结核免疫应答相关白细胞介素的作用机制研究进展

刘曦，沈洪波，王菲菲，徐军发

1. 广东医科大学检验医学研究所临床免疫学研究室，广东 东莞 523808； 2. 同济大学附属上海市肺科医院结核病临床研究中心，上海 200433； 3. 复旦大学上海医学院基础医学院病原生物学系，教育部、卫健委、医科院医学分子病毒学重点实验室，上海 200032

白细胞介素，简称白介素(interleukin，IL)是由多种免疫细胞产生并且能够作用于多种细胞的一类细胞因子，在调节机体的免疫状态中发挥重要作用。白介素种类繁多，组成了功能复杂的调控网络[1]。各种白介素的功能差别较大，根据免疫效应功能被大致分成促炎性因子和抑制性因子[2]。

白介素通过与细胞表面的受体结合启动相应的信号通路，对免疫细胞发挥免疫调控作用，从而介导机体的多种免疫反应，如感染免疫、肿瘤免疫及自身免疫等。白介素调控着结核杆菌对机体的感染状态，与结核病(Tuberculosis, TB)的发生、发展关系密切[3]。结核病的病原菌结核杆菌(Mycobacteriatuberculosis,Mtb)是胞内寄生菌，细胞免疫在抗结核免疫应答中发挥重要作用[4]，因此白介素对免疫细胞的抗结核免疫应答的调控作用备受关注，本文对近些年白介素在此过程中的研究进展进行综述。

1 结核抗原诱导的白介素表达水平与机体的结核感染状态密切相关

结核杆菌感染后，机体产生部分白介素的表达水平发生显著变化，这种变化能够用于表征与结核杆菌感染相关的机体状态。目前，对处于潜伏感染(latent tuberculosis infection, LTBI)状态人群的鉴别还缺乏明确的标志物[5]。众多研究证实，白介素2(IL-2)可以用来辅助特异性结核抗原刺激的干扰素释放试验(interferon-gamma release assays, IGRAs)以辨别和定义LTBI状态[6]。2020年我国研究者对已发表的27个研究，包含 1 404 名受试者和1986个样本进行了系统分析，证实IL-2作为一个诊断标志物，不仅能够区分LTBI和未感染的健康人，而且能够区分LTBI和活动性TB患者[7]。

有研究发现，白介素编码基因的遗传缺失或改变能够影响机体对结核杆菌感染的易感性。不仅IL-17A rs8193036[8]、 IL-17F rs763780[9]等促炎因子的单核苷酸多态性SNP(single nucleotide polymorphisms)与宿主易感性密切相关，而且抑炎因子IL-10编码基因的多态性SNPs位点1082(G/A), 819(C/T)和592(C/A)与结核病的病理进程也密切相关[10]。因为IL-10可以减弱巨噬细胞对结核杆菌生长的抑制作用，即IL-10有助于结核杆菌在宿主体内的生长，所以IL-10编码基因敲除的小鼠抗结核杆菌感染的能力增强[11]，说明IL-10在机体抗结核免疫过程中发挥了重要的抑制作用。

2 白介素对固有免疫细胞抗结核免疫活性的调控作用

巨噬细胞等具有吞噬功能的细胞是结核杆菌感染的主要靶细胞，在清除结核杆菌感染的过程中发挥重要作用。而且，结核杆菌具有逃避吞噬细胞杀灭的能力[12]。因此，结核杆菌和吞噬细胞之间的相互作用决定了结核病的发生和发展，吞噬细胞是机体清除结核杆菌感染的主要“战场”。白介素能够调节吞噬细胞对于胞内感染结核杆菌的杀灭或抑制作用。

近期有研究发现，巨噬细胞活化的经典通路不仅可以由Th1型免疫反应产生的干扰素γ(IFN-γ)活化，而且可以由IL-12和IL-18活化。IL-12和IL-18联合作用能够有效增强宿主细胞对胞内感染结核杆菌的杀灭作用。IL-12和IL-18能够调节P38-丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和信号传导及转录激活蛋白(signal transducer and activator of transcription 4，STAT4)通路，维生素D受体(Vitamin Deceptor VDR)通路以及相关的抗菌肽表达；它们还能够诱导抗菌活性蛋白cathelicidin的表达，从而诱导自噬[13]。所以，IL-12和IL-18组合依赖IFN-γ和cathelicidin诱导的自噬通路来激活固有免疫反应，以达到抑制胞内感染结核杆菌的生长[14]。

众多研究已经证实，自噬在巨噬细胞杀灭胞内感染结核杆菌过程中发挥重要作用[15]。IL-1的家族新成员IL-36γ 能够通过活化自噬以及无翼型小鼠乳腺肿瘤病毒整合位点 (wingless-type MMTV integration site family 5A, WNT5A)诱导的非经典的WNT通路，来促进巨噬细胞的杀菌功能。WNT5A是IL-1下游效应分子， WNT5A能够增强单核细胞来源的巨噬细胞的自噬，诱导环氧化物酶(COX)-2表达，并通过非经典的WNT途径降低丝氨酸/苏氨酸激酶家族-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白AKT/mTOR的磷酸化，从而提高巨噬细胞的杀菌功能[16]。

此外，IL-36还能通过IL-36/LXR(肝X受体，liver X receptor)轴调控胆固醇代谢，从而发挥抗结核感染的免疫防护作用。有研究者分析了IL-36以及LXR在胆固醇代谢调节中的作用，发现在Mtb感染的巨噬细胞中，IL-36信号通过LXR调节胆固醇的生物合成和外排。而且，IL-36和LXR信号在抗菌肽表达调控和抑制Mtb生长的过程中发挥作用[17]。这些数据证明，LXR介导的IL-36和胆固醇代谢在宿主防御Mtb感染时发挥重要作用。

有些细胞因子不仅能够调节巨噬细胞的抗结核活性，而且能够作为抗菌蛋白直接杀灭结核杆菌。最新的研究发现，IL-26是Th17细胞分泌的一种抗菌蛋白，能够直接杀灭细菌[18]。为了确定IL-26是否有助于宿主抵抗胞内菌感染，研究者利用由胞内寄生病原体麻风分枝杆菌感染引起的麻风病模型，通过基因表达谱和免疫组织学对麻风皮损的分析显示，IL-26在自限性结核样病变中的表达水平比在进行性麻风患者中更高。IL-26可以直接与麻风杆菌结合，降低细菌活力。此外，IL-26加入感染麻风杆菌的人源单核细胞诱导来源的巨噬细胞后，IL-26进入感染细胞并与细菌结合，降低了细菌活力。IL-26通过IFN基因的细胞质DNA受体刺激因子诱导自噬以及吞噬体与溶酶体的融合[18]。所以，IL-26有助于宿主抵抗胞内细菌的感染。

3 白介素对获得性免疫T细胞的调控作用

3.1 白介素对TCR αβ T细胞增殖的调控作用

白介素中有一类γc家族因子，它们传导信号都依赖于γc链(common γ chain)，主要包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-15等。该类白介素能够维持CD4和CD8 T细胞的存活，调控记忆性T细胞的生成[19]。在抗结核免疫反应中，该白介素家族发挥了重要作用。

CD4 T细胞具有重要的抗结核感染的保护作用，越来越多的证据表明，CD4 T细胞功能受损是导致结核病的一个重要原因[20]。研究发现，IL-7能够诱导结核抗原活化的CD4 T细胞活化，促进CD4 T细胞产生抗原特异性的IFN-γ，IL-2和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)等[21]。

最近众多的研究发现，T细胞耗竭是结核病的一个重要特征。T细胞耗竭损害了记忆性T细胞的应答潜能。IL-7对于产生记忆T细胞发挥了重要作用，能够逆转T细胞耗竭。IL-7与受体IL-7R结合后主要通过Jak/STAT途径诱导信号级联反应。Jak1和Jak3参与IL-7R信号传导，STAT5发生磷酸化并启动多种转录反应[21]。最新的研究发现，IL-2能够逆转结核抗原长期刺激引起的小鼠CD8 T细胞的耗竭；注射IL-2进行治疗能够促进CD8 T细胞产生INF-γ等功能性细胞因子，降低CD4 T细胞PD-1的表达，从而提高了小鼠对结核感染的抵抗能力[22]。

IL-15加IL-12的组合能够刺激肺结核患者(TB)、艾滋病病毒感染者(HIV)，以及艾滋病病毒和结核病合并感染患者(HIV+TB)的外周淋巴细胞。然后，检测其对iNKT细胞的影响，结果显示HIV和HIV+TB患者体内的iNKT细胞数量明显减少。IL-15加IL-12刺激后，iNKT细胞数量在HIV患者中增加，即IL-15和IL-12联合应用能够促进iNKT细胞的增殖[23]。

3.2 白介素对TCR γδ T细胞功能和扩增的调控作用

γδ T细胞在抗结核免疫反应中发挥了重要作用，其中Vγ2Vδ2 T细胞是灵长类和人特有的能够识别磷酸抗原的T细胞亚群，Vγ2Vδ2 T细胞占人体循环γδ T细胞的60%～95%[24]。多种白介素能够诱导Vγ2Vδ2 T细胞的增殖，如白介素12家族。在灵长类动物的实验证实，Th17 相关细胞因子，IL-17A、IL-17F、IL-22、IL-23能够显著诱导磷酸抗原4-羟基-3-甲基-2-丁烯基焦磷酸盐(4-hydroxy-3-methyl-2-butenyl pyrophosphate, HMBPP)活化的Vγ2Vδ2 T细胞的增殖[25]。这些细胞因子对Vγ2Vδ2 T细胞的诱导扩增具有磷酸抗原依赖性，即需要磷酸抗原HMBPP来进行刺激活化。而且，这些细胞因子能够有效诱导卡介苗(Bacillus Calmette-Guérin，BCG)免疫过的动物来源的Vγ2Vδ2 T细胞，对于BCG没有免疫过的动物细胞不能有效扩增；扩增后的细胞能够产生功能性细胞因子[25]。

IL-23能够有效诱导潜伏结核感染人群LTBI的Vγ2Vδ2 T细胞的扩增，其扩增依赖于IL-2和IFN-γ信号。但是部分结核病患者不能被诱导，原因是IL-23R/STAT3信号出现缺陷[26]。

IL-12是IL-12家族中另一个能够有效扩增Vγ2Vδ2 T细胞的因子，其扩增的细胞与IL-23不同，不依赖IL-2或IFN-γ，而依赖于TNF-α。该家族的另外2个因子IL-27、IL-35不能有效扩增Vγ2Vδ2 T细胞[27]。

4 白介素在结核病免疫辅助治疗中的作用

目前登记在册用于结核病临床免疫辅助治疗的白介素及其相关产品主要包括IL-2、IL-4和IL-12等(见表1)。我国研究者开展了IL-2治疗耐多药结核病(multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB)的前瞻性随机对照多中心队列研究[28]，治疗方案如下：rhIL-2组患者接受标准治疗的同时给予4个疗程的低剂量rhIL-2；只接受标准方案治疗的受试者作为对照组。所有MDR-TB患者都接受了为期24个月的标准化疗。完成治疗方案后，对患者进行至少36个月的随访。研究结果证实，rhIL-2辅助治疗方案在较短时间内取得了较高的痰培养转化率和治疗成功率，改善了治疗效果，该方案在MDR-TB患者中没有出现安全问题。

表1 靶向白介素及其相关信号通路的结核病免疫治疗临床实验Tab.1 Clinical trials of tuberculosis immunotherapy targeting interleukins and their related signal pathways

同样，有研究者系统性回顾分析了IL-2在TB治疗中的效果。对利用rhuIL-2进行TB免疫辅助治疗的文献做系统性回顾分析[29]，共筛选出 2 272 份病案，最终纳入4个随机对照试验，包括656例肺结核患者。分析发现，rhuIL-2治疗可显著提高抗结核治疗3个月后的痰培养转化率和抗结核治疗期间的痰涂片转化率。同时，rhuIL-2辅助免疫治疗可促进CD4 T细胞和NK细胞的增殖和转化。

白介素-4(IL-4)是结核病免疫应答中的一个关键细胞因子，能够影响细胞对分枝杆菌的清除。有研究者正在开展临床实验，将抗IL-4的帕斯考利珠单抗(pascolizumab)作为结核病标准方案治疗的辅助手段，拟证实其可作为药物敏感结核病标准治疗的辅助用药，这有可能提高机体的抗结核感染能力。该研究将进一步证实抗IL-4单抗在肺结核患者治疗中的安全性[30]。

另外，白介素-12(IL-12)正被用于治疗非结核分枝杆菌感染的临床实验[31]。IL-12能够刺激免疫细胞产生大量IFN-γ，从而增强抗感染能力。有研究已经证实，IL-12在体外实验和小鼠实验中提高了机体抗分枝杆菌感染的免疫功能[27]。目前正在开展的临床研究中，患者接受IL-12皮下注射，每周2次，为期1年。期待IL-12能够在临床实验中取得预期效果。

还有很多细胞因子具有免疫辅助治疗结核病的潜力，白介素(IL)-15就是其中一员。IL-15是免疫调节细胞因子家族的一员，主要由髓样细胞和其他类型的细胞表达。IL-15具有多种功能，包括控制T细胞反应、调节组织修复和B细胞归巢、调节炎症和激活NK细胞[32]。IL-15已经被研究证实，具有诱导和维持T细胞应答的功能，所以其具有免疫治疗的潜力。此外，可以利用IL-15特异抗体或突变型IL-15蛋白进行治疗以减少炎症。IL-15多方面的生物学功能在免疫治疗中至关重要[33]。

5 总结与展望

白介素在调控宿主免疫尤其是细胞免疫应答的过程中发挥了重要作用。细胞免疫在抗结核免疫应答中发挥了主要作用。因此，深入探究白介素等细胞因子的作用机制，利用保护性白介素调节宿主的免疫状态将有助于提高宿主的抗结核免疫应答，白介素和临床抗痨化学药物的联合使用在结核病尤其是耐多药结核病的治疗中具有广阔的应用前景。