IL-33及其受體ST2與支氣管哮喘相關(guān)性的研究進展

林瑪麗 蔡旭龍 李秀洪 劉運廣 林 娜

支氣管哮喘(以下簡稱哮喘)是一種由多種炎性細胞浸潤呼吸道，并與其產(chǎn)生的細胞因子相互作用形成的慢性氣道炎癥[1]。哮喘的發(fā)病機制復(fù)雜，不僅與環(huán)境有關(guān)，而且與基因表型的多態(tài)性也密切相關(guān)。Sj?berg等[2]在哮喘模型小鼠中發(fā)現(xiàn)，IL-33可誘導(dǎo)氣道高反應(yīng)性、介導(dǎo)氣道炎癥和重構(gòu)、激活肥大細胞和產(chǎn)生細胞因子，影響哮喘發(fā)作。目前，研究[3]認為Th1/Th2 型免疫應(yīng)答失衡與哮喘的發(fā)生相關(guān)，表現(xiàn)為Th1型免疫反應(yīng)減弱，而Th2 型呈優(yōu)勢應(yīng)答。IL-33 及其ST2受體能選擇性在 Th2 細胞、嗜酸粒細胞、成纖維細胞中表達[4]。體內(nèi)外試驗[5- 6]均證明，IL-33/ST2 信號通路可被抗 ST2 抗體、抗 IL-33抗體等阻斷，從而降低氣道炎癥反應(yīng)。全基因組關(guān)聯(lián)分析研究(genome wide association studies，GWAS)發(fā)現(xiàn)IL-33基因與哮喘相關(guān)[7]。因此，研究IL-33與哮喘的關(guān)系意義重大，可為治療哮喘提供新靶點。本文對IL-33及其受體ST2與支氣管哮喘的相關(guān)性進行綜述如下。

1 IL-33

1.1 IL-33的分子結(jié)構(gòu)及表達 IL-33主要在氣道上皮細胞及平滑肌細胞中表達，也可在某些組織及器官中表達，是上皮細胞中觸發(fā)哮喘發(fā)生的電位信號。在小鼠模型中，IL-33的編碼基因位于19號染色體(19qC1)，而人IL-33基因則定位于9號染色體(9p24.1)，小鼠和人IL-33 cDNA分別編碼266和270個氨基酸的多肽,其氨基酸相似性為55%，相對分子量分別為29.9 kDa和30 kDa。IL-33作為IL-1家族的第11位細胞因子，其結(jié)構(gòu)與IL-1α、IL-1β、IL-18相似，其N端為“螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋”結(jié)構(gòu)模式，存在與DNA結(jié)合區(qū)域及核心序列，而C端為β-折疊，是IL-1類分子和受體結(jié)合的位置[8-9]。IL-33是過敏性氣道疾病的關(guān)鍵細胞因子，在黏膜器官的固有免疫和適應(yīng)性免疫中起著重要作用[10]。相對來說，IL-33在與外界接觸的呼吸道、消化道、皮膚等黏膜系統(tǒng)中呈高表達，因為這些黏膜系統(tǒng)是固有免疫和適應(yīng)性免疫的啟發(fā)部位，也是機體連接外界的物理屏障，而在某些內(nèi)部臟器(脾臟、胰腺、腎臟、心臟等)中呈低表達[11]。

1.2 IL-33的生物學(xué)特性 IL-33是一種多功能因子，既可以作為核因子調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，又可以作為細胞因子參與調(diào)節(jié)Th2型免疫反應(yīng)[12]。IL-33可誘導(dǎo)哮喘、變應(yīng)性鼻炎、特應(yīng)性皮炎等Th2型免疫炎癥反應(yīng)，同時也在動脈硬化、肥胖癥、2型糖尿病及心臟重塑等疾病中起防護作用。IL-33除了在巨噬細胞、樹突狀細胞、嗜酸性粒細胞、B細胞、單核細胞和肥大細胞等細胞中表達，還可在某些器官和組織中表達[13]。IL-33主要存在于細胞核內(nèi)，然而，現(xiàn)有證據(jù)表明這一結(jié)論可能受熒光標(biāo)記的融合蛋白影響，事實上在血管內(nèi)皮細胞和成纖維細胞的細胞核及細胞質(zhì)中均發(fā)現(xiàn)有IL-33[14]。在注射有IL-33的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)IgE水平增高，同時可致其脾臟重量增加，上皮細胞產(chǎn)生增多，和明顯的嗜酸性粒細胞增多[8]。在疾病的發(fā)展過程中，IL-33對嗜酸性粒細胞的生物學(xué)特性尤為重要，通過全基因組測序，發(fā)現(xiàn)IL-33基因rs146597587位點C等位基因在編碼最后1個外顯子之前破壞1個典型剪接受體位點，而使嗜酸性粒細胞計數(shù)下降，降低引發(fā)哮喘的風(fēng)險，同樣在歐洲人群中也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象[15]。Teufelberger等[16]在過敏性哮喘小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌絲氨酸類蛋白酶D可驅(qū)動Th2反應(yīng)和IgE形成，從而產(chǎn)生IL-33和趨化因子，導(dǎo)致嗜酸性粒細胞增多和氣道杯狀細胞增生，而IL-33的可溶型ST2受體可阻斷細胞活性，顯著降低嗜酸性粒細胞數(shù)目。研究[17]表明，某些黏膜組織表面的變應(yīng)原在許多方面都可相互作用，如TLR2、TLR4、蛋白酶激活受體-2(protease-activated receptor-2，PAR-2)，其中PAR-2可使肺組織中IL-33增加。IL-33可誘導(dǎo)IL-5分泌，IL-33/ST2在肺內(nèi)的表達機制尚不完全清楚，但在體外，IL-33可激活嗜酸性粒細胞產(chǎn)生趨化因子和促炎性細胞因子，如IL-10、IL-13、IL-9、IL-1α、IL-6等[18]。此外，IL-33也可調(diào)節(jié)肥大細胞的功能及發(fā)育；在體外試驗中，IL-33可誘導(dǎo)肥大細胞產(chǎn)生前炎癥細胞因子，促進人CD34+肥大細胞前體的成熟[13]。Bourgeois等[19]通過小鼠動物實驗發(fā)現(xiàn)IL-33直接作用于自然殺傷T細胞后，對γ-干擾素的促分泌效應(yīng)是IL-4的近15倍，表明IL-33在固有細胞免疫應(yīng)答中是促炎性因子。IL-4是介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的主要因子，是參與哮喘發(fā)生、發(fā)展必不可少的炎癥介質(zhì)，而IL-33在炎癥和細胞結(jié)構(gòu)損傷中可能作為一個“警報素”存在[20]。

1.3 IL-33/ST2介導(dǎo)的信號通路 IL-33作為ST2的配體，在多種細胞中表達，如內(nèi)皮細胞、表皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞等，且被認為與多種過敏性疾病有關(guān)，通過激活肥大細胞，誘導(dǎo)Th2型反應(yīng)和IgE產(chǎn)生而參與過敏性炎癥的發(fā)生發(fā)展，抑制 Th1 型細胞因子；而ST2則主要表達于肥大細胞及Th2細胞，也可在嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、自然殺傷細胞中少量表達[21]。ST2因差異剪接主要編碼膜結(jié)合型ST2(membrane-bound homolog of sulfotransferase，ST2L)和可溶型ST2，主要存在于肺、肝、腎等多個組織器官中，在炎癥通路中發(fā)揮重要作用。一方面，膜表面的ST2L增加，進一步加重炎癥反應(yīng)；另一方面，可溶型ST2受體則作為誘騙受體結(jié)合IL-33，從源頭阻斷IL-33/ST2途徑，從而削弱IL-33/ST2L 信號通路的生物學(xué)功能，對炎癥反應(yīng)起到負向調(diào)節(jié)作用[22]。Han等[23]研究發(fā)現(xiàn)，IL-33及其受體ST2在患有特應(yīng)性皮炎的人和小鼠上高度表達，同時也發(fā)現(xiàn)IL-33在激素抵抗型哮喘患者支氣管黏膜下層高表達， TNF-α聯(lián)合刺激γ-干擾素導(dǎo)致人IL-33在成纖維細胞和角質(zhì)細胞蛋白中表達增加，在T細胞亞群中，ST2L可選擇性表達于活化的Th2細胞，當(dāng)Th2細胞被激活后，同時分泌可溶型ST2受體,IL-33/ST2L 還可以抑制促炎細胞 Th1 型細胞的功能，減少Th1 型細胞因子的生成。GWAS發(fā)現(xiàn)，IL-33和ST2基因存在與哮喘相關(guān)的多態(tài)性位點[24]。

2 IL-33與哮喘的關(guān)系

哮喘是由遺傳易感性與環(huán)境因素相互作用形成的一種復(fù)雜性的氣道慢性炎癥性疾病，由嗜酸性粒細胞、嗜堿粒細胞和肥大細胞、IgE、Th2細胞因子(IL-4、IL-5、IL-9和IL-13等)介導(dǎo)，當(dāng)機體吸入或接觸過敏原而誘發(fā)氣道炎癥及氣道重塑，屬于過敏性炎癥，且個體之間存在異質(zhì)性差異[25]。因哮喘的遺傳機制尚不完全清楚，目前研究哮喘基因多態(tài)性主要與哮喘易感性、臨床表型和預(yù)后及治療效果有關(guān)。國內(nèi)外學(xué)者[1-2]應(yīng)用多種分子生物學(xué)方法，對哮喘的候選基因進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有上百個候選基因與人類哮喘相關(guān)。在基因組水平上的遺傳變異研究中發(fā)現(xiàn)，IL-33、白細胞介素1受體1型(IL-1 receptor-like 1，IL1RL1)在哮喘和過敏性疾病中發(fā)揮作用[26]。IL-33可誘導(dǎo)Th2型免疫應(yīng)答，并與其ST2L受體在肥大細胞、嗜堿性粒細胞、嗜酸性粒細胞、樹突狀細胞和Th2細胞中結(jié)合并激活，從而增強炎癥反應(yīng)。Queiroz等[27]測試了可能與哮喘和過敏有關(guān)聯(lián)的 IL-33和ST2單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，發(fā)現(xiàn)IL1RL1 rs1041973 A等位基因在人過敏性疾病中低表達，而IL1RL1基因 rs1041973和rs873022多態(tài)性位點在巴西人群的研究中發(fā)現(xiàn)， rs873022 T等位基因與血漿中可溶型ST2受體水平降低有關(guān)，IL1RL1基因rs1041973和rs16924161兩個位點在巴西哮喘患者中高表達，IL-33基因rs12551256 G等位基因與哮喘呈負相關(guān)，結(jié)果表明IL1RL1和IL-33 SNPs與過敏和哮喘的遺傳變異標(biāo)記相關(guān)聯(lián)，可作為人類哮喘和過敏的保護或危險因素。Chen等[28]對516名中國漢族過敏性哮喘患者及552名漢族正常健康人的基因型和等位基因頻率進行比較，發(fā)現(xiàn)IL-33 rs928413 和IL1RL1 rs1558641與哮喘的發(fā)展有關(guān)，且IL-33 rs928413 G等位基因在哮喘患者中顯著增高，而IL1RL1 rs1558641 G等位基因頻率則顯著降低，這是第一次驗證IL-33和IL1RL1基因與中國漢族人群哮喘的風(fēng)險相關(guān)。IL-33和IL1RL1是哮喘的易感基因位點，且IL-33和IL1RL1構(gòu)成單一配體受體途徑。Savenije等[29]對荷蘭哮喘兒童的研究中發(fā)現(xiàn)，IL-33/IL1RL1通路與哮喘和特異性喘息的發(fā)生密切相關(guān)，IL1RL1(rs10208293和rs13424006)和晚期喘息的發(fā)展相關(guān)，IL-33 rs1342326位點與持續(xù)性喘息相關(guān)，因此推測IL-33/IL1RL1可影響兒童喘息發(fā)作及早期哮喘的發(fā)展。IL-33編碼受損細胞釋放的細胞因子，而IL1RL1編碼IL-33受體復(fù)合物的一部分，在過敏性氣道疾病的人體和小鼠模型中均發(fā)現(xiàn)，IL-33在驅(qū)動Th2炎癥反應(yīng)中起核心作用，哮喘的遺傳變異與IL-33/IL1RL1通路相關(guān)，因此IL-33是哮喘發(fā)病機制的關(guān)鍵[7]。Wang等[30]通過meta分析發(fā)現(xiàn)，中國漢族哮喘兒童血清IL-33水平較健康對照兒童高，認為IL-33是兒童哮喘早期診斷的可靠生物標(biāo)志物。IL-33 作為Th2型細胞因子的代表，不僅可以通過生成其他Th2型細胞因子，加重Th2型反應(yīng)的優(yōu)勢作答，而且可以增加宿主氣道高反應(yīng)等機制促進哮喘病情惡化，是反映病情的可靠指標(biāo)之一。通過對IL-33血清水平的檢測及其多態(tài)性的研究，將有利于臨床對支氣管哮喘的診斷及評估，也利于準(zhǔn)確判定哮喘病情，因此有進一步研究的必要。

3 展望

哮喘作為一種由多種炎癥介質(zhì)參與的氣道慢性變態(tài)反應(yīng)性炎癥，其發(fā)病機制尚未完全明確，雖然Th1/Th2失衡在哮喘的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但尚不足以解釋哮喘發(fā)病的全部原因，而IL-33/ST2 作為一種較新的信號傳導(dǎo)通道，IL-33 作為一種炎性因子介導(dǎo)哮喘的發(fā)生、發(fā)展，并與ST2結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，從而影響哮喘發(fā)生發(fā)展。然而，有關(guān)IL-33的基本生物學(xué)問題及其單核苷酸多態(tài)性在哮喘發(fā)病機制中的研究尚未完全明確，是否可以通過阻斷IL-33與ST2結(jié)合來治療哮喘，有待于進一步研究證實。