文獻(xiàn)解讀：IL-21對于T細(xì)胞及B細(xì)胞激發(fā)最新研究

細(xì)胞因子這個龐大的家族一直是科學(xué)家靈感的寶庫，他們可以通過結(jié)合相應(yīng)受體來調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化和效應(yīng)，調(diào)控免疫應(yīng)答等等。家族成員又在許多細(xì)分領(lǐng)域長袖善舞，比起家族里炙手可熱的成員，IL-21細(xì)胞因子似乎稍顯冷清，但是這個看似冷門的賽道也開始有了擁擠的趨勢。就在不久前杭州康萬達(dá)醫(yī)藥科技有限公司的重組人IL-21溶瘤痘病毒注射液（hV01）的新藥臨床申請獲得了NMPA的受理，這相當(dāng)于開啟了IL-21賽道的發(fā)令槍，布局藥企們的賽跑也正式開始了角逐。

IL-21細(xì)胞因子在2000年被發(fā)現(xiàn)，屬于IL-2家族成員，結(jié)構(gòu)上是一種四α螺旋束I型細(xì)胞因子。它可以通過由IL-21R和普通γ鏈/IL-2Rγ組成的受體復(fù)合體激活下游信號通路。IL-21由活化的CD4+ T細(xì)胞、NKT細(xì)胞或濾泡輔助性T細(xì)胞分泌，對淋巴細(xì)胞和骨髓細(xì)胞具有多種生物學(xué)效應(yīng)，如其與受體結(jié)合后能夠調(diào)節(jié)B細(xì)胞增殖，分化成漿細(xì)胞來啟動免疫應(yīng)答。IL-21還能促進(jìn)CD8+ T細(xì)胞和NK細(xì)胞的增殖、分化，提高NK細(xì)胞的殺傷活性【1】。
 

Fig1：IL-21的來源及功能目標(biāo)
 

在免疫學(xué)飛速發(fā)展的背景下，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)IL-21與T細(xì)胞以及B細(xì)胞的分泌關(guān)系密切，探索這其中的調(diào)節(jié)模式可以幫助我們尋找生產(chǎn)更高效的疫苗以及治療自身免疫疾病的新方法。抗體的產(chǎn)生依賴于抗原特異性B細(xì)胞和T細(xì)胞的相互作用，B細(xì)胞向抗體分泌細(xì)胞的分化發(fā)生在免疫器官的獨特微結(jié)構(gòu)生發(fā)中心（Germinal centers ），IL-21作為T細(xì)胞衍生的多效性細(xì)胞因子，同時可以促進(jìn)生發(fā)中心形成。這三者錯綜復(fù)雜的關(guān)系引起了來自莫納什大學(xué)的Isaak Quast教授的注意，并且?guī)ьI(lǐng)他的研究團(tuán)隊進(jìn)行了實驗探究。為了分析同源T細(xì)胞和B細(xì)胞的增殖和分化，研究小組開發(fā)了一種過繼轉(zhuǎn)移和免疫系統(tǒng)OT-II-OVA，這種系統(tǒng)可以在調(diào)節(jié)IL-21時分析同源T細(xì)胞及B細(xì)胞增殖與分化情況。研究小組設(shè)計了符合實驗?zāi)康牡膶φ战M以及實驗組，分析結(jié)果后驚喜地發(fā)現(xiàn)擁有充足IL-21的實驗組中CD4+T細(xì)胞明顯擴(kuò)增和分化（Fig2），這說明IL-21可以直接促進(jìn)T細(xì)胞增殖并分化為Tfh細(xì)胞，這個過程中并沒有涉及B細(xì)胞【2】。這提示我們，IL-21是可以獨立作用于T細(xì)胞的。
 

Fig2：相關(guān)實驗檢測細(xì)胞的擴(kuò)增以及分化情況

同時科研小組在基因?qū)用嬉策M(jìn)行了探索，科研小組對實驗組和對照組的細(xì)胞進(jìn)行RNA測序轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，顯示391個差異表達(dá)基因。GSEA分析顯示，細(xì)胞周期、轉(zhuǎn)錄和信號傳導(dǎo)是受差異影響最大的途徑（Fig3A）。使用KEGG數(shù)據(jù)庫的分析顯示，在IL21充足的OT-II T細(xì)胞中，兩個密切相關(guān)的通路過度表達(dá)，一個與系統(tǒng)性紅斑狼瘡相關(guān)，另一個與炎癥性腸病和Th17細(xì)胞分化相關(guān)，這都與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。結(jié)合細(xì)胞實驗的結(jié)果，IL-21對于濾泡T細(xì)胞分化過程中發(fā)揮著重要的作用。這說明 IL-21具有雙重作用，既可以促進(jìn)T細(xì)胞擴(kuò)增也可以促進(jìn)向Th17和Tfh細(xì)胞系的分化，抑制其向Th2分化。IL-21不僅僅影響產(chǎn)生IL-21的T細(xì)胞，還會分散式影響其他T細(xì)胞。
 

Fig3：基因?qū)用娴男畔⒎治鼋Y(jié)果

實驗進(jìn)行到此，我們對于IL-21與B細(xì)胞和生發(fā)中心之間同樣感到好奇。研究小組認(rèn)為IL-21 對 Tfh 細(xì)胞分化的貢獻(xiàn)取決于伴隨B細(xì)胞反應(yīng)，因為前人的研究證明生發(fā)中心的B細(xì)胞 和 Tfh 細(xì)胞狀態(tài)關(guān)系密切【3】，Isaak Quast教授的研究結(jié)果證明當(dāng)IL-21信號僅作用于T細(xì)胞時，B細(xì)胞增殖及漿細(xì)胞分化作用最明顯。相比與B細(xì)胞IL-21R信號通路，增加Tfh細(xì)胞數(shù)量可以更好的促進(jìn)B細(xì)胞的分化。IL-21通過調(diào)控Tfh細(xì)胞的增殖和分化來影響生發(fā)中心的大小，IL-21也同時調(diào)控B細(xì)胞以維持對生發(fā)中心的調(diào)節(jié)（Fig4）。梳理總結(jié)所有實驗，證明了IL-21可以獨立作用于T細(xì)胞以及B細(xì)胞，并將二者結(jié)合起來調(diào)節(jié)生發(fā)中心。這對于我們深入探究IL-21在免疫領(lǐng)域的作用，以及后續(xù)開發(fā)具有重要的意義。
 

Fig4：探究IL-21與B細(xì)胞以及生發(fā)中心之間關(guān)系的相關(guān)實驗

小結(jié)：千禧年才進(jìn)入科學(xué)家視野的IL-21，起步和研究進(jìn)展雖然略落后于同家族的熱門成員，但是在前輩的賽道和研究日漸擁擠飽和的今天，IL-21在免疫治療領(lǐng)域也開始嶄露頭角，在腫瘤微環(huán)境領(lǐng)域，有研究證明IL-21在同樣發(fā)揮細(xì)胞殺傷作用的同時，展現(xiàn)出明顯低于IL-2的細(xì)胞毒性【4】。這一切都在暗示著IL-21具有巨大的開發(fā)和研究價值，幫助藥企和研究者開拓思維邊界和探索維度。

同立海源IL-21
同立海源GMP級重組人IL-21蛋白采用哺乳動物HEK293體系表達(dá)，蛋白與天然蛋白的結(jié)構(gòu)、糖基化類型和方式幾乎完全相同，并且在蛋白合成起始信號、加工、分泌等方面具有獨特優(yōu)勢，具有低內(nèi)毒素、高純度、高活性、高批間一致性等特點。
 

圖1：重組人IL-21蛋白（GMP-TL509）純度檢測SDS-PAGE
 

圖2：重組人IL-21蛋白（GMP-TL509）刺激NK-92細(xì)胞分泌IFN-γ,不同批次活性穩(wěn)定測試

參考文獻(xiàn)
【1】 Spolski R, Leonard WJ. Interleukin-21: a double-edged sword with therapeutic potential. Nat Rev Drug Discov. 2014 May;13(5):379-95.
【2】Quast I, Dvorscek AR, Pattaroni C, Steiner TM, McKenzie CI, Pitt C, O'Donnell K, Ding Z, Hill DL, Brink R, Robinson MJ, Zotos D, Tarlinton DM. Interleukin-21, acting beyond the immunological synapse, independently controls T follicular helper and germinal center B cells. Immunity. 2022 Aug 9;55(8):1414-1430.e5.
【3】Zander R, Kasmani MY, Chen Y, Topchyan P, Shen J, Zheng S, Burns R, Ingram J, Cui C, Joshi N, Craft J, Zajac A, Cui W. Tfh-cell-derived interleukin 21 sustains effector CD8+ T cell responses during chronic viral infection. Immunity. 2022 Mar 8;55(3):475-493.e5.
【4】Deng S, Sun Z, Qiao J, Liang Y, Liu L, Dong C, Shen A, Wang Y, Tang H, Fu YX, Peng H. Targeting tumors with IL-21 reshapes the tumor microenvironment by proliferating PD-1intTim-3-CD8+ T cells. JCI Insight. 2020 Apr 9;5(7):e132000.