白細(xì)胞介素-33與支氣管哮喘發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性研究進(jìn)展

田洪梓，王　迪

醫(yī)學(xué)信息研究

白細(xì)胞介素-33與支氣管哮喘發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性研究進(jìn)展

田洪梓，王迪＊

支氣管哮喘目前被認(rèn)為是一種氣道的慢性炎癥性疾病，其誘發(fā)因素多種多樣，IL-33是作為白介素家族的成員之一，可能參與了這一復(fù)雜的炎癥過程，導(dǎo)致了支氣管哮喘的發(fā)生和發(fā)展。筆者查閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)IL-33和ST2基因多態(tài)性可能與支氣管哮喘易感性之間存在一定的相關(guān)性，研究IL-33對于明確支氣管哮喘的發(fā)病機(jī)制具有重要意義。

白細(xì)胞介素-33；支氣管；哮喘

支氣管哮喘（簡稱哮喘）是由多種細(xì)胞和細(xì)胞組分參與的慢性呼吸道炎癥性疾病，包括T淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等，Th1/Th2細(xì)胞免疫應(yīng)答失衡，即Th2細(xì)胞數(shù)量增加、功能活化，伴隨Th2型細(xì)胞因子的大量分泌，是哮喘病理改變的始動和維持因素。近年來研究結(jié)果表明，白細(xì)胞介素-33（IL-33）可以激活并維持多種參與哮喘發(fā)病的免疫細(xì)胞的功能，誘導(dǎo)產(chǎn)生Th2型細(xì)胞因子，提示其可能在哮喘發(fā)病中起到重要作用。本文就IL-33在哮喘領(lǐng)域中的相關(guān)研究做一綜述。

1　IL-33及其受體簡介

IL-33是IL-1家族的新成員，其基因序列和結(jié)構(gòu)與IL-1家族成員IL-1β和IL-18相似。人IL-33基因定位于9號染色體（9p24.1）上，小鼠的IL-33基因定位于19號染色體（19qC1）。IL-33的mRNA表達(dá)于人和小鼠的多種器官和細(xì)胞中；在蛋白水平，IL-33主要表達(dá)于肺、胃、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚和腎臟等器官，在上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中可以檢測到其蛋白表達(dá)［1］。在沒有感染或者炎癥的情況下，IL-33定位于細(xì)胞核內(nèi)，扮演轉(zhuǎn)錄抑制角色［2］。當(dāng)組織受損或者細(xì)胞壞死時，IL-33被分泌至細(xì)胞外，與其受體結(jié)合產(chǎn)生促炎效應(yīng)，但這種分泌機(jī)制目前尚不清楚。

IL-1R輔助蛋白（IL-1RAcP）和ST2共同組成IL-33的受體。IL-1RAcP是IL-1家族多個成員（例如IL-1α、IL-1β、IL-1F6、IL-1F8和IL-1F9）的受體組分［3］。ST2是Th2細(xì)胞選擇性標(biāo)記之一，并高度表達(dá)于肥大細(xì)胞表面。此外，巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、自然殺傷T細(xì)胞等免疫細(xì)胞也表達(dá)ST2。ST2有兩種存在形式，一種是跨膜受體表達(dá)形式，另一種是可溶性受體（sST2）表達(dá)形式，目前認(rèn)為sST2可能是IL-33的誘餌受體。當(dāng)IL-33與跨膜受體結(jié)合后，IL-1RAcP招募髓樣分化蛋白88（MYD88）和IL-1相關(guān)蛋白激酶（IRAK），啟動下游NF-κB和MAPK通路，誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生各種促炎細(xì)胞因子（例如IL-5、IL-13等），進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)［1］。

2　IL-33對免疫細(xì)胞的影響

2.1對Th2細(xì)胞IL-33受體ST2選擇性表達(dá)于Th2細(xì)胞表面，在初始T細(xì)胞、Th1細(xì)胞、Th17細(xì)胞并不表達(dá)。體外研究表明，在IL-33存在的前提下，Th2細(xì)胞的IL-5、IL-13產(chǎn)生增強(qiáng)；同時，IL-33可以極化初始T細(xì)胞并產(chǎn)生IL-5和IL-13［4］。體內(nèi)研究表明，小鼠腹腔內(nèi)注射重組人IL-33后出現(xiàn)脾大，鏡下觀察發(fā)現(xiàn)肺部有多種免疫細(xì)胞浸潤、黏液增加和上皮增生，胸腺、脾、肝和肺中IL-4和IL-5mRNA升高，血清IgE、IL-5和IL-13增高［5］。另外，體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)IL-33是Th2細(xì)胞的強(qiáng)有力的趨化因子，可以募集Th2細(xì)胞到炎癥部位發(fā)揮作用［6］。

2.2對肥大細(xì)胞人類和小鼠肥大細(xì)胞組成性表達(dá)ST2，因此肥大細(xì)胞是IL-33另一主要靶細(xì)胞。IL-33可以促進(jìn)CD34+肥大細(xì)胞前體的成熟，胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（TSLP）可以協(xié)同促進(jìn)這一過程［7］。IL-33還能促進(jìn)人臍帶血來源的肥大細(xì)胞生存與黏附，增加其IL-8和IL-13的產(chǎn)生［8］。在隨后的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)過敏性哮喘患者外周血CD34+細(xì)胞同時表達(dá)TSLP和IL-33受體，在特異性抗原致敏后，細(xì)胞表面TSLP和IL-33受體的數(shù)目發(fā)生了增加［9］。此外，IL-33與肥大細(xì)胞表面受體結(jié)合后可誘導(dǎo)產(chǎn)生多種細(xì)胞因子、趨化因子和脂質(zhì)介質(zhì)，包括IL-8、IL-5、IL-13、IL-6、IL-1β、TNF-α、GM-CSF、CCL2以及前列腺素D2，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)也顯示IL-33可以誘導(dǎo)肥大細(xì)胞脫顆粒反應(yīng)。最后，IL-33可能具有使肥大細(xì)胞向組織歸巢的作用［8］。

2.3嗜堿性粒細(xì)胞與Th2細(xì)胞和肥大細(xì)胞相比，嗜堿性粒細(xì)胞表面的ST2表達(dá)相對較少，但I(xiàn)L-3可以刺激ST2表達(dá)增多。與IL-33作用于Th2細(xì)胞和肥大細(xì)胞相似，IL-33可以誘導(dǎo)嗜堿性粒細(xì)胞產(chǎn)生Th2型細(xì)胞因子（IL-4、IL-13），并能促進(jìn)CD11b的表達(dá)和細(xì)胞黏附［10-12］。CD11b的表達(dá)增加可以增強(qiáng)嗜堿性粒細(xì)胞向CCL11的遷移。此外，盡管IL-33不能直接誘導(dǎo)嗜堿性粒細(xì)胞脫顆粒，但它可以協(xié)同增強(qiáng)IgE介導(dǎo)的脫顆粒。另外，Kroeger等報道IL-33可以通過增強(qiáng)Akt的活化增加嗜堿性粒細(xì)胞的生存［13］。

2.4嗜酸性粒細(xì)胞人類外周血嗜酸性粒細(xì)胞表面表達(dá)的ST2含量極低，但可在細(xì)胞內(nèi)檢測到ST2的mRNA和ST2蛋白的存在。近來有研究表明IL-33可以直接誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞產(chǎn)生超氧化物和IL-8，并且可以增強(qiáng)IL-3、IL-5以及GM-CSF介導(dǎo)的IL-8產(chǎn)生［10，14］。另外，IL-33可以通過促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞CD11b的表達(dá)從而增強(qiáng)其黏附能力，同時可以不依賴IL-4、IL-5以及GM-CSF延長嗜酸性粒細(xì)胞的生存［15］。這些研究表明IL-33可能通過嗜酸性粒細(xì)胞在炎癥部位的累積，進(jìn)而在某些過敏性疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。

2.5樹突狀細(xì)胞 （DCs）早期研究顯示，在GMCSF和IL-4作用下，小鼠骨髓細(xì)胞可以分化為骨髓來源DC（BMDCs），同時表達(dá)ST2。晚近的研究證實(shí)IL-33也可以誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞向DCs發(fā)育［16］。另外，IL-33還能使BMDCs產(chǎn)生IL-6增多，并能增強(qiáng)BMDCs表達(dá)MHCⅡ類分子和CD86［17］。在IL-33存在的環(huán)境下，初始CD4+T細(xì)胞與BMDCs共同孵育6～10 d后，上清液中可檢測出IL-5和IL-13。由于這種背景下產(chǎn)生的細(xì)胞因子與IL-5+IL-4-非典型Th2細(xì)胞亞群產(chǎn)生的細(xì)胞因子相似，因此有學(xué)者認(rèn)為IL-33可能可以誘導(dǎo)初始CD4+T細(xì)胞轉(zhuǎn)變成這種Th2細(xì)胞亞群［18］。

3　IL-33和哮喘

人類基因組計劃和HapMap計劃的完成使得利用基因組相關(guān)性研究（GWAS）尋找哮喘的易感基因變得更為便利。一項涉及10 365例哮喘患者和16 110名正常對照人群的GWAS近期已經(jīng)完成，Moffatt等發(fā)現(xiàn)IL-33（IL33）、ST2（IL1RL1）的單核苷酸多態(tài)性與哮喘之間具有明顯的基因組相關(guān)性［19］。類似的結(jié)論在其他研究中也得到了印證［20，21］。值得注意的是，雖然這些研究還發(fā)現(xiàn)了其他不同基因的單核苷酸多態(tài)性與哮喘有關(guān)，但唯有這兩個基因始終被列為哮喘的易感基因。因此，IL-33在哮喘的發(fā)病機(jī)制中可能確實(shí)具有重要的地位。

多項研究證實(shí)在哮喘患者的血清和肺組織中可以檢測到升高的sST2和IL-33［22-24］。在雞卵蛋白（OVA）誘導(dǎo)產(chǎn)生的小鼠哮喘模型中同樣檢測到了增高的sST2蛋白和IL-33mRNA。另外，通過IL-13和STAT6依賴途徑，小鼠腹膜內(nèi)和鼻腔內(nèi)給予IL-33可引起肺部和腸道嗜酸性粒細(xì)胞浸潤。這些研究表明IL-33可能在一定程度上參與了哮喘的發(fā)病過程。

為了進(jìn)一步證明IL-33在哮喘發(fā)生、發(fā)展中的作用，構(gòu)建IL-33基因敲除小鼠無疑具有重要意義。近來Oboki等成功構(gòu)建了IL-33基因敲除小鼠，這些小鼠可以正常發(fā)育，提示IL-33作為核因子對生長發(fā)育沒有影響。與正常小鼠相比，IL-33基因敲除小鼠經(jīng)OVA致敏后，肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量較少，肺部炎癥情況更輕。同樣的，以塵螨浸出物誘導(dǎo)IL-33基因敲除小鼠的氣道炎癥中，肺泡灌洗液里的炎癥細(xì)胞明顯減少［25］。另外，早期研究表明吸入木瓜蛋白酶能誘導(dǎo)Rag-2基因敲除小鼠的氣道炎癥，產(chǎn)生嚴(yán)重的氣道嗜酸性粒細(xì)胞浸潤，但木瓜蛋白酶卻無法誘導(dǎo)IL-33基因敲除小鼠和IL-4、IL-13雙基因敲除小鼠產(chǎn)生氣道炎癥，這個現(xiàn)象說明木瓜蛋白酶誘導(dǎo)的天然氣道炎癥依賴于IL-33，并且在此過程中產(chǎn)生的IL-4、IL-13來源于天然免疫細(xì)胞而非T細(xì)胞［25］。因此，IL-33在Th2相關(guān)的局部氣道炎癥中發(fā)揮重要作用。這一觀點(diǎn)得到了近期一項研究的支持，Chang等［26］研究發(fā)現(xiàn)A型流感病毒感染小鼠后可以活化NLRP3炎癥體，誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量IL-33，進(jìn)而活化天然輔助細(xì)胞產(chǎn)生IL-13，最終引起小鼠氣道高反應(yīng)性。

此外，有學(xué)者利用抗ST2抗體治療OVA誘導(dǎo)的小鼠氣道炎癥，發(fā)現(xiàn)抗ST2抗體可以減輕氣道炎癥；另外還有學(xué)者報道抗IL-33抗體可以減輕OVA誘導(dǎo)的小鼠氣道炎癥。這些動物實(shí)驗(yàn)從治療層面證明了IL-33和ST2在哮喘發(fā)病機(jī)制中的作用。但Hoshino等［27］利用ST2基因敲除的小鼠進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，小鼠可以對寄生蟲和過敏原產(chǎn)生正常的Th2反應(yīng)，骨髓來源肥大細(xì)胞的功能和分化也沒有受到影響，因此作者認(rèn)為ST2對Th2細(xì)胞和肥大細(xì)胞的功能沒有作用。有意思的是，同樣利用ST2基因敲除小鼠進(jìn)行短程哮喘模型研究時，Kurowska-Stolarska等卻發(fā)現(xiàn)小鼠的氣道炎癥減輕［4］。產(chǎn)生這種截然不同現(xiàn)象的原因可能是短程哮喘模型中肥大細(xì)胞起到了更重要的作用。

總之，大量的研究結(jié)果提示IL-33和ST2基因多態(tài)性與哮喘易感性有關(guān)；IL-33可以活化免疫細(xì)胞產(chǎn)生Th2型細(xì)胞因子，并在一定程度上誘導(dǎo)Th2細(xì)胞的分化，進(jìn)而產(chǎn)生氣道炎癥反應(yīng)和氣道高反應(yīng)性等哮喘的典型表現(xiàn)；抗IL-33抗體和抗ST2抗體可以減輕哮喘小鼠的氣道炎癥。這些研究表明IL-33在哮喘的發(fā)病機(jī)制中可能起到重要作用。目前哮喘的發(fā)病率仍然居高不下，探索哮喘發(fā)病機(jī)制和開發(fā)安全有效藥物依然任重道遠(yuǎn)，對IL-33表達(dá)、分泌和功能的研究將會為哮喘防治提供新的思路和靶點(diǎn)。

［1］Liew FY，Pitman NI，McInnes IB.Disease-associated functions of IL-33：The new kid in the IL-1 family［J］.Nat Rev Immunol，2010，10（2）：103-110.

［2］Carriere V，Roussel L，Ortega N，et al.IL-33，the IL-1-like cytokine ligand for ST2 receptor，is a chromatin-associated nuclear factor in vivo［J］.P Natl Acad Sci USA，2007，104（1）：282-287.

［3］Chackerian AA，Oldham ER，Murphy EE，et al.IL-1 receptor accessory protein and ST2 comprise the IL-33 receptor complex［J］.J Immunol，2007，179（4）：2551-2555.

［4］Kurowska-Stolarska M，Kewin P，Murphy G，et al.IL-33 induces antigen-specific IL-5+T cells and promotes allergic-induced airway inflammation independent of IL-4［J］.J Immunol，2008，181（7）：4780-4790.

［5］Schmitz J，Owyang A，Oldham E，et al.IL-33，an interleukin-1-like cytokine that signals via the IL-1 receptor-related protein ST2 and induces T helper type 2-associated cytokines［J］. Immunity，2005，23（5）：479-490.

［6］Komai-Koma M，Xu D，Li Y，et al.IL-33 is a chemoattractant for human Th2 cells［J］.Eur J Immunol，2007，37（10）：2779-2786.

［7］Allakhverdi Z，Smith DE，Comeau MR，et al.The ST2 ligand IL-33 potently activates and drives maturation of human mast cells［J］.J Immunol，2007，179（4）：2051-2054.

［8］Iikura M，Suto H，Kajiwara N，et al.IL-33 can promote survival，adhesion and cytokine production in human mast cells［J］.Lab Invest，2007，87（10）：971-978.

［9］Allakhverdi Z，Comeau MR，Smith DE，et al.CD34+hemopoietic progenitor cells are potent effectors of allergic inflammation［J］. J Allergy Clin Immun，2009，123（2）：472-478.

［10］Pecaric-Petkovic T，Didichenko SA，Kaempfer S，et al.Human basophils and eosinophils are the direct target leukocytes of the novel IL-1 family member IL-33［J］.Blood，2009，113（7）：1526-1534.

［11］Suzukawa M，Iikura M，Koketsu R，et al.An IL-1 cytokine member，IL-33，induces human basophil activation via its ST2 receptor［J］.J Immunol，2008，181（9）：5981-5989.

［12］Schneider E，Petit-Bertron AF，Bricard R，et al.IL-33 activates unprimed murine basophils directly in vitro and induces their in vivo expansion indirectly by promoting hematopoietic growth factor production［J］.J Immunol，2009，183（6）：3591-3597.

［13］Kroeger KM，Sullivan BM，Locksley RM.IL-18 and IL-33 elicit Th2 cytokines from basophils via a MYD88-and p38α-dependent pathway［J］.J Leukocyte biol，2009，86（4）：769-778.

［14］Cherry WB，Yoon J，Bartemes KR，et al.A novel IL-1 family cytokine，IL-33，potently activates human eosinophils［J］.J Allergy Clin Immun，2008，121（6）：1484-1490.

［15］Suzukawa M，Koketsu R，Iikura M，et al.Interleukin-33 enhances adhesion，CD11b expression and survival in human eosinophils［J］.Lab Invest，2008，88（1）：1245-1253.

［16］Mayuzumi N，Matsushima H，Takashima A.IL-33 promotes dc development in bm culture by triggering GM-CSF production［J］.Eur J immunol，2009，39（12）：3331-3342.

［17］Rank MA，Kobayashi T，Kozaki H，et al.IL-33-activated dendritic cells induce an atypical Th2-type response［J］.J Allergy Clin Immun，2009，123（5）：1047-1054.

［18］Oboki K，Nakae S，Matsumoto K，et al.IL-33 and airway inflammation［J］.Allergy Asthma Immunol Res，2011，3（2）：81-88.

［19］Moffatt MF，Gut IG，Demenais F，et al.A large-scale，consortium-based genomewide association study of asthma［J］.New Engl J Med，2010，363（13）：1211-1221.

［20］Gudbjartsson DF，Bjornsdottir US，Halapi E，et al.Sequence variants affecting eosinophil numbers associate with asthma and myocardial infarction［J］.Nat Genet，2009，41（3）：342-347.

［21］Melén E，Himes BE，Brehm JM，et al.Analyses of shared genetic factors between asthma and obesity in children［J］.J Allergy Clin Immun，2010，126（3）：631-637.

［22］Smithgall MD，Comeau MR，Park Yoon BR，et al.IL-33 amplifies both Th1-and Th2-type responses through its activity on human basophils，allergen-reactive Th2 cells，iNKT and NK cells［J］.Int immunol，2008，20（8）：1019-1030.

［23］Kurowska-Stolarska M，Stolarski B，Kewin P，et al.IL-33 amplifies the polarization of alternatively activated macrophages that contribute to airway inflammation［J］.J Immunol，2009，183（10）：6469-6477.

［24］Préfontaine D，Lajoie-Kadoch S，F(xiàn)oley S，et al.Increased expression of IL-33 in severe asthma：Evidence of expression by airway smooth muscle cells［J］.J Immunol，2009，183（8）：5094-5103.

［25］Oboki K，Ohno T，Kajiwara N，et al.IL-33 is a crucial amplifier of innate rather than acquired immunity［J］.P Natl Acad Sci USA，2010，107（43）：18581-18586.

［26］Chang YJ，Kim HY，Albacker LA，et al.Innate lymphoid cells mediate influenza-induced airway hyper-reactivity independently of adaptive immunity［J］.Nat Immunol，2011，12（7）：631-638.

［27］Hoshino K，Kashiwamura S，Kuribayashi K，et al.The absence of interleukin 1 receptor-related T1/ST2 does not affect T helper cell type 2 development and its effector function［J］.J Exp Med，1999，190（10）：1541-1548.

［2016－04－26收稿，2016－05－25修回］

［本文編輯：韓仲琪］

Research progress on the relativity of IL-33 and broncho-asthma

TIAN Hong-zi，WANG Di.Dept.of Respiratory，No.107 Hospital of PLA，Yantai，Shandong 264002，China

Asthma（also named bronchial asthma）is currently considered to be a chronic inflammatory disease of the airway，the factors induced this disease are many among which IL-33 as one of the interleukin family members may participate in the complex process，leading to the occurrence and development of asthma.A large number of studies have found that IL-33 and ST2 gene polymorphisms may be certainly related to the susceptibility of asthma，thus studying IL-33 has important significance for investigating the pathogenesis of asthma.

Interleukin-33；Asthma；Bronchus

R563.2+5

A

10.14172/j.issn1671-4008.2016.11.034

264002山東煙臺，解放軍107醫(yī)院呼吸科（田洪梓，王迪）

王迪，Email：531612017@qq.com