转化生长因子-β1与CD4+CD25+调节T细胞

　　作者：张建军,综述,潘秀英,审校　　作者单位：徐州医学院附属医院血液科实验室,江苏徐州221002

　　【关键词】 转化生长因子-β1;CD4+CD25+调节T细胞;免疫调节

　　转化生长因子-β1(transforming growth factor beta1，TGF-β1)是一种高度保守且具有多功能生物学活性的细胞因子，不仅在调节细胞的生长、分化、凋亡、组织损伤和修复等方面发挥功效，而且在免疫调节中也有重要作用。CD4+CD25+调节T细胞(CD4+CD25+ regulatory T cells，CD4+CD25+Treg)是一种免疫调节细胞，和其他调节细胞一起，在机体免疫稳态调节中居核心地位。研究证实在CD4+CD25+Treg的分化发育和功能效应中TGF-β1起重要的调节作用。本文就TGF-β1和CD4+CD25+Treg在免疫调节中的作用、TGF-β1与CD4+CD25+Treg的相互关系及研究进展作一综述。

　　1 TGF-β1简介

　　1.1 TGF-β超家族 TGF-β家族包含众多结构相关的因子。迄今为止在哺乳动物中已发现60余种TGF-β家族成员，其中29种，甚至可能高达42种，为人类基因组编码。在这60余种蛋白中，有3种TGF-β、5种激活素和至少8种骨形成蛋白是由不同基因编码。在哺乳动物中，3种TGF-β(TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3)结构高度紧密相关，65%～80%氨基酸序列相同;其中TGF-β1以无活性前体蛋白形式分泌，由一个前肽和末端成熟TGF-β1组成，TGF-β1活化时需依赖蛋白酶水解使其分离。成熟的TGF-β1以二聚体形式存在，2条12.5 kD单体以二硫键形式连接构成[1]。

　　1.2 TGF-β1的受体与信号通路 TGF-β家族有3种受体(TβRⅠ、TβRⅡ和TβRⅢ)，而TGF-β1受体主要是由TβRⅠ、TβRⅡ形成的异源二聚体。TβRⅠ、TβRⅡ均为跨膜丝氨酸/苏氨酸( Ser/Thr)激酶受体。TGF-β1首先特异地与TβRⅡ结合活化胞内丝氨酸/苏氨酸( Ser/Thr)激酶，招募TβRⅠ使其富含甘氨酸和丝氨酸的结构域(GS 结构域)磷酸化，紧接着逐级招募R-smad2、smad3和Co-smad4，最终信号传递至细胞核内与其他众多因子启动基因转录，完成信号转导，行使生物学效应[2-3]。TβRⅢ是一种膜锚基聚糖蛋白，缺乏信号传递结构，为附属受体，主要在心脏发育过程中起重要作用。

　　1.3 TGF-β1与免疫系统 几乎所有细胞都表达TGF-β1，但在淋巴器官中含量最多。TGF-β1在维持免疫稳态和抑制自身免疫方面有重要的作用[4]。Shull和Kulkarni等[5-6]利用TGF-β1基因缺陷型小鼠研究发现，缺少TGF-β1刺激可导致这些小鼠的免疫系统快速退化，在多器官和组织中出现淋巴细胞浸润，症状类似自身免疫失调、移植物抗宿主病和某些病毒感染，达3～4周龄时小鼠死亡。通过竞争抑制等方式阻断某些器官的TGF-β1信号通路，可成功复制出自身免疫性胰腺炎、自身免疫性肝炎和其他自身反应性炎症性疾病[7-11]。以上研究证实，TGF-β1在维持免疫稳态和抑制自身免疫疾病的发生中是必须的，但其具体的机制尚不完全清楚。新近研究发现，予致死量照射小鼠行TβRⅡ缺陷骨髓细胞移植，均死于严重的炎症性疾病，但培养胎鼠胰腺组织，检测CD4、 CD8、 CD25和 CD44等表型发现，在胸腺T细胞整个发育分化过程中并不需要TGF-β1的参与，而且在体外培养的TRⅡ缺陷CD8+胸腺细胞却较对照组呈2倍的增殖，更有力地说明在免疫系统中TGF-β1对T细胞功能调节起关键作用[12]。

　　2 CD4+CD25+Treg

　　2.1 CD4+CD25+Treg的发现 CD4+CD25+Treg是由Sakaguchi等[13-14]首次报道。Sakaguch等将出生后3天小鼠胸腺切除，诱发严重多器官自身免疫性疾病，给予输注来自同源正常小鼠的CD4+CD25+Treg，能够显著阻止来自自身的免疫反应性攻击，认为CD4+CD25+Treg在维持机体的免疫耐受中扮演关键的角色。

　　2.2 CD4+CD25+Treg的分类和表面标志 CD4+CD25+Treg包含CD4+、CD8+、NK等多种，但只有CD4+CD25+ Foxp3+ Treg才能够抑制胸腺选择中未被清除的自身反应性T细胞和维持机体的免疫耐受作用[15]。根据CD4+CD25+Treg来源的不同可将其分为天然型和诱生型2种：天然型Treg(nTreg)是由胸腺细胞自然分化发育而来的一个Treg亚群;诱生型Treg(iTreg)是外周淋巴器官幼稚CD4+CD25-T细胞在特异性抗原刺激并在细胞因子的诱导下转化为具有Treg功能特征的细胞亚群[16～18]。CD4+CD25+Treg组成性高表达CD25(IL-2Rα链)和CD4，还表达多种共刺激分子(CTLA-4、GITR、4-1BB、ICOS、OX40等)、趋化因子受体(CCR6、CCR7)、黏附分子(CD44、ICAM-1、CD103等)等，但这些表型并不是CD4+CD25+Treg所特有的，其他淋巴细胞也表达。目前公认Foxp3 是CD4+ CD25+ Treg所特有的细胞标志。CD4+CD25+Treg高表达Foxp3，而其他很少细胞表达Foxp3[19]。Foxp3不仅是CD4+CD25+Treg区别于其他Treg的标志，而且是调节nTreg和iTreg增殖及活化的重要转录因子[20-22]。

　　2.3 CD4+CD25+Treg的作用和机制 CD4+CD25+Treg具有免疫抑制和免疫无能两大功能特性[23-24]，但其调节免疫的机制还不是很清楚，可能的机制有以下几点：①CD4+CD25+Treg与靶细胞直接接触发挥抑制作用，细胞表面分子在此过程中可能起到重要作用;②分泌穿孔素/颗粒酶导致靶细胞溶解或凋亡;③分泌抑制因子，如TGF-β、IL-10和IFN-γ等细胞因子，发挥免疫调节作用;④CD4+CD25+Treg与树突状细胞相接触并把抑制信号传递给该细胞，间接影响效应细胞的功能[25];⑤Borsellino等[26]新近报道CD4+CD25+Treg表面有种胞外酶CD39，它能把ATP降解为AMP，可能对CD4+CD25+Treg发挥免疫调节功能起到一定的作用。

　　3 TGF-β1与CD4+CD25+Treg

　　TGF-β1与CD4+CD25+Treg对于控制自身免疫反应和维持机体免疫耐受状态有着非常重要的作用。体内nTreg数量很少，在胸腺中占CD4+T细胞的5%，外周血中也仅占5%～10%，从机体分离足够治疗量的Treg是不现实的，如何获得足够数量的CD4+CD25+Treg来预防、控制和治疗免疫性疾病，一直是人们研究的热点。体内外的研究已经证实TGF-β1的表达与CD4+CD25+Treg的增殖分化密切相关。在胰岛给予短暂的TGF-β1脉冲，能够刺激该处的CD4+CD25+T细胞增殖和阻止CD8+T细胞介导的Ⅰ型糖尿病的进展[27]。在外周淋巴器官，过表达TGF-β1能够增加外周Treg和Foxp3表达，阻断T细胞TGF-β1信号通路则相反，说明TGF-β1对调节外周CD4+CD25+T细胞池和Foxp3表达有重要作用[28]。Chen等[29]用TGF-β1和TCR共刺激，首次在体外成功将初始CD4+CD25-T细胞转化为CD4+CD25+Treg。初始CD4+CD25-T细胞感染表达Foxp3 基因逆转录病毒后转化为CD4+CD25+Treg，可进一步抑制未被感染的CD4+CD25-Treg 的增殖。在体内，受感染的细胞能行使和CD4+CD25+Treg一样的抑制功能。利用表达Foxp3的幼稚的CD4+CD25-Treg进行逆转录病毒的基因转移，细胞表达Foxp3后能转化为调节性T 细胞的表型，不仅可抑制小鼠胃炎的发生，也能抑制大肠炎。研究发现，TGF-β1诱导初始CD4+CD25-T细胞转化iTreg可能是通过其信号通路启动细胞核Foxp3基因的表达[29]，TGF-β1和白细胞介素在诱导iTreg产生中扮演关键的角色[30]，为大量获得有功能的CD4+CD25+Treg提供新的途径。

　　4 展 望

　　主要组织相容性复合体(MHC)不匹配是器官和细胞移植失败的主要原因，T细胞的活化是发生排斥反应的基本因素。大多数器官或细胞移植患者术后需要服用非特异性免疫抑制药物来维持移植物的功能，免疫抑制剂的使用严重影响了机体正常的免疫功能，机体发生严重感染和患恶性肿瘤的几率明显增加。CD4+CD25+Foxp3+Treg诱导和维持免疫耐受有独特的作用，能够有效抑制已活化的反应性T细胞，预防和减轻移植排斥和移植物抗宿主病。但临床应用存在许多困难，如CD4+CD25+Treg在体内含量低、分离困难、成本高、体外大量扩增困难等。如果在移植前或在移植早期阶段能够诱导患者产生足够的CD4+CD25+Treg，就可以降低非特异性免疫抑制药物的用量，甚至可以完全避免使用免疫抑制药物。使用TGF-β1成功诱导初始CD4+CD25-T细胞转化为CD4+CD25+Foxp3+Treg为其在临床的应用带来了希望，相信随着对TGF-β1及CD4+CD25+Treg生物学特性的深入研究，利用CD4+CD25+Treg作为克服移植排斥的工具将会有广阔的临床应用前景。

　　【参考文献】

　　[1] Annes JP，Munger JS，Rifkin DB. Making sense of latent TGF-β activation [J].J Cell Sci，2003，116(Pt2)：217-224.

　　[2] Feng XH，Derynck R. A kinase subdomain of transforming growth factor-β (TGF-β) type I receptor determines the TGF-β intracellular signaling specificity [J].EMBOJ, 1997, 16(233):3912- 3923.

　　[3] Heldin CH，Miyazono K，ten Dijke P. TGF-β signaling from cell membrane to nucleus through SMAD proteins [J]. Nature，1997，390(6659)：465-471.

　　[4] Aoki CA，Borchers AT，Li M，et al. Transforming growth factor β (TGF-β) and autoimmunity [J].Autoimmune Rev，2005，4(7)：450-459

　　[5] Shull MM，Ormsby I，Kier AB，et al. Targeted disruption of the mouse transforming growth factor-beta1 gene results in multifocal inflammatory disease [J].Nature，1992，359(6397)：693-699.

　　[6] Kulkarni AB, Huh CG, Becker D，et al. Transforming growth factor β-1 null mutation in mice causes excessive inflammatory response and early death [J].Proc Natl Acad Sci U S A，1993，90(2)：770-774.

　　[7] Hahm KB，Im YH，Lee C，et al. Loss of TGF-β signaling contributes to autoimmune pancreatitis [J].J Clin Invest，2000，105(8)：1057-1065.

　　[8] Schramm C，Protschka M，Khler HH，et al. Impairment of TGF-β signaling in T cells increases susceptibility to experimental autoimmune hepatitis in mice [J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2003，284(3)：525-535.

　　[9] Prud′homme GJ，Piccirillo CA. The inhibitory effects of transforming growth factor-β-1 (TGF-β) in autoimmune diseases [J].J Autoimmun，2000，14(1):23-42.

　　[10] Chen W，Wahl SM. Manipulation of TGF-β to control autoimmune and chronic inflammatory diseases [J].Microbes Infect，1999，1(15):1367-1380.

　　[11] Lúethvíksson BR，Gunnlaugsdóttir B. Transforming growth factor-beta as a regulator of site-specific T-cell inflammatory response [J].Scand J Immunol，2003，58(2)：129-138.

　　[12] Leven P，Carlsen M，Makowska A，et al .TGF-β type II receptor-deficient thymocytes develop normally but demonstrate increased CD8+ proliferation in vivo [J].Blood，2005，106(13)：4234-4240.

　　[13] Sakaguchi S，Sakaguchi N，Asano M，et al. Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-chains (CD25). Breakdown of a single mechanism of self-tolerance causes various autoimmune diseases [J].J Immunol，1995，155(3)：1151-1164.

　　[14] Asano M，Toda M，Sakaguchi N，et al. Autoimmune disease as a consequence of developmental abnormality of a T cell subpopulation [J].J Exp Med，1996,184(2):387-396.

　　[15] Kim JM，Rasmussen JP，Rudensky AY. Regulatory T cells prevent catastrophic autoimmunity throughout the lifespan of mice [J].Nat Immunol，2007，8(2)：191-197.

　　[16] Sakaguchi S. Naturally arising CD4+ regulatory T cells for immunologic self-tolerance and negative control of immune responses [J].Annu Rev Immunol，2004，22：531-562.

　　[17] Shevach EM，DiPaolo RA，Andersson J,et al. The lifestyle of naturally occurring CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory T cells [J].Immunol Rev，2006，212：60-73.

　　[18] Cassis L，Aiello S，Noris M. Natural versus adaptive regulatory T cells [J].Contrib Nerphrol, 2005,146:121-131.

　　[19] Pacholczyk R，Kraj P，Ignatowicz L.Peptide specificity of thymic selection of CD4+CD25+T cells [J].J Immunol，2002，168(2)：613-620.

　　[20] McHugh RS，Whitters MJ，Piccirillo CA，et a1.CD4(+)CD25(+) immunoregulatory T cells: gene expression analysis reveals a functional role for the glucocorticoid-induced TNF receptor [J].Immunity，2002，16(2)：31I-323.

　　[21] Hori S，Nomura T，Sakaguchi S. Control of regulatory T cell development by the transcription factor Foxp3 [J].Science，2003，299(5609)：1057-1061.

　　[22] Khattri R，Cox T，Yasayko SA，et al. An essential role for Scurfin in CD4+CD25+ T regulatory cells [J].Nat Immunol，2003，4(4)：337-342.

　　[23] Fontenot JD，Gavin MA，Rudensky AY. Foxp3 programs the development and function of CD4+CD25+ regulatory T cells [J].Nat Immunol，2003，4(4)：330-336.

　　[24] Miyara M，Sakaguchi S.Natural regulatory T cells：mechanisms of suppression [J].Trends Mol Med，2007，13(3)：108-116.

　　[25] Mellor AL，Munn DH.IDO expression by dendritic cells：tolerance and tryptophan catabolism [J].Nat Rev Immunol，2004，4(10)：762-774.

　　[26] Borsellino G，Kleinewiefeld M，Di Mitri D，et al.Expression of ectonucleotidase CD39 by Foxp3+Treg cells: hydrolysis of extracellular ATP and immune suppression [J].Blood，2007，110(4)：1225-1232.

　　[27] Peng Y，Laouar Y，Li MO，et al. TGF-beta regulates in vivo expansion of Foxp3-expressing CD4+CD25+regulatory T cells responsible for protection against diabetes [J].Proc Natl Acad Sci USA，2004，101(13)：4572-4577.

　　[28] Huber S，Schramm C， Lehr HA， et al. Cutting edge: TGF-β signaling is required for the in vivo expansion and immunosuppressive capacity of regulatory CD4+CD25+ T cells [J].J Immunol，2004，173(11)：6526-6531.

　　[29] Chen W，Jin W，Hardegen N，et al. Conversion of peripheral CD4+CD25- naive T cells to CD4+CD25+ regulatory T cells by TGF-β induction of transcription factor Foxp3 [J].J Exp Med，2003，198(12)：1875-1886.

　　[30] Zheng SG，Wang J，Wang P，et al. IL-2 is essential for TGF-β to convert naive CD4+CD25-cells to CD25+Foxp3+ regulatory T cells and for expansion of these cells [J].J Immunol, 2007,178(4):2018-2027.