Th17細胞的分化
日期：2023-11-17 12:02:00
根據(jù)細胞分化和功能特性，CD4+細胞被分為Th1、Th2和調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）等亞群。近期的研究發(fā)現(xiàn)了一種新的CD4+ T效應(yīng)T輔助細胞——Th17細胞，它與Th1型和Th2型不同，在IL-6和IL-23的刺激下由TH0細胞分化而來，主要分泌IL-17、IL-22等促炎因子。與Th1、Th2和Treg細胞一起，它們構(gòu)成了CD4+細胞的四個亞群。在自身免疫性疾病、傳染病和移植排斥中起著重要的調(diào)節(jié)作用 [1]。
圖1. CD4+ T細胞的四個亞群
1. Th17細胞的發(fā)現(xiàn)
Th17細胞是由Harrington等人于2005年發(fā)現(xiàn)的 [2]。Th17細胞主要根據(jù)它們分泌的細胞因子命名。通過建立自身免疫性腦炎和膠原誘導性關(guān)節(jié)炎的小鼠模型，證實了這些細胞的存在。Th17細胞在自身免疫性疾病和免疫防御反應(yīng)中具有重要意義 [3]。Th17細胞的發(fā)現(xiàn)為治療自身免疫性疾病提供了新的靶點。
2. Th17細胞的細胞標記
在人體內(nèi)，可以通過細胞表面標志物CD4、CD161和CCR6來識別Th17細胞。Th17細胞的細胞標志物可以分為兩類：細胞內(nèi)標志物和細胞外標志物。
細胞內(nèi)標志物：IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、RORα、RORγt、Stat-3。
細胞外標志物：CD3、CD4、CD38、CD161、CD194（CCR4）、CD196（CCR6）、IL-1R、TGF-β。
圖2. Th17細胞的細胞標記
3. Th17細胞分化調(diào)節(jié)
Th17細胞的分化受多種細胞因子和信號分子的調(diào)控。CD4+ T細胞在TGF-β和IL-6的協(xié)同作用下分化為Th17細胞。
CD4+ T細胞的激活的第一步是T細胞受體（TCR）的參與。TCR信號的強度決定了Th1/Th2分化的方向。然而，TCR信號對Th17細胞分化的影響尚不清楚。
不同因子對Th17細胞分化的調(diào)控效果各異。
轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）、IL-6、IL-23 [4]、IL-21和RORγt在Th17細胞分化和形成中發(fā)揮積極作用，而干擾素γ（IFN-γ）、IL-4和細胞因子信號3（Socs3）、Ets-1和IL-2則抑制其分化。
3.1 正向調(diào)節(jié)
Th17細胞的分化主要包括三個階段：誘導、擴增和穩(wěn)定。
在初始分化階段，體內(nèi)的初級CD4+ T細胞在TGF-β和IL-6的協(xié)同作用下分化為Th17細胞。IL-6 + TGF-β是其分化為Th17細胞的充分條件 [5]。
在這個階段，調(diào)控因子主要包括以下幾個：
● TGF-β
TGF-β在Treg細胞和Th17細胞分化中發(fā)揮重要作用。激活的初級CD4+ T細胞在僅TGF-β作用下分化為Foxp3+ Treg細胞；在TGF-β和IL-6的聯(lián)合誘導下分化為Th17細胞。
β通過上調(diào)IL-23受體（IL-23R）的表達水平來促進Th17細胞分化。TGF-β還促進了Forkhead box P3（Foxp3）和RORγt的表達。Foxp3抑制RORγt的表達。因此，當TGF-β濃度過高時，會誘導高水平的Foxp3表達，以拮抗轉(zhuǎn)錄因子RORγt的分化促進作用，從而抑制Th17細胞的分化 [6]。Foxp3的作用受到IL-6和IL-21的抑制。TGF-β、IL-6和IL-21等細胞因子通過復雜的調(diào)控機制完成Th17細胞的分化。
● IL-6
IL-6是一種重要的免疫調(diào)節(jié)因子，在各種免疫應(yīng)答的早期階段發(fā)揮重要作用。IL-6可以直接作用于T細胞，通過gp130的酪氨酸殘基的信號傳導誘導STAT3激活。STAT3可以誘導Th17細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子RORγt和RORα的表達，從而促進Th17細胞分化。
IL-6-gp130-STAT3通路是Th17細胞分化所必需的。阻斷IL-6-gp130-STAT3可能是控制由Th17細胞引起的自身免疫性疾病的有效措施。
此外，IL-6通過內(nèi)源性TGF-β誘導IL-23R的表達和Th17細胞分化。在缺乏IL-6時，IL-21可以替代IL-6和TGF-β來誘導Th17細胞的分化 [7]并釋放IL-21。
● IL-9
IL-9是Th2產(chǎn)生的細胞因子。Th17細胞也表達IL-9。IL-9可以與TGF-β協(xié)同誘導Th17細胞分化，其誘導效率與TGF-β+IL-21誘導的Th17細胞分化類似。
● IL-1
IL-1在Th17細胞早期分化中發(fā)揮信號調(diào)控作用 [8]。在沒有外源性TGF-β的情況下，IL-1與IL-6和IL-23協(xié)同促進Th17細胞分化。IL-1R1在Th17細胞分化過程中的表達上調(diào)。IL-1R1的表達主要受到IL-6的影響，IL-23和TGF-β對IL-1R1的表達影響較小。IL-1R1的表達也依賴于STAT3、RORα和RORγt。
● IL-21
擴增階段主要由IL-21介導。細胞因子IL-21由Th17細胞自身分泌，可能通過自分泌來促進或維持Th17細胞的分化。IL-21的表達依賴于STAT3。STAT3可以直接結(jié)合分泌的IL-21啟動子，誘導Th17細胞再生產(chǎn)IL-21，并形成STAT3-Th17-IL-21自分泌環(huán) [9]。IL-21可以通過IL-6誘導，并與IL-6一起上調(diào)IL-23受體的表達。IL-21不僅促進了Th17細胞的擴增，還維持了其表型的穩(wěn)定性。
● IL-23
穩(wěn)定階段主要由IL-23維持。盡管IL-23不參與Th17細胞的早期分化，但它是調(diào)節(jié)Th17細胞免疫功能的重要細胞因子，具有促進Th17細胞增殖和維持細胞亞群穩(wěn)定性的功能。
在自身免疫性疾病的機制中，IL-23是促進Th17細胞引起的免疫病理損傷的重要效應(yīng)因子，對諸如EAE和膠原關(guān)節(jié)炎等自身免疫疾病的誘導起重要作用。
IL-23與TGF-β、IL-6和IL-21一起上調(diào)Th17細胞表面的IL-23R的表達，并促進IL-17A、IL-17F和IL-22的產(chǎn)生。IL-23結(jié)合其受體并激活JAK-STAT信號通路，導致Jak2和Tyk2的磷酸化，從而促進信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活子1（STAT1）、STAT3、STAT4和STAT5的磷酸化。
細胞因子IL-23也可能通過激活STAT3信號通路上調(diào)IL-17的表達 [10]。
IL-1也在Th17細胞的擴增和穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用。
● IRF4
IRF4（干擾素調(diào)節(jié)因子4）因子也是Th17細胞發(fā)展的關(guān)鍵成分。Brustle等人 [11]發(fā)現(xiàn)IRF4對Th17細胞分化具有積極影響。
● STAT3
STAT3的激活對于IL-6和IL-2調(diào)控Th17分化是必要的。
STAT3的缺失會導致Th17細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子RORγt和RORα的表達顯著減少，而Foxp3的表達增加。Foxp3通過直接結(jié)合RORγt抑制RORγt介導的IL-17 mRNA轉(zhuǎn)錄，從而影響Th17細胞的功能 [12]。
當STAT3過度活躍時，RORγt的表達增加，從而抑制了Foxp3的表達，從而抑制了CD4+ T細胞分化為Treg細胞的過程，并促進Th17細胞的增殖。
此外，STAT3還可以增強Th17細胞對IL-23的響應(yīng)能力，并通過SOCS3的抑制因子上調(diào)IL-17的表達。
● RORγt和RORα
RORγt（孤兒核受體γ t）是Th17細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子。RORγt在Th17細胞分化過程中持續(xù)表達，并控制重要細胞因子如IL-17的表達。它誘導初級CD4+ T細胞分化為Th17細胞，IL-17的表達也依賴于其存在。與RORγt相比，RORα對于促進Th17細胞分化的能力較弱，似乎在Th17細胞的表達中發(fā)揮協(xié)同作用。
3.2 負向調(diào)節(jié)
● IL-27
IL-27是一種抑制Th17細胞分化的細胞因子，STAT1參與了這種抑制作用。IL-27的缺失會導致Th17細胞功能亢進，并在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中促進炎癥反應(yīng) [13]。
● IL-2
最近的研究發(fā)現(xiàn)IL-2是Th17細胞分化的抑制因子。IL-2抑制Th17分化的機制需要STAT5的參與 [14]。IL-2可以磷酸化STAT5并直接結(jié)合IL-17基因的啟動子，從而抑制IL-17的表達。此外，IL-2顯著降低了RORγt的表達。
● STAT1
STAT1抑制Th17細胞分化。一方面，STAT1通過上調(diào)SOCS3的表達減弱STAT3的活性；另一方面，STAT1通過抑制TGF-β介導的Smad轉(zhuǎn)錄活性來抑制Th17細胞分化。
● STAT5
目前的實驗顯示STAT5在Th17細胞分化上具有不同的作用。Yang等人 [15]發(fā)現(xiàn)過表達活化STAT5并不影響Th17細胞分化，而其他研究發(fā)現(xiàn)STAT5參與介導IL-2對Th17分化的抑制作用。
● Socs3
細胞因子信號抑制因子3（SOCS3）是一組在Th17細胞分化中抑制Janus激酶（JAK）和STAT信號轉(zhuǎn)導的蛋白質(zhì)。它起到負調(diào)節(jié)作用。
SOCS3的作用機制：SOCS3限制STAT3的磷酸化，抑制STAT3與IL-17A/F啟動子的結(jié)合，從而抑制Th17細胞的產(chǎn)生。
IL-6和IL-21可以促進細胞因子信號抑制因子3（SOCS3）的表達。相反，TGF-β抑制SOCS3的表達。
● Ets-1
Moisan J等人 [16] 表明Ets-1是Th17細胞分化的負調(diào)節(jié)因子。Ets-1通過調(diào)控IL-2的表達來抑制Th17細胞的分化。
● IFN-γ
IFN-γ通過抑制Smad3的磷酸化阻斷TGF-β受體的作用，從而干擾TGF-β誘導的Th17細胞分化的過程。
圖3. Th17細胞分化的調(diào)控過程
4. Th17細胞的生物學效應(yīng)
Th17細胞主要通過分泌的細胞因子，如IL-17、IL-21、IL-22、IL-26和腫瘤壞死因子α（TNF-α），介導炎癥反應(yīng)，在外源性病原體感染、腫瘤、移植排斥和自身免疫組織損傷的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
在Th17細胞分泌的細胞因子中，最重要的效應(yīng)分子是IL-17。這個細胞因子家族包括6個IL-17成員（AF）和5個受體（IL-17RAIL-17RD和SEF）。
IL-17的主要生物學效應(yīng)是促進炎癥反應(yīng)，在宿主對抗細菌感染的免疫中扮演重要角色。
IL-17A的生理效應(yīng)：在感染或炎癥的早期階段，IL-17A通過有效調(diào)節(jié)中性粒細胞參與促炎反應(yīng)。
IL-17A可以誘導IL-6、急性期蛋白（APP）、粒細胞集落刺激因子（G-CSF）和前列腺素E2（PGE2）的表達，并與TNF-α一起增強促炎效應(yīng)；IL-17A還增加了血管內(nèi)皮細胞的生長，從而促進血管生成。
IL-17F和IL-17A在氨基酸水平上具有最高的同源性，并且在不同自身免疫疾病中也具有重疊的效應(yīng) [17]。
圖4. Th17細胞的生物學效應(yīng)
5. Th17細胞與疾病
Th17細胞在自身免疫性疾病、傳染病和移植排斥中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。大量研究表明，IL-17與實驗性自身免疫性腦炎（EAE）、哮喘和類風濕性關(guān)節(jié)炎（RA）等自身免疫性疾病密切相關(guān)。
5.1 Th17細胞與類風濕性關(guān)節(jié)炎
類風濕性關(guān)節(jié)炎（RA）是一種慢性自身免疫性疾病，其發(fā)病機制尚不清楚。在類風濕性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生和發(fā)展中，Th17細胞的激活及其細胞因子起著關(guān)鍵作用 [18]。
CD4+ T細胞在受到IL-23刺激后能產(chǎn)生大量的IL-17。IL-17可以促進各種趨化因子的表達，進一步誘導中性粒細胞、巨噬細胞和淋巴細胞在滑膜組織中積聚。隨后，致病性T細胞的分化、增殖和功能穩(wěn)定性引起滑膜組織增生和滑膜降解酶的分泌，最終導致類風濕性關(guān)節(jié)炎患者的滑膜炎癥。
5.2 Th17與傳染病
Th17細胞是炎癥的重要效應(yīng)細胞和靶細胞，在慢性炎癥過程中發(fā)揮重要作用。體內(nèi)Th17/Treg平衡是感染發(fā)生和感染嚴重性的重要調(diào)節(jié)機制。Th17細胞是參與傳染病的重要淋巴細胞。
細胞因子IL-23能誘導Th17的發(fā)展，并促使其分泌其他因子（如IL-17、IL-6、IL-8等）。
5.3 Th17與腫瘤
大部分研究表明Th17細胞可能促進腫瘤的發(fā)展 [19]。研究發(fā)現(xiàn) [20]，IL-17能促進小鼠體內(nèi)的腫瘤生長。然而，一些研究則暗示Th17細胞可能抑制腫瘤的發(fā)展 [21]。
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