IL—37及其與肝臟相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

宋穎 鄧存良

【摘要】IL-37是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的抗炎細(xì)胞因子類型。IL-37可在多種炎癥性疾病及免疫性疾病過程中起重要作用。本文將IL-37及其在肝臟相關(guān)疾病中的作用進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】IL-37；細(xì)胞因子；肝損傷；肝纖維化；慢性乙型病毒性肝炎

【中圖分類號】R4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1671-8801（2016）02-0015-02

IL-37（interleukin 37，IL-37）是近年來發(fā)現(xiàn)的IL-1家族的新成員，是一種擁有抗炎及免疫調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞因子。IL-1F7是Kumar等[1]于2000年研究發(fā)現(xiàn)，并于2010年被更名為IL-37。IL-37是一種不成熟的前體肽，與經(jīng)典IL - 1家族成員具有共同結(jié)構(gòu)域，同IL-1家族成員如IL-1β、IL-18、IL-33一樣，需經(jīng)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（caspase-1）剪切處理后才能成為成熟體，從而發(fā)揮其生物學(xué)功能[2，3]。隨著對IL-37研究的不斷深入，IL-37的生理功能逐漸被闡明，但目前IL-37的作用機(jī)制尚未完全清楚。目前的研究表明，IL-37可在多種炎癥及免疫疾病中起重要作用。本文就IL-37的基本特征、免疫學(xué)功能、作用機(jī)制及其與肝臟相關(guān)疾病的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 IL-37的基本特征

IL-37屬于IL-1家族，又被稱為IL-1F7，是IL-1家族中的第7個(gè)細(xì)胞因子。同IL-1家族的大多數(shù)成員一樣，人的IL-37基因定位于2號染色體，是IL-1家族中唯一沒有在鼠類發(fā)現(xiàn)同系物的成員[4]。IL-37編碼基因全長3 .617kb，存在5種類型的剪切變異體，根據(jù)表達(dá)的外顯子不同分為A-E（IL-37a-e）。IL- 37b是占主導(dǎo)的亞型，擁有IL-1家族特有的β-barrel結(jié)構(gòu)，其N末端有半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase-1）的酶切位點(diǎn)。該位點(diǎn)能夠與caspase-1結(jié)合，在caspase-1作用下將IL-37b前體處理為成熟的IL-37b。不論是前體還是成熟的IL-37都可結(jié)合到IL-18受體的α鏈[3]。成熟的IL-37b可以進(jìn)入細(xì)胞核，充當(dāng)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[5，6]。IL-37在睪丸、胸腺、子宮等組織中高表達(dá)，并且可以在人類多種細(xì)胞中表達(dá)，如外周血單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等[7、8]。在LPS、IL-1β、LPS、TNF-α、TGF-β等刺激下以上細(xì)胞分泌IL-37增多。

2 IL-37的功能及主要作用機(jī)制

IL-37主要生理作用是抗炎、免疫調(diào)節(jié)等，在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、LPS誘導(dǎo)的休克、結(jié)腸炎、刀豆蛋白誘導(dǎo)的急性肝損傷、肝缺血再灌注損傷、肥胖癥、腫瘤的疾病模型中發(fā)揮了重要作用。研究表明IL-37能夠減少的促炎因子及趨化因子的生成，從而發(fā)揮其抗炎作用[6，9，10]。IL-37的作用機(jī)制尚未完全清楚。目前研究認(rèn)為IL-37可能主要通過以下途徑發(fā)揮其免疫學(xué)功能。

2.1 IL-37b與IL-18

IL-37b與IL-18結(jié)構(gòu)相似，IL-37b和IL-18都具有兩個(gè)保守的氨基酸殘基（Glu-35和Lys-124分別對應(yīng)于IL-18的Glu-42和Lys-89），而這兩個(gè)氨基酸殘基是IL-18與IL-18結(jié)合蛋白（IL-18-binding protein，IL-18BP）結(jié)合的關(guān)鍵成分[11]。IL-37的前體或成熟的LL-37可以結(jié)合IL-18Rα。不過與IL-18不同的是IL-37與IL-18Ra結(jié)合后不能招募IL-18Rβ（信號轉(zhuǎn)導(dǎo)鏈），因而無法產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。IL-37本身既不是IL-18的激動劑，也不是拮抗劑。IL-37與IL-18Ra親和力很低（IL-18與IL-18Ra的親和力是成熟IL-37的50倍），無法與IL-18競爭IL-18a，因此對IL-18的活性無影響[12、13]。IL-18BP是IL-18的天然拮抗劑，它可以中和IL-18的作用。IL-37b與IL-18BP結(jié)合后可與IL-18Rβ形成復(fù)合物，加強(qiáng)IL-18BP對IL-18的抑制作用，從而抑制IL-18的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[12]。這表明IL-37可能是IL-18的天然調(diào)節(jié)因子，IL-37可以抑制IL-18的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用。

2.2 IL-37b與Smad3通路

在對Smad3相互作用的蛋白質(zhì)組學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)了IL-37能夠與Smad3的MH2區(qū)域結(jié)合。Nold等[14]對IL-1β誘導(dǎo)的人單核細(xì)胞系THP-1細(xì)胞和人上皮細(xì)胞系A(chǔ)549細(xì)胞進(jìn)行免疫熒光實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IL-37b和磷酸化的Smad在核周及細(xì)胞基質(zhì)中都有明顯染色，同時(shí)用免疫沉淀法觀察到了IL-37b-Smads復(fù)合物。研究還發(fā)現(xiàn)，如果Smad3活性在使用Smad3的特異性阻斷劑SIS3阻斷后，IL-37對于炎癥因子的抑制作用明顯受限，在IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)IL-37的抗炎功能也明顯減弱。同樣在用siRNA耗盡Smad3的THP-1細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)IL-37減少炎癥因子產(chǎn)生的能力受到抑制。說明IL-37的抗炎作用與Smad3密切相關(guān)，Smad3是IL-37的關(guān)鍵信號分子。

2.3 IL-37b可抑制STAT蛋白等的活性

許多促炎細(xì)胞因子通過JAK-STAT信號通路來傳導(dǎo)信號。在IL-37轉(zhuǎn)染的人類單核細(xì)胞的細(xì)胞株THP-1中，發(fā)現(xiàn)IL-37b表達(dá)能夠顯著降低自發(fā)和LPS誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子如IL-1α，IL-1β，TNF等的表達(dá)。IL-37轉(zhuǎn)染的細(xì)胞中MAPKp38激酶及多種STAT蛋白活性受到抑制，多種促炎細(xì)胞因子分泌減少[14]。Smad3是STAT和STAT3的重要拮抗劑。成熟的IL-37b可轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核內(nèi)，與磷酸化或非磷酸化的Smad3結(jié)合，抑制STATs1-4的磷酸化，減少促炎因子和Th1/Th17細(xì)胞因子的產(chǎn)生。IL-37b能抑制STATs的活性，從而影響多種炎性因子的表達(dá)。

2.4 IL-37b可以抑制DC功能

樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，Dcs）作為抗原提呈細(xì)胞，在機(jī)體的免疫應(yīng)答中扮演重要角色。研究發(fā)現(xiàn)，IL-37b可以降低CD86、MHC II分子在DC表面的表達(dá)，明顯抑制LPS誘導(dǎo)的DC激活[14]。IL-37b通過下調(diào)DC的活性，從而減輕炎癥反應(yīng)。

3 IL-37與肝臟相關(guān)疾病

3.1. IL-37與肝損傷

Bulau等[9]研究發(fā)現(xiàn)IL-37對ConA誘導(dǎo)的小鼠急性肝損傷有保護(hù)作用。尾靜脈高壓注射1L-37 重組質(zhì)粒的小鼠肝臟細(xì)胞裂解液可檢測到1L-37的表達(dá)。在 ConA注射2小時(shí)后，治療組血清IL-1 、 IL-5、 IL-6和IL-9水平同對照組相比明顯減少，同時(shí)肝臟細(xì)胞裂解液IL-6含量顯著降低，而24小時(shí)后兩組間血清中上述細(xì)胞因子的表達(dá)水平無顯著差異。在ConA蛋白注射24后，無論對照組還是治療組，血清ALT水平均明顯升高，組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)肝臟小葉及匯管區(qū)發(fā)生明顯炎癥及肝細(xì)胞壞死，兩組間血清ALT水平及組織學(xué)評分無顯著差別。該研究表明1L-37在的短暫表達(dá)對局部炎癥及系統(tǒng)炎癥有抑制作用。

3.2 IL-37與缺血再灌注損傷

在肝臟缺血再灌注損傷[10]的研究中，作者發(fā)現(xiàn)IL-37對缺血再灌注損傷的肝臟有保護(hù)作用，這種保護(hù)作用與IL-37抑制肝細(xì)胞和枯否細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子或趨化因子的能力和對肝細(xì)胞抗氧化損傷直接保護(hù)作用有關(guān)。此外，IL-37還可以抑制中性粒細(xì)胞的聚集，有利于減輕肝損傷。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，IL-37的這種細(xì)胞保護(hù)作用伴隨著Bcl-2蛋白表達(dá)的升高和TNF-α、MIP-2、肝ROS水平的降低。

3.3 IL-37與肝纖維化

肝纖維化發(fā)生的關(guān)鍵是HSC的激活和ECM的異常表達(dá)，而HSC的激活和ECM 的合成和降解過程在很大程度上由轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor-beta1，TGF-β1）控制。TGF-β1是重要的致肝纖維化的細(xì)胞因子，主要通過參與TGF-β/Smad的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在肝纖維化的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[15]。在肝臟發(fā)生炎癥時(shí)，庫普弗細(xì)胞（kuffer）細(xì)胞、HSC、肝細(xì)胞等分泌的TGF-β1增加，TGF-β1與HSC表面的受體結(jié)合，通過激活Smad通路，促進(jìn)HSC分泌I、III、IV型膠原、板層索（LA）等細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的合成，并加速HSC由靜止向激活的轉(zhuǎn)化，同時(shí)還可以抑制金屬蛋白酶（MMPs）的分泌，并上調(diào)金屬蛋白酶抑制劑（TIMPs）的表達(dá)，抑制ECM的降解，導(dǎo)致ECM的合成及降解失調(diào)，從而促使肝纖維化的發(fā)生[15，16]。Lakner等[17]發(fā)現(xiàn)JAK/STAT 信號通路能同時(shí)從基因水平及蛋白水平發(fā)揮作用而增加膠原蛋白的表達(dá)。IL-37能夠結(jié)合到TGF-β的主要信號分子Smad3的MH2區(qū)域，也可進(jìn)入細(xì)胞核與磷酸化和非磷酸化的Smad3結(jié)合，抑制STATs1-4的磷酸化，從而抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。因此推測IL-37可通過影響TGF-β/Smad通路及JAK/STAT信號通路從而影響肝纖維化的進(jìn)程。

3.4.IL-37與慢性乙型病毒性肝炎

在替比夫定治療的慢性乙型病毒性肝炎[18]中，研究發(fā)現(xiàn)在高病毒載量的慢性乙肝患者中IL-37的血清水平明顯升高。在轉(zhuǎn)氨酶異常表達(dá)的患者血清中IL-37的濃度明顯高于轉(zhuǎn)氨酶正常組，提示IL-37可能參與了HBeAg的血清學(xué)轉(zhuǎn)換介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，IL-37水平反映了肝炎患者的肝損害程度。

3.5 IL-37與肝癌

IL-37在肝癌腫瘤組織低表達(dá)，并與患者預(yù)后呈負(fù)相關(guān)，提示IL-37可能在肝癌發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。張國慶等[19]在研究IL - 37對體外培養(yǎng)的SMM C- 7721肝癌細(xì)胞的影響中發(fā)現(xiàn)，與對照組比較， 重組IL-37處理組的SMMC- 7721細(xì)胞的增殖活性顯著降低、穿膜細(xì)胞數(shù)明顯減少。此外，研究還發(fā)現(xiàn)重組IL-37處理組 24 h 劃痕愈合率明顯小于對照組，提示IL-37可抑制SMM C-7721細(xì)胞的遷移 。綜上，說明IL-37對SMMC- 7721細(xì)胞的增殖、侵襲及遷移均有抑制作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，重組的IL-37可以使SMMC -7721肝癌細(xì)胞內(nèi)的p-STAT3和MMP-2蛋白表達(dá)下調(diào)，提示IL-37可能通過影響JAK/STAT3信號通路抑制肝癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移能力。

4 結(jié)語

IL-37作為IL-1家族的新成員，已被多項(xiàng)研究證實(shí)具有抗炎和免疫抑制作用。IL-37在ConA誘導(dǎo)的肝炎、肝缺血再灌注損傷、肝纖維化、慢性乙型病毒性肝炎、肝癌等肝臟疾病中發(fā)揮了重要作用，有望為這些肝臟疾病的治療提供新的途徑。目前關(guān)于IL-37在肝臟相關(guān)疾病的作用并不完全清楚，其作用及機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]Kumar S， McDonnell PC， Lehr R，et al.Identification and initial characterization of four novel members of the interieukin-1 family[J].J Biol Chem，2000；275 10308-10314.

[2]Bulau A-M， Nold MF， Li S， et al. Role of caspase-1 in nuclear translocation of IL-37， release of the cytokine， and IL-37 inhibition of innate immune responses.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014；111（7）：2650-2655.

[3]Kumar S， Hanning CR， Brigham-Burke MR， Rieman DJ， Lehr R， Khandekar S， Kirkpatrick RB， Scott GF， Lee JC， Lynch FJ et al： Interleukin-1F7B （IL-1H4/IL-1F7） is processed by caspase-1 and mature IL-1F7B binds to the IL-18 receptor but does not induce IFN-gamma production. Cytokine 2002；18（2）：61-71.

[4]Dinarello C， Arend W， Sims J， et al. IL-1 family nomenclature. Nature immunology. 2010；11（11）：973.

[5]Ross R，Grimmel J，GoedickeS，eta1.Analysis of nuclear localization of interleukin-1 family cytokines by flow cytometry[J].J Immunol Methods，2013；387（1-2）：219-227.