白細胞介素-33及其介導(dǎo)的哮喘發(fā)病機制新進展

劉 飛 雷后興

白細胞介素-33及其介導(dǎo)的哮喘發(fā)病機制新進展

劉 飛 雷后興

白細胞介素-33；哮喘；氣道炎癥；氣道重塑支氣管哮喘（簡稱哮喘）是由多種細胞，包括炎性細胞（嗜酸性粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞、中性粒細胞等）、氣道結(jié)構(gòu)細胞（氣道平滑肌細胞及上皮細胞等）和細胞組分共同參與的氣道慢性炎癥性疾病。自2005年研究發(fā)現(xiàn)白細胞介素-33（IL-33）為

IL-1家族中的新成員，通過IL-33/ST2信號途徑介導(dǎo)哮喘的發(fā)病機制，對深入探索哮喘的發(fā)病機制邁出新的臺階，并為哮喘的臨床治療帶來一番新的生機。筆者就IL-33及其參與哮喘的發(fā)病機制及近幾年研究新進展，特別是在介導(dǎo)氣道炎癥、氣道重塑方面作一綜述。

1 IL-33的結(jié)構(gòu)、表達和生物活性

1.1 IL-33 與受體（IL-33 receptor，IL-33R）ST2 2005年，Schmitz等[1]運用計算機數(shù)據(jù)分析IL-1家族時，識別了一種受體ST2（曾被認為是孤兒受體，目前屬于IL-1家族受體成員之一）的配體，因此將其命名為一種新的炎癥因子：IL-33。IL-33的基因位于人類第9號染色體（9p24.1），編碼270個氨基酸序列，分子量為30kDa。而鼠類IL-33基因位于第19號染色體（19qC1），編碼 266個氨基酸序列，分子量為29.9kDa，且人鼠IL-33在氨基酸水平，55%是完全相同的[2]。IL-33，以無活性的 full length IL-331-270 的形式釋放，被中性粒細胞分泌的絲氨酸蛋白酶、組織蛋白酶G和彈性蛋白酶裂解，產(chǎn)生成熟的IL-33片段（IL-3395-270、IL-3399-270、IL-33109-270），這些成熟形式比full length IL-33的生物活性高出0～10 倍左右[3]。

IL-33R是由ST2和IL-1受體輔助蛋白（IL-1RAcP）組成的復(fù)合物。ST2在1989年首次被提出，屬于IL-1受體家族的成員。人類ST2基因存在多樣性，該基因通過差異拼接，至少編碼3種蛋白質(zhì)亞型，分別是：可溶性 ST2（soluble ST2，sST2）、跨膜形式ST2（transmembrane ST2）和變異性 ST2（variant ST2）。Erin等[4]提出ST2基因多態(tài)性的特點傾向于哮喘患者氣道上皮細胞的sST2基因存在缺損。sST2因缺乏跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，作為一種誘餌受體，阻斷IL-33/ST2信號傳導(dǎo)通路，負性調(diào)節(jié)IL-33水平[5]。研究發(fā)現(xiàn)[6-7]，哮喘患者血清和痰誘導(dǎo)液中IL-33與sST2水平均明顯高于正常對照組，這一現(xiàn)象與sST2負性調(diào)節(jié)IL-33的觀點相悖。目前對sST2的作用機制尚存爭議，有待進一步科學(xué)研究。而跨膜形式的ST2，是IL-33結(jié)合的主要受體形式，IL-33通過結(jié)合ST2啟動膜表面IL-33/ST2信號傳導(dǎo)通路發(fā)揮生物活性作用。

1.2 IL-33的表達與分泌 運用實時定量PCR技術(shù)分析人和鼠類IL-33cDNA庫時發(fā)現(xiàn)，IL-33mRNA在多種組織中表達，但受到一定細胞類型的限制。Moussion等[8]通過結(jié)合運用人類組織微陣列技術(shù)和IL-33單克隆、多克隆抗體，發(fā)現(xiàn)IL-33廣泛表達于正常人體組織的血管內(nèi)皮細胞、成纖維細胞以及與環(huán)境直接接觸的上皮細胞，如皮膚角質(zhì)層細胞、胃上皮細胞、扁桃腺隱窩及唾液腺上皮細胞。Liew等[2]發(fā)現(xiàn)IL-33表達主要集中在肺臟，其次是中樞神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚及淋巴結(jié)等組織，巨噬細胞、纖維母細胞、平滑肌細胞、上皮細胞及內(nèi)皮細胞等細胞中也有表達，且人鼠中無明顯差異。

IL-33雖廣泛表達于多器官多細胞中，但其主要表達在活化的Th2型淋巴細胞和肥大細胞[1]，同時也構(gòu)成性存在于內(nèi)皮細胞和上皮細胞的細胞核內(nèi)。Moussion等[8]和 Lefrancais等[9]推測IL-33可能作為一種新奇的危險信號或警報器，當上皮細胞受到外界刺激溶解破壞，釋放大量的IL-33，趨化中性粒細胞釋放絲氨酸蛋白酶、組織蛋白酶G和彈性蛋白酶，激活I(lǐng)L-33，向機體的免疫系統(tǒng)發(fā)出警報，并激活下游的Th2型淋巴細胞及肥大細胞，分泌IL-5、6及IL-13等炎癥因子，啟動機體一系列免疫反應(yīng)。Oh等[10]進一步研究發(fā)現(xiàn)，IL-33顯著表達于受損的上皮細胞，最終介導(dǎo)Th2型免疫反應(yīng)，可能是通過谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶-2（transglutaminase 2，TG2）調(diào)節(jié)。至于 IL-33作為一種警報器，如何啟動和調(diào)節(jié)下游的免疫反應(yīng)機制目前仍缺乏足夠的證據(jù)。

1.3 IL-33的生物活性 IL-33作為IL-1家族中的成員之一，表達廣泛，特別是在受損的內(nèi)皮細胞和上皮細胞、活化的Th2細胞和肥大細胞，參與介導(dǎo)多器官多疾病的發(fā)病機制，如膿毒癥和創(chuàng)傷[11]、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[12]、系統(tǒng)性紅斑狼瘡[13]、動脈粥樣硬化和過敏性疾病[14]等，其生理作用被稱之為一把“雙刃劍”。IL-33mRNA最初被發(fā)現(xiàn)于寄居在小鼠腸道內(nèi)的Trichuris muris鞭蟲內(nèi)，通過趨化固有免疫細胞、中性粒細胞等到達炎癥部位，激活胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素，增強了Th2細胞介導(dǎo)的抗寄生蟲免疫反應(yīng)。此外，IL-33通過阻斷G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的Toll樣受體信號途徑，抑制敗血癥的發(fā)生與發(fā)展[11]。與此相反，IL-33通過介導(dǎo)Th2型免疫反應(yīng)，參與機體多種自身免疫性疾病和過敏性疾病如哮喘，其具體機制目前尚不清楚，但越來越多的研究讓人們逐步認識到，IL-33作為一種炎癥介質(zhì)，刺激Th2型淋巴細胞分泌多種炎癥因子，使免疫反應(yīng)向Th2型免疫反應(yīng)傾斜。

2 IL-33與氣道炎癥和氣道重塑

2.1 IL-33與氣道炎癥 許多研究已證明IL-33參與介導(dǎo)哮喘氣道炎癥，且在IL-33參與介導(dǎo)使免疫反應(yīng)向Th2型免疫反應(yīng)傾斜這一觀點中達成共識。但具體的免疫學(xué)機制仍待進一步研究。Louten等[15]指出，內(nèi)源性IL-33通過促進Th2型炎癥因子的生成，增強機體Th2型免疫反應(yīng)。Stolarski等[16]研究發(fā)現(xiàn)，IL-33直接刺激CD117+造血祖細胞使其向嗜酸性粒細胞分化，增加肺內(nèi)嗜酸性粒細胞、巨噬細胞、淋巴細胞、IL-33、TGF-β、CCL3、CCL17HE、CCL24 等細胞及炎癥介質(zhì)的水平，從而增強嗜酸性粒細胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。并更進一步表明IL-33誘導(dǎo)嗜酸性粒細胞增殖很有可能或者至少部分是由于IL-33以自分泌的方式介導(dǎo)骨髓中CD+117造血前體細胞產(chǎn)生IL-5的結(jié)果。而IL-5是肺內(nèi)募集嗜酸性粒細胞的最主要的炎癥介質(zhì)。另外，用抗ST2抗體/抗IL-33抗體阻斷IL-33/ST2信號途徑[17]，可使氣道炎癥反應(yīng)下降，哮喘相應(yīng)癥狀也減輕，更進一步說明IL-33參與哮喘的氣道炎癥。

Tjota等[18]研究發(fā)現(xiàn)，過敏原特異性抗體IgG與抗原提呈細胞表面的受體結(jié)合成IgG免疫復(fù)合物（IgG-ICS），通過依賴IL-33，增強肺內(nèi)Th2型免疫反應(yīng)。Stolarska等[19]推測IL-33/ST2信號通路可能通過激活選擇性活化的巨噬細胞（AAM）并促進其分化，從而在氣道炎癥中發(fā)揮重要的作用。

近年來，國內(nèi)外一些研究亦證實了IL-33參與哮喘氣道炎癥[20-21]。他們分別收集哮喘患者的支氣管灌洗液（bonchoalveolar lavage fluid，BALF）及外周血血清，發(fā)現(xiàn)哮喘患者的BALF與血清中IL-33的表達與分泌均較正常對照組升高（前者升高更顯著），且IL-33升高水平與哮喘的嚴重程度呈正相關(guān)性。

2.2 IL-33與氣道重塑 氣道炎癥、氣道高反應(yīng)及氣道重塑構(gòu)成哮喘的基礎(chǔ)病理生理變化。其中，氣道重塑是氣道慢性持續(xù)性炎癥和上皮細胞損傷的結(jié)果。氣道重塑的病理生理改變包括上皮下纖維化、細胞外基質(zhì)的沉積、杯狀細胞增生和黏液腺肥大、平滑肌細胞的增生與肥大等，最終導(dǎo)致氣道狹窄、肺功能下降及氣道的不可逆性損害。

目前研究表明，多種炎癥細胞如嗜酸性粒細胞、T細胞、肥大細胞、上皮細胞、巨噬細胞、纖維細胞及細胞因子如 TGF-β[22]、IL-5[23]、IL-25[24]、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）[25]、胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TLSP）等均參與哮喘氣道重塑的發(fā)病機制。IL-33，作為IL-1家族中的新成員，不僅參與哮喘氣道炎癥，在氣道重塑中亦發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

根據(jù)IL-33具有前纖維化的這一功能，Bianchetti等[26]提出假設(shè)并證實：在哮喘發(fā)作的任何階段，IL-33通過趨化和擴增循環(huán)血中的纖維細胞，對哮喘氣道結(jié)構(gòu)的重塑發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)功能。此外，Mizutani等[27]通過反復(fù)腹腔注射OVA（特異性IgE單克隆抗體mAb）致敏小鼠（逐步致敏共7次），發(fā)現(xiàn)與第4次致敏的小鼠相比，第7次被OVA致敏的小鼠肺內(nèi)出現(xiàn)了明顯的氣道炎癥和重塑，且IL-33的表達水平較第4次致敏水平顯著增高。當分別在第4、5、6、7次致敏小鼠中用抗IL-33抗體和抗ST2單克隆抗體處理小鼠時，發(fā)現(xiàn)在第7次處理后的小鼠肺內(nèi)，氣道炎癥和氣道重塑明顯被抑制。同時，發(fā)現(xiàn)肺內(nèi)IL-33+ST2+的肺泡巨噬細胞及ST2+CD4+T細胞相應(yīng)增多，若在第4次致敏小鼠的過程中用2-氯腺苷（肺巨噬細胞抑制劑）處理后，在進行第7次致敏后小鼠的氣道炎癥和氣道重塑明顯受到抑制，且IL-33的表達也較前明顯降低。因此得出：肺泡巨噬細胞可能通過釋放IL-33，參與了IgE介導(dǎo)的氣道炎癥和氣道重塑的結(jié)論。

Saglani等[28]研究發(fā)現(xiàn)，IL-33主要是通過促進氣道纖維母細胞中膠原蛋白的分泌從而增加其基底膜的厚度而不是增加氣管平滑肌的數(shù)量，參與介導(dǎo)哮喘的氣道重塑。并在此基礎(chǔ)上提出，嚴重哮喘患者存在糖皮質(zhì)激素不敏感的原因可能與IL-33分泌膠原蛋白相關(guān)。目前對IL-33介導(dǎo)氣道重塑方面的研究仍屈指可數(shù)，待更進一步的探索研究。

3 展 望

作為IL-1家族中的新成員之一，IL-33通過介導(dǎo)Th2型免疫反應(yīng)參與哮喘的發(fā)病機制，但具體機制尚不明朗，特別是IL-33作為危險信號如何啟動機體一系列免疫反應(yīng)，仍待更深入的科學(xué)研究。哮喘氣道慢性炎癥、氣道高反應(yīng)及氣道重塑是導(dǎo)致患者氣道不可逆性損傷的主要病理生理變化。如果能在疾病早期預(yù)防或終止引起這系列的病理生理變化的免疫機制，對于哮喘患者特別是哮喘兒童改善疾病預(yù)后，提高生活質(zhì)量帶來新的生機。IL-33作為一種參與哮喘的氣道炎癥、氣道重塑等過程的重要炎癥介質(zhì)，阻斷IL-33/ST2信號通路將有望成為哮喘控制、治療及預(yù)后的新策略。

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（收稿：2014-08-27 修回：2014-09-14）

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溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第六醫(yī)院（浙江省麗水市人民醫(yī)院）兒科（麗水 323000）

雷后興，E-mail：zjleihx@163.com