IL-37在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

黃潤(rùn)祺，王安妮，陳廣潔

上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)與微生物學(xué)系，上海 200025

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）是一種慢性進(jìn)行性的自身免疫病，全球發(fā)病率為0.5%～1.0%，且女性高于男性[1]。RA的主要病理表現(xiàn)為關(guān)節(jié)滑膜的慢性炎癥、增生，形成血管翳以及侵犯關(guān)節(jié)軟骨、韌帶和肌腱，其可造成關(guān)節(jié)軟骨、骨和關(guān)節(jié)囊的破壞，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形和功能喪失。研究[2]表明，多種細(xì)胞因子參與了RA的發(fā)生與發(fā)展，并發(fā)揮了重要作用。白細(xì)胞介素 -1（interleukin-1，IL-1）、IL-6、IL-17和腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等細(xì)胞因子可促進(jìn)破骨細(xì)胞生成，而IL-4、IL-10、IL-13、干擾素-α（interferon-α，IFN-α）、IFN-β 和 IFN-γ等細(xì)胞因子則拮抗該細(xì)胞生成，從而調(diào)控骨平衡系統(tǒng)，參與骨與軟骨的破壞和修復(fù)[3]。此外，細(xì)胞因子還能直接或間接調(diào)節(jié)免疫活性細(xì)胞或調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，參與調(diào)控炎癥反應(yīng)。目前，已針對(duì)一些細(xì)胞因子研制出了多種生物制劑，用于治療RA患者，以達(dá)到緩解病情的效果[4]。

近年來的研究[5-6]發(fā)現(xiàn)，IL-1家族的新成員——IL-37能夠在RA患者體內(nèi)過表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用，而其具體作用機(jī)制可能與IL-37調(diào)控SMAD家族成員3（mothers against decapentaplegic homolog 3，SMAD3）、核因子 κB（nuclear factor κ-B，NF-κB）等信號(hào)通路有關(guān)?；诖?，本研究針對(duì)IL-37的結(jié)構(gòu)與功能以及與RA的關(guān)系進(jìn)行綜述，為IL-37及RA的進(jìn)一步研究提供參考。

1 IL-37的生物學(xué)功能

1.1 IL-37的結(jié)構(gòu)與表達(dá)

IL-37的基因?yàn)镮L1F7，位于2q13；該基因在IL1B與IL1F9之間，長(zhǎng)度為3 617 bp；其距離IL1B基因78 932 bp，距離IL1F9基因59 808 bp[7]。IL1F7可以被剪切為5種不同的亞型，分別是IL1F7a、IL1F7b、IL1F7c、IL1F7d和IL1F7e；該5種亞型分別編碼了5種異構(gòu)體，即IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37d和IL-37e。編碼IL-37的基因含有6段不同的外顯子。IL-37a由外顯子3～6編碼而成；外顯子3編碼其N端，是5種亞型中唯一含有外顯子3編碼肽段的成員；外顯子4～6編碼了12條β-折疊結(jié)構(gòu)的肽鏈，共同形成β-三葉草結(jié)構(gòu)，這也是IL-1家族成員的結(jié)構(gòu)特征，提示IL-37a可能行使細(xì)胞因子的功能[7]。IL-37b是研究最為清楚也是肽鏈最長(zhǎng)的一個(gè)亞型，它由外顯子1、外顯子2以及外顯子4～6編碼而成；外顯子1和2編碼的肽鏈形成N端功能前區(qū)，提供剪切位點(diǎn)使細(xì)胞因子成熟；外顯子4～6編碼形成β-三葉草結(jié)構(gòu)，同樣提示IL-37b可能行使細(xì)胞因子的功能。IL-37c與IL-37b十分相似，除了沒有外顯子4，其他編碼的外顯子均與IL-37b相同；由于外顯子4編碼3條β-折疊鏈，而缺少了該3條肽鏈β-三葉草結(jié)構(gòu)無法形成，因此IL-37c無法行使細(xì)胞因子的功能。IL-37d由外顯子1以及外顯子4～6編碼，具有完整的β- 三葉草結(jié)構(gòu)，能行使細(xì)胞因子的功能。IL-37e由外顯子1、外顯子5和外顯子6編碼而成，同樣由于缺少外顯子4，使得IL-37e無法行使細(xì)胞因子的功能。然而，上述異構(gòu)體還需經(jīng)過進(jìn)一步的剪切加工才能成為成熟的細(xì)胞因子。目前，對(duì)于異構(gòu)體后續(xù)的剪切研究主要集中在IL-37b上[8-9]，而有關(guān)IL-37的完整剪切加工過程尚待進(jìn)一步分析。此外還有研究[10]表明，2個(gè)呈β-三葉草結(jié)構(gòu)折疊的IL-37分子能形成穩(wěn)定的頭對(duì)頭結(jié)合的二聚體，該二聚體的形成可減弱IL-37的抗炎功能。

IL-37主要來源于上皮細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，能夠在許多正常組織中表達(dá)，如在睪丸、胸腺、子宮中大量表達(dá)，在心臟、胃、肝、胰、腎、腎上腺中少量表達(dá)，同時(shí)還能夠在腫瘤組織中表達(dá)，如乳腺癌、肺癌、結(jié)腸癌組織等[7]。值得注意的是，IL-37的部分異構(gòu)體會(huì)表達(dá)于特定組織中，如在腦組織中僅有IL-37a表達(dá)，腎臟中僅有IL-37b表達(dá)，心臟中僅有IL-37c表達(dá)，骨髓和睪丸中僅有IL-37d和IL-37e表達(dá)[7]。繼而推測(cè)，其不同的異構(gòu)體可能具有不同的功能，與不同組織細(xì)胞的功能相關(guān)。

目前，有關(guān)調(diào)控IL-37表達(dá)的機(jī)制研究尚不夠深入。有研究[6]表明，在人外周血單個(gè)核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）中IL-37的表達(dá)量很低，但能被炎癥刺激和細(xì)胞因子上調(diào)，包括Toll樣受體（toll-like receptor，TRL） 激 動(dòng) 劑、IL-1β、IL-18、TNF-α、IFN-γ、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 -β（transforming growth factor-β，TGF-β），同時(shí)粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（granulocytemacrophage colony stimulating factor，GM-CSF）+IL-4 能夠下調(diào)IL-37的表達(dá)。另有研究[11]發(fā)現(xiàn)，一種從軟棗獼猴桃中提取的水溶性提取物——PG102，能夠通過磷酸化p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）使下游SMAD3磷酸化，進(jìn)而上調(diào)人永生化角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)IL-37的表達(dá)，繼而表明IL-37在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)可能與一些信號(hào)通路有關(guān)。

1.2 IL-37的受體及其信號(hào)通路

IL-37有2種調(diào)控細(xì)胞信號(hào)通路的方式：一種是被分泌至胞外，通過與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合進(jìn)而調(diào)控下游信號(hào)通路；另一種是在胞內(nèi)與SMAD3結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核內(nèi)，從而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。

在胞外，IL-37能夠同時(shí)與白細(xì)胞介素-1受體8（interleukin-1 receptor 8，IL-1R8）、 IL-18Rα形成聚合物發(fā)揮抗炎功能，且該2個(gè)受體缺一不可[12]。雖然IL-37能夠與IL-18受體結(jié)合，但并未表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)性抑制IL-18的效果，反而較低濃度的IL-37對(duì)炎癥的抑制更為有效[13]。同時(shí)，一些IL-37參與調(diào)節(jié)的信號(hào)通路也同時(shí)需要IL-1R8及IL-18Rα的參與，因此在IL-1R8缺失的情況下，IL-37的抗炎效果會(huì)有所下降。此外，IL-37能夠抑制一些參與調(diào)節(jié)信號(hào)通路的分子，包括哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 -β 活化激酶 1（transforming growth factor-β-activated kinase 1，TAK1）及組成NF-κB信號(hào)通路的分子等；且其也能激活一些參與調(diào)節(jié)信號(hào)通路的分子，包括ER受體酪氨酸激酶（tyrosine-protein kinase MER，MERTK）、PTEN（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）基因等[12]。

而在胞內(nèi)，IL-37b能夠與SMAD3形成功能復(fù)合物，進(jìn)入細(xì)胞核以影響基因的轉(zhuǎn)錄，從而抑制TRL誘導(dǎo)的促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，如IL-1β、IL-16和IFN-γ[14]。當(dāng)敲除了Smad3基因后，IL-37的抗炎功能顯著降低[6]。在對(duì)IL-37胞外受體的研究中發(fā)現(xiàn)，一些分子不需要IL-1R8及IL-18Rα同樣也能被IL-37調(diào)控，如黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）、鈣依賴性酪氨酸激酶（calciumdependent tyrosine kinase，CADTK）、MAPK 等[12]，這可能是由于在胞內(nèi)IL-37通過與SMAD3結(jié)合而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，從而進(jìn)一步證實(shí)了IL-37存在2種分子調(diào)控機(jī)制。除IL-37b外，IL-37d同樣能夠與SMAD3結(jié)合并被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核，從而抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)[15]。針對(duì)促炎信號(hào)通路中的重要組成部分，即磷酸化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）1～4和 磷 酸 化 的p38MAPK而 言，SMAD3與IL-37的復(fù)合物不僅能夠抑制多種STAT的表達(dá)，減少 p38MAPK、ERK1/2、c-Jun氨 基 末 端 激 酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）的磷酸化，還能抑制多種參與促炎信號(hào)通路的激酶的表達(dá)，如FAK、富含脯氨酸的蛋白酪氨酸激酶2（proline-rich tyrosine kinase 2，Pyk2）以及樁蛋白[14]。需要注意的是，IL-37不僅能與SMAD3結(jié)合，還能與磷酸化的SMAD3結(jié)合[6]，而這2種復(fù)合物的功能有何區(qū)別，還有待進(jìn)一步的研究。

1.3 IL-37的功能

研究顯示，IL-37在固有免疫及適應(yīng)性免疫中不僅可以發(fā)揮免疫抑制因子的作用，還可以具有一定的抗腫瘤作用。

IL-37在健康人體組織內(nèi)表達(dá)水平非常低，而在RA患者的外周血中卻高表達(dá)。當(dāng)使用siRNA沉默IL-37基因后，再用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）或TLR6-TLR2配體巨噬細(xì)胞活化脂肽刺激健康供者的PBMC，可以使IL-1、IL-6、IL-12、TNF-α、粒細(xì)胞集落刺激因子和GM-CSF的分泌顯著增加且具有劑量依賴性，但抗炎因子IL-10和IL-1Rα的表達(dá)不受影響[6]。用IL-37單克隆抗體中和PBMC產(chǎn)生的IL-37后，促炎細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α和IL-6的表達(dá)則出現(xiàn)了增加。在轉(zhuǎn)染了pIRES-IL-37b質(zhì)粒的THP-1和A549細(xì)胞系中，IL-1α和IL-1β等促炎細(xì)胞因子的表達(dá)均顯著下降。在轉(zhuǎn)染了pIRES-IL-37b質(zhì)粒的小鼠巨噬細(xì)胞系RAW264.7中，受LPS刺激后，TLR配體誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的釋放受到明顯抑制。此外，IL-37b蛋白還可以減少IL-8、IL-17、IL-23、IFN-γ等促炎細(xì)胞因子及一些趨化因子的產(chǎn)生，但也能夠增加免疫抑制因子TGF-β1的產(chǎn)生[14]。上述研究均表明，IL-37可能通過減少促炎細(xì)胞因子及趨化因子的表達(dá)來增加免疫抑制因子的表達(dá)，即以負(fù)反饋方式抑制固有免疫并緩解炎癥，而這種調(diào)節(jié)方式不依賴于IL-10等抗炎因子。

Moretti等[16]發(fā)現(xiàn)，IL-37可以顯著抑制患有過敏性肺和支氣管曲霉病的小鼠的輔助性T淋巴細(xì)胞2/輔助性T淋巴細(xì)胞17（T helper 2 cell/T helper 17 cell，Th2/Th17）的活性。還有研究[17]顯示，IL-37可以誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞獲得免疫耐受，從而抑制適應(yīng)性免疫。該研究通過接觸超敏反應(yīng)（contact hypersensitivity，CHS）小鼠模型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，接種了過敏原的IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠的局部皮膚水腫顯著下降，且野生型小鼠中的樹突狀細(xì)胞半抗原致敏后，其抗原反應(yīng)也顯著減弱；體外實(shí)驗(yàn)顯示，IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠的MHCⅡ和樹突狀細(xì)胞表面的共刺激分子CD40的表達(dá)顯著降低，激活初始T細(xì)胞和抗原特異性T細(xì)胞的能力減弱，但樹突狀細(xì)胞誘導(dǎo)T細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）分化的能力顯著提升；免疫組化結(jié)果顯示，IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠的CD8+T細(xì)胞的數(shù)量顯著下降，而Treg細(xì)胞的數(shù)量明顯上升。Wang等[18]發(fā)現(xiàn)，IL-37可以增強(qiáng)Treg細(xì)胞對(duì)T細(xì)胞的抑制能力。此外，炎癥性關(guān)節(jié)炎的小鼠模型研究[19]發(fā)現(xiàn)，IL-37具有抗炎癥作用，即其能夠通過減少細(xì)胞浸潤(rùn)實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)炎的抑制。上述結(jié)果均顯示，IL-37可以通過降低樹突狀細(xì)胞抗原提呈的能力，抑制多種T細(xì)胞亞群的增殖、分化，誘導(dǎo)Treg細(xì)胞分化等方式影響T細(xì)胞的平衡，并抑制T細(xì)胞介導(dǎo)的特異性免疫的發(fā)生。

在腫瘤組織中，IL-37的表達(dá)與CD57+自然殺傷細(xì)胞的密度呈正相關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)證明，IL-37有募集CD57+自然殺傷細(xì)胞的能力；且在小鼠肝細(xì)胞癌模型中，IL-37能夠通過增加CD57+自然殺傷細(xì)胞的募集來殺傷癌細(xì)胞，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)[20]。IL-37在腎細(xì)胞癌[21]和宮頸癌[22]中也有抑制腫瘤細(xì)胞的作用。上述研究均發(fā)現(xiàn)，IL-37可以抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移，還可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，推測(cè)其可能的途徑是抑制STAT3表達(dá)和磷酸化[14]。

2 IL-37與RA

2.1 IL-37在RA中的表達(dá)

研究[23-24]顯示，RA患者的血漿或PBMC中的IL-37水平顯著高于健康對(duì)照組，且隨著疾病活動(dòng)程度的增加而升高；RA患者血漿中的IL-37水平與TNF-α、IL-6、IL-17A、C反應(yīng)蛋白水平及疾病活動(dòng)分?jǐn)?shù)28（28-joint disease activity score，DAS28）評(píng)分呈正相關(guān)；而在接受抗風(fēng)濕藥物（disease modifying anti-rheumatic drug，DMARD）治療后，RA患者的IL-37水平顯著降低。Wang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，RA患者的PBMC中的IL-37+CD4+T細(xì)胞、總的IL-37+淋巴細(xì)胞、IL-18Rα+CD4+細(xì)胞、IL-18Rα+CD4-細(xì)胞及總的IL-18Rα+淋巴細(xì)胞均有所增加。RA患者體內(nèi)的IL-37水平高于健康者，但體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)均顯示IL-37具有抗炎作用，當(dāng)患者接受DMARD治療后其IL-37水平會(huì)有所下降，繼而提示IL-37在RA中表達(dá)水平的升高是一種反饋性增加，即為限制疾病的嚴(yán)重度而產(chǎn)生的應(yīng)答。

2.2 IL-37在RA中的作用機(jī)制

IL-37在膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎（collagen-induced arthritis，CIA）小鼠中具有抗關(guān)節(jié)炎癥的作用。一方面，IL-37能夠使CIA小鼠的病理情況發(fā)生好轉(zhuǎn)。將腺病毒表達(dá)的IL-37（adenovirus vector expressing IL-37，Ad-IL-37） 注 射 入CIA小鼠的膝關(guān)節(jié)內(nèi)發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)炎的癥狀顯著下調(diào)；組織病理學(xué)檢查顯示，經(jīng)Ad-IL-37處理過的小鼠膝關(guān)節(jié)的滑膜增生、關(guān)節(jié)翳形成、軟骨損傷、骨侵蝕等情況均有大幅下降；與對(duì)照組相比，經(jīng)Ad-IL-37處理過的小鼠Ⅱ型膠原特異性IgG2a抗體的滑液水平大幅下降，繼而提示IL-37可能直接參與抑制CIA小鼠的關(guān)節(jié)炎癥和病理癥狀[23]。另一方面，IL-37可以抑制小鼠及RA患者體內(nèi)促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。Cavalli等[26]證明，低劑量的IL-37可減輕小鼠的關(guān)節(jié)炎癥，顯著降低其滑膜中的IL-1β、TNF-α、IL-6、趨化因子配體3、趨化因子配體1及巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1α的水平。經(jīng)IL-37處理后，RA患者PBMC中的IL-17、IL-1β和IL-6等促炎細(xì)胞因子的水平也顯著受到抑制，這些細(xì)胞因子均與招募入關(guān)節(jié)的嗜中性粒細(xì)胞有關(guān)[14,23]。然而，經(jīng)更高劑量的IL-37處理后則發(fā)現(xiàn)，IL-37并未對(duì)炎癥產(chǎn)生抑制作用，這可能與高濃度下的IL-37能夠自發(fā)形成同源二聚體有關(guān)[27]。此外，也有研究[5,28]發(fā)現(xiàn)，RA患者體內(nèi)的IL-37 mRNA和血清中的IL-37蛋白含量均高于健康對(duì)照，但I(xiàn)L-37 mRNA主要高表達(dá)于CD3+T和CD4+T細(xì)胞，而在CD8+T和CD19+B細(xì)胞中的表達(dá)無差異。IL-37可以抑制IL-17及由其引起的促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，降低RA患者體內(nèi)CD4+T細(xì)胞中的Th17細(xì)胞的比例，抑制Th17細(xì)胞的增殖，使CIA小鼠的病理情況好轉(zhuǎn)，從而減輕RA的癥狀[28]。上述研究均提示，IL-37能夠在RA中通過多種方式緩解炎癥及病理癥狀，但目前報(bào)道較多的方式仍是通過下調(diào)促炎細(xì)胞因子及趨化因子的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)。部分研究[29]針對(duì)該方式的作用機(jī)制進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可能存在細(xì)胞內(nèi)外共2種機(jī)制：① 在細(xì)胞內(nèi)，IL-37可與SMAD3結(jié)合，抑制STAT1～4的功能以及p38MAPK的磷酸化，促進(jìn)糖原合成酶激酶-3α/β磷酸化，繼而調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，最終抑制TLR誘導(dǎo)的促炎因子的表達(dá)和樹突狀細(xì)胞的活化。②在細(xì)胞外，IL-37可以通過促進(jìn)TGF-β的表達(dá)而抑制樹突狀細(xì)胞的活性，從而降低T細(xì)胞和B細(xì)胞的免疫應(yīng)答；其還可以與白細(xì)胞介素-18結(jié)合蛋白結(jié)合來抑制IFN-γ，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)TLR4下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制。

3 總結(jié)與展望

IL-37是IL-1家族的新成員，其基因IL1F7有5種亞型，可編碼5種異構(gòu)體。該異構(gòu)體均需要經(jīng)過剪切加工才能夠成為成熟的細(xì)胞因子，而具體的剪切加工機(jī)制尚未被完全闡明。IL-37能夠在大部分正常組織中表達(dá)，部分異構(gòu)體僅表達(dá)于特殊組織中，可能與不同組織細(xì)胞行使的功能有關(guān)。IL-37能被炎癥刺激，也能被部分細(xì)胞因子上調(diào)，可通過2種調(diào)控細(xì)胞信號(hào)通路的方式發(fā)揮抗炎作用。IL-37可以抑制一些促炎細(xì)胞因子及趨化因子的表達(dá)調(diào)控固有免疫，還可以通過抑制多種T細(xì)胞亞群的活性、降低樹突狀細(xì)胞抗原提呈的能力、誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化等方式抑制特異性免疫，具有一定的抗腫瘤功能；同時(shí)，IL-37在RA患者體內(nèi)的表達(dá)水平高于健康人群，還具有減緩炎癥及抗關(guān)節(jié)炎癥的作用，但具體的抗炎作用機(jī)制尚未被明確。隨著研究者們對(duì)IL-37抗炎機(jī)制研究的不斷深入，未來或?qū)⒛軌驗(yàn)橹委熁蚓徑釸A疾病進(jìn)程提供新的思路與方法，造福更多患者。