4.3 Th17 / Treg細胞バランス
Th1とTh2はAIDの主要なメディエーターとして長く説明されていましたが、より最近のデータは、Th17細胞と、IL-17A、IL-17F、TNFαおよびGM-CSFを含むそれらの炎症誘発性鎧を指摘しています。 Th17細胞への分極は、マウスではIL-6、ヒトではTGFβ、IL-1β、IL-23と組み合わせたトランスフォーミング増殖因子（TGF）βによって誘導されます。 IL-23は、IL-17とともに、EAEおよびコラーゲン誘発関節炎におけるそれらの病原性をもたらすことが示唆されました[106,107]。 病原性Th17細胞は、通常Th1細胞で見られるIFNγやT-betを含む異なる発現プロファイルを明らかにした[108]。 EAEに加えて、大幅に上昇したTh17細胞数がRAおよびSLE患者で観察された[109、110]。 特に、メモリーTh17細胞は滑膜線維芽細胞の活性化に関連しており、RAなどのAIDを増大させていました[111]。 Th17主導のAIDの害は、炎症誘発性フィードバックループに基づいており、IL-6、IL-17Aおよび組織破壊酵素のレベルを増幅します[111]。
前述のAIDを増加させるThタイプとは対照的に、Tregの目的は耐性を維持し、炎症性免疫応答のオーバーシュートを防止またはバランスさせることです。 IL-10およびTGFβを介して、樹状細胞（DC）、CTL、マクロファージ、およびその他のTh細胞タイプの活性化をダウンレギュレートできます。 中央Treg細胞転写因子であるFoxp3に変異がある患者は、IPEX（免疫調節不全、多内分泌障害、腸症、X連鎖型）症候群として要約される大量の自己免疫反応に苦しんでいます[112]。 MSなどのAIDのある患者では、Treg細胞によって機能障害が明らかになり、単一細胞レベルでFoxp3発現が低下し、場合によっては数も減少しました[113]。
Treg / Th17バランスの調節における亜鉛の重要性についての私たちの理解は過去10年間で大幅に改善され、結果が図3にまとめられています。特に、Treg / Th17バランスの障害は、苦しむことがわかっている高齢者で観察されました 亜鉛欠乏から[114]。 亜鉛は、IL-6 / STAT3シグナル伝達カスケードへの影響を介してTh17細胞の発生を阻害することが示されています。 ここでは、STAT3のαヘリックス二次構造が亜鉛の結合後に変更されました。 これにより、STAT3とJAK2キナーゼおよび糖タンパク質（gp）130との結合が阻害されました[115]。 これと一致して、Th17分極は亜鉛欠乏状態によって支持されました。 ここでは、IL-6によって誘発されるJAK / STAT3シグナル伝達の大幅に増強された活性化が、亜鉛欠乏の影響の根底にあることがわかりました[116]。
図3.亜鉛はその濃度に応じて、Treg（A、B、D）およびTh17（C、D）細胞のシグナル伝達に抑制または刺激効果を発揮します。（A、B、D）Treg細胞の場合、これまでの効果 トランスフォーミング増殖因子β受容体（TGFβR）依存性（A）または-非依存性について説明されていますが、CD28、T細胞受容体（TCR）またはインターロイキン（IL-）2R-依存性シグナル伝達（B）。 亜鉛はTreg細胞におけるCD28、TCRまたはIL-2R刺激に応答してラパマイシン（mTOR）活性の哺乳類の標的を阻害し、TGF誘導のSmadシグナル伝達を廃止します。 一方、亜鉛はホスファターゼを阻害することでSmadのリン酸化を増加させ、フォークヘッドボックスタンパク質（Foxp）3プロモーターへのSmad結合を増加させ、その発現を増加させます。 また、亜鉛はカルシニューリンを介した活性化T細胞の核因子（NFAT）の活性化をブロックします。 亜鉛はAktのリン酸化を増加させ、mTORはFoxp3プロモーター内でクロマチンのリモデリングを誘発しました。 一方、亜鉛は、プロテインキナーゼA（PKA）とp38を介したシグナル伝達を阻害し、結果として環状アデノシン一リン酸（cAMP）応答要素結合タンパク質（CREB）と活性化タンパク質（AP）-1がFoxp3に結合する プロモーター。 それでも、亜鉛の正味の影響は細胞質内Foxp3レベルの増加であり、とりわけ、サーチュイン（Sirt）-1活性の亜鉛媒介性の減少によるものであり、したがってFoxp3タンパク質のアセチル化誘発プロテアソーム破壊が減少しました。 最後に、亜鉛はマイクロ（mi）RNA146aを活性化し、より強いTreg細胞の活性化をもたらします。 要約すると、亜鉛はインターフェロン調節因子（IRF）-1、Sirt-1、およびSmadを阻害しますが、Treg細胞では、Kruppel-like Factor（KLF）-10、Foxp3、細胞傷害性Tリンパ球関連タンパク質（CTLA）4およびCD25を誘導します （D、左）（C、D）Th17細胞は、IL-6とTGFβによって誘導されます。 亜鉛はSTAT3に結合し、IL-6による活性化を阻害します（C）。 要約すると、亜鉛の補給により、IL-17A、IL-17F、IL-12、CCL20、およびGM-CSFの発現が低下します（D、右）。CCL：ケモカインリガンド。 ERK：細胞外シグナル調節キナーゼ。 GM-CSF：顆粒球マクロファージコロニー刺激因子; HAT：ヒストンアセチラーゼ。 IL：インターロイキン; JNK：Janus Kinase; P：リン酸化; PI3K：ホスファチジルイノシトール-3-キナーゼ; STAT：転写のシグナルトランスデューサーとアクティベーター。
TGFβ1が細胞質への短い亜鉛流入を誘発できることが見出された。 そのような亜鉛フラックスは、IL-10などの他のTreg細胞関連サイトカインでは観察されませんでした。 追加の亜鉛補充は、T細胞のTGFβ1シグナル伝達経路を強化し、これにより制御性T細胞の数を増やすことができます。これは、単一のドナーからのPBMCの調査だけでなく、混合リンパ球培養を使用した同種免疫反応の調査にも見られました[117、118]。 Th細胞の適切な細胞内遊離亜鉛レベルは、細胞の適切な細胞機能にとって重要である可能性があり、細胞内遊離亜鉛レベルは、Treg細胞を他のTh細胞サブセットから区別するバイオマーカーとして提案されました[119]。 亜鉛の補給はヒストン脱アセチル化酵素Sirt-1を阻害し、Foxp3のアセチル化を増加させ、その分解を防ぎます[118]。 Treg細胞に対する亜鉛の影響の根本的なメカニズムには、TGFβ1単独での治療と比較して、亜鉛がTGFβ1と組み合わせて添加された混合リンパ球培養からの細胞におけるSmad2 / 3シグナル伝達経路の活性化の上昇も含まれます。 Smad結合要素がFoxp3プロモーターの保存された非コードシーケンス（CNS）1領域で見つかり、亜鉛がFoxp3の分解を防ぐため、亜鉛は複数の方法でTreg分極に影響を与える可能性があります。 Foxp3発現の活性化に関しては、p38を介したシグナル伝達が重要です。 p38シグナル伝達経路は亜鉛の標的であるため、これは亜鉛誘導Treg細胞分極に役割を果たす可能性があり、亜鉛誘導Foxp3発現のためのもう1つのメカニズムを追加します[63、120、121]。 TGFβ1による亜鉛フラックスの増強とシグナル伝達に加えて、亜鉛とTGFβ1の同時処理はIFNγの分泌も減少させ、かなり抗炎症性の環境が作り出されていることを強調しています[122]。 Th17の発生を誘導するTGFβ1とは対照的に、亜鉛はTreg細胞分化に特異的であり、Th17、Th1、Th2分極を増加させなかったため、免疫不均衡の治療に最適なオプションとなる可能性があります[117]。 驚くべきことに、亜鉛欠乏症はまた、IL-2およびTGFβ誘発Treg細胞分極を増加させ、Treg細胞数の上昇を引き起こしました。 しかしながら、それらのTreg細胞は、それらの活動に不可欠であるmiR146の低い発現が発見されたので、おそらく機能的ではありません[116]。 亜鉛欠乏時のT細胞からTh17細胞サブタイプへの分極の増加と組み合わせて、TID / Th17細胞バランスが乱されるAIDに対する亜鉛補充の利点が期待できます。これは、亜鉛補充のプラス効果によっても強調されます。 EAE [87、[123]、[124]、[125]]。
亜鉛と同様に、図4に示すように、VitDはTh17からTregへの細胞バランスの主要な調節因子です。VitDは、少なくとも部分的にはIL-17AおよびIL-17Fのオートクリン効果によるTh17細胞の分化を減少させます。 インビトロで示されているように、RORC2およびケモカイン受容体（CCR）6発現の低下に対するVitDの直接的な影響による[92,96,126]。 CCR6発現の低下は、なぜVitD処理されたEAEマウスで自己反応性の低いTh17細胞が中枢神経系に動員されるのかを説明します[98]。 高VitD条件下で分化した細胞は、マウス間で移動した場合、EAEを誘発する能力がさらに低下しました。
図4. Treg（A、D）およびTh17（B-D）細胞（A、D）に対するビタミンDの効果ビタミンDは、内部のFoxp3プロモーターへのビタミンD受容体（VDR）の結合の増加を介してFoxp3発現を増加させます。 カルシトリオール依存性エンハンサー領域（A）。 要約すると、ビタミンDはFoxp3、細胞傷害性Tリンパ球関連タンパク質（CTLA）4、インターロイキン（IL-）10、ヘリオス、およびその受容体（VDR）を介したトランスフォーミング増殖因子（TGF）βの発現を誘導します（D、左）。（ BD）VitDは、活性化T細胞の核因子（NFAT）の核への移行およびIL-17 mRNAの転写を阻害します。 IL-17 mRNAからIL-17タンパク質への翻訳もVitDによって減少します（B）。 さらに、その受容体であるビタミンDの結合後、リン酸化（P）Smad3と同様にレチノイドX受容体（RXR）が動員されます。 複合体はDNAに結合し、ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC2）を動員して、Smad7発現を遮断します（C）。 要約すると、VitDは、インターロイキン（IL）-17、IL-23受容体、IL-22、インターフェロン（IFN）γ、レチノイン酸オーファン受容体C（RORc）、ケモカイン受容体（CCR）6、細胞外の発現を増加させます Th17細胞におけるシグナル調節キナーゼ（ERK）、Smad3、VDR、IL-10およびIL-4（D、右）。
EAE進行と抗網膜自己免疫の阻害は、少なくとも部分的には、免疫細胞と滑膜細胞の間の炎症誘発性ループを乱すVitDによるTh17活性の抑制が原因です[128,129]。 インビトロでは、VitDは記憶細胞を含むCD4 + T細胞によるIL-22、IL-17AおよびIL-17Fの発現を減少させました[105,127,129]。 これは、Th17偏光因子の存在[127,130]の場合にも当てはまります。 IL-17A遺伝子に関しては、VDRはプロモーター結合についてNFATと競合し、VRTがラント関連転写因子（RUNX）1およびヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）を採用するため、後者による活性化をブロックします[127]。 VDRはIL-17Aをより間接的に調節する可能性もあります。VDRがレチノイドX受容体（RXR）、HDAC2およびSmad3と複合体を形成してSmad7転写を阻害し、IL-17A産生を阻害するためです[131]。 IL-2発現の阻害についても同様のメカニズムが示唆されている。 したがって、このメカニズムは、活性化T細胞の核因子（NFAT）によって定期的に活性化される他のVitD調節遺伝子で役割を果たす可能性があります[94]。
最近、Th17.1細胞と呼ばれる非古典的なTh1細胞型の存在が示唆された[132、133]。 VitDに関連するAIDでのそれらの機能は恐らく、Th1とTh17細胞で示唆されたものと類似しているため、ここでは詳しく説明しませんが、AIDでのこれらの細胞の病原性がさらに高いことを示しています[134,135]。
VitDはTh17分極を減少させるだけでなく、亜鉛と同様にTreg細胞の発生もサポートします。 EAEマウスにVitDを補充すると、脊髄、脾臓、リンパ節でTreg細胞の数が増加しました。 患者の全体的な疾患状態も改善されました。 この研究では、IL-10とそのシグナル伝達は、Treg細胞にVitDの効果を与える中心的なメカニズムとして発見されました。 高VitD条件下でTreg細胞分極を実行すると、追加のTh17分極剤の存在下でもTreg細胞分化が改善されました[130]。 これと一致して、MS患者におけるTreg細胞の抑制能力はVitD血清と正の相関がありました[103,126,127,130,131,136,137]。
VitDが誘導するTreg細胞の発生の根底にあるメカニズムについていくつかの提案が行われました：Foxp3プロモーターにはVDRの3つの結合部位があり、高VitD状態での発現の増加を説明しています[127、136]（図4a）。 さらに、細胞傷害性Tリンパ球関連タンパク質（CTLA）4に対するTh17極性化サイトカインの阻害効果はVitDによって逆転する可能性があり、CTLA4発現が活性化され、Treg細胞の極性化が促進されます[130]。 トリプトファンを異化させ、細胞ストレス応答を誘発する酵素インドールアミン2,3ジオキシゲナーゼ（IDO）は、DCで発現され、DCによるTreg細胞の活性化に関与しています。 3番目のメカニズムとして、VitDによるIDOの活性化が示され、Treg細胞数の増加を説明しました[138,139]。
Tregの発生に対するポジティブな効果を示すデータは説得力がありますが、Treg細胞の分極に対するVitDの効果が見つからなかったいくつかの研究もあります[102,140]。 しかし、そこでも傾向が観察され、疾患の転帰に関するVitD治療の全体的な効果はポジティブでした。
VitDと亜鉛は、健康なコントロールとAID患者のTreg細胞の分化をサポートしていると結論付けることができます。これは、亜鉛とVitDが後者のグループの免疫応答を再調整する方法の少なくとも1つのメカニズムかもしれません。
4.4。 細胞傷害性T細胞
CTLはTNFαとIFNγを分泌することにより免疫反応をサポートします[141]。 CTLの誤動作は、ミエリン特異的CTLが見つかったEAEに関連していた。 興味深いことに、EAE中にCTLによって誘発される症状は、ミエリン特異的Th細胞がマウスに移植され、Th細胞関連EAEよりもMSに類似していたときに観察された症状とは異なりました[142,143]。 ヒトのMSにおける、IL-17を分泌する調節性CTLの役割に関する証拠が増えています[144]。 さらに、ミエリン特異的CTL細胞がルイスラットの脳炎誘発性CD4 + T細胞の分化に関与していることが示唆されました。 興味深いことに、ミエリン特異的CTLは、暗いアグーチラットにおけるCD4 + T細胞のプライミングにはるかに少ない影響を与えました[145,146]。 しかしながら、MSの自己免疫病理学におけるCTLの役割は、十分に研究されておらず、議論の余地もある[147]。 T1DMの場合、病理学中のTh細胞に加えてCTLの重要性が注目されています[148,149]。 自己免疫性腸炎はhsp60特異的CTLをマウスに移植することにより誘発され[150]、滑液中のIL-17発現T細胞（ThとCTLの両方）の数は乾癬性関節炎の患者の重症度と相関し、このAIDと RA、Th細胞が濃縮されている[151]。
亜鉛の欠乏したヒトでは、CTLの数が減少します[152]。 さらに、CTLの細胞毒性活性が改善され、マウスの抗同種腫瘍活性が低下します[153]。 亜鉛、CTL、およびAID間の直接的な関連はこれまでのところ調査されていませんが、IL-2RおよびTCR誘発シグナル伝達に対する亜鉛の強力な効果[63、64]は、AIDの機能不全のCTLに関連するAIDが亜鉛補給から利益を得る可能性があることを示唆しています 。
CTLによるVDR発現は、Th細胞による発現よりもさらに高くなっています。 CTLにおけるVDRの欠如は、マウスにおけるIBDの発症の一因となりました。 興味深いことに、VDR KOマウスのCTLは抗原刺激なしで増殖し、より多くのIL-2を発現し、IL-2に対してより敏感でした。 AIDモデルもIBDを誘発したため、VDR欠損CTLをRag KOマウスに転送しました。 これは、VDRの発現、したがっておそらく十分なレベルのVitDも、自己反応性細胞を含む休止状態のCD8 + T細胞が増殖し、IBDやCDなどのAIDの発症に寄与する病原性CD8 + T細胞になるのを防ぐために必要であることを示しています[154] 。
これと一致して、VitDは健康なドナーとMS患者からの活性化CTLによるTNFαとIFNγの分泌を抑制し[155]、乾癬病変をカルシポトリオールで局所治療するとIL-17A分泌CTLの量が減少し、臨床的および組織学的に改善された [156]。 CD8αα+ T細胞、腸上皮内リンパ球は、腸抗原に対する免疫応答の抑制に関与しています。 CD8αα+ T細胞の数はVDR KOマウスで減少し、特に腸に影響を与える、VitDとAIDの間のもう1つの接続を提供します[157]。
CTLを介したAIDにおける亜鉛とVitDの役割をより詳細に調査する必要がありますが、最初の研究では、CTL機能障害時のVitDと亜鉛補給の利点を指摘しています。