Th2表达的细胞因子.doc

Th2表达的细胞因子(如IL-4、IL-5、IL-9及IL-13)在其免疫应答过程中发挥重要作用。近年来, 人们对IL-9在Th2型免疫应答中作用给与了更多的关注。过去人们一直认为IL-9属于Th2类细胞因子,最近, 在《Nature Immunology》上先后登载了两篇独立鉴定出“Th9”细胞(即分泌IL-9的Th细胞)的文章，可能为已有的Th细胞亚群又添新成员。

1　IL-9的结构
IL-9最初被认为是一种T淋巴细胞生长因子,人IL-9 mRNA全长591 bp,小鼠IL-9 mRNA全长536bp。人和小鼠的IL-9基因结构类似,均含5个外显子,其蛋白质水平有55%的氨基酸同源性。IL-9受体(IL-9R)属共γ链的细胞因子受体家族,由一条特异性的α链(IL-9Rα)和一条γ链组成[1]。IL-9与其受体结合后,可激发JAK1、JAK3相互磷酸化,进而促使STAT磷酸化,形成STAT1-STAT3异源二聚体、STAT1同源二聚体和STAT5同源二聚体并进入细胞核内,启动一系列相关基因转录表达,发挥相应的生物学作用[2]。

2　IL-9的细胞来源
2.1　Th2细胞　研究发现,小鼠Th2细胞亚群可分泌高水平的IL-9,IL-9的表达水平与Th2细胞的扩增程度相关。Th2细胞亚群分泌IL-9的水平与IL-4正相关,阻断IL-4后,Th2细胞表达IL-9的水平下降[3]。Chang等[4]报道,体外Th2细胞亚群共表达IL-4和IL-9,但体内实验尚未证实Th2细胞亚群能同时表达IL-4和IL-9。
2.2　Th9细胞　2008年底,Stockinger实验室和Kuchroo实验室同时发现了一群新的效应T细胞亚群Th9,以分泌细胞因子IL-9和IL-10为典型特征[5,6]。Th9细胞分泌IL-9受IL-25的调控,Angkasekwinai发现,小鼠哮喘模型中,IL-25能增强Th9细胞分泌IL-9,反之,阻断IL-25则降低IL-9的表达水平[7]。Wong[8]和Beriou[9]发现,许多细胞因子如IL-1β、IL-6、IL-10、IL-12、IL-21、IFN-α和IFN-β在体外能够促进Th9细胞的分化。Chang等发现,诱导Th9细胞分化的转录因子PU.1能够促进Th9细胞分泌IL-9[4]。此外,研究数据表明,另一转录因子IRF4 (Interferon regulatory factor 4)也会影响Th9细胞分泌IL-9的水平,Staudt等利用siRNA干扰Th9细胞表达IRF4,发现Th9细胞中IL-9的合成减少;ChIP结果显示,IRF4能直接与Th9细胞中IL-9基因的启动子结合,促进IL-9基因的转录[10]。
2.3　Th17细胞　PMA和Ionomycin共刺激后,小鼠源性Th17细胞能分泌细胞因子IL-9[11]。体外培养条件下产生的小鼠Th17细胞能共表达细胞因子IL-9和IL-17[12]。人Th17细胞在体外也分泌IL-9。不过Th17细胞表达IL-9是暂时的,成熟的Th17细胞表达分泌IL-9的能力会逐渐下降。研究数据进一步显示,IL-23能够抑制小鼠体内IL-9的合成,促进已分化的Th17细胞进行再扩增[12]。
2.4　Treg细胞　Treg细胞能否分泌IL-9有相反报道。Lu[13]和Liu报道[14],体外纯化的天然的Foxp3+Treg和诱导性Foxp3+Treg细胞(nTreg和iTreg)以及小鼠同种异体耐受性移植物中的Foxp3+Treg细胞均表达IL-9。但是,Veldhoen[6]和Elyaman[12]却发现,体外培养时,Foxp3+Treg细胞不表达IL-9,健康供者器官中Foxp3+Treg细胞也不表达IL-9。Treg细胞表达IL-9还受到一些药物和化学分子的调控,例如Hill等发现,体外实验中维甲酸能负调Treg细胞表达IL-9[15]。
2.5　肥大细胞　肥大细胞是分泌IL-9的主要细胞类型,已为人们所熟知。它通过自分泌IL-9的方式促进细胞表面的IgE发生交联,启动下游信号,引起肥大细胞脱颗粒并迅速释放组胺和IL-1β等介质, 形成正反馈并进一步促进IL-9的分泌,进而促进免疫应答中肥大细胞的生长和增殖[16]。
2.6　NKT细胞　研究表明na ve小鼠的NKT细胞,在体外IL-2的刺激下能分泌IL-9;分泌IL-9的NKT细胞还能进一步分泌IL-4、IL-5和IL-13[17]。NKT细胞分泌的IL-9能促进气道炎症的发生与发展,小鼠哮喘模型中,CD1d缺陷的NKT细胞表达IL-9的能力降低,致使肺部肥大细胞的募集减少[18]。NKT细胞转化为鼻型NKT淋巴瘤细胞后也会产生IL-9,能够维持细胞的存活与生长。在淋巴瘤组织切片中发现了大量分泌IL-9的NKT淋巴瘤细胞浸润,说明IL-9可能促进疾病的发展[19]。
IL-9的免疫生物学功能现在看来,IL-9的免疫生物学功能有双向性,即它既能促进一些疾病的发生发展,又能抑制一些疾病的发展。目前研究认为,在超敏反应和自身免疫病中,IL-9是一种致病因子;而在寄生虫感染和皮肤移植中,IL-9能促进机体清除病原体以及移植物免疫耐受的形成。

3　目前人们普遍认为,IL-9主要通过肥大细胞发挥效应,最新实验显示,T淋巴细胞和抗原提呈细胞也是IL-9的效应靶细胞。
3.1　肥大细胞　肥大细胞是IL-9的主要效应细胞,现已明确IL-9对肥大细胞的免疫生物学作用具有时效性。IL-9缺陷的小鼠,其体内基础肥大细胞数目正常,但在肠线虫感染和EAE模型中无法招募和扩增肥大细胞[11,20],说明前体肥大细胞的生长不需要IL-9的存在,IL-9只在感染时促进肥大细胞的募集和增殖。鼠中风或肠内感染时,IL-9能够诱导肥大细胞分泌TGF-β,作用于神经元细胞和肠上皮细胞,促进炎症反应[21,22]。需要强调的是,IL-9并不能直接促进肺部及肠道嗜酸性粒细胞的聚集和粘液的分泌,实际上,细胞因子IL-9是通过促进肥大细胞表面IgE的交联,使IL-5和IL-13的分泌增加,进而促进嗜酸性粒细胞的聚集以及粘液的分泌[23]。
3.2　T细胞亚群　Th17细胞能通过自分泌IL-9的方式促进细胞的生长增殖[12];IL-9Rα缺陷小鼠感染EAE后,其病灶部位Th17细胞减少[11];实验证明,IL-9虽不能促进Treg细胞生长和增殖,却能在体外增强Foxp3+nTreg细胞对CD4+效应T细胞的免疫抑制作用[12]。
3.3　抗原提呈细胞　Pilette等发现,专职APC是IL-9的效应细胞,IL-9能够促进脂多糖诱导激活的巨噬细胞和单核细胞分泌TGF-β,抑制巨噬细胞和单核细胞的突发性氧化作用,降低TNF-α的表达。Wu等[24]发现,IL-9能抑制APC诱导的Th1型免疫应答,经结核分枝杆菌提取物处理的外周血单个核细胞加入IL-9后,IL-12和IFN-γ的表达下降;加入IL-9的封闭抗体,IL-12的表达增加

4.1　超敏反应　以前人们一直认为肺部超敏反应由Th2细胞主导。最新实验证明,肺部超敏反应并非仅由Th2细胞介导,Th9细胞和NKT细胞也参与了此类疾病的发生发展。Th9细胞源性的IL-9能够促进肥大细胞的增殖并释放IL-13,IL-13能够进一步促进肺部粘液的分泌并引起气道高反应性;PU.1缺陷或PU.1和IL-25均缺限的小鼠气道炎症减轻[4,7]。NKT细胞源性的IL-9能够介导肥大细胞进入肺部病灶。食物过敏时,Th2或Th9分泌的IL-9也会引起肥大细胞的增殖,并间接增强肠道的炎性浸润[25]。
4.2　自身免疫性疾病　小鼠EAE模型(实验性自身免疫性脑脊髓炎模型)中,Th9和Th17细胞均能分泌IL-9。特异性阻断IL-9后,疾病进展减慢[11,26]。虽然Elyaman称,IL-9能够抑制小鼠的炎症反应,但大多数免疫学家的实验表明,在EAE及其它自身免疫病中,IL-9具有促炎作用。例如,过继转移抗原诱导的Th9细胞能够促进EAE的炎症反应[27];小鼠口服免疫耐受剂后,IL-9的水平降低,EAE的炎症得到缓解[28];此外,Ⅰ型糖尿病患者血液中IL-9+Th17细胞的数量增加[9]。
4.3　寄生虫感染　肠道寄生虫感染时,IL-9促进肥大细胞释放趋化因子和炎性介质,募集嗜酸性粒细胞,促进腺体细胞分泌粘液,加剧肠道浸润,增强平滑肌的收缩,促进肠道寄生虫的排出[29]。鼠鞭虫感染时,细胞因子IL-9促进寄生虫排出肠腔,并有利于在局部组织形成肉芽肿包裹虫卵。肺部寄生虫(如曼森血吸虫)感染时,IL-9缺陷小鼠肺部粘液的分泌量以及肥大细胞的募集会显著减少,而肉芽肿的形成不受影响[20]。
4.4　皮肤移植耐受　皮肤移植时,IL-9能够加强移植物中Foxp3+Treg细胞的免疫抑制作用,抑制宿主对移植皮肤的进行性免疫应答反应。Foxp+Treg细胞是分泌IL-9的主要细胞类型。IL-9通过肥大细胞的募集和脱颗粒来介导移植耐受[30]。

　IL 29的生物学功能
IL29可作用于不同的炎症细胞和组织细胞, 产生不同的生物学效应。IL29既是一种T细胞生长因子, 又可直接作用于B细胞(可能为B1亚群) , 在Ig合成的调控中发挥重要的作用; 它可通过抑制嗜酸性粒细胞的凋亡和促进IL25介导的嗜酸性粒细胞前体的成熟来增加组织中的嗜酸性粒细胞[ 10 ] ;另外, IL29能增加肥大细胞表面FcεR Iα的表达和产生炎症介质的量, 使得肥大细胞对变应原作出反应[ 11 ] ; 除此之外, IL29还可诱导哮喘病人的中性粒细胞产生和释放IL28[ 12 ] , 参与中性粒细胞引起的炎症反应。对于组织细胞而言, IL29刺激上皮细胞而导致嗜酸性粒细胞和T淋巴细胞的浸润[ 13 ] , 诱导上皮细胞表达产生粘蛋白, 在炎症的发生中有一定的作用[ 14 ] ; 同时, IL29还可作用于平滑肌细胞, 通过促进嗜酸性粒细胞趋化因子的释放来增加平滑肌细胞招募嗜酸性粒细胞的数量, 通过促进IL28的释放来招募更多的中性粒细胞, 从而在炎症的发生发展中起了重要的作用[ 15 ]。

IL 29与疾病的关系
(1) 寄生虫感染: IL29在对抗寄生虫感染中起着重要的作用。有研究指出, IL29可增强机体对抗鼠鞭虫感染的抵抗力。在这项研究中, IL29 在免疫应答初期就表达产生, IL29的增高使得肠内肥大细胞增生, IgE、IgG1 量的升高, 并促进鞭虫从肠内排除。另外, 大量研究结果显示, 对于不同种类的肠道线虫的感染, IL29的重要性及其贡献程度是不一样的。但目前对于IL29具体的作用机制尚不十分清楚, 仍需进一步探讨。(2) 哮喘: 大量研究表明, IL29和支气管哮喘有关[ 6 ] 。在哮喘病人体内, IL29作用于炎症细胞和组织细胞, 使淋巴细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞的量增多, 提高了IgE的分泌量, 增强了肥大细胞对变应原的反应, 诱导粘蛋白的表达,并促进炎症细胞分泌一些细胞因子参与炎症反应。随着研究的进一步发展, 还认为IL29在AHR和哮喘表型中起了重要的作用, 甚至认为IL29可作为哮喘活动期的标志。鉴于IL29在变应性炎症中的作用, 通过阻断IL29可能会成为治疗变应性疾病的一种途径。

4　CD4+ Th细胞新亚群: Th9细胞最新研究发现, IL29主要是由一群新的CD4 + Th细胞所分泌的, 由于此群细胞不同于Th1、Th2、Th17和Treg细胞,有学者称之为Th9细胞[ 3 ] (图1) 。下面就该群细胞的诱导分化及免疫调节效应进行阐述。

4. 1　Th9细胞的诱导产生和分化　Th9 细胞是一种新型的CD4 +效应T细胞, 那么如何诱导其产生和分化呢? 据研究发现, Th9细胞可由IL24联合TGFβ刺激CD4 +初始T细胞而产生, 也可由TGFβ作用于Th2 细胞, 由Th2 转分化而来[ 3 ] 。研究者发现, 加入抗CD3、抗CD28 mAb后, CD4 +初始T细胞在IL24和TGFβ存在的条件下, 可“优先”出现一群产IL29的T细胞, 若在此诱导条件下再加入IL29, 可使IL29mRNA的表达量进一步升高, 这表明了IL29自分泌正反馈机制的存在。进一步研究发现, 将CD4 + 初始T细胞分别置于Th1、Th2、Th17或iTreg细胞的诱导条件下培养, 并没有IL29的产生, 而在Th9细胞诱导条件下(即IL24 + TGFβ) , IL29的产生明显上升, 尽管有一小部分细胞表达FoxP3、IL24 或IL217,但是没有IL29 和这些标志的双阳性细胞。另外, 这群分泌IL29的细胞群体不表达已知的T细胞亚群分化发育所需的转录因子, 包括T2bet、GATA23、Foxp3以及RORγt。这些研究结果均说明了这群产IL29的T细胞是不同于其他Th细胞亚群的, 可能为一群新的Th细胞亚群。为了证明这群分泌IL29的Th细胞的产生依赖TGFβ和IL24, 研究者采用分离自缺失TGFβRⅡ小鼠(“CD4dn TGFβRⅡ”小鼠)和STAT6 - / - 小鼠的CD4 +初始T细胞, 分别在IL24联合TGFβ的诱导条件下培养, 均不能产生IL29, 这就进一步说明了这群分泌IL29的Th细胞的产生依赖TGFβ和IL24。这是由于CD4dn TGFβRⅡ小鼠和STAT6 - / - 小鼠分别失去了对TGFβ和IL24的反应性。尽管上述这些资料显示可能存在着这样一群Th9 细胞亚群, 但是至今仍未鉴定出能够促进CD4 +初始T细胞分化为这一亚群的特有的转录因子。所以这种想法目前还只是一种推测。除了上述这种观点, 研究者进一步研究发现TGFβ可使Th2细胞转分化为Th9细胞。他们将携带IL242GFP报告基因小鼠的CD4 +初始T细胞在Th2诱导条件下培养, 根据IL24和GATA23 分选出Th2 后, 发现这些Th2 表达IL25, IL210,IL213, 但不表达IL29。再将这些Th细胞分别于Th1诱导条件( IL212) 、Th2诱导条件( IL24 +抗TGFβ)和Th9诱导条件下( TGFβ)培养后发现, Th2在Th1诱导条件下并未转化为Th1,这群细胞仍表达IL24和GATA23, 几乎没有T2bet。而Th2在TGFβ培养条件下, Th2 的细胞因子( IL24, IL25, IL213 ) 和GATA23的表达缺失, 取而代之的是IL29的表达上升。从而说明了TGFβ可使Th2 细胞转分化为Th9 细胞。而唯一和Th2有关的细胞因子且继续表达的是IL210, 但IL210不是Th2所特有的, 在特定的条件下, Th1和Th17细胞亦可表达[ 16 ] 。IL210被认为可以促进IL29的产生, 但是封闭IL210R并未对IL29的表达产生负面的影响。一般认为GATA23 参与IL210的转录调节, 但在Th9细胞中并未测及GATA23, 所以不管Th9细胞是从初始T细胞分化而来, 还是从Th2转分化而来,我们并不清楚是否在其中某一阶段需要GATA23的参与[ 3 ] 。而有人认为, Th9细胞虽然产生IL210, 但未见GATA23, 可能是由于TGF2β的存在抵抗了GATA23的产生[ 4 ]。
4. 2　Th9细胞的免疫调节效应　目前研究表明, Th9细胞可能在抗寄生虫免疫和过敏性疾病中起着重要的作用。其发挥免疫调节作用的主要效应因子是IL29。在对抗肠道寄生虫的免疫中, Th9细胞通过分泌IL29, 使得肠内肥大细胞增殖,IgE、IgG1 量的升高, 刺激肠道肌肉的收缩, 从而促进蠕虫从肠内排除。而对于过敏性疾病, 尤其是过敏性哮喘, 由Th9细胞分泌的大量的IL29作用于不同的炎症细胞, 如淋巴细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、中性粒细胞, 使得炎症细胞的数量上升并分泌一些炎症介质, 促进炎症的发生。IL29除了作用于炎症细胞外, 还可以作用于组织细胞, 如平滑肌细胞和气道上皮细胞, 从而分泌促炎因子并出现大量的杯状细胞,分泌大量的黏液, 在气道高反应性的发生发展中起了一定的作用。Th9细胞除了IL29这个效应因子外, 还分泌IL210。鉴于认为IL210是一种有效的抗炎因子, 并能够抑制Th1、Th2、Th17介导的免疫应答[ 17 ] , 研究者对这群TGF2β和IL24诱导产生的IL29 + IL210 + T的功能进行检测。通过将IL29 + IL210 +T细胞转入RAG21缺乏的小鼠体内, 发现可诱导肠炎的发生;若将这群细胞和CD45RBhiCD4 +的效应T细胞一起转入小鼠体内, 不仅不能阻止疾病的发展, 反而会诱导产生外周神经炎, 这是单单仅有CD45RBhiCD4 +的效应T细胞所不能诱导产生的。这就说明了IL29 + IL210 + T细胞不但没有抑制炎症发生的作用, 反而能够促进组织炎症的发展, 至于是IL29或IL210, 还是两者均参与诱导组织炎症尚不清楚。但是在促炎作用中, IL29绝对是关键。同时在其他效应T细胞表面发现了IL29R, IL29可作用于效应性T细胞, 作为其他效应T细胞的生长和分化因子, 从而导致更严重的组织炎症。而对于以前认为的产IL210的T细胞是抑制功能的T细胞的说法应该重新加以认识, 是促炎还是抑制T细胞应答取决于T细胞产生IL210时的具体环境和背景[ 4 ]。