白細胞介素-38的炎癥免疫作用及調(diào)控機制研究進展①

柴雨森 王川江 林時輝 徐 昉

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，急診醫(yī)學科和重癥醫(yī)學科，重慶 400016)

白細胞介素(Interleukin，IL)是由多種細胞產(chǎn)生并作用于多種細胞的一類細胞因子。IL-1家族(IL-1 family)是其中與IL-1結(jié)構(gòu)相似的一組細胞因子，在炎癥和宿主防御過程中起重要作用。近年來，已發(fā)現(xiàn)多個該家族新成員并按公布順序予以重新命名[1-3]。已知的包括11個主要成員，分別為7種配體(IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β和IL-36γ)、3種受體拮抗劑[IL-1R拮抗劑(IL-1Rα)、IL-36Rα、IL-38]和抗炎細胞因子(IL-37)[4]，再根據(jù)它們的生物學功能分別編入IL-1細胞因子亞群[3]。家族最新成員——IL-38最初被作為IL-1家族細胞因子克隆[5,6]，屬IL-36類細胞因子，其確切生物學作用尚不清楚?，F(xiàn)有研究表明在炎癥免疫方面，IL-38具有特別的作用與分子機制，本文就其在炎癥免疫領域的最新研究進展做一綜述。

1 結(jié)構(gòu)和基本生物學活性

IL-38(曾被命名為IL-1F10或IL-1HY2[5])于2001年由美國加州大學圣克魯斯分校(University of California,Santa Cruz)作為IL-1家族細胞因子克隆，當時被命名為IL-1HY。從基因定位上看，編碼人類IL-1家族成員(除外IL-18和IL-33)的基因定位于第二號染色體上，從著絲粒到端粒的基因表達順序為“IL-1A-IL-1B-IL-37-IL-36G-IL-36A-IL-36B-IL-36 RN-IL1F10-IL-1RN”[7,8]。編碼IL-38的基因同樣位于人類染色體2q13-14.1，其定位臨近編碼IL-1Ra(IL-1RN)和IL-36Ra(IL-36RN)的基因[5,7]。同時，在分子結(jié)構(gòu)上IL-38也具有IL-1家族細胞因子明顯特征，包括缺乏信號肽和Caspase-1切割位點以及與IL-1Ra類似的β三葉草結(jié)構(gòu)等一致的關鍵氨基酸序列[2,5]?；谌颂浩つw文庫的鑒定發(fā)現(xiàn)人IL-38基因有4個外顯子，IL-38cDNA序列編碼了152個氨基酸的前體[2]。更為重要是的，IL-38與IL-1Ra有37%和(或)41%的同源性，與IL-36Ra有43%同源性，并具有與IL-1Ra類似的三維結(jié)構(gòu)[2,5，9]?？梢?，IL-38可能與IL-1起源于某一共同祖先基因，且很可能是IL-1R拮抗劑的祖先基因[10]。就生物活性而言，IL-1家族細胞因子的一個子集需要N末端裂解才能獲得完整的生物學活性(如：IL-1β、IL-18和IL-36[1])。當IL-36Ra除去第一氨基酸(甲硫氨酸)后即可獲得完全拮抗活性[1,11,12]。對于切割IL-36Ra和IL-38細胞因子的蛋白酶的研究目前還處在探索性階段，預測前2個氨基酸被切割可生成一個經(jīng)過處理的3AA-152 IL-38蛋白作為一共同切割位點，其分裂產(chǎn)物活性尚待證實[13,14]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)IL-38蛋白的20～152個氨基酸片段能提高生物活性[1]，這可能是另一個候選切割位點。目前研究并未顯示哪種形式的IL-38是人體中的天然活化體，也并未明確提出其活化的蛋白酶，這些都尚在探索階段。

2 IL-38免疫調(diào)控作用和分子機制

2.1類IL-36Ra的拮抗作用 IL-1受體家族(IL-1R)和Toll樣受體(TLRs)是參與免疫和炎癥的保守蛋白超家族的成員[15]，由于它與IL-1R在結(jié)構(gòu)、功能、信號轉(zhuǎn)導通路上存在諸多相似，因而歸入“Toll/IL-1R家族”這一個大的信號受體家族[16]，包括：誘餌受體(IL-1R2和IL-18BP)與非典型受體(TIR8/SIGIRR、IL-1RAcPb、TIGIRR-1和TIGIRR2/IL-1RAPL)等[15,17]。研究表明IL-36Ra能阻斷第二受體IL-1RAcP合成(此作用與IL-1Ra相同)以阻止來自IL-36R的信號[12]。IL-38具有作為IL-36R受體拮抗劑的生物學基礎[6]，其生物學活性同IL-36Ra類似，可通過與IL-36R結(jié)合并誘導其拮抗作用[11]。目前研究發(fā)現(xiàn)，隨IL-38濃度升高，對念珠菌誘導產(chǎn)生IL-17的抑制能力逐漸減弱，甚至在高濃度時轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M作用[18]。而非典型受體SIGIRR又對輔助性T 細胞(T helper cell,Th)17具有調(diào)節(jié)作用[19]。因而，IL-38與IL-36R結(jié)合后，可能以SIGIRR作為一種共同受體造成了這種獨特的劑量-反應特征。同時，非典型受體TIGIRR-2為基于其突變體的表型，也被稱為IL-1RAPL[20]。有研究報道：IL-38是TIGIRR-2已知的第一種配體，它與TIGIRR-2結(jié)合后發(fā)揮拮抗炎性細胞因子的作用[14]。但IL-38的這種性質(zhì)很弱，它似乎只能充當IL-36R的部分受體拮抗劑[6]。根據(jù)目前研究和生物學基礎的提示，IL-38對SIGIRR、TIGIRR2具有可能的招募作用，對阻斷IL-1RAcP的招募亦有可能，這是其類似IL-36Ra的拮抗作用的潛在分子機制。

2.2凋亡介導的內(nèi)源性IL-38調(diào)控巨噬細胞 健康人的巨噬細胞可以通過清除或吞噬促炎細胞來調(diào)控炎癥進程，細胞的控制性分解和凋亡是避免或解決炎癥的有效方式[21]。而細胞因子等由凋亡細胞所衍生的介質(zhì)又具有調(diào)節(jié)吞噬細胞反應的能力[22]。在“巨噬細胞-凋亡細胞”相互作用下，IL-1家族蛋白具有調(diào)節(jié)巨噬細胞因子產(chǎn)生的重要作用[23]。IL-38與IL-1受體家族的IL-1R6(IL-1Rrp2)[18]和IL-1RAPL1結(jié)合是巨噬細胞中凋亡(Apoptotic，ACM)誘導細胞因子產(chǎn)生的必需條件[23]。IL-6和IL-8的產(chǎn)生主要依賴于IL-1RAPL1，ACM或LPS刺激后巨噬細胞中的IL-1R6表達很低，IL-1RAPL1則表達豐富，但ACM過度產(chǎn)生的IL-38又會阻斷IL-1RAPL1信號[14]?？梢?，IL-38是通過該受體發(fā)揮作用的。同時，IL-1家族細胞因子又能通過加工以改變其生物活性。IL-38可加工為全長(IL-38AA1-152)或截短(IL-38AA20-152)兩種不同形式[12]，其中截短形式能減少IL-6和IL-8產(chǎn)生。而ACM并沒有誘導NF-κB活性，單獨IL-38形式也不會改變巨噬細胞AP1、IL-6或NF-κB啟動子活性。因而，來自凋亡細胞的內(nèi)源性IL-38才具有限制炎癥巨噬細胞的作用。另一方面，IL-38誘導的T細胞細胞因子的產(chǎn)生也是基于其對巨噬細胞的活化作用。研究發(fā)現(xiàn)，IL-38可降低LPS誘導IL-6、IL-8產(chǎn)生或抑制THP-1細胞表達IL-17；過表達IL-38的人巨噬細胞則亦能抑制CD3+CD4+T細胞分泌IL-17[14,24,25]。IL-17是Th17主要效應因子，IL-6是人類Th17分化所需的重要細胞因子[26]。那么，IL-38在巨噬細胞中調(diào)控IL-6和IL-17的作用將會成為影響Th17分化或功能的重要因素。因而，IL-38從凋亡細胞中的釋放是一種積極的機制，其可通過改變巨噬細胞功能從而在凋亡條件下緩解炎癥反應，這可能涉及IL-38表達和協(xié)調(diào)釋放機制，以及調(diào)節(jié)Th17細胞等作用。

2.3調(diào)節(jié)Th17細胞免疫應答 腫瘤免疫力和炎癥的消退取決于Th17/Treg比例。研究發(fā)現(xiàn)，IL-38可以調(diào)節(jié)髓系細胞(巨噬細胞)功能并間接調(diào)節(jié)Th17反應從而發(fā)揮抗炎作用，對銀屑病和脊椎關節(jié)炎等許多炎癥疾病的治療至關重要[14,24]；又有研究通過對健康人外周血單個核細胞(Peripheral blood mononuclear cell，PBMCs)的觀察發(fā)現(xiàn)，IL-38對IL-6、IL-8、IL-17/IL-22等的調(diào)控作用[27,28]；可見，IL-38對Th17軸的調(diào)節(jié)備受關注。IL-38是IL-36R的特異性受體，可與IL-36R結(jié)合并誘導其抑制作用，導致TLR結(jié)構(gòu)無法募集MyD88從而抑制NF-κB和MAPKs炎癥通路，其中NF-κB通路抑制又會影響哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)激活[29-31]。mTOR是一種細胞能量感應分子,通過調(diào)控其下游信號通路可調(diào)節(jié)細胞新陳代謝、周期進程及生長[32,33]。活化的mTOR又可通過磷酸化作用激活調(diào)節(jié)Th17細胞分化的重要環(huán)節(jié)——STAT3[34]。有研究發(fā)現(xiàn)，mTOR信號可同時增強Th17和Treg分化，但其對STAT5信號激活相對較弱[35]；而使用雷帕霉素和pim-2(絲氨酸/蘇氨酸-蛋白激酶)后，增強的STAT5可通過抑制RORγt從而進一步減少Th17[35]；因而mTOR信號是促進Th17/Treg比值增大的重要核心因素。有研究證實來源于凋亡細胞的IL-38可以限制巨噬細胞依賴的Th17細胞生成，從而使Th17/Treg比率(以特征性細胞因子IL-17/IL-10表示)保持在低水平[14]，降低炎癥反應。可見，在炎癥性疾病中，強烈的炎癥因子風暴增加了mTOR信號表達，使Th17/Treg比值增高。而IL-38阻斷IL-36R功能后可以降低Th17/Treg，那么“IL-38-mTOR-Th17/Treg”就可能成為探索調(diào)控炎癥性疾病的一條新線索。

3 IL-38的臨床炎癥免疫研究現(xiàn)狀與應用前景

健康狀態(tài)下IL-38在機體內(nèi)的表達程度類似于IL-1家族其他成員，其分布與組織的免疫功能有關[36]，其主要表達于皮膚、脾臟和扁桃體等免疫細胞富集的組織或器官[2,5]，在胸腺、胎盤和胎兒肝臟等也有一定表達[2,8]。而在心臟、胎盤等無免疫功能組織中，IL-38的表達很低甚至沒有[5,36]。在疾病時，IL-38的表達卻與健康機體有異，特別是由IL-1所驅(qū)動的炎癥反應性疾病(如：強直性脊柱炎、類風濕性關節(jié)炎、動脈粥樣硬化和化膿性汗腺炎等)[37-40]?？梢?，IL-38參與疾病炎癥反應進程并可能發(fā)揮調(diào)控作用。

3.1自身免疫性疾病 自身免疫性疾病是指一大類機體對自身抗原發(fā)生免疫反應而導致自身組織損害的疾病。在銀屑病、克羅恩病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus，SLE)等中均存在IL-38的異常表達且與疾病嚴重程度有關[27,38,41,42]。雖然研究發(fā)現(xiàn)銀屑病患者皮膚IL-38表達降低存在不確定性[27,38,41]，但相關細胞因子IL-36、IL-36Ra和IL-37表達均上調(diào)[41]。同時，也有研究證實了IL-38在銀屑病患者PBMCs中存在表達且與疾病嚴重程度有關[41]。在對SLE的研究中發(fā)現(xiàn)，小鼠狼瘡動物模型(Murphy Roths/lpr模型)胸腺和脾臟中IL-38表達降低，重組IL-38可減少蛋白尿、皮膚損害等SLE癥狀，并降低血清IL-17、IL-22等促炎因子濃度，可見淋巴器官中的IL-38在SLE發(fā)病中起一定作用[41]。此外，在克羅恩病患者的滑膜和結(jié)腸中也發(fā)現(xiàn)IL-38表達增加，并可通過抑制IL-36與其受體結(jié)合而發(fā)揮保護性作用[38]?？梢?，在自身免疫相關性疾病中IL-38的異常表達可以作為預測疾病嚴重程度的生物學標志物。另一方面，骨關節(jié)是自身免疫性疾病攻擊的一個重要靶器官。研究發(fā)現(xiàn)IL-38基因敲除小鼠也會產(chǎn)生更嚴重的K/BxN血清轉(zhuǎn)移性關節(jié)炎(Serum transfer-induced arthritis，STIA)[9]。同時，腺病毒誘導小鼠IL-38過表達后可減輕膠原誘導的關節(jié)炎(Collagen induced arthritis，CIA)和STIA的關節(jié)腫脹、巨噬細胞浸潤以及降低臨床評分，其作用主要是降低炎癥反應峰值，但對骨質(zhì)破壞影響不大[37]。這些作用與血清IL-1β、IL-6表達升高和IL-10表達降低有關，其中IL-10可通過下調(diào)關鍵的促炎因子(如：IL-6)來防止骨質(zhì)流失參與骨重塑[37,43]。由于IL-38主要表達在炎癥消退時[44]，因而其可能成為一個評價骨關節(jié)炎癥恢復的潛在生物標記物。還有研究發(fā)現(xiàn)在類風濕性關節(jié)炎(Rheumatoid arthritis，RA)中，人IL-38蛋白以可溶形式產(chǎn)生，可能作為分泌配體發(fā)揮功能，其基因缺陷會加劇疾病嚴重程度；但重組IL-38蛋白的全身使用并不能抑制關節(jié)炎發(fā)展，而滑膜組織衍生的IL-38則可能在關節(jié)炎癥發(fā)展中起局部作用[9]。那么，IL-38在炎癥與抗炎中的治療性作用就可能存在一種劑量依賴性的效應，這也許會成為開發(fā)IL-38生物學治療的一個研究佐證。此外，Th17相關細胞因子(IL-17、IL-22和IL-23等)在銀屑病關節(jié)炎滑膜中高表達，影響滑膜組織病理學發(fā)展[28,45]；IL-38過表達也可降低CIA和STIA血清Th17細胞因子(IL-17、IL-23和IL-22)表達[44]。目前，IL-17/IL-23阻滯已被認為是一種銀屑病關節(jié)炎的潛在治療方法[46]?？梢姡琁L-38對Th17細胞的調(diào)控作用可能會成為IL-38治療探索性研究的又一個潛在靶標。

3.2其他炎癥性相關性疾病 “非可控性炎癥(Nonresolving inflammation)所導致的慢病持續(xù)、疾病新發(fā)或者惡性化轉(zhuǎn)歸[47]”和“失控性炎癥(Uncontrolled inflammation)所產(chǎn)生的播撒性炎性細胞激活和炎癥介質(zhì)超常釋放導致的免疫失衡”被確定為多種疾病發(fā)病機制的重要環(huán)節(jié)，這一系列理念已經(jīng)突破了傳統(tǒng)自身免疫性疾病范疇。越來越多研究發(fā)現(xiàn)，IL-38作為一種新型細胞因子亦參與其中。

肺臟雖不是免疫細胞富集器官，但在一系列原發(fā)或者繼發(fā)肺臟失控/非可控性炎癥中均反映出明顯免疫炎癥反應過程。在哮喘、肺腺癌、特發(fā)性肺纖維化和藥物性肺間質(zhì)性疾病中均發(fā)現(xiàn)IL-38異常高表達，其作用可能涉及IL-10、調(diào)節(jié)性T(Treg)細胞和程序性細胞死亡蛋白配體-1(Programmed death-ligand-1，PD-L1)等重要的保護性分子[48-50]?？梢?，IL-38參與了肺部炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展。同時，IL-38又被看作是一種抗血管生成因子[53]。在冠狀動脈相關疾病中，IL-38在動脈粥樣硬化斑塊中呈高表達[51,52]；臨床ST段抬高性心肌梗死患者高表達的IL-38與C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)、心力衰竭指標(肌鈣蛋白、N末端腦鈉肽和左心室射血分數(shù))相關[39]。在探討視網(wǎng)膜病變模型血管生成的研究中，亦證實重組IL-38能抑制血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)刺激后的內(nèi)皮細胞增殖、愈合和血管形成[53]。此外，也有研究提出IL-38的抗血管形成作用也可通過調(diào)節(jié)Th17細胞因子(IL-17、IL-22和IL-23等)來實現(xiàn)[54-56]。還有研究發(fā)現(xiàn)IL-38的表達能反映乙型病毒性肝炎(Viral hepatitis type B)肝臟損傷的即時嚴重程度[57]，且與抗病毒(替比夫定，Telbivudine)治療效能有高度相關性[57]。但在半刀球蛋白-A(Concanavalin A)誘導的小鼠肝損傷模型中，表達IL-38后卻出現(xiàn)小鼠肝損傷減輕，伴隨促炎因子(TNF-α、IFN-γ、IL-6和IL-17等)表達降低[58]。因而，在不同疾病中，IL-38在肝臟所發(fā)揮的作用可以截然不同。由此可見，IL-38能夠反映疾病的炎癥狀態(tài)，部分具有潛在的疾病炎癥程度或預后預測的生物學標記物潛質(zhì)，但在不同疾病、不同組織、不同炎癥時相中作用不盡相同。在內(nèi)分泌和代謝領域，目前的理論提出糖尿病是一種炎癥相關性疾病[59]。研究表明過度的促炎性細胞因子(IL-1β、IL-6和TNF等)可干擾妊娠糖尿病(Gestational diabetes mellitus，GDM)胰島素信號通路，造成胰島素抵抗[60]。而臨床GDM患者血清IL-38水平高于健康妊娠女性(P<0.05)，且血糖水平呈正相關(r=0.112,P=0.011)[61]，提示IL-38可能參與GDM發(fā)生發(fā)展。因而，對于一些曾經(jīng)被定義為“非炎癥性疾病”的疾病，IL-38的免疫炎癥效應是一個值得探索的方向。

4 總結(jié)和展望

IL-38是IL-1家族新發(fā)現(xiàn)的重要細胞因子，其具有類IL-36Ra拮抗作用，可以作為凋亡細胞所衍生的內(nèi)源性介質(zhì)調(diào)節(jié)吞噬細胞反應，涉及招募SIGIRR、TIGIRR2、調(diào)控Th17分化、改變Th17/Treg比例和抗血管生成等多種作用分子機制。在自身免疫性或其他“炎癥”相關性疾病中，IL-38炎癥免疫效應受到越來越多關注，其可能成為預測與評價疾病嚴重程度的新型生物標記物，同時也是探索疾病免疫學治療靶標的重要潛在分子。