Th1和Th2細(xì)胞如何分化？
日期：2023-11-17 09:01:06
根據(jù)它們合成和分泌的細(xì)胞因子，CD4+輔助T細(xì)胞（Th細(xì)胞）可以分為兩個亞群，即第一型輔助T淋巴細(xì)胞（Th1）和第二型輔助T細(xì)胞（Th2）[1]。這兩種類型的細(xì)胞均來源于共同的T細(xì)胞輔助前體細(xì)胞（Thp）。盡管T細(xì)胞的分化受到抗原濃度或共刺激分子的影響，但細(xì)胞因子是Th細(xì)胞分化的最有效調(diào)節(jié)因子。此外，細(xì)胞外微環(huán)境和轉(zhuǎn)錄因子的影響也發(fā)揮了重要作用。
1. Th1和Th2細(xì)胞
盡管Th1和Th2細(xì)胞來源于共同的前體細(xì)胞，但它們之間存在一定的差異：
在這里，我們在表格1中列出了一部分CUSABIO甲基化組蛋白抗體。
表1 .Th1和Th2細(xì)胞的差異
| 差異 | Th1 | Th2 |
|---|---|---|
| 分泌細(xì)胞因子 | IFN-γ，IL-2, IL-3, TNF-α, TNF-β | IL-4, IL-10, IL-5, IL-9, IL-13 |
| 特定的細(xì)胞因子 | IFN-γ | IL-4 |
| 調(diào)整因子 | IFN-γ, IL-12 | IL-4, IL-13, IL-5 |
Th1和Th2細(xì)胞的常見分泌細(xì)胞因子：GM-CSF，IL-3，TNF
2. Th1/Th2細(xì)胞的作用
Th1和Th2細(xì)胞在免疫中起著重要作用。Th1細(xì)胞刺激細(xì)胞免疫反應(yīng)，參與抑制巨噬細(xì)胞活化并刺激B細(xì)胞產(chǎn)生IgM、IgG1。
Th2細(xì)胞刺激體液免疫反應(yīng)，促進(jìn)B細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)抗體產(chǎn)生（IL-4）。它還可以誘導(dǎo)肥大細(xì)胞的分化和增殖（IL-3、IL-4），以及嗜酸性粒細(xì)胞的分化和增殖（IL-5）。
在正常情況下，Th1/Th2細(xì)胞的分化處于平衡狀態(tài)，一旦Th1/Th2細(xì)胞的平衡失調(diào)，將導(dǎo)致疾病的發(fā)生 [2]。過度表達(dá)Th2可能導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)，引發(fā)過敏和哮喘等疾病。過度表達(dá)Th1或Th17可能導(dǎo)致類似風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和多發(fā)性硬化癥的自身免疫性疾病 [3] [4]。
3. Th1/Th2細(xì)胞分化的細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子
圖1. 參與Th1和Th2分化的細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子
分化Th1和Th2細(xì)胞受多種因素調(diào)控，而細(xì)胞因子起著最重要的作用。調(diào)控Th2細(xì)胞分化的細(xì)胞因子主要是IL-4和IL-13，而IFN-α、IL-12和IFN-γ則調(diào)節(jié)Th1細(xì)胞分化。此外，最近發(fā)現(xiàn)IL-18和T1/ST2產(chǎn)物也參與了Th1/Th2細(xì)胞分化調(diào)控 [5]。
3.1 Th1細(xì)胞分化中的細(xì)胞因子
● IFN-γ
IFN-γ促進(jìn)Th1細(xì)胞分化并抑制Th2細(xì)胞分化。研究發(fā)現(xiàn)，IFN-γ信號通過阻止STAT6與IL-4R受體結(jié)合來抑制STAT6信號傳導(dǎo)，這可能是IFN-γ介導(dǎo)Th1細(xì)胞分化的可能機制之一 [6]。
內(nèi)源性IFN-γ產(chǎn)生受以下轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控：活化T細(xì)胞核因子（NFAT）、NF-κB、IRF-1家族、ERM、YY1和Hlx。
MAPK通路也參與IFN-γ的產(chǎn)生。
● IL-12
通常情況下，IL-12是啟動Th1細(xì)胞分化的最重要的細(xì)胞因子。IL-12通過激活STAT4并隨后上調(diào)IFN-γ的表達(dá)來促進(jìn)Th1分化 [7]。IL-12Rβ2僅在Th1細(xì)胞中表達(dá)，但I(xiàn)L-4可以抑制IL-12Rβ2的表達(dá)，導(dǎo)致T細(xì)胞不對IL-12產(chǎn)生反應(yīng)，促使T細(xì)胞分化為Th2 [8]。因此，未能沉默IL-4產(chǎn)生潛力的產(chǎn)生IFN-γ的細(xì)胞將破壞Th1免疫 [9]。
● IL-18
IL-18是一種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞因子。IL-18和IL-12在IFN-γ的產(chǎn)生上有很強的協(xié)同作用，雖然IL-18不誘導(dǎo)Th細(xì)胞分化，但它對IL-12誘導(dǎo)的Th1細(xì)胞分化有影響 [10]。
● STAT4
STAT4通過調(diào)節(jié)IL-12信號參與Th1細(xì)胞分化。它是Jak/STAT信號通路的重要調(diào)節(jié)因子。其活性受IL-12受體信號的影響。
3.2 Th2細(xì)胞分化中的細(xì)胞因子
● IL-4
IL-4通過STAT6誘導(dǎo)Th2分化。其活性的調(diào)節(jié)受以下因素影響：NFAT1、C-maf、Bcl-6、GATA-3（NF-κB在發(fā)育中的Th2細(xì)胞中抑制GATA-3的表達(dá) [11]）、IL-13、IL-6。Th1細(xì)胞上的MHCII類轉(zhuǎn)化激活因子抑制IL-4。
● IL-13
IL-13和IL-4共享IL-4R亞單位，誘導(dǎo)相同的基因表達(dá)和炎癥反應(yīng)。
● T1 / ST2
最初在Th2細(xì)胞上選擇和表達(dá)的T1是一種血清和腫瘤蛋白誘導(dǎo)基因，屬于IL-1R家族。T1/ST2基因僅選擇在Th2細(xì)胞上表達(dá)，并與IL-4的產(chǎn)生密切相關(guān)。
● SOCS
SOCS蛋白在某些信號通路中抑制信號傳導(dǎo)。SOCS-1和SOCS-3抑制IFN-γ誘導(dǎo)的抗增殖和抗病毒反應(yīng)，SOCS-1還抑制B細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中的IL-4信號。同時，SOCS-1可能通過抑制JAK1和STAT6的活化來抑制IL-4的活性，但在Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞之間不同信號中的作用尚未確認(rèn) [12]。
4. 轉(zhuǎn)錄因子
除了細(xì)胞因子外，許多轉(zhuǎn)錄因子也參與Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞的分化。
4.1 NFAT
NFAT家族成員（NFAT1、NFAT2、NFAT3、NFAT4、NFAT5）具有高度保守的DNA和鈣調(diào)素結(jié)合位點。NFAT經(jīng)由鈣調(diào)素磷酸化并進(jìn)入細(xì)胞核。然后，在Ras/Raf-MEK-ERK等蛋白激酶的作用下，它與AP-1結(jié)合，形成NFAT-AP1復(fù)合物結(jié)合到DNA并介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄。
4.2 C-maf
C-maf是特異性表達(dá)于Th2細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子。C-maf的激活誘導(dǎo)IL-4的表達(dá)并促進(jìn)Th2分化。研究人員發(fā)現(xiàn)，C-maf還通過獨立于IL-4的途徑促進(jìn)Th2分化。此外，C-maf與IL-4R和IL-5R的表達(dá)顯著相關(guān)，這也可能是C-maf調(diào)控IL-4基因表達(dá)的重要因素。
4.3 T-bet
T-bet（也稱為T-box 21）是新發(fā)現(xiàn)的特異性于Th1的轉(zhuǎn)錄因子 [13]。在初級CD4+ T細(xì)胞中，T-bet主要通過以下方式促進(jìn)Th1細(xì)胞分化：
T-bet刺激IFN-γ的產(chǎn)生并促進(jìn)Th1細(xì)胞分化 [14]；
T-bet還上調(diào)IL-12β2鏈以促進(jìn)IL-12的響應(yīng) [15]。
T-bet可以通過IFN-γ-STAT1通路被激活，這在穩(wěn)定Th1細(xì)胞表型方面起關(guān)鍵作用。
在Th2細(xì)胞中，T-bet可以與Runx3協(xié)同激活I(lǐng)FN-γ。T-bet還結(jié)合到IL-4的沉默區(qū)域并抑制IL-4的表達(dá) [16]。
4.4 GATA-3
GATA-3是GATA家族轉(zhuǎn)錄因子，在Th2中選擇性地表達(dá)，并在Th2分化過程中上調(diào) [17]。它調(diào)節(jié)IL-4、IL-13和IL-5的表達(dá)。
GATA-3表達(dá)的調(diào)節(jié)：除IL-4R/STAT6信號傳導(dǎo)外，GATA-3的表達(dá)也可以由其他GATA家族成員（如GATA-1、GATA-3、GATA-4）表達(dá)。TCR信號傳導(dǎo)系統(tǒng)對GATA-3的表達(dá)也很重要。調(diào)節(jié)GATA-3功能的其他因素包括：NF-κB、FOG-1。
5. 細(xì)胞分化的信號通路
許多信號通路參與了T細(xì)胞分化，主要有以下幾個：
5.1 T細(xì)胞受體信號通路
圖2. T細(xì)胞受體信號通路
T細(xì)胞受體（TCR）信號傳導(dǎo)和細(xì)胞因子信號傳導(dǎo)對于輔助T細(xì)胞分化都是必不可少的。特定的TCR轉(zhuǎn)錄因子，如激活的T細(xì)胞核因子（NFATs）、核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF-κB）在T細(xì)胞分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
TCR的激活可以啟動多個細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)通路，如絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、核因子κB（核κB，NF-κB）、AP-1（Fos-Jun）和CaN-NFAT。
T細(xì)胞受體（TCR）與抗原遞呈細(xì)胞（APC）表面的抗原/組織相容性復(fù)合物（MHCⅡ）結(jié)合是T細(xì)胞激活所需的第一個信號。在這個階段，影響T細(xì)胞分化的因素主要是T細(xì)胞獲取信號的強度：弱的TCR激活信號可以激活Ca2+流信號，誘導(dǎo)IL-4的合成并促進(jìn)T細(xì)胞分化為Th2；強的TCR激活信號可以激活MAPK通路，誘導(dǎo)IFN-γ的合成，促使T細(xì)胞分化為Th1。
此外，TCR觸發(fā)的時間長度也影響Th細(xì)胞的分化：在存在IL-12的情況下，短暫的TCR觸發(fā)啟動Th1分化，而長時間的TCR觸發(fā)啟動Th2分化。
5.2 Notch信號通路
圖3. Notch信號通路
目前在哺乳動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四種Notch受體，分別是Notch-1、Notch-2、Notch-3和Notch-4。Notch配體包括Jagged家族和Delta-like家族。Jagged家族包括Jagged-l和Jagged-2，Delta-like家族包括DLL-1、DLL-3和DLL-4 [18] [19]。
Delta-like和Jagged配體分別誘導(dǎo)T細(xì)胞極化為Th1和Th2，這與IL-4 / STAT6無關(guān)。
5.3 JAK/STAT信號通路
圖4. JAK/STAT信號通路
JAK家族蛋白激酶屬于酪氨酸蛋白激酶，包括JAK1、JAK2、JAK3和TyK2這四個成員。STAT家族包括STAT1、2、3、4、5A、5B和6這七個成員。
JAK-STAT是由細(xì)胞因子受體介導(dǎo)的重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。IFN-γ激活JAK1、JAK2和STAT1，IL-12激活JAK2、TYK2和STAT4，IL-4激活JAK1、JAK3和STAT6。阻斷上述任何步驟都會導(dǎo)致相應(yīng)的Th細(xì)胞分化受到抑制。
5.3.1 Th1分化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
IFN-γR和IL-12R介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在Th1分化中起重要作用。
● IFN-γR/STAT1途徑
IFN-γR1和IFN-γR2分別與IFN-γ結(jié)合并四聚化。然后，IFN-γR1和IFN-γR2分別被JAK1和JAK2磷酸化，STAT1被招募。被招募的STAT1被磷酸化和激活，從IFN-γR分離出來，二聚化并進(jìn)入細(xì)胞核，結(jié)合IFN-γ基因的GAS順式作用元件，從而促進(jìn)IFN-γ基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。
● IL-12R/STAT4途徑
IL-12R是由β1和β2亞單位組成的異二聚體。IL-12Rβ2專門在Th1細(xì)胞中表達(dá)。當(dāng)IL-12R與IL-12結(jié)合時，JAK2和TyK2被激活，然后磷酸化β1和β2亞單位的細(xì)胞質(zhì)酪氨酸殘基。磷酸化的β1和β2亞單位結(jié)合并磷酸化STAT4。然后，STAT4形成同源二聚體或與STAT3形成異源二聚體，并進(jìn)入細(xì)胞核，介導(dǎo)其下游基因的功能。
5.3.2 Th2分化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
在Th2分化過程中，JAK1/3/STAT6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要由IL-4R和IL-13R介導(dǎo)。
● JAK1/3/STAT6途徑
IL-4是促進(jìn)Th2細(xì)胞發(fā)展的關(guān)鍵細(xì)胞因子。IL-4的結(jié)合激活I(lǐng)L-4R，與之結(jié)合的JAK1/3也被磷酸化和激活。磷酸化的JAK1/3反過來磷酸化IL-4R上的酪氨酸殘基，磷酸化的IL-4R招募并結(jié)合STAT6單體。STAT6單體在JAK1/3作用下經(jīng)歷酪氨酸磷酸化，從IL-4R分離出來形成活性的STAT6二聚體。STAT6二聚體核轉(zhuǎn)位，進(jìn)一步啟動IL-4和其他基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[20]。類似地，IL-13結(jié)合II型IL-4R，通過JAK1/3/STAT6途徑促進(jìn)許多炎癥基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。
5.4 MAPK信號通路
MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路包括四個途徑：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）、c-Jun N末端激酶（JNK）/應(yīng)激激活蛋白激酶（SAPK）、P38MAPK和ERK5/BMK1。
圖5. JNK、p38和ERK在Th1/Th2分化中的作用
5.4.1 JNK在誘導(dǎo)Th1/Th2分化中的作用
JNK是應(yīng)激激活的蛋白激酶（SAPK），包括JNK1/2/3。JNK/SAPK能夠磷酸化c-Jun、ATF-2，并增加其轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)c-Fos、c-Jun和ATF-2調(diào)控基因的表達(dá)。
JNK1可以抑制原代CD4+ T細(xì)胞分化為Th2，但不影響其分化為Th1；JNK2誘導(dǎo)CD4+ T細(xì)胞分化為Th1，促進(jìn)Th1效應(yīng)細(xì)胞中IFN-γ的分泌，但不影響Th2分化。
5.4.2 P38
P38在誘導(dǎo)Th1/Th2分化中的作用是雙向的。P38MAPK途徑可能通過激活I(lǐng)FN-γ轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)Th1細(xì)胞分化。P38還可以通過促進(jìn)DC中IL-12的分泌來改變DC的免疫調(diào)節(jié)功能，誘導(dǎo)CD4+ T細(xì)胞分化為Th1，介導(dǎo)Th1類型的免疫應(yīng)答。
5.4.3 ERK
TCR誘導(dǎo)的Ras-ERK/MAPK途徑能夠誘導(dǎo)Th2分化，并介導(dǎo)Th2類型的免疫應(yīng)答。
5.5 鈣信號通路
圖6. 鈣信號通路
Calcineurin (CaN) 是一種鈣/鈣調(diào)蛋白（CaM）依賴性的絲氨酸/蘇氨酸磷酸蛋白磷酸酶，它催化多種已磷酸化蛋白的去磷酸化過程。通過激活核轉(zhuǎn)錄因子活化的T細(xì)胞（NFAT），CaN在T細(xì)胞激活、分化和增殖中發(fā)揮作用。
在T細(xì)胞中，Ca2+水平調(diào)節(jié)CaN的活性，從而在NFAT的激活中發(fā)揮重要作用。
Ca2+-CaN-NFAT的調(diào)控過程主要有兩個信號途徑：IP3-Ca2+和DAC-PKC。
5.5.1 IP3 Ca2+信號
IP3結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的IP3鈣通道，促使細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度增加，然后激活細(xì)胞質(zhì)CaN，CaN與NFAT結(jié)合，導(dǎo)致其去磷酸化和激活。激活的NFAT核轉(zhuǎn)位后，與AP-1家族蛋白等轉(zhuǎn)錄因子以及其他激活因子結(jié)合，形成復(fù)合體，共同調(diào)控細(xì)胞因子的表達(dá)。
5.5.2 DAC-PKC信號
DAG激活PKC，抑制PIP2水解，激活I(lǐng)P3水解，使細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+不增加。同時，PKC還激活Ca泵，降低細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+。PKC還可以激活NFAT、NF-κB、AP-1等核因子，在淋巴細(xì)胞的激活和增殖、細(xì)胞因子的產(chǎn)生中發(fā)揮協(xié)同作用。
5.6 NF-κB信號通路
圖7. 信號通路
通常情況下，NF-κB及其抑制劑I-κB位于細(xì)胞質(zhì)中。上游激酶的活化（如NF-κB誘導(dǎo)激酶或MEKK1）導(dǎo)致I-κB激酶的激活和I-κB蛋白的磷酸化，使磷酸化的I-κB蛋白與NF-κB分離并降解。游離的NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核，激活靶基因的轉(zhuǎn)錄。NF-κB在Th細(xì)胞分化中的作用正在起步階段。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)抑制NF-κB活性會阻斷GATA-3的表達(dá)。
Hedgehog信號通路也與T細(xì)胞分化有一定的關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的Th2細(xì)胞因子IL-4是T細(xì)胞中Hh信號的一個新的轉(zhuǎn)錄靶點，為Hh在Th分化中的作用提供了機制 [22]。
6. CUSABIO特色蛋白
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