淺談IL-37b與類風濕關節(jié)炎的關系

高　思　黃安斌

(華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院風濕免疫科，武漢430000)

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淺談IL-37b與類風濕關節(jié)炎的關系

高思黃安斌

(華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院風濕免疫科，武漢430000)

IL-37是IL-1家族第7個成員(IL-1 family 7，IL-1F7)，最初是2000年利用計算機序列分析發(fā)現(xiàn)鑒定的一個細胞因子，2010年被Nold等人命名為IL-37[1]。人的IL-37基因定位于第2號染色體上[2]，結(jié)構與其他IL-1家族成員具有高度同源性。根據(jù)其基因片段上外顯子的不同可組成五個剪切亞型(IL-37a-e)，而每種亞型的表達都有其明顯的組織特異性。IL-37b是分子量最大的亞型，也是其主要的效應亞型，包括6個外顯子中的5個(1、2、4、5、6)，位于N端的外顯子1和2能夠編碼一種前結(jié)構域，它包含了半胱氨酸天冬氨酸酶-1(caspase-1)的酶切位點，在caspase-1的酶切作用下，IL-37b由細胞外向細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移[3]， IL-37b含有的外顯子4～6能編碼β-三葉草二級結(jié)構，IL-37b被認為是最具有生物學功能的IL-37亞型，有研究表明試驗狀態(tài)下IL-37b能夠形成同源二聚體的形式[4]，已有研究證明IL-37b與IL-18、IL-18BP(IL-18結(jié)合蛋白)和IL-18Rα(IL-18受體)相互作用，以非競爭性結(jié)合形成復合體,抑制了NF-κB和MAPK等途徑,使IFN-γ的合成下降,對IL-1 家族受體后信號傳導產(chǎn)生負性調(diào)節(jié)作用,但是IL-37b對IL-18的活性并未產(chǎn)生影響[4-6]。成熟的IL-37b還可以進入細胞核與Smad3結(jié)合形成復合體,通過調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄抑制促炎因子的產(chǎn)生[7]。因此科學家推測它在細胞內(nèi)和細胞外均具有生理活性[8]。

RA是一種以侵蝕性關節(jié)炎為主要表現(xiàn)的慢性系統(tǒng)性自身免疫性疾病，其病理特征主要表現(xiàn)為滑膜細胞的增生和炎癥細胞的浸潤。成纖維樣滑膜細胞腫瘤樣增生并分泌各種炎癥因子，如腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL-6、IL-1等在RA免疫發(fā)病機制中發(fā)揮了關鍵作用。IL-37是一種新型抗炎因子，研究顯示它在多種炎癥疾病和自身免疫性疾病的發(fā)生及發(fā)展過程中起保護作用[9-14]，但其在類風濕關節(jié)炎中作用暫不明確。本文主要對IL-37b的來源、生物功能、在炎性疾病中以及類風濕關節(jié)炎中作用機制等方面進行綜述。

1IL-37b的來源

IL-37b在人類多種組織(淋巴結(jié)、肝臟、皮下脂肪、胸腺、骨髓、胎盤、肺、睪丸、子宮、結(jié)腸腫瘤)和人類多種細胞系(THP-1、U937、A431、IMTLH、KG-1、HL60、HPBMC、HPT-4、NHDC)中均有表達。在單核細胞、扁桃體漿細胞和乳腺癌細胞中可以檢測到IL-37b的翻譯后蛋白[8]。IL-37d、e只表達于骨髓和睪丸中，另外,大腦中僅表達IL-37a,心臟中僅表達IL-37c,小鼠體內(nèi)則缺乏IL-37的表達[9]。

2IL-37b生物功能

IL-37b作為IL-1家族的新成員具有抗炎和免疫抑制雙重作用。IL-37b作為一種抗炎細胞因子逐漸受到重視，研究表明，IL-37b可以通過巨噬細胞、PBMC、中性粒細胞、鼠RAW細胞系等有效抑制前炎癥細胞因子，抑制TLR誘導的前炎癥因子釋放以及樹突狀細胞活性。IL-37b作為一種天然的炎癥調(diào)節(jié)因子在調(diào)節(jié)免疫炎癥反應方面起到重要作用，參與多種免疫炎性疾病，特別與肝炎、休克、腸道炎癥、類風濕關節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、強制性脊柱炎以及病態(tài)肥胖等密切相關。

2.1IL-37b 具有抑制促炎癥因子的生物學特性研究表明，多種TLR 配體脂多糖(LPS)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)能刺激人外周血單個核細胞(PBMC)中內(nèi)源性IL-37b的合成增加。通過用針對IL-37b的干擾siRNA,IL-37b蛋白生成大大減少，再用LPS刺激后，促炎因子IL-6、IL-1β等的合成顯著增加，而IL-10等抑炎因子合成不受影響[10]。Buffer等[15]通過建立穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的鼠巨噬細胞RAW-IL-37b細胞株，可使IL-37b在細胞株中穩(wěn)定持續(xù)的少量表達，通過LPS刺激，IL-37b蛋白的表達逐漸增加，并呈劑量依賴性。通過與空轉(zhuǎn)染組比較，轉(zhuǎn)染的IL-37b細胞能顯著減少由LPS刺激的TNF、CXCL-2、IL-1α、IL-6等的生成，表明IL-37b能減少促炎因子的合成。

2.2IL-37b增強了轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β生物屬性Nold等[10]建立的FLAG-tagged IL-37b小鼠模型，證實了IL-37b可保護小鼠免于LPS引起的低體溫、代謝性酸中毒、脫水等休克狀態(tài)。相對于轉(zhuǎn)染組IL-6、IL-1β等炎癥因子顯著減少，免疫抑制因子TGF-β并沒有減少，通過檢測表明TGF-β在脾臟內(nèi)相對于對照組小鼠增加了1.8倍。通過雙向凝膠電泳和質(zhì)譜技術檢測Smad3結(jié)合物，證實與其結(jié)合的細胞因子是IL-37b[16]。Smad3蛋白是TGF-β主要的細胞內(nèi)信號分子，當TGF-β與其受體結(jié)合后，可使Smad3磷酸化。被磷酸化的Smad3蛋白轉(zhuǎn)位到細胞核內(nèi)，并影響基因的轉(zhuǎn)錄。因此，IL-37b 通過與Smad3蛋白結(jié)合，促進了TGF-β的細胞因子抑制性。TGF-β作為DCs功能的抑制物已經(jīng)被人們廣泛接受，IL-37通過促進TGF-β的作用，抑制了DCs的功能。

2.3IL-37b抑制樹突狀細胞(DCs)系統(tǒng)DCs 是公認的體內(nèi)功能最強大的專職性抗原提呈細胞(Antigen-presenting cell，APC)。研究發(fā)現(xiàn)，IL-37b可以顯著減少LPS效應從而抑制其誘導的DCs活化，從而減弱了T細胞的免疫應答[10]。IL-37b可以顯著抑制IL-1β、TNF、IL-12、IL-18以及IL-12+脂多糖等刺激物的促炎性效應，與其抑制DCs的功能有關。IL-37b通過促進TGF-β從而抑制DCs的功能，從而抑制了固有免疫反應，進而阻斷了適應性免疫應答。

2.4IL-37b對趨化因子及信號傳導通路的抑制作用在Nold[10]研究中，可見多種細胞因子包括IL-1a、IL-6的表達幾乎完全被抑制，趨化因子CXCL13(BCA-1)、GM-CSF和IL-1β顯著減少。表明IL-37b具有抑制趨化因子巨噬細胞炎癥蛋白(MIP)-2/CXCL2、單核細胞趨化因子(MCP)-5/CCL12 、BCA-1/CXCL12的作用。其機制可能為：IL-37b進入細胞核與Smad3形成功能性IL-37b-Smad3 復合物，使參與促炎性細胞因子信號轉(zhuǎn)導蛋白激酶STATs1-4磷酸化被抑制[17，18]，同時研究表明，IL-37b可抑制p38MAPK磷酸化[19]，從而抑制信號傳導通路。

3IL-37b在炎癥性疾病中的作用

有研究表明用免疫組化染色方法發(fā)現(xiàn)IL-37b在健康受試者的組織中不表達,而在類風濕關節(jié)炎活躍期的滑膜組織中高表達,說明IL-37b可能介導一種負反饋機制抑制炎癥的過度表達[8,10]。對RA患者外周血IL-37b檢測發(fā)現(xiàn)：IL-37b在RA患者外周血中表達水平顯著增高，并且RA患者血清IL-37b水平與其自身抗體呈正相關，提示IL-37b可能參與了RA的病理生理作用[20]。另外,對自身免疫病狼瘡和克羅恩病檢測發(fā)現(xiàn)有相同的結(jié)果,用Real-time PCR方法檢測到狼瘡病人的單核細胞中含有IL-37b,用免疫組化染色方法檢測到克羅恩式病人的軸膜固有層巨噬細胞中也含有IL-37b[9]。另外潘發(fā)明和徐建華教授報道發(fā)現(xiàn)IL-37b基因rs3811047位點的多態(tài)性與強直性脊柱炎易感性相關[11,21]。Bulau等[13]研究發(fā)現(xiàn)在ConA誘導T細胞介導的肝損傷中給小鼠尾靜脈注射重組IL-37b，2 h后IL-4、IL-5、IFN-γ、TNF-α、IL-6等與對照組小鼠尾靜脈注射空質(zhì)粒相比明顯減少，24 h后血清中的各種細胞因子與對照組比較抑制不明顯，而IL-6始終比對照組少[22]。說明抗炎細胞因子IL-37b在體內(nèi)的短暫表達具有抑制局部炎癥的作用。

Chustz等[14]研究發(fā)現(xiàn)IL-37b可能參與過敏性疾病發(fā)病過程，IL-37b作為抗炎細胞因子參與支氣管哮喘的發(fā)病過程，通過對支氣管哮喘急性發(fā)作期患者血清中IL-37b的水平檢測可知，急性發(fā)病期患者IL-37b水平明顯低于健康對照者，經(jīng)治療后IL-37b水平明顯升高，提示IL-37b在支氣管哮喘的免疫調(diào)解過程中可能起著重要的作用。

4IL-37b在類風濕關節(jié)炎中的作用機制

RA是一種以侵蝕性關節(jié)炎為主要表現(xiàn)的慢性系統(tǒng)性自身免疫性疾病，其病理特征主要表現(xiàn)為滑膜細胞的增生和炎癥細胞的浸潤。IL-37b作為抗炎因子，在正常健康人的滑膜細胞中不表達，而RA的滑膜細胞內(nèi)大量發(fā)現(xiàn)，說明IL-37b參與RA的病理發(fā)展過程。

4.1IL-37b細胞外作用機制目前RA病因及發(fā)病機制仍未完全闡明，滑膜細胞瘤樣增生及分泌的各種細胞因子在RA發(fā)病中起到了關鍵作用。其中主要細胞因子為：TNF-α、IL-1、IL-6、TNF-γ、IL-18，還可以產(chǎn)生MMPs與組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)介導關節(jié)軟骨和軟組織破壞。

IL-37b作為天然的免疫應答抑制物，能夠抑制多種炎性因子的表達。在RA中IL-37b細胞外發(fā)揮抗炎作用機制可能為：IL-37b具有促進TGF-β的作用，從而抑制DCs的功能，降低T、B細胞的免疫應答。所以減輕RA的過度炎癥反應可以，可以減輕對人體的損害。

IL-37b與IL-18的結(jié)構相似,并且參與了IL-18、IL-18BP(IL-18結(jié)合蛋白)和IL-18Rα(IL-18受體)的相互作用[5]。IL-37b作為IL-18 的非競爭性抑制劑,并不能影響IFN的產(chǎn)生。IL-37b通過增強IL-18BP的功能從而實現(xiàn)對IFN-γ的抑制作用[4-6]。研究顯示IL-37b可能通過3種IL-1R 包括TIR8/SIGIRR(IL-1R8)、TIGIRR-1(IL-1R9)、TIGIRR-2(IL-1R10)激活抑炎通路,發(fā)揮抗炎作用。通過這3種通路發(fā)揮抗炎作用可以減輕RA炎癥反應。

IL-37b不僅抑制腫瘤生長，同時在體外IL-37b具有抑制RA病人成纖維樣滑膜細胞生長和促進成纖維樣滑膜細胞凋亡的作用。其作用機制可能為IL-37b激活NF-κB相關通路，促進cyclin D1、bcl-2蛋白表達上調(diào)，從而促進了細胞凋亡，抑制了滑膜細胞的生長。

4.2IL-37b細胞內(nèi)作用機制成熟的IL-37b在caspase-1的輔助下進入細胞核,核內(nèi)的IL-37b與Smad3 結(jié)合形成一種功能復合體,抑制了信號轉(zhuǎn)導蛋白、轉(zhuǎn)錄激活物1-4、轉(zhuǎn)錄因子AP-1和促絲裂原活化蛋白激(MAPKp38)的磷酸化,從而影響了基因的轉(zhuǎn)錄。這個過程最終抑制Toll樣受體(TLR)誘導的促炎細胞因子的表達以及樹突狀細胞(DC)的活化[23]。

研究表明TGF-β/Smad3信號通路具有抑制軟骨細胞肥大變性，保持關節(jié)軟骨細胞的功能，防止關節(jié)炎的發(fā)生[24]。Smad蛋白是TGF-β主要的細胞內(nèi)信號分子,TGF-β與其受體結(jié)合后促使Smad磷酸化并使Smad3轉(zhuǎn)移到細胞核影響基因的轉(zhuǎn)錄[25]。因此IL-37b通過與Smad3結(jié)合，不僅使TGF-β抑制功能增強，也不斷促進了骨骼的修復，防止了過度炎癥對骨造成的破壞。同時IL-37b經(jīng)過caspase-1酶切處理后轉(zhuǎn)移入細胞核作為核內(nèi)基因調(diào)節(jié)劑表現(xiàn)出其對促炎細胞因子的抑制效應。

此外IL-37b與Smad3形成復合物，能使信號轉(zhuǎn)導蛋白激酶STAT 1-4(Signal transducers and activators of transcription 1-4)的磷酸化受到抑制,它是促炎細胞因子信號轉(zhuǎn)導過程中的重要信號分子。IL-37b抑制STAT 1-4的可能機制為：STAT 1-4與炎性細胞因子IL-6、IL-12、IFN-γ的信號轉(zhuǎn)導密切相關；Smad3是STAT1和STAT3重要拮抗劑，而且IL-37b可以與Smad3形成復合體，因此STATs的失活可能是IL-37b抑制炎癥的最直接機制[26]。c-Jun是轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1(AP-1)家族的重要成員,參與了IL-1誘導的炎癥反應過程；磷酸化p38 絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)在多種促炎信號轉(zhuǎn)導途徑中起重要作用,IL-37b可以抑制c-Jun和p38MAPK的功能。此外，IL-37b還能通過促進糖原合成酶激酶(GSK)-3a/β磷酸化,進而抑制GSK激酶活性[19,27，28]，最終導致TLR誘導促炎因子及趨化因子合成受到抑制。

5結(jié)語與展望

IL-37b作為IL-1家族的新成員，在人體器官、組織廣泛表達，并且參與了包括炎癥休克、肝臟損傷等炎性疾病，同時也參與了類風濕關節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、結(jié)腸炎、強直性脊柱炎、過敏性哮喘等免疫炎癥疾病。展示了IL-37b所具有的強大抗炎和免疫抑制作用。在細胞外與IL-18 受體結(jié)合抑制IFN-γ的合成并對TLR后信號傳導和DC細胞活性產(chǎn)生抑制作用，在細胞內(nèi)主要通過caspase-1的輔助下進入細胞核與Smad3結(jié)合形成復合物調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄來抑制炎癥因子釋放。目前IL-37b對類風濕關節(jié)炎的免疫調(diào)節(jié)機制尚不完全清楚，其作用機制還有待于進一步研究，從而為類風濕關節(jié)炎臨床治療提供新思路。

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[收稿2015-10-19修回2016-03-07]

(編輯倪鵬)

doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.07.035

作者簡介：高思(1989年-)，女，在讀碩士，主要從事類風濕關節(jié)炎方面研究。 通訊作者及指導教師：黃安斌(1964年-)，男，副教授，碩士生導師，主要從事類風濕關節(jié)炎及各種自身免疫性疾病發(fā)病機制方面研究，E-mail:huang-anbin@163.com。

中圖分類號R593.22

文獻標志碼A

文章編號1000-484X(2016)07-1080-04