張穎麗 黃花榮

支氣管哮喘(哮喘)是以氣道上皮細(xì)胞受損、氣道高反應(yīng)性、杯狀細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞增生、黏液高分泌、氣道重塑為特征，多種炎癥細(xì)胞及其細(xì)胞組分共同參與的慢性氣道免疫炎癥性疾病[1]。輔助性T細(xì)胞1(Th1)/Th2失衡與哮喘的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系最為密切，可此觀點(diǎn)并不能解釋所有類型哮喘的發(fā)病，哮喘可能存在更加復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)異常。近幾年，新型細(xì)胞因子IL-23在哮喘中的作用受到廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者的IL-23水平與CD4+T細(xì)胞亞群Th17的分化密切相關(guān)，可引起氣道中性粒細(xì)胞及嗜酸性粒細(xì)胞募集參與炎癥反應(yīng)[2]。本文將從IL-23/Th17細(xì)胞通路的作用機(jī)制、IL-23/Th17細(xì)胞通路與哮喘的關(guān)系及靶向治療進(jìn)展幾方面進(jìn)行總結(jié)，以尋找新的哮喘治療靶點(diǎn)。

一、IL-23/Th17細(xì)胞通路及其作用

1. IL-23與IL-23受體及其作用

IL-23是IL-12家族的成員之一，該家族包括IL-12、IL-23、IL-27、IL-35，它們共用部分亞單位、受體和信號(hào)通路，參與T細(xì)胞反應(yīng)調(diào)節(jié)。新型細(xì)胞因子IL-23是由IL-12p19和IL-12p40兩亞單位通過(guò)二硫鍵連接組成的異二聚體，并與IL-12共用一個(gè)p40亞單位。IL-12p19亞單位在結(jié)構(gòu)上與IL-12p35相似，而IL-12p40是可溶性細(xì)胞因子受體超家族成員。人和鼠IL-23功能與IL-12類似，但刺激特定記憶T細(xì)胞的能力不同。IL-23主要由樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)、巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等表達(dá)分泌[3]。

IL-23受體(IL-23R)是由IL-12Rβ1和特異性IL-23R亞單位組成的異二聚體。編碼IL-12Rβ1基因位于人的19號(hào)染色體及鼠的8號(hào)染色體，是IL-12及IL-23信號(hào)通路的重要組成部分，不僅能促進(jìn)遲發(fā)性過(guò)敏反應(yīng)，而且也參與自主免疫反應(yīng)[4]。特異性IL-23R主要與Th17細(xì)胞增殖分化相關(guān)。其中IL-12受體β1(IL-12Rβ1)主要表達(dá)于DC、T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)；DC、單核巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和NK細(xì)胞少量表達(dá)特異性IL-23R。

IL-23的2個(gè)亞單位IL-12p40和IL-12p19分別與IL-12Rβ1和IL-23R結(jié)合，激活不同的信號(hào)通路。其中，IL-12p40與IL-12Rβ1結(jié)合激活酪氨酸激酶2/信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子4(Tyk2/STAT4)信號(hào)通路，促使原始CD4+T細(xì)胞向Th1分化及IFN-γ分泌增加，具有潛在抗腫瘤作用。IL-23p19與IL-23R結(jié)合后激活Janus激酶2/STAT3(JAK2/STAT3)信號(hào)通路，主要促進(jìn)Th17分化成熟，參與銀屑病、關(guān)節(jié)炎及腸炎、支氣管哮喘等多種自身免疫性疾病發(fā)生與發(fā)展[5]。

2.Th17細(xì)胞與IL-17、IL-17R及其作用

原始CD4+T細(xì)胞分化的細(xì)胞亞群及相關(guān)細(xì)胞因子在自身免疫性疾病和炎癥性疾病中具有重要調(diào)節(jié)功能。Th17是區(qū)別于Th1、Th2由CD4+T細(xì)胞分化而成的新型細(xì)胞亞群。Th17不僅參與宿主防御細(xì)胞內(nèi)病原機(jī)制，還能介導(dǎo)自身免疫性疾病和炎癥性疾病。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β (TGF-β)、IL-6、 IL-1β和 IL-23能協(xié)同刺激Th17分化并誘導(dǎo)維甲酸相關(guān)孤核受體γt(RORγt)、RORα和IL-23R的表達(dá)[6]。研究顯示，單獨(dú)IL-23并不能誘導(dǎo)Th17分化，卻能促進(jìn)Th17擴(kuò)增與穩(wěn)定[7]。分化成熟的Th17可分泌IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-26、CCL20等細(xì)胞因子。

IL-17家族細(xì)胞因子包括IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D和IL-17E，均是由二硫鍵連接而成的同源/異源二聚體。因IL-17A發(fā)揮主要功能，通常IL-17是指IL-17A，其由155個(gè)氨基酸組成，分子量為35 kDa。IL-17主要由CD4+T細(xì)胞亞群Th17表達(dá)，此外，其他細(xì)胞如CD8+T細(xì)胞、NK細(xì)胞及γδT細(xì)胞也能表達(dá)IL-17[8]。

IL-17R家族共有5名成員，分別是IL-17RA、IL-17RB、IL-17RC、IL-17RD和IL-17RE，與其他受體家族明顯不同。IL-17RA在造血細(xì)胞中高表達(dá)，而IL-17RC正好相反，非造血細(xì)胞表達(dá)水平較高。IL-17R家族中同源性位點(diǎn)位于保守的細(xì)胞質(zhì)基序SEF/IL-17R(SEFIR)中，這可能是區(qū)別于其他細(xì)胞因子受體的信號(hào)模式[9]。IL-17A、IL-17F均通過(guò)IL-17RA和IL-17RC復(fù)合體進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)，而IL-17C通過(guò)IL-17RA和IL-17RE復(fù)合體進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)，一旦被激活即刺激IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α等分泌，進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)。

3.IL-23/Th17細(xì)胞通路及其作用

抗原提呈細(xì)胞如DC、巨噬細(xì)胞等受病原相關(guān)分子模式或共刺激分子激活后，產(chǎn)生誘導(dǎo)原始CD4+T細(xì)胞分化的細(xì)胞因子(如IL-6、IL-23、TGF-β等)從而參與炎癥反應(yīng)進(jìn)程。首先IL-6、TGF-β通過(guò)STAT3、RORγT及RORα觸發(fā)Th17分化，隨后受激活的Th17進(jìn)一步表達(dá)IL-23R[10]。IL-23中IL-12p40亞單位與IL-12Rβ1結(jié)合后主要參與Tyk2/STAT4通路，而IL-12p19亞單位與IL-23R特異性結(jié)合，可激活JAK2進(jìn)一步活化STAT3，同時(shí)使IL-23R結(jié)構(gòu)域的酪氨酸磷酸化從而激活STAT、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等通路，促使Th17表達(dá)IL-17、IL-22等相關(guān)細(xì)胞因子進(jìn)一步參與免疫反應(yīng)(圖1)。還有其他細(xì)胞因子也參與Th17活化過(guò)程，具體細(xì)胞因子及其作用機(jī)制仍需進(jìn)一步探索。

在IL-23R缺陷小鼠的T細(xì)胞中，Th17在早期激活階段受阻滯，不能穩(wěn)定表達(dá)IL-17。表明IL-23對(duì)于Th17的擴(kuò)增與保持穩(wěn)定至關(guān)重要，其中包括效應(yīng)器分化、獲得炎癥表型的穩(wěn)定。此外，IL-23的存在對(duì)于促使Th17標(biāo)志基因(包括Rorc、IL-17和IL-23r)穩(wěn)定表達(dá)從而誘導(dǎo)效應(yīng)基因(IL-22、Csf2和IFN-γ)至關(guān)重要，然而IL-23穩(wěn)定Th17炎癥表型的具體機(jī)制還未明確[11]。

Th17的功能發(fā)揮主要靠其分泌的細(xì)胞因子通過(guò)直接或間接的方式參與免疫反應(yīng)，其中最主要的是IL-17的促炎作用，通過(guò)激活核因子-κB(NF-κB)、MAPK等信號(hào)通路促進(jìn)炎癥因子與趨化因子的表達(dá)[12]。如IL-17通過(guò)刺激氣道上皮細(xì)胞分泌趨化因子配體1(CXCL1)、CXCL8等，具有強(qiáng)大的募集中性粒細(xì)胞作用，造成組織浸潤(rùn)及破壞，該機(jī)制與腎上腺皮質(zhì)激素(激素)抵抗型哮喘有密切關(guān)系。此外，IL-17協(xié)同IFN-γ誘導(dǎo)表皮細(xì)胞增生及炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，加重銀屑病的發(fā)展進(jìn)程[13]?？梢?jiàn)IL-17可通過(guò)直接或間接方式介導(dǎo)自身免疫性疾病、炎癥性疾病及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

二、IL-23/Th17細(xì)胞通路與支氣管哮喘

1.IL-23/Th17細(xì)胞通路與肺組織中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)

近年來(lái)，IL-23/Th17細(xì)胞通路在激素抵抗型哮喘中的作用機(jī)制是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。研究顯示，哮喘患者血清IL-23水平與FEV1/FVC、25%～75%肺活量的用力呼氣流量有密切聯(lián)系[14]。血清IL-23水平可作為評(píng)價(jià)哮喘嚴(yán)重程度及氣流受限的參考標(biāo)志。在重癥哮喘患者鼻及支氣管活組織檢查(活檢)中，中性粒細(xì)胞數(shù)量及Th17相關(guān)因子

圖1 IL-23與Th17細(xì)胞分化機(jī)制

(IL-17A、IL-17F、IL-21)表達(dá)均比輕型哮喘患者增多[15]。這說(shuō)明IL-23、Th17及中性粒細(xì)胞在哮喘特別是重癥哮喘的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮主要作用。在動(dòng)物模型中亦存在相似情況，使用脂多糖構(gòu)建中性粒細(xì)胞性哮喘模型，可見(jiàn)肺組織中大量中性粒細(xì)胞聚集，伴隨少量嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、黏液高分泌，肺泡灌洗液及血清中IL-23、IL-17等炎癥因子增多[16]。

Th17及Th2的分化可由DC介導(dǎo)。研究顯示，在軸突導(dǎo)向因子3E(Sema3E)缺失情況下， DC11b+細(xì)胞的數(shù)量及功能上調(diào)，從而促進(jìn)Th2、Th17介導(dǎo)的哮喘炎癥反應(yīng)[17]。這說(shuō)明降低DC11b+數(shù)量或功能可能是治療Th17介導(dǎo)中性粒細(xì)胞炎癥反應(yīng)的重要策略。主要由Th17表達(dá)的IL-17A經(jīng)活化后通過(guò)刺激氣道上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及基質(zhì)細(xì)胞分泌前炎癥調(diào)節(jié)因子如IL-1、IL-6、TNF-α、CXCL8、粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)等募集和激活中性粒細(xì)胞。

研究發(fā)現(xiàn)，IL-23功能發(fā)揮在不同階段效果不同。予抗IL-23p19抗體在致敏階段干預(yù)哮喘小鼠表現(xiàn)出肺組織中性粒細(xì)胞數(shù)量減少，但在哮喘小鼠激發(fā)階段予抗IL-23p19抗體干預(yù)并不能改善氣道炎癥反應(yīng)[18]?？赡苁菍?duì)已在致敏階段的小鼠，IL-23有抑制炎癥反應(yīng)的功能， 其功能發(fā)揮具有階段性。此外，Halwani等[19]從哮喘患者外周血中分離出中性粒細(xì)胞并予Th17調(diào)節(jié)因子IL-23、IL-21和IL-6刺激，觀察到IL-17A、IL-17F表達(dá)增加，且所有病例中轉(zhuǎn)錄因子STAT3均出現(xiàn)磷酸化?？梢?jiàn)中性粒細(xì)胞亦是前炎癥因子IL-17A、IL-17F的重要來(lái)源，并由此形成一反饋機(jī)制，放大炎癥反應(yīng)。

上述分析表明，DC可介導(dǎo)IL-23/Th17細(xì)胞通路的生物學(xué)活性，同時(shí)趨化因子的產(chǎn)生可募集中性粒細(xì)胞到肺組織，表現(xiàn)出以中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)為主的哮喘炎癥反應(yīng)。

2.IL-23/Th17細(xì)胞通路與嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)

IL-23及Th17細(xì)胞軸不僅能調(diào)控中性粒細(xì)胞，亦能介導(dǎo)氣道中嗜酸性粒細(xì)胞募集浸潤(rùn)。約50%哮喘患者誘導(dǎo)痰中以嗜酸性粒細(xì)胞增多為主，而這部分患者大多對(duì)激素治療敏感。通過(guò)建立小鼠哮喘模型發(fā)現(xiàn)，IL-23 mRNA在肺組織中高表達(dá)并且應(yīng)用IL-23中和抗體可減少抗原誘導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞在肺組織中聚集及Th2炎癥因子的產(chǎn)生，進(jìn)而減輕肺損傷。IL-23/IL-23R信號(hào)亦可上調(diào)GATA-3轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)一步提高Th2細(xì)胞因子表達(dá)水平；相反地，由于缺乏此信號(hào)Th2分化極大受限[20]。因此，IL-23可直接作用于Th2進(jìn)一步誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)。

嗜酸性粒細(xì)胞高表達(dá)IL-17A、IL-17F和IL-23相關(guān)受體，且由IL-23介導(dǎo)Th17分化及分泌的IL-17A、IL-17F可結(jié)合到嗜酸性粒細(xì)胞膜表面，進(jìn)一步促進(jìn)其表達(dá)CXCL1、CXCL8、CCL4趨化因子，不僅能增強(qiáng)嗜酸性粒細(xì)胞自身活性，還能使其向肺組織遷移。因此，IL-17可直接作用于嗜酸性粒細(xì)胞進(jìn)而引起一系列炎癥因子釋放加速炎癥進(jìn)程。關(guān)于IL-17對(duì)嗜酸性粒細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用有不同觀點(diǎn)。在卵清蛋白激發(fā)前予外源性IL-17作用于哮喘小鼠，嗜酸性粒細(xì)胞分化受阻、Th2細(xì)胞因子也有所下降[21]。這可能與IL-17作用階段與來(lái)源有關(guān)?？傊琁L-23及Th17細(xì)胞通路在嗜酸性粒細(xì)胞增多為主的哮喘發(fā)病機(jī)制中占據(jù)重要地位。

3.IL-23/Th17細(xì)胞通路與氣道重塑

氣道重塑是哮喘氣道炎癥反應(yīng)發(fā)展的最終病理性結(jié)局，該過(guò)程的發(fā)展主要涉及到支氣管上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞，這些細(xì)胞功能性改變將引起氣道高反應(yīng)性、不可逆性氣流受限，加劇哮喘的發(fā)生發(fā)展。IL-17具有調(diào)節(jié)上述細(xì)胞的功能進(jìn)而導(dǎo)致氣道重塑的發(fā)生[22]。Th17分泌的細(xì)胞因子在支氣管上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制的具體作用尚未闡明。Ji等[23]對(duì)人支氣管上皮細(xì)胞16-HBE的研究顯示，IL-17A可協(xié)同IL-4、TGF-β1誘導(dǎo)上皮細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期，進(jìn)而促進(jìn)支氣管上皮細(xì)胞向間葉細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)變。該研究進(jìn)一步解釋了IL-17參與了哮喘特別是重癥哮喘中氣道重塑的形成與發(fā)展。此外，從哮喘患者中提取支氣管成纖維細(xì)胞與CD4+T細(xì)胞共培養(yǎng)，檢測(cè)出哮喘患者Th17分泌的炎癥因子包括IL-17、IL-1β、IL-6、IL-23等表達(dá)水平均比正常對(duì)照組升高，并且發(fā)現(xiàn)IL-23可刺激支氣管成纖維細(xì)胞分泌IL-1β、IL-6[24]。上述研究表明Th17與氣道成纖維細(xì)胞的相互作用促進(jìn)了氣道炎癥發(fā)展。此外，Th17相關(guān)的炎癥因子包括IL-17A、IL-17F及 IL-22可與平滑肌細(xì)胞表面表達(dá)的IL-17RA、IL-17RC及 IL-22R1受體結(jié)合，其中IL-17通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2(ERK1/2)MAPK信號(hào)通路使平滑肌細(xì)胞增生，同時(shí)Th17相關(guān)炎癥因子可降低平滑肌細(xì)胞的凋亡率[25]。因此，IL-17可通過(guò)多種信號(hào)通路或機(jī)制介導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞參與哮喘氣道重塑。

4.IL-23/Th17細(xì)胞通路與哮喘的治療

目前哮喘的治療藥物主要有激素、β2受體激動(dòng)劑等，但長(zhǎng)期使用激素會(huì)出現(xiàn)一些不良反應(yīng)且對(duì)重癥哮喘患者治療效果不明顯，因此迫切需要開(kāi)發(fā)新型靶向治療藥物[26]。近來(lái)針對(duì)IL-23/Th17通路相繼開(kāi)發(fā)了一些已上市或處在臨床試驗(yàn)中的靶向治療藥物[27]。靶向IL-23/Th17通路上游活性物質(zhì)IL-23p40有Ustekinumab和Briakinumab，能特異性抑制IL-12和IL-23的活性。此外特異性拮抗IL-23p19有Guselkumab和Tildrakizumab，均是人單克隆抗體IgG1。對(duì)于下游細(xì)胞因子有靶向抑制IL-17A的特異性抗體Secukinumab和Ixekizumab。這些藥物在銀屑病、炎癥性腸病、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等自身免疫性疾病的治療效果明顯。如關(guān)于Guselkumab(抗IL-23p19抗體)用于重型銀屑?、笃谂R床研究發(fā)現(xiàn)，其有效性及安全性更優(yōu)于阿達(dá)木單抗，經(jīng)1年治療后頭皮、手、腳等區(qū)域的癥狀緩解[28]。上述研究說(shuō)明針對(duì)IL-23的抗體可有效緩解疾病(如銀屑病)炎癥反應(yīng)，但其關(guān)于哮喘的臨床試驗(yàn)尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。

有學(xué)者報(bào)道，應(yīng)用抗IL-23p19抗體、靶向IL-23p40疫苗后，哮喘小鼠肺部炎癥細(xì)胞及炎癥因子減少，氣道高反應(yīng)性緩解[29-30]?？梢?jiàn)靶向治療在小鼠身上是有意義的，但人與小鼠在疾病發(fā)生、發(fā)展上有許多不同之處，具體效果仍需進(jìn)一步探索。一項(xiàng)對(duì)320例受試者進(jìn)行brodalumab(抗IL-23R抗體)療效及安全性評(píng)估研究中，治療組納入中度到重度哮喘患者，結(jié)果顯示治療效果不明顯[31]。關(guān)于靶向IL-23/Th17細(xì)胞通路的一些新開(kāi)發(fā)藥物已在銀屑病、克羅恩病等自身免疫性疾病取得一定效果，而對(duì)于哮喘等炎癥性疾病的治療仍需進(jìn)一步探究。

三、結(jié)語(yǔ)與展望

目前，激素依賴甚至是激素抵抗型哮喘是臨床治療中面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，尋找新的有效治療靶點(diǎn)以控制重癥哮喘發(fā)生發(fā)展的愿望極其迫切。IL-23/Th17細(xì)胞通路不僅能募集中性粒細(xì)胞到肺組織中還能上調(diào)Th2介導(dǎo)的以嗜酸性粒細(xì)胞增多為特征的氣道炎癥反應(yīng)，此外還參與了氣道重塑進(jìn)程。因此IL-23/Th17細(xì)胞通路是哮喘發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。趨化因子受體5(CCR5)具有調(diào)控單核巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞激活、遷移功能，但其與IL-23/Th17細(xì)胞軸的關(guān)系未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。筆者課題組先前通過(guò)構(gòu)建小鼠哮喘模型發(fā)現(xiàn)，CCR5膜外環(huán)2的拮抗肽可下調(diào)TNF-α表達(dá)，緩解哮喘小鼠肺組織的炎癥反應(yīng)[32]。與TNF-α同樣是前炎癥因子的IL-23是否也受CCR5拮抗劑調(diào)控，從而介導(dǎo)IL-23/Th17細(xì)胞通路緩解哮喘炎癥反應(yīng)值得進(jìn)一步探究。