细胞因子网络是炎症及免疫应答反应的重要效应因子，特别对于获得性免疫网络的构成起到了重要的作用。近年，有关以细胞因子为切入点，探讨慢性感染性疾病的发病机制、诊断、预防和治疗策略成为重要研究方向，如IL-28B在丙肝抗病毒治疗、IL-17在重度肝炎发病机制和IL-12在乙肝治疗性疫苗中的作用等。白介素-21（interleukin-21，IL-21）是近来逐渐被认识的新细胞因子，它对于机体多种免疫细胞都有调节和活化作用。既往对于IL-21在肿瘤和自身免疫性疾病中的研究较多，目前在感染性疾病中的研究也越来越受到重视。本课题组在国家自然科学基金重点项目资助下进行了有关IL-21可能在慢性HBV感染过程中的作用进行了初步研究，结果已经被Journal of Hepatology、Journal of Viral Hepatitis 等国内外杂志接受发表。本文结合我们自己的工作，对白介素-21在慢性HBV感染中的作用进行综述。
1. IL-21的简介
2000年，Parrish-Novak等克隆鉴定出一个具有四螺旋束(four-helix-bundle)的新细胞因子，命名它和它的受体分别为IL-21和IL-21受体（interleukin-21 receptor，IL-21R）。IL-21与IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15同属于I型细胞因子家族，它们的细胞因子受体是由各自特有的亚单位与共同的γ链组成；而同属于I型细胞因子家族的IL-3、IL-5、GM-CSF，它们的细胞因子受体则是由各自特有的亚单位与共同的b链组成。IL-21由多种活化的CD4+ T细胞分泌产生，其中主要包括Th17、NKT、Tfh（T follicular helper）等细胞亚群。人IL-21和IL-2的基因同在染色体4q上，两者仅隔180kb；这两个基因的活化都以在T细胞受体（TCR）受刺激为前提，同时依赖于钙离子信号和活化T细胞核因子（NFAT）位点的激活。IL-21R 在正常的淋巴组织包括脾、胸腺、淋巴结和外周血淋巴细胞等，以及纤维化肺组织中都有表达[4]。IL-21作用于机体免疫网络中多种职能细胞，其受体表达于T细胞、B细胞、NK细胞和DC细胞等，特别是高表达于B细胞。因此，IL-21表现为多功能性，如：它调节免疫球蛋白的产生，促进抗体同类型转化，参与趋动B细胞分化成浆细胞，协助CD8+T细胞的增殖和活化，参与趋动Th17细胞的分化；另外在一定条件下IL-21还可以诱导B细胞和NK细胞的凋亡。
早期，有关IL-21的研究主要集中于自身免疫性疾病和肿瘤领域[9]。在自身免疫性疾病中，IL-21与之发生机制相关。研究发现：在系统性红斑狼疮（SLE）模型动物和患者中IL-21表达水平都明显上调，并与自身抗体的水平正相关。在人的风湿性关节炎、炎性肠病和免疫性血小板减少症（ITP）中IL-21表达水平都提示显著上调。在动物模型中如果阻断IL-21，对改善狼疮和关节炎症状显示一定效果。在肿瘤相关的研究中，应用IL-21对黑色素瘤和肾癌的患者治疗，已进入临床二期试验，并提示总体耐受性良好，有一定疗效。近来，在鼠模型中研究淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）发现，IL-21对于控制慢性病毒感染发挥了重要作用。
2．IL-21在慢性HBV感染者表达上调与抑制病毒复制相关
慢性病毒感染过程中常出现辅助性CD4+T细胞功能的耗竭，并导致CD8+T细胞功能缺失和病毒感染的持续，而在慢性HBV感染中也表现相近的特点。如在鼠慢性LCMV感染模型中，CD4+和CD8+T细胞的应答部分地出现耗竭，特别是呈现IL-2的分泌不足，而CD4+T细胞最终通过升高IL-21的表达，辅助CD8+T细胞实现应答能力，进一步控制病毒复制，从而使LCMV病毒载量不会无限制的增高。而在急性LCMV感染过程中，IL-21的作用不明显。我们课题组研究发现：慢性HBV感染者IL-21表达水平是上调的，无论是病毒携带状态还是炎症活动状态，也无论是HBeAg阳性还是HBeAg阴性状态，都显示相对于健康对照组有较高的血清IL-21水平。而且外周血单个核细胞（PBMC）经PMA诱导分泌IL-21的CD4+T细胞频数在慢性HBV感染者中也相对高于健康组。Yue等在HIV慢性感染的报道中也发现：HIV感染者外周血中IL-21的分泌细胞明显高于对照的非感染者，这同样提示了IL-21在HIV慢性感染中可能同样发挥了重要作用。为此，IL-21在慢性病毒性感染中的表达上调可能是机体针对病毒感染的保护性免疫的一种方式。
3．IL-21在慢性HBV感染自然史不同阶段呈现不同水平
研究发现HBV控制和清除与机体的免疫状态是密切相关的。依据患者不同的免疫状态，并结合HBV DNA载量、ALT水平、HBV血清标记物等检测结果，以及预计进展成为肝硬化和肝癌的危险度，通常将HBV慢性感染者自然史分成3-5个阶段，但无论是国外还是国内的慢性乙型肝炎防治指南均将免疫耐受期（IT）、免疫清除期（CHB）、非活动HBV携带状态（IC）列为其中重要的阶段。
在慢性HBV感染的研究中，我们发现：CHB患者比IT患者有更高的血清IL-21水平，这一趋势在通过荧光定量PCR检测患者PBMC表达IL-21mRNA水平的试验中进一步得到了验证。当比较PMA诱导的外周血IL-21分泌细胞频数时发现：IT组的CD4+IL-21+T细胞高于CHB组，这与Ding等的报道结果有相似的变化趋势。这可能与PMA诱导为非特异性的激活淋巴细胞分泌细胞因子导致偏差有关。
Tfh细胞表达趋化因子受体CXCR5，主要在B细胞诱发生发中心和同类型转换中起着重要的作用，分泌IL-21也是这类细胞的重要特性。Feng等[28]在研究慢性HBV感染者CD4+CXCR5+Tfh细胞时发现：代表炎症活动的CHB组比IT组和HC组有明显高的Tfh细胞频数。这提示了IL-21分泌细胞可能参与HBV相关的免疫应答，可能对于评估CHB患者的免疫状态有一定的意义。 Publicover等应用HBV转基因鼠模型分析IL-21的表达与HBV感染的关系，研究发现：成年鼠较幼年鼠有更高的IL-21表达；将成年鼠的脾淋巴细胞过继给幼年鼠可以促发幼年鼠肝脏的炎症；来自成年鼠肝脏的CD4+T细胞高表达IL-21，特别是CXCR5+CD4+T细胞，而幼年鼠不表达IL-21；IL-21受体缺陷的脾淋巴细胞在成年和幼年鼠均介导了受损的针对HBV的免疫应答；而且肝脏的Tfh细胞的无效激活可能导致了IL-21表达水平的下降。我们的研究也发现：HBV感染者的年龄与血清IL-21水平呈现正相关关系（未发表的数据），也提示了IL-21在年龄相关的HBV应答中发挥了关键作用。
值得提出的是，我们难以追踪一位患者整个自然史各个阶段IL-21表达水平，所以只有利用横向比较的数据提供参考。在分析中我们发现：同样是非活动的感染状态，IC组患者无论在血清IL-21水平，还是PBMC的IL-21 mRNA水平都显著性高于IT组患者；而且IC组患者外周血IL-21分泌细胞的频数也显著性高于IT组患者。因为IC组患者能够自发出现HBeAg/HBeAb血清学转换，且HBV DNA水平通常低于1×104copies/mL。这一结果提示了IL-21可能在机体控制HBV病毒复制和促进HBeAg/HBeAb血清学转换方面发挥一定的作用。既往在HIV感染的报道中：CD4+ 和CD8+ HIV特异性IL-21分泌细胞对HIV复制有显著的抑制作用，并能增强CD8杀伤功能[31]。研究中我们也发现：IC患者较HBeAg阳性的CHB患者有较高的HBV特异性CD4+ IL-21分泌细胞，这提示了HBV特异性产生的IL-21可能与HBeAg/HBeAb血清学转换和病毒控制相关。
4．IL-21在抗病毒治疗中的动态变化与疗效相关
应用核苷（酸）类似物进行抗病毒治疗，对于大多数患者可以有效地抑制HBV的复制，降低病毒相关的抗原量，特别是HBeAg这一与免疫耐受相关的抗原。目前，抗病毒治疗药物在一年内帮助17%-30%的HBeAg阳性CHB患者实现HBeAg血清学转换。这种药物诱导的HBeAg血清学转换，使我们有机会观察HBeAg阳性CHB患者两种以上的感染状态。我们研究发现：血清IL-21水平在替比夫定抗病毒治疗过程中总体呈现下降的趋势，但血清IL-21水平与ALT水平之间没有显著的相关关系。分层分析发现：经过1年抗病毒治疗获得HBeAg血清学转换的患者IL-21的总体水平显著高于未发生HBeAg血清转换的患者；特别在治疗12周时，两个应答组间血清IL-21水平存在显著性差异；通过AUROC曲线分析发现治疗12周血清IL-21水平和血清HBV DNA定量都是独立预测治疗1年发生HBeAg血清转换的重要指标，这也是目前在抗病毒治疗过程中通过免疫学参数预测HBeAg血清学转换的前期报道，这一发现对于个体化指导慢性HBV感染者进行抗病毒治疗指供了重要参考。以上结果也同时验证了横向研究中IC患者有较高IL-21表达与HBeAg血清转换可能相关。在体外研究中，Hu等报道了IL-21作用CHB患者B细胞增殖的功能影响的研究：通过IL-21、IL-4、IL-10分别作用CHB患者PBMC，通过流式染色和ELISA方法检测被诱导的细胞中B细胞增殖和培养悬液中HBeAb的水平，发现IL-21具有促进B淋巴细胞增殖和HBeAb-IgG分泌的作用[32]。这进一步提示了IL-21可能在HBeAg血清学转换中发挥一定的作用。
5．IL-21在慢性HBV感染相关的肝衰竭过程中呈显著上调
Th17细胞是重要的IL-21分泌细胞，它在HBV感染严重炎症的重度慢性乙型肝炎（S-CHB）的发病机制中扮演了重要的作用，研究证实IL-21+CD4+T细胞比例与Th17细胞亚群比例均有较好的相关性。为此，我们课题组将代表慢性HBV感染严重炎症的重度慢性乙型肝炎（S-CHB）和乙型病毒性肝炎相关慢加急性肝衰竭（HB-ACLF）纳入研究，进一步分析IL-21在重度肝炎中的分布特点。研究纳入39例HB-ACLF（存活22例，死亡17例）、20例轻度慢性乙型肝炎（M-CHB）、20例重度慢性乙型肝炎（S-CHB）及10例健康对照，其中7例HB-ACLF存活患者连续观察两个月（起病后2~4周、4~6周、6~8周3个时间点）。通过CBA分析血清IL-21浓度发现：随着HBV相关炎症的程度加重，IL-21水平显著升高，其中HB-ACLF组患者IL-21水平最高；而随着肝衰竭症状的缓解，患者IL-21水平逐渐下降；IL-21的血清浓度与PTA呈负相关，与TBIL呈正相关，但与ALT水平不相关。体外试验发现：IL-21能够诱异PBMC产生广泛的炎症因子谱。这一结果证实了IL-21表达水平与严重的肝脏炎症相关，但与轻度肝脏炎症之间的关系不密切，这与Publicover等研究发现IL-21高表达与急性肝炎相关而与慢性肝炎的发生关系不密切的结果相一致。
另外，在肝脏严重肝炎发作之后，患者常出现HBeAg的血清学转换；而且研究发现多种自身抗体也呈现阳性反应，这可能提示在严重肝脏炎症过程中IL-21对于B细胞分泌抗体的促进作用。
6．小结和展望：
综上所述，IL-21高表达与HBV清除和HBeAg血清学转换有关；而在严重肝脏炎症过程中IL-21表达的上调可能反映了这一多功能细胞因子广泛促进机体多种免疫细胞功能活化的过程；因此对于IL-21，如果“趋其利，而避其害”，可能有助于解决目前HBV慢性感染中特异性抗病毒免疫重建难题。有关IL-21在抗病毒治疗过程的预测价值我们正在进行大样本的验证；而高表达IL-21与满意的抗病毒治疗应答的密切关系提示了IL-21可能具有疫苗成份和免疫治疗的潜能。
1. IL-21的简介
2000年，Parrish-Novak等克隆鉴定出一个具有四螺旋束(four-helix-bundle)的新细胞因子，命名它和它的受体分别为IL-21和IL-21受体（interleukin-21 receptor，IL-21R）。IL-21与IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15同属于I型细胞因子家族，它们的细胞因子受体是由各自特有的亚单位与共同的γ链组成；而同属于I型细胞因子家族的IL-3、IL-5、GM-CSF，它们的细胞因子受体则是由各自特有的亚单位与共同的b链组成。IL-21由多种活化的CD4+ T细胞分泌产生，其中主要包括Th17、NKT、Tfh（T follicular helper）等细胞亚群。人IL-21和IL-2的基因同在染色体4q上，两者仅隔180kb；这两个基因的活化都以在T细胞受体（TCR）受刺激为前提，同时依赖于钙离子信号和活化T细胞核因子（NFAT）位点的激活。IL-21R 在正常的淋巴组织包括脾、胸腺、淋巴结和外周血淋巴细胞等，以及纤维化肺组织中都有表达[4]。IL-21作用于机体免疫网络中多种职能细胞，其受体表达于T细胞、B细胞、NK细胞和DC细胞等，特别是高表达于B细胞。因此，IL-21表现为多功能性，如：它调节免疫球蛋白的产生，促进抗体同类型转化，参与趋动B细胞分化成浆细胞，协助CD8+T细胞的增殖和活化，参与趋动Th17细胞的分化；另外在一定条件下IL-21还可以诱导B细胞和NK细胞的凋亡。
早期，有关IL-21的研究主要集中于自身免疫性疾病和肿瘤领域[9]。在自身免疫性疾病中，IL-21与之发生机制相关。研究发现：在系统性红斑狼疮（SLE）模型动物和患者中IL-21表达水平都明显上调，并与自身抗体的水平正相关。在人的风湿性关节炎、炎性肠病和免疫性血小板减少症（ITP）中IL-21表达水平都提示显著上调。在动物模型中如果阻断IL-21，对改善狼疮和关节炎症状显示一定效果。在肿瘤相关的研究中，应用IL-21对黑色素瘤和肾癌的患者治疗，已进入临床二期试验，并提示总体耐受性良好，有一定疗效。近来，在鼠模型中研究淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）发现，IL-21对于控制慢性病毒感染发挥了重要作用。
2．IL-21在慢性HBV感染者表达上调与抑制病毒复制相关
慢性病毒感染过程中常出现辅助性CD4+T细胞功能的耗竭，并导致CD8+T细胞功能缺失和病毒感染的持续，而在慢性HBV感染中也表现相近的特点。如在鼠慢性LCMV感染模型中，CD4+和CD8+T细胞的应答部分地出现耗竭，特别是呈现IL-2的分泌不足，而CD4+T细胞最终通过升高IL-21的表达，辅助CD8+T细胞实现应答能力，进一步控制病毒复制，从而使LCMV病毒载量不会无限制的增高。而在急性LCMV感染过程中，IL-21的作用不明显。我们课题组研究发现：慢性HBV感染者IL-21表达水平是上调的，无论是病毒携带状态还是炎症活动状态，也无论是HBeAg阳性还是HBeAg阴性状态，都显示相对于健康对照组有较高的血清IL-21水平。而且外周血单个核细胞（PBMC）经PMA诱导分泌IL-21的CD4+T细胞频数在慢性HBV感染者中也相对高于健康组。Yue等在HIV慢性感染的报道中也发现：HIV感染者外周血中IL-21的分泌细胞明显高于对照的非感染者，这同样提示了IL-21在HIV慢性感染中可能同样发挥了重要作用。为此，IL-21在慢性病毒性感染中的表达上调可能是机体针对病毒感染的保护性免疫的一种方式。
3．IL-21在慢性HBV感染自然史不同阶段呈现不同水平
研究发现HBV控制和清除与机体的免疫状态是密切相关的。依据患者不同的免疫状态，并结合HBV DNA载量、ALT水平、HBV血清标记物等检测结果，以及预计进展成为肝硬化和肝癌的危险度，通常将HBV慢性感染者自然史分成3-5个阶段，但无论是国外还是国内的慢性乙型肝炎防治指南均将免疫耐受期（IT）、免疫清除期（CHB）、非活动HBV携带状态（IC）列为其中重要的阶段。
在慢性HBV感染的研究中，我们发现：CHB患者比IT患者有更高的血清IL-21水平，这一趋势在通过荧光定量PCR检测患者PBMC表达IL-21mRNA水平的试验中进一步得到了验证。当比较PMA诱导的外周血IL-21分泌细胞频数时发现：IT组的CD4+IL-21+T细胞高于CHB组，这与Ding等的报道结果有相似的变化趋势。这可能与PMA诱导为非特异性的激活淋巴细胞分泌细胞因子导致偏差有关。
Tfh细胞表达趋化因子受体CXCR5，主要在B细胞诱发生发中心和同类型转换中起着重要的作用，分泌IL-21也是这类细胞的重要特性。Feng等[28]在研究慢性HBV感染者CD4+CXCR5+Tfh细胞时发现：代表炎症活动的CHB组比IT组和HC组有明显高的Tfh细胞频数。这提示了IL-21分泌细胞可能参与HBV相关的免疫应答，可能对于评估CHB患者的免疫状态有一定的意义。 Publicover等应用HBV转基因鼠模型分析IL-21的表达与HBV感染的关系，研究发现：成年鼠较幼年鼠有更高的IL-21表达；将成年鼠的脾淋巴细胞过继给幼年鼠可以促发幼年鼠肝脏的炎症；来自成年鼠肝脏的CD4+T细胞高表达IL-21，特别是CXCR5+CD4+T细胞，而幼年鼠不表达IL-21；IL-21受体缺陷的脾淋巴细胞在成年和幼年鼠均介导了受损的针对HBV的免疫应答；而且肝脏的Tfh细胞的无效激活可能导致了IL-21表达水平的下降。我们的研究也发现：HBV感染者的年龄与血清IL-21水平呈现正相关关系（未发表的数据），也提示了IL-21在年龄相关的HBV应答中发挥了关键作用。
值得提出的是，我们难以追踪一位患者整个自然史各个阶段IL-21表达水平，所以只有利用横向比较的数据提供参考。在分析中我们发现：同样是非活动的感染状态，IC组患者无论在血清IL-21水平，还是PBMC的IL-21 mRNA水平都显著性高于IT组患者；而且IC组患者外周血IL-21分泌细胞的频数也显著性高于IT组患者。因为IC组患者能够自发出现HBeAg/HBeAb血清学转换，且HBV DNA水平通常低于1×104copies/mL。这一结果提示了IL-21可能在机体控制HBV病毒复制和促进HBeAg/HBeAb血清学转换方面发挥一定的作用。既往在HIV感染的报道中：CD4+ 和CD8+ HIV特异性IL-21分泌细胞对HIV复制有显著的抑制作用，并能增强CD8杀伤功能[31]。研究中我们也发现：IC患者较HBeAg阳性的CHB患者有较高的HBV特异性CD4+ IL-21分泌细胞，这提示了HBV特异性产生的IL-21可能与HBeAg/HBeAb血清学转换和病毒控制相关。
4．IL-21在抗病毒治疗中的动态变化与疗效相关
应用核苷（酸）类似物进行抗病毒治疗，对于大多数患者可以有效地抑制HBV的复制，降低病毒相关的抗原量，特别是HBeAg这一与免疫耐受相关的抗原。目前，抗病毒治疗药物在一年内帮助17%-30%的HBeAg阳性CHB患者实现HBeAg血清学转换。这种药物诱导的HBeAg血清学转换，使我们有机会观察HBeAg阳性CHB患者两种以上的感染状态。我们研究发现：血清IL-21水平在替比夫定抗病毒治疗过程中总体呈现下降的趋势，但血清IL-21水平与ALT水平之间没有显著的相关关系。分层分析发现：经过1年抗病毒治疗获得HBeAg血清学转换的患者IL-21的总体水平显著高于未发生HBeAg血清转换的患者；特别在治疗12周时，两个应答组间血清IL-21水平存在显著性差异；通过AUROC曲线分析发现治疗12周血清IL-21水平和血清HBV DNA定量都是独立预测治疗1年发生HBeAg血清转换的重要指标，这也是目前在抗病毒治疗过程中通过免疫学参数预测HBeAg血清学转换的前期报道，这一发现对于个体化指导慢性HBV感染者进行抗病毒治疗指供了重要参考。以上结果也同时验证了横向研究中IC患者有较高IL-21表达与HBeAg血清转换可能相关。在体外研究中，Hu等报道了IL-21作用CHB患者B细胞增殖的功能影响的研究：通过IL-21、IL-4、IL-10分别作用CHB患者PBMC，通过流式染色和ELISA方法检测被诱导的细胞中B细胞增殖和培养悬液中HBeAb的水平，发现IL-21具有促进B淋巴细胞增殖和HBeAb-IgG分泌的作用[32]。这进一步提示了IL-21可能在HBeAg血清学转换中发挥一定的作用。
5．IL-21在慢性HBV感染相关的肝衰竭过程中呈显著上调
Th17细胞是重要的IL-21分泌细胞，它在HBV感染严重炎症的重度慢性乙型肝炎（S-CHB）的发病机制中扮演了重要的作用，研究证实IL-21+CD4+T细胞比例与Th17细胞亚群比例均有较好的相关性。为此，我们课题组将代表慢性HBV感染严重炎症的重度慢性乙型肝炎（S-CHB）和乙型病毒性肝炎相关慢加急性肝衰竭（HB-ACLF）纳入研究，进一步分析IL-21在重度肝炎中的分布特点。研究纳入39例HB-ACLF（存活22例，死亡17例）、20例轻度慢性乙型肝炎（M-CHB）、20例重度慢性乙型肝炎（S-CHB）及10例健康对照，其中7例HB-ACLF存活患者连续观察两个月（起病后2~4周、4~6周、6~8周3个时间点）。通过CBA分析血清IL-21浓度发现：随着HBV相关炎症的程度加重，IL-21水平显著升高，其中HB-ACLF组患者IL-21水平最高；而随着肝衰竭症状的缓解，患者IL-21水平逐渐下降；IL-21的血清浓度与PTA呈负相关，与TBIL呈正相关，但与ALT水平不相关。体外试验发现：IL-21能够诱异PBMC产生广泛的炎症因子谱。这一结果证实了IL-21表达水平与严重的肝脏炎症相关，但与轻度肝脏炎症之间的关系不密切，这与Publicover等研究发现IL-21高表达与急性肝炎相关而与慢性肝炎的发生关系不密切的结果相一致。
另外，在肝脏严重肝炎发作之后，患者常出现HBeAg的血清学转换；而且研究发现多种自身抗体也呈现阳性反应，这可能提示在严重肝脏炎症过程中IL-21对于B细胞分泌抗体的促进作用。
6．小结和展望：
综上所述，IL-21高表达与HBV清除和HBeAg血清学转换有关；而在严重肝脏炎症过程中IL-21表达的上调可能反映了这一多功能细胞因子广泛促进机体多种免疫细胞功能活化的过程；因此对于IL-21，如果“趋其利，而避其害”，可能有助于解决目前HBV慢性感染中特异性抗病毒免疫重建难题。有关IL-21在抗病毒治疗过程的预测价值我们正在进行大样本的验证；而高表达IL-21与满意的抗病毒治疗应答的密切关系提示了IL-21可能具有疫苗成份和免疫治疗的潜能。
