3，上调转录因子维甲酸相关孤儿受体γt(RORγt)和视黄酸相关孤儿受体α(RORα)的表达，促进Th17细胞的分化。IL-21由Th17细胞分泌产生，IL-21可以促进Th17细胞表面IL-23R的表达，IL-23与IL-23R结合后依赖STAT3信号上调RORα和RORγt的表达促进Th17细胞的增殖，以自反馈方式调节Th17细胞的增殖[7]。IL-23并不影响Th17细胞分化，但可以促进Th17细胞的稳定与扩增，IL-23缺乏时无法检测Th17细胞的存在。敲除IL-23亚基p19会下调Th17细胞数量，提示IL-23对于体内Th17细胞的增殖和存活有重要作用[8]。

Th17细胞主要通过对细胞因子的影响来发挥其生物活性的。Th17细胞可以产生IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-23、TNF-α等细胞因子。这些细胞因子能够刺激不同的细胞，例如成纤维细胞、内皮细胞、巨噬细胞和上皮细胞产生CXCL1、CXCL2、CXCL5、CCL2和CCL5这些趋化因子，也可产生NOS-2、MMP-3、GM-CSF以及致炎性细胞因子如IL-6、IL-1和TNF-α发挥其生物学作用[9]。此外，PGE2在IL-23存在下刺激了Th17细胞扩增，Th17细胞扩增又可以增加IL-23及IL-17的表达，进一步加重炎症反应[10]。

2 Treg细胞生物学特性

Treg细胞是CD4+T细胞亚群之一，具有免疫抑制功能，它分为在胸腺的Treg(natural Treg，nTreg)和外周型Treg(induced Treg，iTreg)。nTreg直接从胸腺发育而来，iTreg在外周由幼稚的CD4+T细胞分化而来[11]。Treg细胞的标志性转录因子是叉头盒蛋白P3(FoxP3)，Foxp3对于维持Treg细胞的分化成熟和功能发挥重要的作用，Foxp3基因敲除可导致nTreg细胞生成障碍，可导致免疫细胞增生性自身免疫病或消耗综合征[12]。Foxp3表达增强，可导致部分CD4+T细胞转化为Treg细胞，进而发挥抑制功能。在外周TGF-β可通过Smad2/Samd3磷酸化诱导Foxp3的表达，从而促进iTreg增殖[13]。

Treg细胞一方面分泌IL-10、TGF-β、IL-35等抗炎因子，IL-10、TGF-β二者共同诱导Treg细胞不断成熟分化，使效应性T细胞的活化、增殖受到抑制，从而维持了机体的免疫平衡[14]，Treg细胞还可降低IL-17和IFN-γ的水平，抑制炎症进展[15]。另一方面，Treg细胞能够上调IL-2R的表达，通过IL-2R与IL-2竞争性结合，对其他T细胞的增殖发挥阻断作用[16]。研究发现，成熟的Treg细胞需要持续的IL-2信号传导来维持生存和抑制功能[17]。总之，Treg细胞在免疫自稳和免疫耐受的维持中发挥重要的作用，对预防自身免疫性疾病的发生具有重要的意义。

3 Th17/Treg细胞平衡

Th17和Treg细胞具有同源性，皆由初始CD4+T细胞分化而来。Th17细胞分泌促炎因子引起炎症反应激发自身免疫，Treg细胞具有免疫抑制功能，两者相互制约共同维护着机体内环境的稳定。不同的细胞因子对Th17/Treg细胞平衡有影响，其中TGF-β具有调节CD4+T细胞分化和发育、免疫耐受及内环境稳定的作用[18]。TGF-β既可诱导RORγt又可诱导Foxp3，是Th17和Treg细胞共同产生的关键细胞因子[19]，在组织微环境中低水平TGF-β与炎症细胞因子IL-6、IL-1β、IL-21和IL-23共刺激时，初始CD4+T细胞向Th17细胞分化，而高水平TGF-β能抑制RORγt的活化及功能，进而上调Foxp3的表达导致Treg细胞分化[20]。Th17和Treg细胞分化过程中主要转录因子STAT3 和STAT5也参与调节Th17/Treg的平衡。IL-6在幼稚CD4+T细胞中通过STAT3通路活化增强Th17的分化，而且在TGF-β和IL-1存在下促进Tregs分化成Th17细胞。IL-2和IL-15诱导初始CD4+T细胞向Treg分化，是通过STAT5通路上调Foxp3表达而实现的[21]。低氧诱导因子1(HIF-1)也具有调节Treg/Th17平衡的作用，HIF-1可以下调Foxp3基因的表达，抑制初始CD4+T细胞向Treg细胞分化，还可以通过STAT3通路，使初始CD4+T细胞向Th17细胞方向分化[11]。某些自身免疫性疾病如RA、系统性红斑狼疮、多发性硬化症等的发生发展与Th17/Treg细胞失衡密切相关，探讨Th17/Treg失衡与自身免疫性疾病的关系具有重要的意义。

4 Th17/Treg细胞的相关因子与RA

4.1 Th17细胞的相关因子与RA

Th17细胞分泌的细胞因子包括IL-17、IL-21、IL-22、TNF-α等细胞炎性因子，介导自身免疫性疾病的发生发展[22]。其中IL-17是Th17细胞特征性细胞因子，IL-17是导致慢性炎症最主要的细胞因子，能够引发皮肤、肌腱和滑膜的炎症反应[23]，在RA关节炎症和骨破坏中发挥重要作用。RA患者的关节液、滑膜组织、外周血以及外周淋巴结等处广泛存在IL-17[24]，Bunte等[25]通过检测28例早期RA患者血清中IL-13和IL-17水平，结果发现与对照组相比，早期RA患者血清中IL-13、IL-17浓度均显著升高。IL-17协同TNF-α促进成纤维样滑膜细胞(fibroblast-like synoviocyte，FLS)和上皮细胞产生VEGF，促进血管翳生成，并大量分泌IL-6、IL-8、PGE2和GM-CSF等炎症因子，IL-17还可刺激巨噬细胞产生IL-1β和 TNF-α，导致炎症反应的发生。研究证明IL-17A/F通过上调RUNX2蛋白表达并增强IL-6和MMP3 mRNA的水平来降低RA软骨形成潜能[26]。IL-17A通过诱导FLS中MMP-13的表达，抑制共培养体系中软骨细胞COL2A1 mRNA和蛋白的表达，从而促进胶原降解，参与RA相关软骨损伤[27]。IL-17通过IL-17/IL-17RA/STAT-3信号通路上调RANKL的表达，进而刺激滑膜部位的破骨细胞的生成与分化[28]。IL-17A还可激活MAPK家族 p38、ERK、JNK 等信号通路，促进滑膜炎症反应，介导骨与软骨破坏[29]。抑制RA患者的IL-17水平对于控制RA的炎症及骨破坏具有重要的意义。Th17细胞分泌的另一个重要促炎性细胞因子是IL-21，IL-21在各种免疫细胞的激活和增殖中起着中心作用包括Th17细胞、Tfh细胞、B细胞、FLS细胞和巨噬细胞，这些细胞都参与RA发病[30]。RA患者外周血IL-21+CD4+T细胞频率与疾病活动评分DAS28、血清抗环瓜氨酸肽(anti-CCP)抗体和类风湿因子(rheumatoid factor，RF)呈正相关[31]。IL-21能够刺激中性粒细胞可增强STAT3磷酸化水平，促进IL-17A和IL-17F的产生，能上调RORC而促进Th17细胞分化与增殖。研究证明RA患者滑膜液中存在的Th17细胞产生大量的IL-21和IL-17，为IL-21的共刺激性提供了证据[32]。IL-21可激活ERK1/2、PI3K/AKT和STAT3通路，阻断这些通路可抑制IL-21诱导的TNF-α和IL-6的增殖和分泌。这些结果提示IL-21可以促进RA-FLS的增殖和促炎细胞因子的产生[33]，IL-21还可以通过在CD4+T细胞和FLS中诱导RANKL表达，可促进RA中的破骨细胞生成，同时IL-21可以促进RA-FLS中的迁移、侵袭和MMP(MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13)的产生，其中MMP3、MMP9的活化与PI3K、STAT-3及ERK1/2有关[34]，这些通路激活后进而介导骨破坏。

4.2 Treg细胞的相关因子与RA

Tregs分泌抑制性细胞因子，包括IL-10、TGF-β等，杜文静等[35]检测CIA小鼠血清和滑膜组织中IL-10和TGF-β，结果发现小鼠血清和滑膜组织中IL-10和TGF-β表达水平均显著升高。TGF-β通过减少RA患者炎性反应抑制免疫应答，减轻局部滑膜炎症、抑制软骨及骨组织的破坏[36]，Zhu等[37]在体内从RA或骨关节炎患者的滑膜中分离出成纤维细胞样滑膜细胞，并培养4～8代。免疫荧光和Western blotting检测(上皮间充质转化)EMT标记物。TGF-β1或Smad2/3 siRNA处理RA-FLSs后，检测EMT标志物，Transwell法检测RA-FLSs的迁移和侵袭能力，论证了TGF-β1通过激活RA纤维母细胞样滑膜细胞(RA-FLSs)中的Smad2/3诱导EMT，增强了RA-FLSs的迁移和侵袭能力。Xu等[38]研究发现在RA关节软骨变性开始时，软骨下骨中TGF-β的异常激活通过向RA影响的软骨下骨髓中招募间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)和骨祖细胞，破坏了正常的骨重塑过程。Li等[39]发现TGF-β 1通过诱导Tregs的产生来抑制软骨的吸。IL-10可以调节Tregs的细胞凋亡并控制RA患者的自身免疫反应。IL-10对介导的免疫耐受至关重要，通过抑制抗原呈递和促炎细胞因子分泌而发挥作用，是一种具有抗炎及免疫抑制功能的细胞因子。Luo等[40]发现从PBMC中分离出的Tregs可以通过IL-10和TGF-β 1防止破骨细胞分化和骨再吸收。IL-10通过降低RORγt的表达，抑制Th17 细胞，减少IL-17的分泌，并促进Treg细胞产生。研究发现[41]IL-10能够减轻RA患者关节的肿胀和骨质的异常增生，其机制主要是IL-10通过激活STAT3信号通路进而调控2型巨噬细胞的分化。IL-10和IL-4还可同时抑制NF-κB 信号通路的活性，抑制局部的炎症反应[42]。

5 Th17/Treg细胞失衡与RA

RA是一种慢性自身免疫性疾病，T淋巴细胞浸润是其发病的关键。在整个疾病过程中Th17/Treg细胞呈现平衡失调状态。吴晓亮[43]通过对40例RA患者Th17和Treg细胞的分化平衡进行研究，发现Th17/Treg水平与RA发生、发展具有一定相关性，RA患者Th17/Treg 水平显著高于对照组，并且研究组中活动期患者Th17/Treg水平显著高于稳定期。Niu等[44]研究表明RA患者外周血以CD4+T细胞增加为特征。Th17细胞比例增加和Treg细胞比例降低导致Th17细胞与Treg细胞之间的失衡在RA进展中起关键作用。研究发现[45]IL-21可抑制Foxp3的表达，引起Treg细胞功能障碍，在自身免疫反应条件下，它可以建立正反馈来放大Th17细胞打破Th17/Treg平衡，导致RA病情加重。Dong等[46]发现RA患者的miR-21水平显著降低，miR-21参与调控Th17和Treg细胞分化的调控因子STAT3和STAT5，使STAT3表达的增加，STAT5及Foxp3 mRNA表达的下降，导致Th17/Treg平衡失调。在治疗RA过程中，调节Th17/Treg的平衡是控制病情的作用靶点。Duarte等[47]研究发现，增加RA小鼠模型中滑膜Treg细胞，减少Th17细胞，纠正Th17/Treg 的比例，可在一定程度上延缓RA的病程。Wang等[48]发现酪氨酸羟化酶(TH)在CD4+T细胞中的表达有助于缓解RA大鼠模型中Th17/Treg失衡，CIA小鼠CD4+T细胞中TH基因过表达降低了Th17细胞百分率增加了Treg细胞相关细胞因子的表达和分泌，而TH基因敲除增强了Th17细胞相关细胞因子的表达和分泌，降低了Treg细胞的百分率。Duarte等[47]研究发现，RA小鼠模型中Th17/Treg的比例失衡，通过增加滑膜 Foxp3表达，减少Th17细胞的表达，纠正Th17/Treg的失衡，在一定程度上延缓RA的进展。Nie等[49]研究发现TNF-α可通过诱导Foxp3去磷酸化导致Treg细胞功能障碍，这与RA滑膜炎症中产生IL-17和IFN-γ的CD4+T细胞数量增加相关。TNF-α特异性抗体治疗后可恢复RA患者的Treg细胞功能，使Th17/Treg平衡，进而有利于控制RA。

综上所述，众多研究已经证实Th17/Treg失衡与RA的发生、发展关系密切，Th17/Treg失衡最终导致滑膜炎症及软骨及骨的破坏，加重RA的病情。Th17细胞促进炎症反应，而Treg 细胞维持自身免疫耐受，抑制炎症反应。二者之间的动态平衡对于控制RA的病情具有重要的意义，减少Th17细胞和增加Treg细胞是目前治疗RA的一个方向，但在治疗过程中如何把握Th17/Treg细胞的平衡点，以及Th17细胞与Treg细胞之间的相互联系仍不清楚。因此，对Th17/Treg平衡及失衡在RA作用中进行深入研究，有利于揭示RA的滑膜炎症与骨破坏的机制，对于寻找防治RA新的作用靶点具有重要意义。