调节性细胞的免疫调节机制

调节性细胞的免疫调节机制

炎症性肠病（ibd）是一种非明确病因的自身免疫性疾病，包括溃疡性胃炎（iu）和克罗恩病（cd）。其发病机制与免疫、遗传、感染等因素有关。国内外研究发现,调节性T细胞(regulatoryTcell,Treg)在炎症性肠病的免疫调控方面起着重要作用。调节性T细胞是一类不同于T辅助细胞(Thelpercell,Th)1和Th2的具有免疫调节功能的T细胞亚群,最早由Sakaguchi等提出,可诱导宿主上调表达,通过细胞-细胞间直接接触和释放IL-10、TGF-β等细胞因子抑制自身反应性T细胞的增殖活化,下调Th1的功能,维持自身免疫耐受。新近研究提示,T细胞的免疫调节作用是由细胞内信号机制介导的,包括转录因子Foxp3、Janus激酶-信号转导和转录激活子(januskinase-signaltransducerandactivatoroftranscription,JAK-STAT)等的调控,为未来IBD的治疗开辟了新的途径。现就近年来,Treg细胞在炎症性肠病中的研究进展作一简要综述。不同类型细胞的免疫作用Sakaguchi等用单克隆抗体从来自BALB/c、nu/+小鼠淋巴结和脾脏的CD4+细胞悬液中去除CD25+细胞,然后将剩余细胞植入BALB/c无胸腺裸鼠(nu/nu),所有接受了植入的小鼠都明显发生了血清学和组织学可证实的自身免疫性疾病,如甲状腺炎、胃炎、胰腺炎等。而重新输注CD4+CD25+T细胞则可预防这类免疫性疾病的发生。后续研究证实,切除胸腺后的新生小鼠易并发各种器官特异性自身免疫病,并且体内Treg细胞缺失。若输入正常小鼠的CD4+CD25+T细胞则可使肠系膜淋巴结中的T细胞数量和功能恢复正常,阻止免疫性结肠炎的发生。Treg细胞的作用机制目前尚不完全清楚,根据不同的来源、特性以及效应机制,主要分为两类:胸腺来源的天然CD4+CD25-Treg细胞(naturalTregcell,nTreg)存在于外周血及脾脏组织中,约占CD4+T细胞的5%~10%,组成性表达白细胞介素(IL)-2受体的α链(CD25)、CD45RB、细胞毒T淋巴细胞抗原(cytotoxicTlymphocyte-associatedantigene,CTLA)-4、糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体(glucocorticoid-inducibletumornecrosisfactorreceptor,GITR)等。转录因子Foxp3参与CD4+CD25-T细胞的发育分化,是目前为止所发现的最具特异性的天然Treg细胞表面标记物。天然Treg细胞主要以抗原非特异性方式抑制CD4+和CD8+T细胞活性,这种抑制作用既不受组织相容性抗原(majorhistocompatibilityclass,MHC)限制,也不需要细胞因子或抗原呈递细胞(antigen-presentingcell,APC)的介导。诱导的获得性CD4+CD25+Treg细胞(inducedTregcell,iTreg)是由CD4+CD25-T细胞在外周淋巴组织中接触特异性抗原反复刺激诱导产生,主要包括Tr1(Tregulatorytype1)细胞和Th3细胞。Levings等将人类或小鼠的CD4+T细胞放入IL-10的体外培养环境下反复刺激,诱导出一类分泌高水平IL-10、低水平IL-2的T细胞亚群,称为Tr1细胞。Tr1的增生能力较弱,细胞因子的分泌模式相当稳定,可分泌少量转化生长因子(tansforminggrowthfactor,TGF)-β,抑制抗原特异性免疫应答,并通过IL-10下调肠道炎症反应。Weiner报道发现一类主要由TGF-β介导口服耐受的T细胞,称为Th3细胞。Th3区别于Tr1主要是其分泌高水平的TGF-β。进一步研究发现,在IL-10或TGF-β基因敲除小鼠,由于缺乏这种免疫下调作用,可导致自身免疫性结肠炎的发生,推测Tr1和Th3细胞免疫调节功能的障碍参与了IBD的发病。诱导产生的Treg无论在体内还是体外都是细胞因子依赖性的,其中IL-2是关键因子。但Treg细胞自身并不分泌IL-2,而是竞争性结合效应T细胞分泌产生IL-2,引起Treg活化增殖,从而发挥抑制功能。Barthlott等将Treg细胞与效应T细胞在体外共同培育,发现CD4+CD25+Treg可下调效应T细胞IL-2mRNA的作用,高表达的CD25也可与效应T细胞竞争IL-2,使效应细胞无法得到生长信号而不能增殖。CD4+CD25+Treg在干扰效应T细胞CD25上调的同时也使自身CD25的表达上调。若加入抗IL-2抗体可使这种上调作用消失,而增加IL-2则使效应T细胞恢复CD25的表达水平。可见IL-2介导了一个反馈回路:效应T细胞分泌的IL-2维持活化Treg细胞,Treg细胞反过来抑制效应T细胞分泌IL-2。treg细胞免疫抑制作用文献报道,Treg细胞数量减少或功能受损会引发很多自身免疫性疾病,反之则抑制机体对病原体的免疫应答反应。正常肠黏膜组织中,效应T细胞和Treg细胞处于动态平衡状态,以维持肠道内环境的稳定。如果效应T细胞过度增生或免疫原性增强,或者Treg细胞数量减少或功能异常,均可打破两者平衡,导致肠黏膜损伤,从而诱发炎症性肠病的发生。动物实验模型表明,给T细胞缺陷的小鼠注入不含有CD4+CD25+Treg的幼稚T细胞,可诱发其对肠道共生菌群的高反应性,导致严重的自身免疫性结肠炎的发生;输入全T细胞则可抑制这类炎症反应。提示CD4+CD25+Treg细胞过强的免疫抑制效应是病损的主要调节因素,在维持肠道免疫平衡中起着重要作用。CD4+CD25+Treg细胞通过直接接触和细胞因子依赖等方式抑制CD4+和CD8+T细胞的增殖活化。Treg细胞膜表面还可组成性表达抑制性调节分子CTLA-4和GITR,并下调树突状细胞(dendriticcell,DC)的活化,从而达到免疫抑制效应。细胞因子大量研究表明,IBD患者体内促炎细胞因子水平增高,抗炎因子水平下降,两者平衡失调是导致发病的主要原因。CD4+CD25+Treg细胞通过分泌产生抗炎细胞因子IL-10和TGF-β发挥其免疫抑制效应。Melgar等报道,在溃疡性结肠炎患者的肠黏膜组织中,分泌IL-10的细胞数量明显增多,IL-10表达水平增高,从而抑制T淋巴细胞和单核细胞的功能。TGF-β主要参与诱导和维持转录因子Foxp3的表达以及CD4+CD25+Treg的增殖与活化,加强后者的免疫抑制活性。活化后的Treg细胞可与高浓度TGF-β抗体特异性结合,阻断Treg细胞的免疫抑制效应。同时Treg细胞分泌的TGF-β与自身细胞膜受体结合,激活后再借助细胞-细胞间接触从而发挥其免疫抑制效应。关于IL-10和TGF-β在Treg细胞免疫调节中的作用,目前体内外研究结论尚不一致。动物实验模型显示,应用基因工程技术敲除小鼠IL-10或TGF-β基因,可诱发包括肠道在内的多器官炎症,成功建立与人类极为相似的肠道炎症模型;而用IL-10或TGF-β治疗则可明显减轻三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的大鼠结肠炎。体外诸多试验显示,IL-10特异性抗体或TGF-β抗体并不能阻断Treg细胞对效应T细胞的抑制作用。细胞膜分子CD4+CD25+Treg细胞膜表面可组成性表达CTLA-4、GITR等抑制性调节分子,并向细胞内传递抑制信号,阻止免疫细胞的过度活化。Takahashi等将CTLA-4与效应T细胞上的CTLA-4配体CD80或CD86结合,发现前者可将抑制信号逆向传递给效应细胞,从而抑制效应细胞的免疫功能。若给正常小鼠注射抗CTLA-4抗体或抗GITR单克隆抗体,则可阻断Treg细胞对自身免疫性结肠炎的抑制作用,诱发正常小鼠的器官特异性免疫疾病的发生。树突状细胞树突状细胞是一种重要的抗原呈递细胞,可直接识别呈递抗原给活化的效应T细胞(CD8+)诱发特异性免疫应答,避免了MHC分子的限制性。体内小剂量抗原持续刺激可诱导产生CD4+CD25+Treg细胞。肠黏膜组织的树突状细胞通过分泌IL-12、IL-18诱导Th1免疫应答,或者通过分泌IL-10、TGF-β趋向免疫调节途径,以维持自身免疫耐受。Treg细胞还可下调DC上的共刺激分子CD80和CD86的表达水平,继而影响DC功能,从而达到免疫抑制效应。cd4+cd25+treg细胞激活转录因子Foxp3文献报道,调节性T细胞的发育及功能受转录因子Foxp3的调控。Foxp3又称叉状头或翅膀状螺旋转录因子(forkhead/wingedhelixtranscriptionfactor,Foxp3),是新近在scurfy小鼠研究中发现的转录因子,定位于染色体Xp11.23,属于forkhead家族成员,组成性表达于CD4+CD25+T调节细胞,介导后者在胸腺中的发育、表达及功能维持。Foxp3基因包含1个C端的forkhead结构域、1个C2H2锌指结构和1个亮氨酸拉链基序。该基因家族编码的蛋白具有相似的保守结构,均通过forkhead结构域与DNA特定位点结合,参与对目的基因的调控。研究认为,Foxp3通过点突变、mRNA剪切缺陷、亮氨酸拉链区改变等多种形式,诱导机体CD4+CD25+Treg细胞数量下降或功能缺陷,进而导致炎症性肠病的发生发展。Foxp3是调节性T细胞的特异性标志,过度表达可下调免疫反应。逆转录该基因则可转化初始CD4+T细胞成为具有调节功能的Treg细胞,在机体免疫自稳中发挥作用。Foxp3还可通过成熟的树突状细胞参与诱导自体CD4+CD25-T细胞向CD4+CD25+Treg细胞转化。细胞因子TGF-β亦可诱导CD4+CD25+Treg细胞上调表达Foxp3,后者通过下调Smad3(TGF-β信号转导通路中的一个重要信号分子)进而增强TGF-β信号通路,介导免疫抑制效应。Maul等报道,应用流式细胞术和RT-PCR法检测分析IBD患者外周血中CD4+CD25+Treg和Foxp3的表达水平,结果发现,IBD患者体内Treg细胞和Foxp3的表达水平明显低于正常对照组,并且活动期低于缓解期(P<0.05)。国内学者的研究证实了这一观点,认为CD4+CD25+Treg细胞数量的减少或功能异常可能是导致IBD发病的主要因素。转录因子STAT信号转导和转录激活因子(signaltransducerandactivatoroftranscription,STAT)是在研究干扰素(IFN)信号通路时发现的一个胞质转录因子家族,是一类脱氧核糖核酸(DNA)结合蛋白,是JAK-STAT信号转导途径中的重要底物,含有能与磷酸化的酪氨酸结合的Src同源区2(SH2)结构域,通过SH2结构域与酪氨酸磷酸化的细胞因子受体结合,发生磷酸化。磷酸化的STAT单体通过分子间SH2结构域与酪氨酸磷酸化位点相互作用,在细胞质内形成同源或异源二聚体,进入细胞核与特异的DNA序列结合,调节下游靶基因的转录。许多免疫调节因子的基因启动子区含有STAT结合位点。STAT调控的基因主要包括Fcγ受体、诱生型一氧化氮合酶(iNOS)、MHCⅡ和细胞间黏附分子(intercellularadhesionmolecule,ICAM)-1以及一些细胞分子等。目前已在哺乳动物细胞内识别出7个STAT亚型:STAT1~4、STAT5(a/b)和STAT6。目前已知,STAT的激活对许多细胞因子和生长因子受体信号转导通路非常重要,并参与多种自身免疫性疾病的发生发展。现有资料表明,炎症性肠病的发生主要涉及STAT1和STAT3的过度激活。Schreiber等采用Western-blotting和电泳迁移率变动分析法(EMSA)评估内窥镜结肠活检的IBD患者肠黏膜细胞STAT的表达及激活情况,结果显示STAT1的表达和磷酸化明显增高,UC患者尤为显著,STAT1的表达与肠镜观察和组织学病理改变程度呈正相关。若给予糖皮质激素治疗,患者临床症状减轻,STAT1磷酸化水平下降,提示糖皮质激素可能通过抑制体内STAT1磷酸化继而抑制炎性细胞因子的转录,达到抗炎治疗作用。STAT3诱导肠道炎症的发生可能与其增强细胞免疫以及促炎细胞因子的转录有关。文献报道,细胞因子IL-6在IBD与JAK-STAT和NF-κB传导途径中扮演了重要角色。IBD患者肠道上皮细胞和固有层是IL-6的重要来源,IL-6可抑制CD4+T细胞凋亡,并通过激活巨噬细胞和结肠上皮细胞分泌IL-1、TNF-α等炎性因子,继而激活NF-κB。体内外研究证实,IBD中存在IL-6高表达现象,血清中IL-6水平的升高与IBD的病变范围和病变程度呈正相关,活动期病变黏膜IL-6mRNA的表达较非活动期黏膜和正常对照组明显升高,并和炎症分级呈正相关。当IL-6与其受体结合,可激活STAT3信号通路,促使STAT3的磷酸化与活化,诱导结肠炎症的发生。Suzuki进一步报道,IBD患者和葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠结肠炎模型中STAT3的磷酸化程度与IBD症状密切相关。用DSS对IL-6基因缺失小鼠进行溃疡性结肠炎造模,发现肠黏膜固有层和上皮细胞STAT3活化的程度与结肠炎病变程度均显著下降。可见,STAT3的过度激活在结肠炎的持续发展中发挥了重要作用,而JAK抑制剂通过下调STAT3活性在IBD中起负性调节作用。Wurster