關(guān)于IL-37免疫抑制作用的研究進(jìn)展

張 穎 謝曉華?

（301醫(yī)院南樓綜合外科 北京 100853）

[前言]人的免疫系統(tǒng)由免疫細(xì)胞、免疫組織、免疫器官和免疫分子組成，這些組分的正常運(yùn)行是人體保持正常免疫應(yīng)答功能的前提條件。當(dāng)人體的免疫功能發(fā)生缺陷時(shí)會(huì)導(dǎo)致免疫力低下，進(jìn)而可因受到外來病原體的侵襲而發(fā)生感染，甚至可誘發(fā)腫瘤。人體的免疫力若過強(qiáng)也會(huì)對(duì)自身造成傷害，如引發(fā)自身免疫性疾病等。免疫抑制即是指對(duì)免疫應(yīng)答反應(yīng)的抑制作用。細(xì)胞因子是由免疫細(xì)胞和某些非免疫細(xì)胞在受到刺激后合成、分泌的小分子蛋白質(zhì)，可通過與靶細(xì)胞的受體結(jié)合而調(diào)控靶細(xì)胞的生長、分化及功能。細(xì)胞因子的作用廣泛，可以調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答與細(xì)胞生長，并可參與損傷組織的修復(fù)。白細(xì)胞介素（IL）是由多種細(xì)胞產(chǎn)生并可對(duì)多種細(xì)胞發(fā)揮效應(yīng)的細(xì)胞因子。最初的臨床研究發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素由白細(xì)胞產(chǎn)生且主要在白細(xì)胞間發(fā)揮效應(yīng)，故被稱為白細(xì)胞介素。目前，研究人員至少發(fā)現(xiàn)了38個(gè)白細(xì)胞介素，并分別將其命名為IL-1～I(xiàn)L-38。白細(xì)胞介素可分為IL-1家族、IL-2家族、趨化因子家族、趨化因子家族C-X-C/α亞族、IL-6家族、IL-10家族與IL-17家族。白細(xì)胞介素的功能復(fù)雜，在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，對(duì)免疫細(xì)胞的成熟、分化、增殖及其發(fā)揮的免疫效應(yīng)均可起到重要的調(diào)節(jié)作用，并可對(duì)人體內(nèi)多種生理和病理反應(yīng)起到調(diào)控的作用[1-2]。IL-37是臨床上新發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞因子，對(duì)炎癥具有較強(qiáng)的抑制作用。IL-37屬于IL-1家族。IL-1家族包括11種細(xì)胞因子，均與人體內(nèi)的炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。IL-1家族的細(xì)胞因子主要通過調(diào)控炎癥和自身免疫性疾病相關(guān)基因的表達(dá)、誘導(dǎo)磷脂酶A2、干擾素γ、粘附分子等效應(yīng)蛋白的表達(dá)而參與調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)。2000年，人們發(fā)現(xiàn)了IL-1家族的新成員IL-1H4。2001年，Eleanor Dunn等人將IL-1H4改名為IL-1F7。研究發(fā)現(xiàn)，IL-1F7具有免疫抑制的作用，可抑制人體內(nèi)多種促炎性因子的表達(dá)。2010年，IF-1F7被改名為IL-37。IL-37的基因位于人類第二號(hào)染色體上，其基因表達(dá)的產(chǎn)物共有五個(gè)剪切亞型（IL-37a-e）[3-5]。IL-37可表達(dá)于外周血單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中，可在與IL-18的α亞基結(jié)合后形成復(fù)合體而發(fā)揮效應(yīng)，但不會(huì)影響IL-18的生理活性。當(dāng)人體外周血中的單核細(xì)胞缺失IL-37后，人體對(duì)LPS及IL-1a引起的炎癥反應(yīng)的敏感性可顯著增強(qiáng)。目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了IL-37的多種抗炎作用及對(duì)免疫應(yīng)答的抑制作用，但尚未闡明其作用機(jī)理、途徑及功能。在本次研究中，筆者主要對(duì)IL-37免疫抑制作用的最新研究進(jìn)展做一綜述。

1 IL-37的分類和分布

IL-37的基因位于人類第二號(hào)染色體上，其分子量的大小為17～24kD，其結(jié)構(gòu)與IL-1家族其他成員的結(jié)構(gòu)相似。IL-37可分為IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37d、IL-37e五個(gè)亞型。IL-37a的外顯子3編碼一種獨(dú)特的N末端，外顯子4、5、6編碼β三葉草二級(jí)結(jié)構(gòu)，據(jù)推測(cè)IL-37a是一種有功能的細(xì)胞因子。IL-37b是序列最長的亞型IL-37，其外顯子1、2編碼N末端，包含一種前體結(jié)構(gòu)域，胱天蛋白酶（caspase）-1的酶切位點(diǎn)位于此前體結(jié)構(gòu)域內(nèi)。在caspase-1的作用下，無活性的前體IL-37b可轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘某墒祗w。外顯子4、5、6編碼12個(gè)β鏈，形成三葉草的結(jié)構(gòu)。IL-37c和IL-37e中不具有外顯子4，所以不能形成三葉草的結(jié)構(gòu)，不具有功能活性。IL-37d與IL-37b相比，只缺少外顯子2，因此可編碼三葉草二級(jí)結(jié)構(gòu)，可能具有功能活性[6]。IL-37的表達(dá)具有特異性。當(dāng)人體處于正常狀態(tài)時(shí)，IL-37a僅表達(dá)于其腦組織中，IL-37b僅在其腎組織中表達(dá)，IL-37c表達(dá)于心臟中，IL-37d和IL-37e僅能在骨髓和睪丸中被檢測(cè)出來。通常，內(nèi)源性IL-37在人PBMC中表達(dá)的水平較低，但在炎性刺激物和細(xì)胞因子的作用下其表達(dá)水平可有所提高[7-8]。

2 IL-37的作用機(jī)制

在人PBMC中促炎因子IL-18、IL-1β、IFN-γ和TNF能促進(jìn)IL-37的合成，而IL-4和GM-CSF會(huì)抑制IL-37的合成。人類的血漿單核細(xì)胞系和肺上皮細(xì)胞系在過度表達(dá)IL-37b時(shí)可抑制促炎因子的合成。當(dāng)IL-37的表達(dá)受到抑制時(shí)，促炎因子的合成會(huì)大量增加。研究發(fā)現(xiàn)，IL-37b的過度表達(dá)不僅會(huì)抑制促炎因子的合成，還會(huì)導(dǎo)致Th2相關(guān)的細(xì)胞因子IL-13、IL-17和MCP-1的合成增加?？梢?，IL-37b具有復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)作用。此外，IL-37b也可進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與Smad3形成功能復(fù)合物，影響基因的轉(zhuǎn)錄，抑制促炎因子的表達(dá)和樹突狀細(xì)胞的活化。研究表明，IL-37b能通過3種IL-1R激活抑炎通路，發(fā)揮抗炎的作用。Diana等在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)THP-1細(xì)胞過度表達(dá)IL-37b時(shí)會(huì)使細(xì)胞內(nèi)粘附劑和移位細(xì)胞器的功能受到抑制。IL-37b轉(zhuǎn)基因小鼠的巨噬細(xì)胞中促炎因子的合成可受到抑制，并可在表達(dá)時(shí)發(fā)生形態(tài)學(xué)改變?？梢姡琁L-37也可能通過獨(dú)特的方式介導(dǎo)受體后信號(hào)的傳導(dǎo)。以上觀點(diǎn)證實(shí)，IL-37在經(jīng)過caspase-1酶切處理后既可轉(zhuǎn)入細(xì)胞核作為核內(nèi)基因的調(diào)節(jié)劑，也可分泌到細(xì)胞外發(fā)揮其功能[9-10]。

3 IL-37的免疫抑制作用

IL-37是最近新發(fā)現(xiàn)的免疫抑制因子，其在人體正常組織中的表達(dá)廣泛，可通過胞內(nèi)和胞外途徑發(fā)揮免疫抑制的效應(yīng)。據(jù)報(bào)道，IL-37在內(nèi)毒素血癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、肥胖癥、癌癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展中均可發(fā)揮作用。類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎屬于自身免疫疾病。進(jìn)行免疫組化染色檢測(cè)的結(jié)果顯示，健康受試者組織中不表達(dá)IL-37b，而類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的組織內(nèi)IL-37b，呈高度表達(dá)，說明IL-37具有免疫抑制的作用。對(duì)人外周血PBMC的研究發(fā)現(xiàn)，IL-37的合成受到TLR配體脂多糖（LPS）、Pam3CSK4、TGF-β的誘導(dǎo)。IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠的巨噬細(xì)胞、人THP-1細(xì)胞可以對(duì)LPS誘導(dǎo)的IL-1β、IL-6、TNF-α起到抑制作用，使其無法合成。將siRNA中的IL-37敲除后，可導(dǎo)致IL-1β、IL-6和TNF-α呈劑量依賴性增加，可見PBMC中的IL-37具有免疫抑制的作用。研究發(fā)現(xiàn)，STAT1-4是促炎細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的重要分子，IL-37b能有效抑制磷酸化的STAT1-4發(fā)揮其功能。c-Jun能參與IL-1誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，p38 MAPK在促炎信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑中可起到重要的作用，IL-37b的表達(dá)可起到免疫抑制的作用[11-12]。

IL-37在巨噬細(xì)胞或上皮細(xì)胞中表達(dá)時(shí)，幾乎可完全抑制致炎性因子的合成。而IL-37若不在血細(xì)胞中表達(dá)，人體內(nèi)致炎性因子的合成會(huì)顯著增高。研究發(fā)現(xiàn)，IL-37可在PBMC中表達(dá)，主要存在于胞質(zhì)中。PBMC在受到GMCSF+IL-4的刺激后會(huì)降低IL-37的表達(dá)水平，在受到LPS或PMA的刺激后會(huì)提高IL-37的表達(dá)水平。研究發(fā)現(xiàn)，IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠與同野生型小鼠相比，其體內(nèi)DC的活性和數(shù)量較低。在采用LPS進(jìn)行刺激后，轉(zhuǎn)基因小鼠DC表面的CD86和MHCII的表達(dá)率明顯低于野生型小鼠?？梢?，IL-37在免疫系統(tǒng)中可發(fā)揮免疫抑制的作用。據(jù)報(bào)道，IL-37可以與IL-18受體α鏈結(jié)合，在與其結(jié)合后IL-18的活性并不會(huì)受到抑制，也不會(huì)觸發(fā)炎癥反應(yīng)信號(hào)。對(duì)人急性髓性白血病細(xì)胞系和NKO細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，依賴IL-18的致炎性因子IFN-γ不會(huì)受到IL-37的抑制。但進(jìn)一步的研究證實(shí)，IL-37可以與IL-18的天然拮抗劑IL-18結(jié)合蛋白形成復(fù)合物，從而抑制IL-18誘導(dǎo)生成IFN-γ的能力，起到免疫抑制的作用[13]。

抗炎因子TGF-β的抗炎效應(yīng)與IL-37的免疫抑制作用有密切的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Smad3的活性受到抑制時(shí)，IL-37的免疫抑制作用會(huì)明顯降低。Grimsby等通過蛋白組學(xué)研究證實(shí)，IL-37和Smad3可以相互作用。他們首先將FLAG-tagged IL-37b轉(zhuǎn)染到肺上皮A549細(xì)胞上，并利用免疫熒光技術(shù)進(jìn)行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IL-37b和磷酸化Smad3位于同一位置。Nold等將IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠中的Smad3敲除后，發(fā)現(xiàn)IL-17的免疫抑制作用明顯減弱?？梢?，Smad3對(duì)IL-17的免疫抑制作用具有重要的影響。

4 IL-37與發(fā)生嚴(yán)重創(chuàng)傷失血的關(guān)系

嚴(yán)重的創(chuàng)傷出血患者其體內(nèi)致炎性細(xì)胞因子的表達(dá)可有所升高，其體內(nèi)抗炎性細(xì)胞因子的表達(dá)可有所下降。研究發(fā)現(xiàn)，人體在發(fā)生嚴(yán)重的創(chuàng)傷出血時(shí)，其體內(nèi)IL-37表達(dá)水平的變化與抗炎性細(xì)胞因子TGF-β1表達(dá)水平的變化相一致，與致炎性細(xì)胞因子IL-6表達(dá)水平的變化相反。可見，IL-37在人體發(fā)生嚴(yán)重的創(chuàng)傷出血時(shí)可發(fā)揮重要的作用[14]。

5 IL-37與發(fā)生肺臟損傷和腎臟損傷的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，肺臟損傷患者血清中IL-37和IL-18表達(dá)的水平可明顯提高，推測(cè)其血清中IL-37表達(dá)水平的提高可能是因前炎癥因子IL-18的表達(dá)升高、機(jī)體負(fù)反饋的機(jī)制被啟動(dòng)而抑制炎癥的過度表達(dá)所致?？梢?，IL-18在肺損傷的修復(fù)過程中可起到重要的作用。腎臟損傷患者與肺損傷患者體內(nèi)IL-37表達(dá)水平的變化相一致。研究發(fā)現(xiàn)，腎臟損傷患者外周血中IL-37的表達(dá)水平可有所升高，其具有修復(fù)腎臟損傷的作用[15]。

6 展望

IL-37是臨床上新發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞因子。目前的研究結(jié)果顯示，IL-37在固有免疫應(yīng)答方面可發(fā)揮重要的調(diào)控作用及免疫抑制的作用，其在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、肥胖癥、癌癥等多種自身免疫性疾病發(fā)生發(fā)展的過程中均可發(fā)揮重要的作用。但是，目前我們對(duì)IL-37的了解仍然較少，IL-37的受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及作用機(jī)制尚不明確。在未來的研究中，我們首先要明確IL-37的作用機(jī)制、受體及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，為IL-37在治療自身免疫性疾病方面可發(fā)揮的作用提供實(shí)驗(yàn)研究成果的支持。其次，我們應(yīng)深入研究IL-37與嚴(yán)重創(chuàng)傷失血、肺臟損傷及腎臟損傷的關(guān)聯(lián)性，從而為治療此類損傷性疾病提供更好的方案。

7 結(jié)語

IL-37是一種新型的具有免疫抑制作用的細(xì)胞因子，具有抑制固有免疫應(yīng)答和適應(yīng)性免疫應(yīng)答的作用，并可抑制促炎性因子的表達(dá)。在IL-37表達(dá)于PBMC和樹突狀細(xì)胞中時(shí)，將siRNA中的IL-37敲除可導(dǎo)致IL-1β、IL-6和TNF-α的表達(dá)呈劑量依賴性增加?？梢?，PBMC中的IL-37具有免疫抑制的作用。IL-37可與IL-18的天然拮抗劑IL-18結(jié)合蛋白形成復(fù)合物，抑制IL-18誘導(dǎo)生成IFN-γ的能力，進(jìn)而起到免疫抑制的作用。成熟的IL-37可進(jìn)入細(xì)胞核中，因此IL-37在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外均具有生物活性。IL-37可與Smad3在細(xì)胞內(nèi)形成復(fù)合體，發(fā)生核易位，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞代謝、細(xì)胞增殖及炎癥因子的表達(dá)，抑制樹突狀細(xì)胞的活性，進(jìn)而可發(fā)揮免疫抑制的作用。研究發(fā)現(xiàn)，IL-37在健康受試者的組織中不表達(dá)，在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、肥胖癥、肝炎等多種自身免疫性疾病患者的組織中呈高度表達(dá)?？梢姡琁L-37在自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。今后，我們?nèi)孕鑼?duì)IL-37進(jìn)行更深入的研究，以明確其作用機(jī)制、受體及信號(hào)通路。

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