蔣 敏 楊昌融 農(nóng)光民

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院兒科，南寧市 530021)

【提要】 白細(xì)胞介素-7(IL-7)是由骨髓、胸腺基質(zhì)細(xì)胞分泌的多效細(xì)胞因子，在T細(xì)胞的發(fā)育、增殖、分化及免疫自穩(wěn)中具有重要作用，對(duì)B細(xì)胞的發(fā)育、成熟及防止胸腺衰老也有一定作用，是維持機(jī)體免疫自穩(wěn)的重要細(xì)胞因子。IL-7與病毒感染性疾病、哮喘和自身免疫性疾病、腫瘤及胸腺退化等疾病密切相關(guān),補(bǔ)充IL-7或阻斷IL-7信號(hào)途徑可望成為臨床治療的新靶標(biāo)。

1988年，Namen等[1]在長(zhǎng)期培養(yǎng)骨髓細(xì)胞過程中發(fā)現(xiàn)了一種可促進(jìn)前B細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞因子-白細(xì)胞介素-7(IL-7)，并于當(dāng)年成功克隆并純化[2]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，IL-7還可以作用于T細(xì)胞、胸腺細(xì)胞等多種細(xì)胞，是促進(jìn)免疫細(xì)胞發(fā)育、增殖及維持T細(xì)胞自穩(wěn)態(tài)的重要細(xì)胞因子。IL-7與病毒感染性疾病、哮喘及自身免疫性疾病、腫瘤和免疫衰老的發(fā)生密切相關(guān)，已有臨床研究應(yīng)用IL-7來治療這些疾病，阻斷IL-7信號(hào)途徑可望成為臨床治療的新靶標(biāo)?，F(xiàn)將其最新研究進(jìn)展作一綜述。

1 IL-7的生物學(xué)特性

IL-7是一種單鏈糖蛋白，由152個(gè)氨基酸組成，分子量約25KD，包含4個(gè)α螺旋通過二硫鍵交聯(lián)，既可以分泌到胞外，也可以在細(xì)胞表面表達(dá)。人類IL-7基因位于第8號(hào)染色體，編碼基因全長(zhǎng)1 589 bp，包含6個(gè)外顯子和5個(gè)內(nèi)含子。人類IL-7與小鼠IL-7的同源性達(dá)81%[3]。IL-7主要由骨髓、胸腺及淋巴組織的基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，肝臟基質(zhì)細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞等多種細(xì)胞也可產(chǎn)生IL-7。

2001年成功克隆了IL-7的一個(gè)同系物—胸腺基質(zhì)淋巴蛋白(thymic stromal lymphopoietin，TSLP)，TSLP主要由上皮細(xì)胞產(chǎn)生，其結(jié)構(gòu)類似IL-7，由4個(gè)α螺旋組成。TSLP與IL-7Rα鏈和TSLP受體(TSLPR)鏈組成的異二聚體結(jié)合發(fā)揮其生物學(xué)功能[10]，但人TSLPR與TSLP親和力非常低，所以又被稱為IL-7的“weak brother”。

2 IL-7的生物學(xué)功能

IL-7是一種多效的細(xì)胞因子，可作用于多種細(xì)胞，但I(xiàn)L-7的主要功能是促進(jìn)未成熟B細(xì)胞和T細(xì)胞發(fā)育、抗凋亡及增殖，參與胸腺細(xì)胞的分化成熟，防止胸腺萎縮與衰老。

IL-7的發(fā)現(xiàn)源自其在體外促進(jìn)小鼠早期B細(xì)胞的增殖作用，IL-7能促進(jìn)前體B細(xì)胞生長(zhǎng)[1-2]。IL-7基因敲除鼠均表現(xiàn)出骨髓原B細(xì)胞發(fā)育停滯，不能向前B細(xì)胞轉(zhuǎn)化，成熟T細(xì)胞、B細(xì)胞缺乏，胸腺細(xì)胞減少了20倍，表明IL-7對(duì)骨髓、胸腺中樞性T細(xì)胞、B細(xì)胞的發(fā)育、成熟發(fā)揮著重要作用[11]。IL-7R基因敲除鼠表現(xiàn)與此相同，但T細(xì)胞減少更明顯，可能與IL-7R基因敲除后TSLPR信號(hào)途徑也被阻斷有關(guān)[12]。嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency, SCID)是一種嚴(yán)重的原發(fā)性免疫缺陷病，其共同特征為T細(xì)胞生長(zhǎng)和/或功能缺陷，可分為T-B-NK-、T-B-NK+、T-B+NK-和T-B+NK+等不同類型，T-B+NK+SCID由IL-7Rα基因突變所致，其T細(xì)胞明顯減少，而NK細(xì)胞、B細(xì)胞正常，提示相對(duì)于NK細(xì)胞、B細(xì)胞而言，IL-7/IL-7Rα信號(hào)通路對(duì)T細(xì)胞發(fā)育至關(guān)重要[13]。

IL-7的另一重要生物學(xué)功能是抑制外周T細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、持續(xù)存活。IL-7與IL-7R結(jié)合后激活I(lǐng)L-7R信號(hào)途徑，上調(diào)抗凋亡蛋白，抑制已分化和激活的T細(xì)胞凋亡，并下調(diào)促凋亡蛋白防止T細(xì)胞凋亡[14]。該功能具有劑量依賴性，高濃度IL-7誘導(dǎo)增殖效應(yīng)，而低濃度IL-7維持細(xì)胞持續(xù)存活[15]。當(dāng)T細(xì)胞活化后，IL-7Rα表達(dá)下調(diào)，阻止IL-7繼續(xù)作用于這些細(xì)胞。因此，IL-7在維持外周T細(xì)胞的增殖、穩(wěn)態(tài)平衡方面也起著重要作用。

IL-7還可影響樹突細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的發(fā)育和功能，誘導(dǎo)單核-巨噬細(xì)胞分泌多種細(xì)胞因子，促進(jìn)巨噬細(xì)胞的殺利什曼原蟲效應(yīng)[16]，還可抑制嗜酸性粒細(xì)胞凋亡[17]。除此以外，因IL-7具有強(qiáng)有力的免疫調(diào)節(jié)作用，可直接或間接作用于腫瘤細(xì)胞，通過增強(qiáng)腫瘤疫苗或過繼免疫而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[18-19]。

盡管IL-7 是對(duì)淋巴細(xì)胞、胸腺細(xì)胞的凋亡、發(fā)育、增殖不可或缺的細(xì)胞因子，但在正常小鼠體內(nèi) IL-7蛋白的表達(dá)卻非常低，有學(xué)者采用常規(guī)的蛋白檢測(cè)方法如ELISA、Western Blotting 均無法檢測(cè)到血清中的IL-7，由于尚缺乏其他檢測(cè) IL-7蛋白的合適方法，目前沒有IL-7蛋白體內(nèi)動(dòng)態(tài)變化的報(bào)道[20]。因此，IL-7是一種表達(dá)量很低，卻高度利用的珍貴的細(xì)胞因子。

而TSLP主要的生理作用是抗寄生蟲感染，也參與炎癥性腸病、特異性皮炎等炎癥性疾病和過敏的發(fā)生[21-22]。

3 IL-7/IL-7R的信號(hào)通路

IL-7及其受體介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑主要是通過激活Janus激酶(JAK)、信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化子5(signal transducers and activators of transcription 5， STAT5)信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)，還有一些負(fù)調(diào)控機(jī)制，如細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子1(suppressors of cytokine signaling 1，SOCS1)參與調(diào)控IL-7/IL-7R信號(hào)途徑。

3.1 JAK/STAT5信號(hào)通路 IL-7主要依賴于JAK/STAT5信號(hào)途徑通過調(diào)控BCL-2蛋白質(zhì)家族的表達(dá)來維持T細(xì)胞的存活狀態(tài)[23]。IL-7首先與IL-7R結(jié)合后，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)與IL-7R相關(guān)聯(lián)的酪氨酸激酶1(JAK)(與IL-7Rα相連)和JAK3(與共同γc 相連)活化，激活的JAK 蛋白使位于 IL-7Rα鏈上的特定基序磷酸化而形成結(jié)合位點(diǎn)，可供含有 Src同源物 2(SH2)結(jié)構(gòu)域的信號(hào)分子STAT5結(jié)合磷酸化STAT5，使STAT5形成二聚體，進(jìn)入細(xì)胞核，在細(xì)胞核內(nèi)調(diào)控一系列細(xì)胞生長(zhǎng)和生存的基因，如上調(diào)BCL-2蛋白質(zhì)家族中的抗凋亡蛋白(BCL-2、BCL-XL、MCL-1)、下調(diào)促凋亡蛋白(BAX、BAD)，促進(jìn)T細(xì)胞在體內(nèi)存活[23-24]。

3.2 磷脂酞肌醇3激酶(PI3K)/ AKT/mTOR通路 活化的IL-7Rα還能結(jié)合酪氨酸磷酸化PI3K p85亞基，激活PI3K，在質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使PIP3，PIP3與細(xì)胞內(nèi)含有PH結(jié)構(gòu)域(pleckstrin homolgy domain)的信號(hào)蛋白AKT和PDK1結(jié)合，促使PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308，導(dǎo)致AKT活化，AKT磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1/2 (TSC1/2)可阻止其對(duì)小G蛋白R(shí)heb(ras homology enriched in brain)的負(fù)調(diào)控，進(jìn)而使得Rheb富集以及對(duì)雷帕霉素敏感的mTOR復(fù)合體(mTORC1)的活化，從而增強(qiáng)細(xì)胞存活、增殖功能[25-26]。

3.3 負(fù)調(diào)控機(jī)制 IL-7信號(hào)通路可被一些負(fù)調(diào)控機(jī)制干擾，如SOCS1作為細(xì)胞因子信號(hào)抑制劑可抑制STAT5信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而維持適度的炎性反應(yīng)[27]，這些機(jī)制可以防止因細(xì)胞因子信號(hào)通路的過度激活而引起自身免疫性疾病或腫瘤。

正常時(shí)SOCS1在Th1細(xì)胞中高表達(dá)，但I(xiàn)FN-γ可誘導(dǎo)已分化的Th17細(xì)胞表達(dá)SOCS1，隨后與STAT5結(jié)合從而抑制IL-7/IL-7R信號(hào)途徑，負(fù)調(diào)控IL-7信號(hào)途徑介導(dǎo)的已分化Th17細(xì)胞的存活[23，28]，具體的機(jī)制可能是作為JAKs的假底物與之結(jié)合，隨后抑制STAT5信號(hào)通路，或者形成泛素介導(dǎo)的復(fù)合物并由蛋白酶體降解[29]。

4 IL-7、IL-7R與疾病的相關(guān)性

4.1 病毒感染性疾病 正常人群血漿IL-7水平與T淋巴細(xì)胞的數(shù)量、mIL-7Rα水平呈負(fù)相關(guān)；而在HIV感染者，其IL-7水平升高、IL-7R水平下降，IL-7水平與體內(nèi)CD4+T細(xì)胞水平呈負(fù)相關(guān)。感染HIV后，由于免疫系統(tǒng)激活、CD4+T細(xì)胞的凋亡增加，IL-7水平代償性增高；但CD4+T細(xì)胞表面mIL-7R表達(dá)水平降低，HIV特異性CD4+T細(xì)胞因缺乏mIL-7R表達(dá)，IL-7信號(hào)通路功能抑制，不能維持其存活狀態(tài)而凋亡，CD4+T細(xì)胞隨之減少、功能抑制[30]。Crawley等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，HIV持續(xù)感染者的IL-7、sIL-7Ra水平均明顯升高，高濃度sIL-7Ra可抑制IL-7介導(dǎo)的CD8+T細(xì)胞STAT5、Akt磷酸化，進(jìn)而抑制CD8+T細(xì)胞的增殖和功能活化，提示HIV感染后sIL-7Ra可通過抑制IL-7/IL-7信號(hào)途徑進(jìn)而抑制CD8+T細(xì)胞功能，這可能是HIV持續(xù)感染者免疫逃逸的機(jī)制之一。最近的進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，sIL-7R對(duì)人類CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞IL-7/IL-7R信號(hào)途徑的功能均有抑制作用[31]。部分HIV感染者可發(fā)生免疫重建不良，這些患者在病毒抑制的情況下(<50拷貝/mL)仍不能獲得良好的免疫重建。研究表明，血清IL-7水平升高、mIL-7R的表達(dá)降低是其重要的機(jī)制之一[32]。國(guó)外已有多中心I/IIa臨床研究應(yīng)用人重組IL-7來治療HIV感染者，CD4+T細(xì)胞的數(shù)量呈劑量依賴性增加[33]。

對(duì)其他持續(xù)性病毒感染，如巨細(xì)胞病毒、乙肝病毒等的研究也表明， 給予IL-7后巨細(xì)胞病毒、乙肝病毒感染動(dòng)物的抗CMV特異性T細(xì)胞、抗HBV-特異性T細(xì)胞水平升高，有利于病毒清除[34-35]。

4.2 哮喘及過敏性疾病 一個(gè)研究小組曾用定位候選克隆方法在5p13區(qū)域發(fā)現(xiàn)了IL-7R、白血病抑制因子受體等多個(gè)哮喘易感位點(diǎn)[36]。隨后印度學(xué)者證實(shí)IL-7R基因多態(tài)位點(diǎn)與印度北方人群哮喘發(fā)病也存在相關(guān)性，認(rèn)為rs1494555在哮喘的發(fā)生中具有保護(hù)效應(yīng)，而rs6897932位點(diǎn)在哮喘的發(fā)生中具有獨(dú)立的危險(xiǎn)效應(yīng)[37]。Kelly等[17]通過基因芯片表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，人類外周血嗜酸性粒細(xì)胞表達(dá)IL-7Rα鏈(CD127)和共同γc (CD132)，變應(yīng)原可刺激氣道產(chǎn)生IL-7，IL-7通過增強(qiáng)已活化的嗜酸性粒細(xì)胞的功能并維持其存活狀態(tài)參與氣道炎癥的形成。我們對(duì)中性粒細(xì)胞性哮喘小鼠和嗜酸細(xì)胞性哮喘鼠的研究顯示，中性粒細(xì)胞性哮喘小鼠體內(nèi)存在高IL-7微環(huán)境，已分化的Th17細(xì)胞在機(jī)體高IL-7環(huán)境下，依賴JAK/STAT5信號(hào)途徑激活維持其存活狀態(tài)，這些功能增強(qiáng)的Th17細(xì)胞高表達(dá)的IL-17，通過促進(jìn)多種細(xì)胞因子分泌參與哮喘氣道中性粒細(xì)胞炎癥及氣道高反應(yīng)的形成[38]。

4.4 腫瘤 因IL-7具有強(qiáng)有力的免疫調(diào)節(jié)作用，可直接或間接作用于腫瘤細(xì)胞，通過增強(qiáng)腫瘤疫苗或過繼免疫發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。研究表明，IL-7可通過促進(jìn)γ-IFN、白細(xì)胞介素-1α(IL-1α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等細(xì)胞因子的分泌，抑制膠質(zhì)瘤、黑色素瘤等實(shí)體瘤的生長(zhǎng)[18，44]。IL-7還能增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞的毒作用及腫瘤特異性CD8+T的活性[45]，或促進(jìn)實(shí)體瘤化療后CD4+T細(xì)胞的恢復(fù)[46]，或通過提高IL7Rα水平起到增強(qiáng)抗腫瘤免疫的作用[47]。

腫瘤抗原一般免疫原性較弱，接種腫瘤疫苗后聯(lián)合使用IL-7和其他細(xì)胞因子，可加強(qiáng)抗原特異性T淋巴細(xì)胞反應(yīng)而增強(qiáng)其抗腫瘤作用。sipuleucel-T是含有前列腺酸性磷酸酶(prostatic acid phosphatase，PAP)和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GMCSF)的腫瘤疫苗，聯(lián)合輸注IL-7、IL-2和IL-4、sipuleucel-T可顯著抑制表達(dá)PAP的前列腺癌[48]。目前已有人重組IL-7用于非血液系統(tǒng)惡性腫瘤的治療，結(jié)果顯示安全性較好，且CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞呈劑量依賴性增加，而Treg細(xì)胞無明顯增加[49]；與IL-2相比，輸注IL-7并不增加Treg細(xì)胞數(shù)目，顯示出IL-7在抗腫瘤領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景。

4.5 胸腺衰老/退化 胸腺是機(jī)體的重要中樞免疫器官，是T細(xì)胞分化、發(fā)育、成熟的場(chǎng)所，還可分泌胸腺素等多種激素。胸腺退化的特征是胸腺上皮細(xì)胞減少、皮髓質(zhì)比例下降、血管周圍間隙增寬并逐漸被脂肪替代。人類的胸腺?gòu)某錾?個(gè)月就開始逐漸退化，在10歲以內(nèi)和25～40歲間有兩個(gè)加速期，隨后逐年緩慢退化。盡管人在出生后不久就一直在經(jīng)歷胸腺退化，但是逐漸衰老退化的胸腺仍然可以持續(xù)產(chǎn)生T細(xì)胞。隨著年齡的增長(zhǎng)、胸腺衰老進(jìn)一步加重，老年人逐漸出現(xiàn)T細(xì)胞絕對(duì)數(shù)量的減少，衰老T細(xì)胞的增殖及分化等功能也降低。

影響胸腺衰老的因素復(fù)雜多變，涉及神經(jīng)-內(nèi)分泌、胸腺微環(huán)境和細(xì)胞端粒變化以及胸腺細(xì)胞突變等多種機(jī)制。最新的研究表明，IL-7也是維持胸腺功能、防止胸腺衰老的重要細(xì)胞因子[50]。胸腺上皮細(xì)胞可分泌IL-7，隨年齡增長(zhǎng)胸腺分泌的胸腺激素及IL-7、TNF-α等細(xì)胞因子進(jìn)一步減少，加速了胸腺衰老的進(jìn)程。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究也顯示，給予抗IL-7抗體處理小鼠可誘導(dǎo)出胸腺退化，補(bǔ)充外源性IL-7后小鼠胸腺的重量和胸腺上皮細(xì)胞部分恢復(fù)[51]。荷蘭一項(xiàng)關(guān)于長(zhǎng)壽的研究，從長(zhǎng)壽人群的家族里篩選出了244個(gè)與長(zhǎng)壽相關(guān)的基因，在這些基因中，低表達(dá)IL-7R與胰島素敏感、低血脂等“健康”代謝指標(biāo)相關(guān)，該研究認(rèn)為IL-7R可作為一個(gè)健康老齡化的候選生物標(biāo)志物[52]。然而也有相反的研究結(jié)論，Sempowski等[53]用IL-7處理小鼠2周，可維持成年鼠脾臟T細(xì)胞增殖并防止胸腺退化；但I(xiàn)L-7既不能誘導(dǎo)老年鼠脾臟T細(xì)胞的擴(kuò)增，也不能阻止老年鼠胸腺的退化。因此，關(guān)于IL-7在胸腺衰老中的作用還有待更多的研究去證實(shí)。

綜上所述，IL-7是一種多效的細(xì)胞因子。在正常人群，IL-7可維持淋巴細(xì)胞發(fā)育、動(dòng)態(tài)平衡及免疫自穩(wěn)。鑒于IL-7特殊的生物學(xué)功能，IL-7及其受體信號(hào)途徑已被廣泛應(yīng)用于病毒感染、骨髓移植、免疫重建及自身免疫疾病、腫瘤等多領(lǐng)域的治療研究中。IL-7在恢復(fù)病毒感染后免疫重建、自身免疫疾病、腫瘤的基礎(chǔ)及臨床研究方面顯示了良好的應(yīng)用前景，補(bǔ)充IL-7或阻斷IL-7信號(hào)途徑可望成為臨床治療的新靶標(biāo)。