白細胞介素21對免疫細胞的調(diào)節(jié)作用

1、白細胞介素?21對免疫細胞的調(diào)節(jié)作用    【關(guān)鍵詞】  白細胞介素 21 免疫調(diào)節(jié) B細胞 NK細胞 T細胞 IL?21在發(fā)揮生物學活性過程當中與IL?2、 IL?4、 IL?7、 IL?9和IL?15等細胞因子受體共用鏈1, 均屬于c（共同鏈）依賴性細胞因子家族成員。近幾年的研究, 對IL?21的生物學活性有了深入的認識, 它可以廣泛調(diào)節(jié)T細胞、 B細胞、 NK細胞和骨髓細胞的功能, 在自身免疫性疾病、 變態(tài)反應性疾病和抗腫瘤免疫中扮演重要角色, 因此具有潛在的臨床研究價值。本文中主要綜述了IL?21對三大免疫細胞T、 B和NK細胞的生物學

2、調(diào)節(jié)作用, 為理解其在疾病過程當中扮演的角色以及為將來用于疾病的生物治療提供指導意義。 1  IL?21及其受體 1.1  IL?21  成熟人IL?21的相對分子質(zhì)量（Mr）是15000, 由131個氨基酸形成四螺旋束狀結(jié)構(gòu)域, 與IL?2、 IL?4和IL?15結(jié)構(gòu)具有同源性。IL?21基因與IL?2和IL?15基因位于相同的染色質(zhì)區(qū)域, 定位于4q26?q27區(qū), 與IL?2基因只相距約180 kb2。IL?21主要來源于活化的CD4+T細胞2。Wurster等3觀察到, 起初在Th1或Th2極化條件下刺激的C57BL/6鼠T輔助細胞前體可微量表達IL?21

3、, 一旦分化為Th2細胞后可穩(wěn)定表達IL?21細胞因子且不受IL?4和IFN?的干擾, 但在Th1細胞中沒有看到IL?21mRNA的轉(zhuǎn)錄, 因此他們認為IL?21是Th2細胞因子的一種。Coquet 等4最近發(fā)現(xiàn)用anti?CD3/CD28聯(lián)合CD1d限制性鞘糖脂抗原（?半乳糖苷神經(jīng)酰胺）刺激的NKT細胞比通常的CD4+T細胞分泌更高的IL?21, 表明NKT細胞可能是潛在分泌IL?21的重要細胞, 通過分泌IL?21介導對B、 T、 NK細胞和自身的免疫調(diào)節(jié)。這與IL?21在免疫反應發(fā)生早期（固有免疫階段）就能發(fā)揮相應生物學調(diào)節(jié)效應的理論推斷相符合。 1.2  IL?21R

4、0; 早期Ozaki等5克隆了一種新的白細胞介素受體（NILR）, 發(fā)現(xiàn)它與IL?2R鏈高度相關(guān), 與IL?4R鏈基因相臨, 位于16號染色體。經(jīng)Parrish?Novak等后來鑒定為IL?21R亞單位, 是一種新的型細胞因子受體, 并發(fā)現(xiàn)它包含4個保守的半胱氨酸殘基, 一段Trp?Ser?X?Trp?Ser基序, 一段IL?2R鏈高度保守的氨基酸序列。人IL?21R是一個由獨有的IL?21R亞單位（IL?21R）和c (common ?chain) 組成的復合體1。其中IL?21R亞單位為配體識別部位, c為信號傳導單位。IL?21R通常廣泛表達于T細胞、 B細胞、 NK細胞和一些骨髓細胞及

5、角化細胞表面1, 2。同IL?2、 IL?4、 IL?7、 IL?9和IL?15相似, IL?21活化JAK家族蛋白酪氨酸激酶JAK?1和JAK?3, 其中JAK?1結(jié)合IL?21R亞單位, JAK?3結(jié)合于共同鏈。與其他c家族細胞因子不同的是, 這兩個激酶主要介導IL?21依賴的STAT1和STAT3的活化, 而不是STAT5A和STAT5B的活化1, 6, 7。最近對IL?21介導增殖的分子機制的研究表明, IL?21R胞質(zhì)區(qū)酪氨酸510（Y510）可以有效的介導STAT1和STAT3磷酸化, 從而介導完整的增殖效應, 但并不引起STAT5的磷酸化。STAT1/STAT3基因雙敲除鼠的CD

6、8+T細胞對IL?21+IL?15刺激的增殖反應明顯減弱。研究還觀察到MAPK和PI3K通路被特異抑制因子阻斷后IL?21介導的增殖即被阻斷, 表明至少有JAK?STAT、 MAPK和PI3K傳導途徑參與了IL?21介導的信號傳導8。    2  IL?21對B細胞的免疫調(diào)節(jié) 2.1  IL?21對B細胞的增殖和凋亡的調(diào)節(jié)  B細胞的增殖和凋亡對維持體內(nèi)B細胞的穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要, IL?21在對B細胞的生長調(diào)節(jié)方面發(fā)揮了不可替代的作用。早期Parrish?Novak 等發(fā)現(xiàn)IL?21聯(lián)合 anti?CD40 mAb可誘導人外周血

7、B細胞的增殖2, 但對anti?CD40 mAb介導的C57BL/6鼠primary B無此作用9; 另一方面又抑制anti?IgM和IL?4誘導的人外周血B細胞2或鼠primary B細胞的增殖9。Hao等觀察到IL?21對B淋巴細胞生物學效應存在多態(tài)性, 表現(xiàn)在IL?21能分別誘導anti?CD40活化的C57BC/6鼠B細胞凋亡和anti?CD40活化的BALB/c鼠B細胞的增殖, 這因不同種系來源的B細胞而異; 其次IL?21對不同活化狀態(tài)的B細胞介導不同的生物學活性。如對于LPS和CpG DNA通過TLRs4和TLRs9受體途徑活化的B細胞, IL?21主要介導其凋亡和生長抑制作用;

8、 經(jīng)anti?CD40或anti?CD40+anti?IgM共同刺激的B細胞, IL?21可介導其增殖10。IL?21雖然能促進anti?CD40或anti?IgM單獨活化的B細胞增殖但作用都很弱10, 11, 甚至介導antiIgM單獨活化的人B細胞凋亡12, 而只有anti?IgM和anti?CD40同時存在時, IL?21才能促進這種類似于通過抗原和T細胞共同活化途徑的B細胞得到最大程度的增殖或分化10, 11。這樣IL?21通過誘導凋亡（主要是通過Bim介導的線粒體途徑而非Fas/FasL或TNF/TNFRs途徑）清除了一批不完全活化的B細胞, 保證了正常活化的B細胞功能狀態(tài), 這對維

9、持體內(nèi)B細胞穩(wěn)態(tài), 預防自身免疫疾病的發(fā)生是很有利的。 2.2  IL?21對B細胞產(chǎn)生抗體的調(diào)節(jié)  IL?21是調(diào)節(jié)Ig產(chǎn)生的重要細胞因子。IL?21R和IL?4R缺陷型鼠有以嚴重的IgG反應缺陷為特征的異丙種球蛋白血癥表型13; IL?21能通過抑制IL?4所介導的C基因轉(zhuǎn)錄抑制IgE的表達而對IgG1表達無影響14; IL?21轉(zhuǎn)基因鼠和含IL?21基因質(zhì)粒注射鼠血清中IgG和IgM水平升高, 脾IgG1+B細胞數(shù)量增加11。IL?21能通過促進脾B細胞中漿細胞分化所需的轉(zhuǎn)錄抑制因子Blimp?1和Bcl?6基因的轉(zhuǎn)錄活性和蛋白表達, 誘導漿細胞的分化形成11; 通過

10、特異誘導1和3轉(zhuǎn)錄, 和S/S switch circule DNA產(chǎn)生機制而引發(fā)免疫球蛋白的類別轉(zhuǎn)換15。IL?21較其他細胞因子（IL?2和IL?10）對誘導B細胞向漿細胞分化更具有潛力, 能特異促進人臍血naive B細胞和CD27+ memory B細胞向漿細胞分化, 分別刺激臍血B細胞產(chǎn)生IgG3和成熟B細胞產(chǎn)生IgG1和IgG3, 以及促使memory B細胞產(chǎn)生各種類型IgG和IgA12。在IL?21誘導漿細胞分化過程當中, 雖然漿細胞分化所需的轉(zhuǎn)錄抑制因子Blimp?1及促類別轉(zhuǎn)換以及體細胞高頻突變的特異因子AID(活化誘導的胞嘧啶脫氨酶)是表達上調(diào)的, 但是IL?21只誘導產(chǎn)

11、生類別轉(zhuǎn)換而不能使體細胞高頻突變發(fā)生, 提示在這里AID的表達不足以引起體細胞高頻突變的發(fā)生12。    3  IL?21對T細胞的免疫調(diào)節(jié) 3.1  IL?21對T細胞增殖的調(diào)節(jié)  早期研究表明IL?21刺激anti?CD3活化的C57BL/6鼠胸腺T細胞及成熟CD8+CD4-T細胞增殖。進一步發(fā)現(xiàn)IL?21對anti?CD3預活化的人primary（CD45RA+）T細胞有促增殖作用而對memory （CD45RO+）T細胞無促增殖作用2。IL?21單獨對T細胞沒有促增殖活性或維持其存活的能力, 但能協(xié)同增強IL?15誘

12、導的memory CD8+T細胞和不依賴抗原的naive CD8+T細胞增殖, 這種協(xié)同作用對CD4+T細胞卻不明顯。IL?21和IL?15可以共刺激CD62LhighCD44low和CD62LlowCD44high的memory CD8+T細胞和naive(CD44low)CD8+T細胞擴增, 并且使它們分泌IFN?的功能增強16。而另一篇文章報道IL?21抑制IL?15介導的CD44highCD8+memory T細胞擴增17, 這種差別可能由于兩個試驗中IL?21用量不同或者T細胞當時所處的活化或分化狀態(tài)不同造成的16。 3.2  IL?21對Th1/Th2反應的調(diào)節(jié) 

13、; Strengell等6發(fā)現(xiàn)IL?21可以迅速誘導人primary T細胞和primary NK細胞中固有免疫反應和Th1免疫反應相關(guān)基因IFN?、 T?bet、 IL?2R、 IL?12R2、 IL?18R及MyD88(骨髓細胞分化因子88, 一種與IL?18和Toll樣受體信號傳導有關(guān)的接頭蛋白)的表達; 能通過活化STAT3結(jié)合到MyD88 GAS(IFN?活化序列)和SIE(c?sis誘導元件, 能與活化的STAT3結(jié)合), 和增強IL?12誘導的STAT4 DNA結(jié)合到IL?2R GAS而促進IFN?的基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達。IL?21聯(lián)合IL?15或IL?18對誘導IFN?的表達作用

14、更強。從這些試驗中可以看到IL?21在直接誘導早期primary T 細胞向Th1繼發(fā)性免疫反應過渡的關(guān)鍵作用7。但是,  Wurster等3觀察到IL?21通過抑制STAT4的表達和活化機制來抑制鼠Th前體細胞以及向Th1分化的細胞表達IFN?, 而不影響已經(jīng)分化的Th1細胞分泌IFN?, 對其他Th1相關(guān)的細胞因子表達和分泌也沒有影響。在以Th1反應為主的遲發(fā)型超敏反應（DTH）模型中, IL?21R缺陷鼠這種DTH比野生鼠增強2倍, 體內(nèi)外試驗都證明IL?21可以通過抑制IFN?的產(chǎn)生來限制Th1細胞反應。從這種實驗間的差別至少可以看到, IL?21并不能引起T細胞發(fā)生像在IL

15、?4或IL?12環(huán)境下的明顯極化狀態(tài)。 4  IL?21對NK細胞的免疫調(diào)節(jié) 4.1  IL?21對NK細胞增殖的調(diào)節(jié)  Parrish?Novak等報道IL?21可以增強人骨髓前體細胞產(chǎn)生NK細胞2。為進一步確定IL?21對NK細胞產(chǎn)生的影響, Kasaian等17對IL21-/-鼠和野生型鼠脾組織中成熟NK細胞（NK1.1+/CD3-）數(shù)量比較發(fā)現(xiàn)兩組鼠成熟NK細胞百分比無統(tǒng)計學意義, 同時觀察到IL?21R-/-鼠NK細胞完全能夠?qū)olyI: C(體內(nèi)試驗)和IL?15（體外實驗）的刺激產(chǎn)生反應, 并被誘導具有溶細胞活性, 與同型野生型鼠比較無明顯的不同,

16、 這說明IL?21R-/-鼠能產(chǎn)生具有正常功能的內(nèi)源性成熟NK細胞?？梢奍L?21對早期NK細胞的產(chǎn)生不是必需的細胞因子。在增殖實驗中, 發(fā)現(xiàn)IL?21和IL?15體外共同培養(yǎng)NK細胞,  其NK細胞增殖明顯被抑制, IL?15劑量的改變不能消除IL?21對NK增殖活性的抑制。Brady等18從RAG1-/-鼠骨髓和脾中分離純化DX5+細胞, 發(fā)現(xiàn)IL?21能明顯抑制IL?15或IL?2對NK細胞的促增殖作用。增殖試驗表明IL?21單獨不能使NK細胞增殖或存活, 而能增加NK細胞凋亡率。轉(zhuǎn)Vac?BCL2基因的NK細胞能抵制IL?21誘導的24 h48 h細胞的死亡, 表明IL?21

17、誘導NK凋亡是通過經(jīng)典的凋亡途徑發(fā)生的。    4.2  IL?21對NK細胞殺傷功能的調(diào)節(jié)  IL?21對NK細胞功能成熟和細胞毒活性的研究主要是從它對NK細胞表面功能性受體的改變和NK細胞分泌效應因子的能力方面來觀察的。Kasaian等17發(fā)現(xiàn)IL?21單獨不能活化resting NK使之具有溶解靶細胞YAC?1的能力, 而能誘導polyI: C體內(nèi)預先活化和IL?15體外預先活化的脾NK細胞使其具有較強的細胞毒活性。IL?21能誘導IL?2活化的鼠骨髓和脾來源的DX5+NK細胞功能成熟, 雖使表面活化性受體NK1.1表達下調(diào),

18、但可上調(diào)CD94?NKG2A/C/E、 KLRG1和CD154的表達, 并高表達IL?10和IFN?, 導致活化的NK胞質(zhì)顆粒度增加、 細胞體積增大和穿孔素表達增強而發(fā)揮抗腫瘤微轉(zhuǎn)移灶形成作用, 以及通過活化NK細胞NKG2D受體而具有殺傷敏感腫瘤細胞株的細胞毒作用18。Takaki等19發(fā)現(xiàn)IL?21可以通過增強鼠NK細胞的殺傷活性對NKG2D配體陽性的腫瘤細胞有抑制作用, 而對NKG2D配體缺陷的腫瘤細胞或用抗NKG2D抗體阻斷后NK細胞介導的腫瘤殺傷作用消失。但是Burgess等20發(fā)現(xiàn)IL?21通過負調(diào)節(jié)接頭分子DAP10的基因表達而下調(diào)人primary NK和CD8+T細胞表面NKG

19、2D/DAP10的表達, 從而抑制primary NK細胞通過NKG2D介導的細胞毒作用。他們認為這可能是由于種系差別造成的, 因為IL?21使鼠細胞DAP10下調(diào)的同時DAP12可以替代作為NKG2D的接頭分子而維持NKG2D的表達, 而人細胞DAP12卻不能與NKG2D結(jié)合。同時發(fā)現(xiàn)一些活化性受體如NKp30、 NKp46和2B4是表達上調(diào)的, 也就是說IL?21可能對NKG2D配體陽性的腫瘤達不到預期治療效果, 而對自身免疫性疾病的治療有一定作用。    總體看來IL?21能夠誘導產(chǎn)生較高水平的效應NK細胞（高分泌IFN?、 較高的細胞毒活性）, 同時伴有凋

20、亡的發(fā)生, 維持NK細胞的動態(tài)平衡。這種對NK細胞增殖的限制, 以及對抗原特異性T細胞活化的增強,  似乎可以說明IL?21是連接固有免疫向適應性免疫過渡的中間因子。 5  結(jié)語    綜上可見IL?21對免疫細胞具有廣泛的調(diào)節(jié)作用, 主要對它們的增殖分化和功能成熟產(chǎn)生刺激信號。但IL?21對免疫細胞的調(diào)節(jié)多數(shù)是在其他細胞因子或共刺激信號的參與下完成的, 這充分體現(xiàn)了細胞因子網(wǎng)絡性特點。炎癥部位活化的CD4+T細胞分泌IL?21的同時應該分泌其他的細胞因子, 這就為IL?21與其他的細胞因子或抗原協(xié)同作用提供了很好的活化微環(huán)境。這樣IL?21通

21、過對不同狀態(tài)下免疫細胞的活化或凋亡清除的網(wǎng)絡性調(diào)節(jié)而維持免疫細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài), 對預防自身免疫性疾病、 腫瘤形成和抗感染都發(fā)揮關(guān)鍵性作用, 預示著IL?21是一個有潛力的用于免疫治療的細胞因子, 值得進一步研究和開發(fā)。然而正是因為IL?21有復雜的生物學效應, 在對患者的治療過程中不免會產(chǎn)生相應的副作用, 其在臨床應用會受到一定程度的限制, 因此應用IL?21臨床治療需要對不同的患者采用不同的用藥方案, 其具體應用有待于進一步探索。    【參考文獻】  1 Habib T, Senadheera S, Weinberg K, et al. Th

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