第九章　白细胞介素-9

不同Th细胞亚群主要通过其分泌的相关细胞因子精密地调控适应性免疫应答。初始CD4 ⁺T细胞被激活后可分化成不同谱系的效应性Th细胞亚群。根据分泌的细胞因子及其不同的生物学功能，人们将已知的Th细胞亚群分别命名为Th1、Th2、Treg和Th17细胞亚群。2008年，提出一种以分泌白细胞介素-9（interleukin-9，IL-9）、IL-10为主的新型效应性CD4 ⁺T细胞，并将之定义为Th9细胞亚群（图9-1）。Th9细胞作为最近发现的一种新的Th细胞亚群，在自身免疫性疾病、变应性疾病和寄生虫感染中起着重要的作用，其主要效应因子是IL-9。多种免疫细胞能够分泌细胞因子IL-9，例如Th2、Th9、Th17、Treg细胞、NKT细胞及肥大细胞等。

早在1988年Uyttenhove等发现细胞因子IL-9，最初被认为是一种T淋巴细胞生长因子，主要由活化的Th9细胞分泌，此外肥大细胞、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞及其他淋巴细胞亚群也可以分泌。在小鼠体内，IL-9基因位于13号染色体上，在人体内位于染色体5q31，二者有着类似的基因结构，分别有5个外显子和4个内含子。人与小鼠的5个外显子大小相同，在核酸、蛋白水平上的同源性分别为69%、55%。成熟的IL-9是由144个氨基酸和一段18个氨基酸的信号肽构成的分子量大小为14kD的糖蛋白。

IL-9的受体是红细胞生成素受体超家族中的一员，由两条链组成：α链（IL-9Rα，CD129）和γ链（γc），γ链与IL-2R、IL-4R、IL-7R、IL-15R共用。IL-9R广泛表达在淋巴细胞亚群、造血祖细胞、肥大细胞、巨噬细胞、树突状细胞、气道上皮细胞、未成熟神经元等细胞表面，决定了IL-9作用的多样性。

Th2最早被认为是产生IL-9最为主要的细胞。研究发现，小鼠Th2细胞亚群可分泌高浓度的IL-9，IL-9的表达水平与Th2细胞的扩增程度相关。同时，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。

Th9是以分泌细胞因子IL-9和IL-10为典型特征的T细胞。Th9细胞分泌IL-9受IL-25的调控，有研究证实，在小鼠哮喘模型中，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。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。转录因子PU.1和IRF4能够促进Th9细胞分泌IL-9。研究发现，当用siRNA干扰Th9细胞中IRF4表达时，发现Th9细胞中IL-9的合成减少。ChIP结果也表明，IRF4能直接与Th9细胞中的IL-9基因的启动子结合，促进IL-9基因的转录。

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；人Th17细胞在体外也分泌IL-9。但是，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。

体外纯天然的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，也有研究发现，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。另外，Treg细胞表达IL-9还受到一些药物和化学分子的调控，譬如维A酸负调控Treg细胞表达IL-9。

肥大细胞是分泌IL-9的主要细胞类型，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。IL-1β等细胞因子形成正反馈并进一步促进IL-9的分泌，导致免疫应答中肥大细胞的生长和增殖。

在体外IL-2的刺激下，naïve小鼠的NKT细胞会分泌IL-9；分泌IL-9的NKT细胞还能进一步分泌IL-4、IL-5和IL-13。

IL-9的受体是红细胞生成素受体超家族中的一员，由两条链组成：α链（IL-9Rα）和γc链（γc）。γc链与IL-2R、IL-4R、IL-7R、IL-15R及IL-21R共用，因此，IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21均属于γc家族细胞因子，它们均可通过JAK-STAT信号通路途径调控不同细胞的功能（图9-2）。人的IL-9R有11个外显子共522个氨基酸，而小鼠的IL-9R由468个氨基酸组成。IL-9R基于WSXWS超家族，包括细胞外部分、BoxⅠ和BoxⅡ，进而调节分泌IL-9。IL-9R广泛表达在淋巴细胞亚群、造血祖细胞、肥大细胞、巨噬细胞、树突状细胞、气道上皮细胞、未成熟神经元等细胞表面，决定了IL-9作用的多样性。IL-9与相应受体结合后，位于IL-9Rα链上的酪氨酸Tyr407发生磷酸化，导致JAK1活化，同时另一条γc链导致JAK3活化，进一步激活信号转导及转录激活因子STAT1、STAT3和STAT5，启动一系列相关基因表达，发挥相应的生物学效应。

IL-9分泌的正反馈调节主要包括两条通路：①胞外部分受到转录因子的刺激，由IL-9Rα的Tyr407与JAK1结合，上调IL-9表达；②是BoxⅠ通过细胞内的YLPQ模块激活STAT3、MAPK和胰岛受体亚基PI3K通路，上调IL-9的表达。

目前发现IL-9可作为促炎因子激发、扩大炎症反应，但在寄生虫感染、同种异体器官移植中，IL-9可作为抗炎因子促进机体清除病原体以及移植物免疫耐受的形成。2011年Stephens提出，IL-9最终发挥促炎还是抗炎功能主要由疾病微环境所决定：一方面IL-9激活、募集肥大细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞，发挥促炎作用和过敏反应；另一方面IL-9可负向调节病毒介导的炎症和增强天然Treg细胞免疫抑制活性。

IL-9的免疫生物学功能具有双向性，即IL-9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。

以前人们一直认为，肺部超敏反应由Th2细胞介导，而最新实验证明，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黏液的分泌并引起气道高反应性。PU.1缺陷或PU.1和IL-25均缺陷的小鼠气道炎症减轻。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细胞浸润。

小鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）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。虽然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及其他自身免疫病中，IL-9具有促炎作用，譬如小鼠口服免疫耐受剂后，IL-9水平降低，EAE模型小鼠体内炎症得到缓解。此外，Ⅰ型糖尿病患者血液中IL-9 ⁺Th17细胞的数量增加。

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，促进腺体细胞分泌黏液，加剧肠道浸润，增强平滑肌的收缩，促进肠道寄生虫的排出。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缺陷小鼠肺部黏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。

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。Foxp3 ⁺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。

有关小鼠肿瘤模型研究显示，IL-9具有一定的抑瘤功能。近年来，已有研究表明，Th9细胞能抑制小鼠皮下黑色素瘤的生长，中和IL-9因子可促进肿瘤的生长。相应地，IL-9以肥大细胞依赖的方式抑制肿瘤的生长。此外，通过小鼠的肺的黑色素瘤模型研究结果表明，Th9来源的IL-9细胞因子可以抑制肿瘤的进展，并且阻断IL-9可以促进肿瘤细胞的生长。目前认为，IL-9主要是通过CD8 ⁺细胞毒性T细胞以及CCL20/趋化因子受体CCR6共同作用，招募树突状细胞和CD8 ⁺细胞毒性T细胞至肿瘤中来发挥抑瘤作用。

Th9参与众多免疫炎症反应过程，其分泌的IL-9可以作用于不同的炎症细胞和组织细胞，同时，IL-9的具体功能主要依赖于组织微环境及其他组分协同作用，表现出多重效应。

已有临床资料表明，结肠炎患者病理组织中IL-9 mRNA水平较健康人明显升高，且与炎症程度正相关，证明IL-9参与结肠炎发展。IL-9受体广泛表达在肠上皮细胞，在小鼠的结肠炎模型中，将体外诱导分化的Th9注射到小鼠体内，会引起更严重的结肠炎，说明Th9参与并促进结肠炎的发展。IL-9基因缺陷型小鼠或用IL-9抗体中和小鼠体内IL-9，小鼠结肠炎内镜表现及组织病理改变则明显减轻。通过标记Th9特异性转录因子PU.1，进一步证实了Th9细胞参与小鼠结肠炎的发生发展，且为IL-9的主要来源细胞。同时，IL-9可以通过诱导SOCS3表达抑制上皮细胞增殖，以及调控claudin-2等紧密连接蛋白表达改变肠道黏膜屏障的通透性，引起肠道菌群失调，干扰溃疡愈合，扩大炎症反应加重结肠炎进展。

支气管哮喘是一种由多种细胞如淋巴细胞，嗜酸性粒细胞，肥大细胞等及其细胞因子，炎症介质参与的气道慢性炎症疾病，导致气道高反应性，气道重塑，引起不同程度的临床症状。研究发现，哮喘患者的支气管活检与正常对照组和慢性支气管炎患者组相比，IL-9 mRNA和蛋白水平明显增高；哮喘患者肺泡灌洗液中IL-9的水平较正常对照组有所增加。通过IL-9转基因小鼠也证实，在抗原刺激下可表现出呼吸道高反应性，伴有炎性细胞浸润增多、IgE水平增高等哮喘急性发作的特征。而在IL-9敲除鼠或应用IL-9抗体后，呼吸道炎症及呼吸道高反应性较前明显减轻。目前认为，哮喘患者体内的IL-9可作用于各种炎症细胞：①IL-9激活并促进T淋巴细胞增殖，也可以协同IL-4介导由LPS激活的B细胞产生IgE和IgG1。②IL-9促进肥大细胞增殖、分化及活化，通过表达TGF-β，VEGF等因子促进血管新生、气道重塑；同时，增加肥大细胞膜表面高亲和力IgE受体的表达以及促进肥大细胞分泌细胞因子IL-6，参与炎症反应。③IL-9可以增加嗜酸性粒细胞，中性粒细胞数量，并产生IL-8等炎性因子。另外，IL-9也可以作用于不同的组织细胞：①刺激气道上皮细胞（AEC）分泌某些蛋白，并能激活AEC膜表面的某些离子通道蛋白及上调AEC黏蛋白基因的亚群MUC2和MUC5AC表达，使AEC过度分泌黏液；IL-9还可以直接作用于AEC产生趋化因子等，促进炎症细胞在肺部聚集。②IL-9还可以作用于平滑肌细胞，增强平滑肌细胞聚集嗜酸性粒细胞及中性粒细胞的能力，从而在哮喘慢性炎症的发生发展过程中发挥重要作用。

在EAE研究中，将来自髓鞘少突胶质糖蛋白（MOG）特异性CD4 ⁺初始T细胞分别向Th1，Th2，Th17和Th9细胞分化条件下培育，将诱导分化的MOG-特异性Th1，Th2，Th17和Th9细胞分别过继转移到正常小鼠体内，发现所有接受Th9细胞过继转移的小鼠都形成严重的EAE和中枢神经系统损害，Th2细胞不能诱发EAE。尽管MOG特异性Th1，Th17和Th9细胞诱导的EAE严重性相似，但是中枢神经系统的病理表型分析表明，Th9细胞诱发的EAE与其他CD4 ⁺细胞亚群不同。有研究结果表明，用抗IL-9单克隆抗体中和IL-9和IL-9受体缺陷小鼠能延缓疾病的出现，减轻EAE的严重程度，可能与IL-9可以促进星形胶质细胞表达趋化因子20，诱导Th17细胞在中枢神经系统聚集有关。

特应性皮炎（atopic dermatitis，AD）是一种常见的慢性易反复发作的炎症性皮肤病。通过检测表明，AD儿童患者外周血IL-9水平较对照组明显增加，且与疾病范围、皮损的严重程度正相关，因此，IL-9参与AD的发展。深入研究发现，皮损处IL-9和VEGF mRNA明显高于正常水平，AD患者病变组织除了IL-9及IL-9R数量增多之外，还发现肥大细胞数量及脱颗粒比例明显增加，并且IL-9通过STAT3信号转导途径促进肥大细胞释放VEGF促进真皮层毛细血管增生，这种变化与病变部位炎症程度正相关。

幽门螺杆菌感染后会激活机体强烈的免疫应答反应，通过监测幽门螺杆菌感染后小鼠胃组织IL-9 mRNA，Th9细胞应答变化，以及幽门螺杆菌感染定植的相关性分析，结果表明，IL-9参与了幽门螺杆菌感染的慢性过程，并且与炎症密切相关，此外，还发现Th1和Th17参与了感染引发的免疫应答。用 H. pylori/B0菌株感染IL-9基因敲除（IL-9KO）小鼠模型，通过动态监测 H. pylori/B0在小鼠胃内定植量的水平及胃黏膜炎症变化，发现IL-9敲除小鼠内 H. pylori/B0菌株感染小鼠胃黏膜组织的定植量、胃黏膜炎症程度比正常感染组小鼠高，首次证实了细胞因子IL-9及IL-9 ⁺CD4 ⁺T细胞在幽门螺杆菌感染诱导的宿主免疫反应中起到一定的免疫保护功能。随后，又有研究发现，在自身免疫性胃炎疾病中Th17分泌的IL-9通过刺激黏膜肥大细胞增殖，间接抑制Th17的免疫活性，起到一定的抗炎作用，且提出IL-9最终发挥促炎还是抑炎功能的重要因素是由疾病造成的微环境所决定的。越来越多的研究结果表明，IL-9功能具有双重性，一方面IL-9激活巨噬细胞，肥大细胞和嗜酸性粒细胞促进炎症和过敏反应；另一方面IL-9负向调节病毒介导的炎症和增强天然Treg细胞免疫抑制活性。

IL-9是一个多效的细胞因子，能作用于淋巴细胞、肥大细胞和肺组织细胞，其与过敏性炎症和体外寄生虫感染免疫有密切关系。虽然IL-9与Th9的关系不如Th17/IL-17、Treg细胞研究的早，但已证实，产生IL-9的这类T淋巴细胞的建立（建立Th9细胞）依赖于多种多样细胞因子的结合和调控。然而，IL-9的基因表达规律以及精确地解释IL-9的靶细胞在不同免疫性疾病中的作用，亟须进一步揭示。综上所述，需重视IL-9的研究及IL-9与靶细胞之间的作用，只有这样才能从根本上对过敏性疾病进行治疗。

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