IL-37及其抗腫瘤作用機制的研究進(jìn)展

(1. 右江民族醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，廣西 百色 533000；2. 右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，廣西 百色 533000)

白細(xì)胞介素37(interleukin37，IL-37)是新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞因子，能夠抑制多種促炎因子的表達(dá)，從而在多個系統(tǒng)的疾病中表現(xiàn)出明顯的抗炎作用。過去，IL-37在感染性疾病及自身免疫性疾病中的研究十分廣泛，而相關(guān)腫瘤方面的研究很少。隨著對IL-37研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其參與了多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展?，F(xiàn)對IL-37的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、表達(dá)、作用機制、生物學(xué)效應(yīng)及其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的相關(guān)作用機制作一綜述。

1 IL-37的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

早在21世紀(jì)初期，Kumar等[1]研究人員發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞因子IL-37。該因子被發(fā)現(xiàn)的第二年，由于被確認(rèn)為IL-1家族的第7號成員，故被命名為IL-1F7，而在2010 年的時候，正式更名為IL-37。IL-37與其他IL-1家族成員結(jié)構(gòu)相似[2]。其基因位于人類2號染色體長臂上的IL-1家族基因簇中(2q13)，大小為3.617kb[3]。IL-37 由 12 個β鏈組成，與 IL-1 家族其他成員特別是 IL-18 擁有相同的結(jié)構(gòu)模型，共同有1個同源的β三葉草結(jié)構(gòu)[4]。IL-37包含有6個外顯子，分為5種不同亞型：IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37d、IL-37e。因為含有外顯子4～6，所以IL-37a、IL-37b和IL-37d能夠編碼IL-1家族特征性的β三葉草二級結(jié)構(gòu)，而因為缺乏外顯子4，IL-37c和IL-37e不能編碼β三葉草二級結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)無法正確折疊，故推測其沒有生物學(xué)功能[5]。目前，在 IL-37的5種亞型中，IL-37b表達(dá)最豐富，分布最廣，研究也是最多的。

2 IL-37的表達(dá)

IL-37在人體淋巴結(jié)、胸腺、骨髓、呼吸道、腸道、腎臟、尿道、前列腺、心臟等組織器官中均有不同程度的表達(dá)[6-9]，詳見表1。同時，IL-37在機體的多種細(xì)胞，例如上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、漿細(xì)胞、B 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(DC)以及調(diào)節(jié)性T細(xì)胞中都有表達(dá)[10-11]，但是不同亞型的IL-37因表達(dá)部位的不同而有所不同。IL-37亞型中a、b、c亞型大多數(shù)表達(dá)于淋巴結(jié)、胸腺、骨髓、睪丸、B 細(xì)胞、皮膚及 NK 細(xì)胞等，d、e亞型只在骨髓和睪丸中表達(dá)，大腦僅表達(dá)a亞型，腎臟只表達(dá)b亞型，而心臟只表達(dá)c亞型[4，12-13]。雖然 IL-37 的表達(dá)范圍非常廣泛，但是由于外顯子5編碼序列中存在mRNA不穩(wěn)定序列，導(dǎo)致 IL-37細(xì)胞因子mRNA 的半衰期較短[14]，因此正常健康人體中的IL-37表達(dá)量非常低，研究表明健康人體血液循環(huán)中IL-37表達(dá)量小于100 pg/ml[15]。盡管在正常人體，外周血單核細(xì)胞中IL-37蛋白的表達(dá)量極低，但是在一些細(xì)胞因子或炎性因子刺激后，IL-37的表達(dá)會出現(xiàn)變化，如IL-12、IL-32和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)聯(lián)合IL-4可以使IL-37的表達(dá)下降，而一些細(xì)胞因子如LPS、IL-1β、IL-18、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素-γ(IFN-γ)和轉(zhuǎn)化生長因子β(TGFβ)刺激后上調(diào)IL-37的表達(dá)[15]。 同時我們通過TCGA(The Cancer Genome Atlas)數(shù)據(jù)查找，也發(fā)現(xiàn)了 IL-37(IL-1F7)在多種腫瘤中存在表達(dá)差異[16]。其中IL-37在多種腫瘤中屬于高表達(dá)，包括膀胱尿路上皮癌(BLCA)、結(jié)腸癌(COAD)、 肺腺癌(LUAD)、乳腺癌侵潤癌(BRCA)、食管癌(ESCA)、腎嫌色細(xì)胞癌(KICH)、肺腺癌(LUAD)、肺鱗癌(LUSC)、胰腺癌(PAAD)直腸腺癌(READ)、皮膚黑色素瘤(SKCM)、胃癌(STAD)、甲狀腺癌(THCA)、胸腺癌(THYM)、子宮內(nèi)膜癌(UCEC)，但在頭頸鱗狀細(xì)胞癌(HNSC)中屬于低表達(dá)。而在腎透明細(xì)胞癌(KIRC)、腎乳頭狀細(xì)胞癌(KIRP)、肝細(xì)胞肝癌(LIHC)、前列腺癌(PRAD)中癌組織與正常組織的表達(dá)不存在差異。其他腫瘤因未對正常組織進(jìn)行檢測，未能進(jìn)行比較，包括腎上腺皮質(zhì)癌(ACC)、宮頸鱗癌和腺癌(CESC)、膽管癌(CHOL)、彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤(DLBC)、多形性膠質(zhì)細(xì)胞瘤(GBM)、急性髓細(xì)胞樣白血病(LAML)、腦低級別膠質(zhì)瘤(LGG)、間皮瘤(MESO),卵巢漿液性囊腺癌(OV)、嗜鉻細(xì)胞瘤和副神經(jīng)節(jié)瘤(PCPG)、肉瘤(SARC)、睪丸癌(TGCT)、子宮肉瘤(UCS)、葡萄膜黑色素瘤(UVM)，見圖1。

表1 IL-37亞型的組成及表達(dá)

圖1 IL-37(IL-1F7)在腫瘤中表達(dá)

3 IL-37的作用機制

經(jīng)過十幾年的研究證明，IL-37無論是在細(xì)胞內(nèi)還是在細(xì)胞外均可發(fā)揮抗炎作用，其抗炎作用存在兩條信號傳導(dǎo)通路，胞外的IL-37通過與其受體結(jié)合形成IL-37-IL-18Rα-IL-1R8 三聚體以及胞內(nèi)的 IL-37 轉(zhuǎn)運至細(xì)胞核內(nèi)調(diào)控基因表達(dá)。第一條通路中，IL-37前體經(jīng)半胱氨酸蛋白酶-1 (Caspase-1)剪切成為具有活性的成熟體IL-37b，被剪切后的IL-37b與IL-18結(jié)合蛋白(IL-18BP)結(jié)合，進(jìn)而增強了IL-18BP對IL-18抑制作用，從而減少了干擾素-γ(IFN-γ)的生成[17]；另一條通路中，IL-37可在細(xì)胞內(nèi)與smad3相互結(jié)合，形成IL-37-Smad3功能性復(fù)合物并進(jìn)入細(xì)胞核，進(jìn)而抑制某些炎癥信號通路相關(guān)激酶。如FAK，MAPK p38和c-Jun的轉(zhuǎn)錄，使其表達(dá)降低。同時，IL-37-Smad3復(fù)合物還可以抑制STATl-4的磷酸化并使GSK-3α/β的表達(dá)失活[18]；以上兩種IL-37信號傳導(dǎo)通路受到激活后，可以單獨也可以相互協(xié)同作用以促進(jìn)細(xì)胞因子的抗炎作用。

4 IL-37的生物學(xué)效應(yīng)

IL-37的主要生物學(xué)效應(yīng)是抑制固有免疫應(yīng)答和適應(yīng)性免疫應(yīng)答引起的炎癥反應(yīng)[19]。有實驗發(fā)現(xiàn)，通過轉(zhuǎn)基因方法將肺上皮細(xì)胞系(A549)與人類血漿單核細(xì)胞系(THP-1)過表達(dá)IL-37后發(fā)現(xiàn)，明顯抑制了促炎因子的合成，當(dāng)使用基因沉寂方法使IL-37表達(dá)失活后，明顯促進(jìn)了促炎因子的合成，但未影響IL-10等炎癥抑制因子的合成[15]。這些研究充分表明了IL-37具有抗炎作用。而在LPS 或者IL-1 受體家族介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中，也發(fā)現(xiàn)了同樣的抑炎效果。另外，IL-37也會影響炎癥小體的激活，進(jìn)而導(dǎo)致 IL-1β、IL-18 等細(xì)胞因子的表達(dá)降低[20-21]。在IL-37轉(zhuǎn)染小鼠建成的小鼠模型中，DC表面共刺激分子CD86和MHC II類分子在LPS刺激作用下的表達(dá)降低，IL-1β、IL-6和IL-12在IL-37作用下合成明顯受到抑制，而IL-10的合成增加。同時，IL-37可增強DC誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)的能力，但是可降低激活DC抗原特異性T細(xì)胞和幼稚T細(xì)胞的能力[20]。另有研究表明[22]，DC表面共刺激分子CD86和CD80受到IL-37預(yù)刺激后，表達(dá)水平明顯下降，而且會明顯下調(diào)一些促炎因子如TNFα、IL-lα、IL-6表達(dá)水平，以上研究表明：IL-37的抗炎作用應(yīng)該是通過減少炎性因子的釋放和抑制DC共同刺激分子的表達(dá)來實現(xiàn)的。

5 IL-37抗腫瘤作用機制

5.1調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞 免疫系統(tǒng)(immune system)是機體執(zhí)行免疫應(yīng)答及免疫功能的重要系統(tǒng)，在維持機體穩(wěn)態(tài)方面起著重要作用。機體免疫系統(tǒng)具有免疫監(jiān)視功能，能夠識別和清除進(jìn)入機體的抗原物質(zhì)和機體本身所產(chǎn)生的損壞細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞[23]。有研究表明[15]，IL-37可通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞從而達(dá)到抗腫瘤作用。在IL-37被發(fā)現(xiàn)的第3年，也就是2003年，Gao W發(fā)表了關(guān)于IL-37與纖維肉瘤的文章，證實了IL-37在纖維肉瘤中起到保護(hù)作用[24]。該研究發(fā)現(xiàn)，給小鼠纖維肉瘤模型單次注射重組 IL-37 蛋白后，小鼠纖維肉瘤的生長受到抑制，而繼續(xù)注射多次后，纖維肉瘤生長抑制的情況更加明顯，大部分小鼠的腫瘤完全消失，此研究結(jié)果首次證明了IL-37 具有抗腫瘤作用。在腫瘤消失后的小鼠體內(nèi)，研究人員給予注射更高劑量的纖維肉瘤細(xì)胞，卻發(fā)現(xiàn)腫瘤不能繼續(xù)生長，這表明IL-37介導(dǎo)了小鼠對腫瘤細(xì)胞的免疫記憶反應(yīng)，也說明了 IL-37通過介導(dǎo)免疫系統(tǒng)進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用。2002年，Kumar S等[1]的研究發(fā)現(xiàn)IL-37在乳腺癌組織中表達(dá)升高，證明了IL-37可能與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展存在密切的關(guān)系。2015 年，Wang WQ等[25]在小鼠乳腺癌腫瘤細(xì)胞系4T1中上調(diào) IL-37表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn) 4T1 的生長沒有受到直接影響。但是在構(gòu)建4T1細(xì)胞小鼠腫瘤模型中，則發(fā)現(xiàn)過表達(dá)IL-37對體內(nèi)腫瘤的增殖產(chǎn)生明顯的抑制。而在存在免疫缺陷的裸鼠或者 NOD-SCID 鼠中上調(diào) IL-37的表達(dá)水平后，4T1 腫瘤的增殖沒有受影響。證明在小鼠乳腺癌模型中， IL-37通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞起到抗腫瘤作用。另有研究表明[22]，IL-37在肝細(xì)胞癌中也存在抗腫瘤作用。研究中發(fā)現(xiàn)肝癌組織中IL-37的表達(dá)水平比正常肝組織及癌旁組織明顯降低。腫瘤越大，IL-37的表達(dá)水平越低；腫瘤越小，IL-37的表達(dá)水平越高。重要的是，肝癌組織中低表達(dá)IL-37的患者，其總體生存率和無病生存率較低。肝癌組織中IL-37的表達(dá)量與CD57+NK細(xì)胞存在相關(guān)性，IL-37表達(dá)水平越高， CD57+NK 細(xì)胞的腫瘤浸潤越高，但對CD3+、CD8+T細(xì)胞無任何影響。體外實驗也表明，在HCC細(xì)胞過表達(dá)IL-37后，能夠募集更多的NK細(xì)胞[22]，因此推測IL-37可通過調(diào)節(jié)免疫影響肝細(xì)胞癌患者的預(yù)后。

5.2抑制血管生成 在機體的發(fā)育，血管重建過程中，血管新生是極其重要的環(huán)節(jié)[26]，在腫瘤的發(fā)展過程中，尤其是腫瘤發(fā)展的后期，腫瘤內(nèi)部的血液供應(yīng)為腫瘤組織提供其新陳代謝所必須的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，從而使得腫瘤細(xì)胞可以迅速擴增[27]。Ge G等[28]最近的研究發(fā)現(xiàn) IL-37在非小細(xì)胞肺癌組織中的表達(dá)是降低的，這表明 IL-37也許在非小細(xì)胞肺癌的發(fā)生發(fā)展中起到保護(hù)作用。繼續(xù)深入研究發(fā)現(xiàn)，IL-37與H1299肺癌細(xì)胞的生長和凋亡無相關(guān)性；研究者還構(gòu)建了小鼠非小細(xì)胞肺癌移植瘤模型，在小鼠模型中過表達(dá)IL-37后發(fā)現(xiàn)，腫瘤的生長受到明顯抑制。在過表達(dá)IL-37的小鼠非小細(xì)胞肺癌腫瘤組織中，血管內(nèi)皮生長因子 (vascular endothelial growth factor，VEGF) 和微血管密度(microvessel density，MVD)水平下降。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)IL-37能夠直接抑制人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)的生長和毛細(xì)血管形成。以上的實驗結(jié)果均表明，在非小細(xì)胞肺癌中，IL-37通過抑制腫瘤血管生成起到抗腫瘤作用。另外有研究表明[29]，在小鼠體內(nèi)下調(diào)IL-37表達(dá)水平后，結(jié)腸癌的發(fā)生率明顯升高，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，IL-37可抑制人結(jié)腸癌組織中腫瘤血管的生成。

5.3抑制STAT3的磷酸化 STAT3 與腫瘤存在著非常密切的關(guān)系，STAT3在人類數(shù)種癌中表達(dá)升高，STAT3受到激活后，在細(xì)胞惡變過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，特別是Ja-nus激酶(Ja-nus Kinese，JAK)-STAT3，其在腫瘤細(xì)胞的生長、遷移和免疫抑制方面作用明顯[30]。2015年，Wang S等[31]的研究發(fā)現(xiàn)IL-37在宮頸癌中也存在抑制腫瘤的功能。研究者以Hela細(xì)胞和C33A細(xì)胞兩種宮頸細(xì)胞為研究對象，他們通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的方法，在兩種細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)IL-37，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種細(xì)胞的生長和侵襲受到明顯的抑制。而使用基因沉默的方法沉默 Hela細(xì)胞和C33A細(xì)胞中 STAT3 的表達(dá)后， IL-37 對宮頸癌細(xì)胞的抑制功能變?nèi)?。這些研究證明IL-37 是通過抑制 STAT3 的表達(dá)和激活從而在宮頸癌細(xì)胞中發(fā)揮抗腫瘤作用的。張國慶等[32]的文獻(xiàn)報道了細(xì)胞因子IL-37 抑制肝癌細(xì)胞系(SMMC-7721)的增殖、侵襲和遷移。實驗中發(fā)現(xiàn)，STAT3的磷酸化受到IL-37抑制后，p-STAT3蛋白水平降低，而基質(zhì)金屬蛋白酶2的蛋白產(chǎn)生也減少，故認(rèn)為IL-37之所以能夠抑制肝癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移，是因為其影響了JAK-STAT3信號傳導(dǎo)通路。Jiang Y等[33]在2015年發(fā)表了關(guān)于 IL-37 在腎癌中的作用相關(guān)文獻(xiàn)，文獻(xiàn)中提到，IL-37可抑制腎癌細(xì)胞的生長、侵襲和遷移。研究發(fā)現(xiàn)IL-37抑制STAT3的磷酸化使STAT-3的靶向基因 HIF-1α和Bcl-2 蛋白的表達(dá)水平降低，同時也抑制了細(xì)胞中 IL-6 的分泌，而腎癌細(xì)胞過表達(dá) IL-6后， IL-37對 STAT-3 磷酸化的抑制減弱。故認(rèn)為IL-37可通過影響STAT3信號通路抑制腎癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移能力。

6 結(jié)語與展望

綜上所述，IL-37屬于IL-1家族中的一員，是近期發(fā)現(xiàn)的具有抑制炎癥反應(yīng)的細(xì)胞因子。 IL-37可抑制適應(yīng)性免疫應(yīng)答和固有免疫應(yīng)答引起的炎癥反應(yīng)，其抗炎機制為：胞外的IL-37通過與其受體結(jié)合形成IL-37-IL-18Rα-IL-1R8 三聚體以及胞內(nèi)的IL-37轉(zhuǎn)運至細(xì)胞核內(nèi)調(diào)控基因表達(dá)。在腫瘤中，IL-37可以通過促進(jìn)機體的抗腫瘤免疫應(yīng)答，抑制腫瘤血管新生以及調(diào)節(jié) STAT3 激活，進(jìn)而通過抑制腫瘤增殖和遷移等多種方式發(fā)揮其抗腫瘤的作用。目前，IL-37成為了研究的熱點，它的結(jié)構(gòu)和功能逐漸被我們認(rèn)識，但目前對其研究還只是在初期階段，我們對其抗炎和抗腫瘤的機制尚未完全明確，其作用機制有待進(jìn)一步研究。所以 IL-37 是一個潛在的炎癥和腫瘤治療新靶點，值得進(jìn)一步深入研究。