TH17细胞抗炎命运的诱导及其功能

作者：郑山北京积水潭医院

TH17细胞是环境免疫适应的例证：它们可以获得致病性和抗炎性的命运。然而，目前还不清楚抗炎症的命运是否只是一种退化特征，或者它是否有助于保持宿主组织的完整性。这里我们表明，TH17细胞获得抗炎命运的能力是维持免疫耐受所必需的，但它削弱了对金黄色葡萄球菌的免疫保护。此外，我们发现通过Smad3/Smad4的TGF-β信号传导足以在TH17细胞中表达抗炎细胞因子IL-10。因此，我们的数据表明了TH17细胞可塑性在维持免疫稳态中的关键作用，并剖析了解释TH17细胞在环境变化方面的功能灵活性的分子机制。
功能失调的免疫适应的后果很明显：免疫细胞要么无法对致命感染产生保护性反应，要么对非有害抗原反应过度，从而诱发不同的免疫介导的炎症性疾病（IMIDs）。因此，揭示这种免疫适应现象背后的分子机制具有根本性和临床意义。
TH17细胞是CD4+T细胞的一个亚群，是免疫适应的例证。一方面，TH17细胞可以具有完全的效应器功能，保护宿主免受病原体的侵害，并具有发展IMIDs的相关风险。另一方面，TH17细胞也可以获得抗炎命运，其特征是分泌抗炎细胞因子IL-106，。然而，TH17抗炎症命运的相关性及其损害的后果尚未得到充分探讨。TH17细胞在肠道中丰富，但它们是否通过获得抗炎命运，通过阻断病理反应的发展并保持组织完整性，从而促进肠道免疫稳态，仍有待检验。此外，这种抗炎命运是否对TH17介导的病原体免疫产生负面影响也是未知的。
最后，这种细胞适应背后的确切分子机制仍有待澄清。尽管CD4+T细胞分化为TH17细胞的关键分子途径已被广泛研究，但促进成熟TH17细胞抗炎命运的机制研究刚刚开始。在体外筛选的基础上，我们提出TGF-β控制CD4+T细胞体外分化为TH17细胞期间IL-10的表达。然而，TGF-β是否也在体内和已经成熟的TH17细胞上发挥关键作用，以及通过何种分子信号传导，仍有待研究。
已知在CD4+T细胞上TGF-β与TGFBR1/R2结合后，TGFBR2反式磷酸化TGFBR1，TGFBR1通过磷酸化Smad2和Smad3传播信号。一旦Smad2和Smad3与共同的介体Smad4形成异聚体复合物，它们就会转移到细胞核以反式激活几个基因。已经表明，虽然Smad2促进RORγt活性（即TH17细胞分化的关键转录因子），但Smad3会削弱其。此外，Smad4和SKI蛋白结合在一起并抑制Rorγt启动子，因此当从CD4+t细胞中删除Smad4基因时，IL-6可以诱导TH17细胞而不含TGF-β2。有趣的是，在胚胎干细胞中，如果没有TIF1-γ20，Smad2和Smad3复合物就不能进入靶基因。因此，TIF1-γ被认为是Smad4的替代途径。事实上，Smad2/Smad3-TIF1-γ复合物控制造血干/祖细胞对TGF-β的分化，而Smad2/3-Smad4复合物调节这些细胞的。最近的数据表明，CD4+T细胞中Tif1g的缺失降低了IL-17A的表达，并增加了IL-10，而细胞正在分化为TH17细胞。值得注意的是，后一项研究要么在体外进行，要么在CD4+T细胞分化为TH17细胞过程中探讨TIF1-γ的作用，而不是在体内或在成熟的TH17细胞上进行。因此，TGF-β在成熟TH17细胞中的作用以及TGF-β信号途径尚不清楚。
在这项研究中，我们发现TH17细胞的抗炎命运有助于维持肠道免疫稳态。此外，我们的数据表明，TH17细胞的抗炎命运削弱了对金黄色葡萄球菌的有效免疫反应，但对控制肠道炎症的解决至关重要。此外，我们发现所有这些都是由TGF-β通过Smad3和Smad4信号传导而非TIF1-γ调控的。最后，我们将这些发现的一部分扩展到了人类生物学。总之，这些观察拓宽了我们对TH17细胞的晚期命运决定是如何被控制的以及TH17可塑性背后的生理意义的理解。
我们之前表明，一些TH17细胞可以表达IL-10（IL-10+TH17），并最终完全转化为真正的TR1细胞（TR1exTH17）：TH17细胞的抗炎命运。值得注意的是，这些TR1exTH17细胞的身份先前已在转录和功能水平上显示。然而，这些不同细胞状态（即IL-10+TH17和TR1exTH17细胞）的空间分布仍有待确定。我们使用Fate+（Il17aCre/Kattushka、Rosa26 STOPFlox/Flox YFP（R26YFP）、Il10eGFP、Foxp3RFP）小鼠，并评估了淋巴组织和肠组织中TH17（Foxp3RFP−IL-17A-Katushka+IL-10eGFP−R26YFP+）、IL-10+TH17细胞（Foxp3RFP-IL-17A-Catushka+IL-0eGFP+R26YFP+和TR1exTH17细胞的存在。我们观察到，这两种来源于TH17的产生IL-10的细胞群（即IL-10+TH17细胞和TR1exTH17细胞）中的大多数位于派耶斑（PP）和回肠（图1a）。考虑到小肠和PP宿主其他几种类型的抗炎细胞，如Foxp3+Treg和TR1细胞，它们也分泌高水平的IL-1023、24、25，我们想知道TH17细胞的抗炎命运是否对肠道稳态是多余的。为此，我们将Il17aCre小鼠与Il10Flox/Flox和R26YFP小鼠杂交（从此称为Il17aCre-Il10Flox/Flox）（补充图1a）。首先，我们在体内和体外证实了TH17细胞中IL-10缺失的效率（补充图1b–e）。然后我们研究了这些小鼠的肠道稳态是否发生了改变。尽管我们在显微镜下没有观察到任何明显的肠道组织损伤（补充图1f），但与它们的同窝对照小鼠（Il17aCre Il10Wt/Wt）相比，在稳态条件下，Il17aCreIl10Flox小鼠的肠道组织中许多促炎基因（如Il1b、Il17f、Cxcl1、Ifng和Tnfa）升高（图1b）。此外，更详细的细胞分析表明，在稳态条件下，与野生型同窝对照相比，Il17aCre Il10Flox/Flox小鼠的小肠中存在TH17和TH1/TH17细胞的积累。值得注意的是，在Il17aCre Il10Flox/Flox和对照小鼠之间，TH1细胞群的频率和数量相当，这表明TH17细胞衍生的IL-10具有调节肠道中TH17细胞扩张的特定能力。