白细胞介素21对免疫细胞的调节作用

【关键词】 白细胞介素 21 免疫调节 B细胞 NK细胞 T细胞

　　IL21在发挥生物学活性过程中与IL2、 IL4、 IL7、 IL9和IL15等细胞因子受体共用γ链[1]， 均属于γc（共同γ链）依赖性细胞因子家族成员。近几年的研究， 对IL21的生物学活性有了深入的认识， 它可以广泛调节T细胞、 B细胞、 NK细胞和骨髓细胞的功能， 在自身免疫性疾病、 变态反应性疾病和抗肿瘤免疫中扮演重要角色， 因此具有潜在的临床研究价值。本文中主要综述了IL21对三大免疫细胞T、 B和NK细胞的生物学调节作用， 为理解其在疾病过程中扮演的角色以及为将来用于疾病的生物治疗提供指导意义。

　　1 IL21及其受体

　　1.1 IL21 成熟人IL21的相对分子质量（Mr）是15000， 由131个氨基酸形成四螺旋束状结构域， 与IL2、 IL4和IL15结构具有同源性。IL21基因与IL2和IL15基因位于相同的染色质区域， 定位于4q26q27区， 与IL2基因只相距约180 kb[2]。IL21主要来源于活化的CD4+T细胞[2]。Wurster等[3]观察到， 起初在Th1或Th3极化条件下刺激的C57BL/6鼠T辅助细胞前体可微量表达IL21， 一旦分化为Th3细胞后可稳定表达IL21细胞因子且不受IL4和IFNγ的干扰， 但在Th1细胞中没有看到IL21mRNA的转录， 因此他们认为IL21是Th3细胞因子的一种。Coquet 等[4]最近发现用antiCD3/CD28联合CD1d限制性鞘糖脂抗原（α半乳糖苷神经酰胺）刺激的NKT细胞比通常的CD4+T细胞分泌更高的IL21， 表明NKT细胞可能是潜在分泌IL21的重要细胞， 通过分泌IL21介导对B、 T、 NK细胞和自身的免疫调节。这与IL21在免疫反应发生早期（固有免疫阶段）就能发挥相应生物学调节效应的理论推断相符合。

　　1.2 IL21R 早期Ozaki等[5]克隆了一种新的白细胞介素受体（NILR）， 发现它与IL2Rβ链高度相关， 与IL4Rα链基因相临， 位于16号染色体。经ParrishNovak等后来鉴定为IL21R亚单位， 是一种新的Ⅰ型细胞因子受体， 并发现它包含4个保守的半胱氨酸残基， 一段TrpSerXTrpSer基序， 一段IL2Rβ链高度保守的氨基酸序列。人IL21R是一个由独有的IL21R亚单位（IL21Rα）和γc (common γchain) 组成的复合体[1]。其中IL21R亚单位为配体识别部位， γc为信号传导单位。IL21R通常广泛表达于T细胞、 B细胞、 NK细胞和一些骨髓细胞及角化细胞表面[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结合IL21R亚单位， JAK3结合于共同γ链。与其他γc家族细胞因子不同的是， 这两个激酶主要介导IL21依赖的STAT1和STAT3的活化， 而不是STAT5A和STAT5B的活化[1， 6， 7]。最近对IL21介导增殖的分子机制的研究表明， IL21R胞质区酪氨酸510（Y510）可以有效的介导STAT1和STAT3磷酸化， 从而介导完整的增殖效应， 但并不引起STAT5的磷酸化。STAT1/STAT3基因双敲除鼠的CD8+T细胞对IL21+IL15刺激的增殖反应明显减弱。研究还观察到MAPK和PI3K通路被特异抑制因子阻断后IL21介导的增殖即被阻断， 表明至少有JAKSTAT、 MAPK和PI3K传导途径参与了IL21介导的信号传导[8]。

　　2 IL21对B细胞的免疫调节

　　2.1 IL21对B细胞的增殖和凋亡的调节 B细胞的增殖和凋亡对维持体内B细胞的稳态至关重要， IL21在对B细胞的生长调节方面发挥了不可替代的作用。早期ParrishNovak 等发现IL21联合 antiCD40 mAb可诱导人外周血B细胞的增殖[2]， 但对antiCD40 mAb介导的C57BL/6鼠primary B无此作用[9]; 另一方面又抑制antiIgM和IL4诱导的人外周血B细胞[2]或鼠primary B细胞的增殖[9]。Hao等观察到IL21对B淋巴细胞生物学效应存在多态性， 表现在IL21能分别诱导antiCD40活化的C57BC/6鼠B细胞凋亡和antiCD40活化的BALB/c鼠B细胞的增殖， 这因不同种系来源的B细胞而异; 其次IL21对不同活化状态的B细胞介导不同的生物学活性。如对于LPS和CpG DNA通过TLRs4和TLRs9受体途径活化的B细胞， IL21主要介导其凋亡和生长抑制作用; 经antiCD40或antiCD40+antiIgM共同刺激的B细胞， IL21可介导其增殖[10]。IL21虽然能促进antiCD40或antiIgM单独活化的B细胞增殖但作用都很弱[10， 11]， 甚至介导anti　　IgM单独活化的人B细胞凋亡[12]， 而只有antiIgM和antiCD40同时存在时， IL21才能促进这种类似于通过抗原和T细胞共同活化途径的B细胞得到最大程度的增殖或分化[10， 11]。这样IL21通过诱导凋亡（主要是通过Bim介导的线粒体途径而非Fas/FasL或TNF/TNFRs途径）清除了一批不完全活化的B细胞， 保证了正常活化的B细胞功能状态， 这对维持体内B细胞稳态， 预防自身免疫疾病的发生是很有利的。

　　2.2 IL21对B细胞产生抗体的调节 IL21是调节Ig产生的重要细胞因子。IL21R和IL4R缺陷型鼠有以严重的IgG反应缺陷为特征的异丙种球蛋白血症表型[13]; IL21能通过抑制IL4所介导的Cε基因转录抑制IgE的表达而对IgG1表达无影响[14]; IL21转基因鼠和含IL21基因质粒注射鼠血清中IgG和IgM水平升高， 脾IgG1+B细胞数量增加[11]。IL21能通过促进脾B细胞中浆细胞分化所需的转录抑制因子Blimp1和Bcl6基因的转录活性和蛋白表达， 诱导浆细胞的分化形成[11]; 通过特异诱导γ1和γ3转录， 和Sγ/Sμ switch circule DNA产生机制而引发免疫球蛋白的类别转换[15]。IL21较其他细胞因子（IL2和IL10）对诱导B细胞向浆细胞分化更具有潜力， 能特异促进人脐血naive B细胞和CD27+ memory B细胞向浆细胞分化， 分别刺激脐血B细胞产生IgG3和成熟B细胞产生IgG1和IgG3， 以及促使memory B细胞产生各种类型IgG和IgA[12]。在IL21诱导浆细胞分化过程中， 虽然浆细胞分化所需的转录抑制因子Blimp1及促类别转换以及体细胞高频突变的特异因子AID(活化诱导的胞嘧啶脱氨酶)是表达上调的， 但是IL21只诱导产生类别转换而不能使体细胞高频突变发生， 提示在这里AID的表达不足以引起体细胞高频突变的发生[12]。

　　3 IL21对T细胞的免疫调节

　　3.1 IL21对T细胞增殖的调节 早期研究表明IL21刺激antiCD3活化的C57BL/6鼠胸腺T细胞及成熟CD8+CD4-T细胞增殖。进一步发现IL21对antiCD3预活化的人primary（CD45RA+）T细胞有促增殖作用而对memory （CD45RO+）T细胞无促增殖作用[2]。IL21单独对T细胞没有促增殖活性或维持其存活的能力， 但能协同增强IL15诱导的memory CD8+T细胞和不依赖抗原的naive CD8+T细胞增殖， 这种协同作用对CD4+T细胞却不明显。IL21和IL15可以共刺激CD62LhighCD44low和CD62LlowCD44high的memory CD8+T细胞和naive(CD44low)CD8+T细胞扩增， 并且使它们分泌IFNγ的功能增强[16]。而另一篇文章报道IL21抑制IL15介导的CD44highCD8+memory T细胞扩增[17]， 这种差别可能由于两个试验中IL21用量不同或者T细胞当时所处的活化或分化状态不同造成的[16]。

　　3.2 IL21对Th1/Th3反应的调节 Strengell等[6]发现IL21可以迅速诱导人primary T细胞和primary NK细胞中固有免疫反应和Th1免疫反应相关基因IFNγ、 Tbet、 IL2Rα、 IL12Rβ2、 IL18R及MyD88(骨髓细胞分化因子88， 一种与IL18和Toll样受体信号传导有关的接头蛋白)的表达; 能通过活化STAT3结合到MyD88 GAS(IFNγ活化序列)和SIE(csis诱导元件， 能与活化的STAT3结合)， 和增强IL12诱导的STAT4 DNA结合到IL2R GAS而促进IFNγ的基因转录和蛋白表达。IL21联合IL15或IL18对诱导IFNγ的表达作用更强。从这些试验中可以看到IL21在直接诱导早期primary T 细胞向Th1继发性免疫反应过渡的关键作用[7]。但是， Wurster等[3]观察到IL21通过抑制STAT4的表达和活化机制来抑制鼠Th前体细胞以及向Th1分化的细胞表达IFNγ， 而不影响已经分化的Th1细胞分泌IFNγ， 对其他Th1相关的细胞因子表达和分泌也没有影响。在以Th1反应为主的迟发型超敏反应（DTH）模型中， IL21R缺陷鼠这种DTH比野生鼠增强2倍， 体内外试验都证明IL21可以通过抑制IFNγ的产生来限制Th1细胞反应。从这种实验间的差别至少可以看到， IL21并不能引起T细胞发生像在IL4或IL12环境下的明显极化状态。

　　4 IL21对NK细胞的免疫调节

　　4.1 IL21对NK细胞增殖的调节 ParrishNovak等报道IL21可以增强人骨髓前体细胞产生NK细胞[2]。为进一步确定IL21对NK细胞产生的影响， Kasaian等[17]对IL21-/-鼠和野生型鼠脾组织中成熟NK细胞（NK1.1+/CD3-）数量比较发现两组鼠成熟NK细胞百分比无统计学意义， 同时观察到IL21R-/-鼠NK细胞完全能够对polyI: C(体内试验)和IL15（体外实验）的刺激产生反应， 并被诱导具有溶细胞活性， 与同型野生型鼠比较无明显的不同， 这说明IL21R-/-鼠能产生具有正常功能的内源性成熟NK细胞。可见IL21对早期NK细胞的产生不是必需的细胞因子。在增殖实验中， 发现IL21和IL15体外共同培养NK细胞， 其NK细胞增殖明显被抑制， IL15剂量的改变不能消除IL21对NK增殖活性的抑制。Brady等[18]从RAG1-/-鼠骨髓和脾中分离纯化DX5+细胞， 发现IL21能明显抑制IL15或IL2对NK细胞的促增殖作用。增殖试验表明IL21单独不能使NK细胞增殖或存活， 而能增加NK细胞凋亡率。转VacBCL2基因的NK细胞能抵制IL21诱导的24 h～48 h细胞的死亡， 表明IL21诱导NK凋亡是通过经典的凋亡途径发生的。

　　4.2 IL21对NK细胞杀伤功能的调节 IL21对NK细胞功能成熟和细胞毒活性的研究主要是从它对NK细胞表面功能性受体的改变和NK细胞分泌效应因子的能力方面来观察的。Kasaian等[17]发现IL21单独不能活化resting NK使之具有溶解靶细胞YAC1的能力， 而能诱导polyI: C体内预先活化和IL15体外预先活化的脾NK细胞使其具有较强的细胞毒活性。IL21能诱导IL2活化的鼠骨髓和脾来源的DX5+NK细胞功能成熟， 虽使表面活化性受体NK1.1表达下调， 但可上调CD94NKG2A/C/E、 KLRG1和CD154的表达， 并高表达IL10和IFNγ， 导致活化的NK胞质颗粒度增加、 细胞体积增大和穿孔素表达增强而发挥抗肿瘤微转移灶形成作用， 以及通过活化NK细胞NKG2D受体而具有杀伤敏感肿瘤细胞株的细胞毒作用[18]。Takaki等[19]发现IL21可以通过增强鼠NK细胞的杀伤活性对NKG2D配体阳性的肿瘤细胞有抑制作用， 而对NKG2D配体缺陷的肿瘤细胞或用抗NKG2D抗体阻断后NK细胞介导的肿瘤杀伤作用消失。但是Burgess等[20]发现IL21通过负调节接头分子DAP10的基因表达而下调人primary NK和CD8+T细胞表面NKG2D/DAP10的表达， 从而抑制primary NK细胞通过NKG2D介导的细胞毒作用。他们认为这可能是由于种系差别造成的， 因为IL21使鼠细胞DAP10下调的同时DAP12可以替代作为NKG2D的接头分子而维持NKG2D的表达， 而人细胞DAP12却不能与NKG2D结合。同时发现一些活化性受体如NKp30、 NKp46和2B4是表达上调的， 也就是说IL21可能对NKG2D配体阳性的肿瘤达不到预期治疗效果， 而对自身免疫性疾病的治疗有一定作用。
　　
　　总体看来IL21能够诱导产生较高水平的效应NK细胞（高分泌IFNγ、 较高的细胞毒活性）， 同时伴有凋亡的发生， 维持NK细胞的动态平衡。这种对NK细胞增殖的限制， 以及对抗原特异性T细胞活化的增强， 似乎可以说明IL21是连接固有免疫向适应性免疫过渡的中间因子。

　　5 结语
　　
　　综上可见IL21对免疫细胞具有广泛的调节作用， 主要对它们的增殖分化和功能成熟产生刺激信号。但IL21对免疫细胞的调节多数是在其他细胞因子或共刺激信号的参与下完成的， 这充分体现了细胞因子网络性特点。炎症部位活化的CD4+T细胞分泌IL21的同时应该分泌其他的细胞因子， 这就为IL21与其他的细胞因子或抗原协同作用提供了很好的活化微环境。这样IL21通过对不同状态下免疫细胞的活化或凋亡清除的网络性调节而维持免疫细胞内环境稳态， 对预防自身免疫性疾病、 肿瘤形成和抗感染都发挥关键性作用， 预示着IL21是一个有潜力的用于免疫治疗的细胞因子， 值得进一步研究和开发。然而正是因为IL21有复杂的生物学效应， 在对患者的治疗过程中不免会产生相应的副作用， 其在临床应用会受到一定程度的限制， 因此应用IL21临床治疗需要对不同的患者采用不同的用药方案， 其具体应用有待于进一步探索。

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