白細(xì)胞介素36與肺部炎癥性疾病的相關(guān)性研究

張紹開 李富增 趙佳慧 許媛媛

白細(xì)胞介素36(Interleukin-36，IL-36)由促炎細(xì)胞因子IL-36α、IL-36β、IL-36γ和IL-36Ra組成[1]。研究發(fā)現(xiàn)IL-36作為白細(xì)胞介素1家族(Interleukin-1 Family，IL-1F)的新成員，在炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用[2]。IL-36在皮膚、肺臟、腎臟、大腦和腸道中均有分布，近年來有關(guān)IL-36的研究不斷增加，尤其是IL-36與銀屑病、腫瘤等疾病的相關(guān)性研究廣泛，但關(guān)于IL-36在肺部炎癥性疾病中潛在作用的研究相對較少。IL-36在肺組織的支氣管上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中均有分布，而肺部炎癥性疾病的發(fā)生和發(fā)展與機(jī)體的炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，這為探索IL-36在肺部炎癥性疾病中的作用奠定了基礎(chǔ)[3,4]。因此，本研究對IL-36的命名、生物學(xué)特點(diǎn)、受體與信號通路以及IL-36在肺部炎癥性疾病中的潛在作用進(jìn)行簡要綜述，為進(jìn)一步研究IL-36在肺部相關(guān)性疾病中的作用提供思路。

1. IL-36的命名

IL-36作為IL-1F的亞家族成員，是在對人類基因組序列編碼的大量分析后被發(fā)現(xiàn)的。2000年，有研究報道[5]首次發(fā)現(xiàn)IL-1F6、IL-1F8和IL-1F9，因為與IL-1Ra具有52%的氨基酸相似性，又發(fā)現(xiàn)了IL-1F的另一成員IL-1F5，此后IL-1F成員的相關(guān)研究不斷涌現(xiàn)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，IL-1F6、IL-1F8、IL-1F9為促炎因子，IL-1F5為受體拮抗劑，直至研究者[6]通過構(gòu)建動物模型、進(jìn)行體外細(xì)胞實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)這四個細(xì)胞因子(IL-1F6、IL-1F8、IL-1F9和IL-1F5)均有IL-36R，因此將IL-1F6、IL-1F8、IL-1F9分別重新命名為IL-36α、IL-36β、IL-36γ，之后又將IL-1F5命名為IL-36Ra，統(tǒng)稱為IL-36。

2. IL-36的生物學(xué)特點(diǎn)

IL-36成員均位于人類的2號染色體上，因為其基因定位與多個IL-1F成員相同，所以IL-36與IL-1F有高度相似性[7]。IL-36的基因與IL-1F核苷酸序列有20%～44%的同源性，其中IL-36Ra與白細(xì)胞介素1受體拮抗劑(Interleukin-1 Receptor Antagonist，IL-1Ra)具有52%的相似性，IL-36β與IL-1Ra具有27%的同源性，IL-36γ與IL-1Ra具有20%的同源性。同白細(xì)胞介素1(Interleukin-1，IL-1)成員相似，IL-36細(xì)胞因子的空間結(jié)構(gòu)包含一個β三葉草結(jié)構(gòu)和疏水核心[3,8]。Gabay等[9]通過使用人與鼠的IL-36分子證實(shí)，IL-36分子的N端切除后，IL-36和IL-1F(又一個共同點(diǎn))發(fā)揮出了最大的生物活性。N端被移除后，IL-36提升了1000～10000倍的生物活性，這為進(jìn)一步探索IL-36的機(jī)制和免疫功能提供了論證[10]。

3. IL-36的受體與信號通路

研究報道[11,12]IL-36α、IL-36β、IL-36γ通過結(jié)合IL-36R和白細(xì)胞介素1R受體協(xié)同蛋白(Interleukin-1 Receptor Accessory Protein，IL-1RAcP)，最終激活核因子-κB(Nuclear Factor-kappab，NF-κB)通路和絲裂原激活蛋白激酶(Mitogen-activated Protein Kinases，MAPK)通路，產(chǎn)生大量炎性介質(zhì)如趨化因子、細(xì)胞因子等，引起機(jī)體炎癥反應(yīng)。

Blumberg等[13]和Towne等[14]發(fā)現(xiàn)IL-36γ并不是結(jié)合到IL-1R或白細(xì)胞介素18受體(Interleukin-18 Receptor，IL-18R)上，而是通過白細(xì)胞介素1受體樣(相關(guān)蛋白)2(Interleukin-1 Receptor-related Protein 2，IL-1Rrp2)激活NF-κB和MAPK通路，IL-36Ra能阻斷該通路的激活，首次證明IL-36γ是激動劑，IL-36Ra是拮抗劑；而IL-36α和IL-36β也可以通過IL-1Rrp2通路激活NF-κB通路，促進(jìn)炎性因子釋放，引發(fā)機(jī)體炎癥反應(yīng)，從而得出IL-1Rrp2是IL-36α、IL-36β和IL-36γ的共受體，從而證實(shí)IL-36α、IL-36β和IL-36γ是IL-36R的激動劑。此外，IL-36Ra與IL-1Rrp2結(jié)合可阻止IL-36β介導(dǎo)的IL-1Rrp2與IL-1RAcP共沉淀，提示IL-36Ra拮抗作用的機(jī)制與IL-1Ra類似[15,16]。

Buhl A L等[17]認(rèn)為，與傳統(tǒng)的IL-1細(xì)胞因子相比，IL-36細(xì)胞因子是獨(dú)立于炎癥體調(diào)節(jié)的。IL-36的產(chǎn)生是由多種觸發(fā)因子誘導(dǎo)的。在單細(xì)胞株中，TLR 2和TLR4配體使銅綠假單胞菌脂多糖(LPS)和大腸桿菌脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的IL-36γ表達(dá)增加，而IL-36α和IL 36β無明顯變化；此外，TLR3配體IL-17A刺激正常人支氣管上皮細(xì)胞后，IL-36γ表達(dá)增加。微生物刺激誘導(dǎo)IL-36的表達(dá)，結(jié)合屏障部位主要表達(dá)的事實(shí)，認(rèn)為IL-36細(xì)胞因子家族在維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)和第一線防御機(jī)制方面起著重要作用[18,19]。IL-36受體激動劑IL-36α、IL-36β和IL-36γ的信號通路與IL-1α和IL-1β在IL-1受體上激活的信號通路相似，因此IL-36α、IL-36β和IL-36γ雖在生理和病理條件下的表達(dá)不同，但功能基本相同。

4. IL-36在肺部炎癥性疾病中的作用

研究表明[20,21]，在香煙煙霧提取物、炎性因子刺激下，支氣管上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞被激活，IL-36R在特定細(xì)胞因子和趨化因子作用下產(chǎn)生顯著應(yīng)答，從而介導(dǎo)肺部炎癥反應(yīng)，該研究還顯示IL-36Ra通過競爭性抑制IL-36，進(jìn)而阻斷IL-36(IL-36α、IL-36β和IL-36γ)介導(dǎo)的炎癥活性，最終證實(shí)IL-36細(xì)胞因子在人肺支氣管上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞均有表達(dá)，介導(dǎo)了肺部炎癥反應(yīng)。IL-36的最高活性可能出現(xiàn)在生物體的屏障部位(皮膚、肺和腸道)，這表明IL-36細(xì)胞因子在保護(hù)身體免受環(huán)境影響方面的重要性[22]。IL-36信號傳導(dǎo)導(dǎo)致小鼠皮膚和肺白細(xì)胞的聚集，IL-36α、IL-36β和IL-36γ被IL-36R識別后，激活了促炎癥途徑，從而提高了相應(yīng)細(xì)胞的抗微生物活性[23]。

4.1 IL-36與細(xì)菌性肺炎 Chen等[24]通過測定支氣管肺泡灌洗液中IL-36濃度，得出IL-36在肺炎支原體感染的發(fā)病過程中發(fā)揮著重要作用。Aoyagi等[25]發(fā)現(xiàn)經(jīng)流感病毒感染后，IL-36R缺乏小鼠體內(nèi)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞聚集降低，促炎細(xì)胞因子和趨化因子產(chǎn)生減少，死亡率也明顯降低。缺乏IL-36R的小鼠感染后，IL-36細(xì)胞因子與IL-36R的結(jié)合減少，從而減輕IL-36細(xì)胞因子介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，降低了流感病毒感染后的肺損傷和死亡率。Kovach等[26]采用IL-36γ缺乏癥小鼠模型，經(jīng)肺炎鏈球菌感染后，IL-36γ缺陷小鼠肺細(xì)菌清除率降低，細(xì)菌傳播增加，死亡率增高，證實(shí)IL-36γ在肺部感染小鼠的肺固有黏膜免疫中起著重要作用。Nanjo等[27]建立嗜肺桿菌小鼠模型，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)存在IL-36R受體缺陷的嗜肺桿菌感染小鼠，與對照組小鼠對比嗜肺桿菌感染小鼠體內(nèi)促炎細(xì)胞因子和趨化因子減少，小鼠肺細(xì)菌清除功能與炎性細(xì)胞的聚集明顯減少，小鼠死亡率升高，IL-36α或IL-36γ缺乏小鼠的死亡率與IL-36R受體缺陷小鼠的死亡率相似，表明這些細(xì)胞因子在實(shí)驗性嗜肺桿菌肺炎小鼠中具有重要作用。

4.2 IL-36與哮喘 Ramadas等[28]將IL-1Ra基因定位于哮喘易感和哮喘抗性小鼠的2號染色體上，經(jīng)過過敏原攻擊和基因組序列，檢測到在較早時間點(diǎn)IL-1F9(即IL-36γ)的表達(dá)增加，表明IL-36γ在過敏性哮喘早期階段起著重要作用。文獻(xiàn)報道[29]在哮喘患者支氣管肺泡灌洗液中檢測到IL-36γ的存在，IL-36γ誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞趨化因子的表達(dá)，快速募集中性粒細(xì)胞至肺泡灌洗液中，增加了哮喘的發(fā)作頻率，提示IL-36γ或可作為哮喘的生物標(biāo)記物。

4.3 IL-36與慢性阻塞性肺疾病 研究報道[30]有專家使用抗體芯片檢測了507例慢性阻塞性肺疾病患者(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)的血漿炎癥介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)IL-1F5(即IL-36Ra)和IL-1F6(即IL-36α)的蛋白質(zhì)微陣列密度在慢性阻塞性肺疾病急性發(fā)作期(Acute Exacerbation of Chronic Obstructive Pulmonary Disease,AECOPD)患者中的信號強(qiáng)度低于健康對照組，兩者之間具有顯著性差異，顯示IL-36Ra和IL-36α在AECOPD患者中表達(dá)下調(diào)，表明IL-36細(xì)胞因子在慢性阻塞性肺疾病中具有篩選疾病特異性和作為疾病分期生物標(biāo)記物的進(jìn)一步探索意義。國際會議報告[31]指出經(jīng)過香煙煙霧刺激的支氣管上皮細(xì)胞能夠高表達(dá)IL-36受體激動劑(IL-36α、IL-36β和IL-36γ)，因此探索IL-36在吸煙促進(jìn)COPD的發(fā)生和發(fā)展中的作用具有重要意義。Baker等[32]證實(shí)IL-36細(xì)胞因子在慢性阻塞性肺疾病中發(fā)揮著不可忽視的作用，外界刺激(如香煙等刺激因子)侵襲人體后，肺支氣管上皮細(xì)胞(主要是小氣道上皮細(xì)胞)釋放IL-36γ，從而增加了促炎因子和趨化因子的產(chǎn)生，巨噬細(xì)胞等發(fā)揮免疫抗炎作用，促使小氣道功能恢復(fù)正常。

5.展望

IL-1F長期以來被認(rèn)為是干預(yù)和治療炎癥和自身免疫性疾病的潛在靶點(diǎn)并且發(fā)揮著重要作用，IL-36是近年來新發(fā)現(xiàn)的IL-1F成員，關(guān)于IL-36的特征和研究得到了一系列探索。IL-36與IL-1F的同源性和相同的活化途徑表明其在炎癥和自身免疫性疾病中的潛力，而IL-36R與特異受體輔助蛋白結(jié)合形成的復(fù)合物使IL-36的免疫激活和調(diào)節(jié)作用較IL-1F其他成員更強(qiáng)。此外，IL-36與IL-1F有相似的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，也為炎癥性疾病的干預(yù)和治療提供了方向。IL-36引發(fā)的肺部炎癥以中性粒細(xì)胞向肺內(nèi)聚集為主要特點(diǎn)，而公認(rèn)的中性粒細(xì)胞浸潤與肺部炎癥性疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，這為進(jìn)一步探索IL-36在肺部炎癥性疾病中的作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。然而，IL-36在肺部炎癥性疾病中的確切作用機(jī)制；不同于IL-1F其他成員，IL-36介導(dǎo)的肺部炎癥的獨(dú)特作用，還有待于進(jìn)一步研究。隨著研究的不斷深入，IL-36可能會如傳統(tǒng)IL-1F的經(jīng)典成員一樣，在肺部炎癥性疾病的診斷和治療中發(fā)揮重要的作用。