IL-10對腦內(nèi)免疫平衡的調(diào)控作用及機制的進(jìn)展①

常詩晨 張雪竹

(天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津 300193)

IL-10是免疫抑制分子，通過限制對病原體的免疫應(yīng)答，在炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要的調(diào)控作用[1,2]。目前，已發(fā)現(xiàn)IL-10在炎性腸病、慢性感染、腫瘤和神經(jīng)退行性疾病等多種疾病中作用關(guān)鍵[3-5]。

最初認(rèn)為IL-10僅由Th2細(xì)胞分泌[6]，后來發(fā)現(xiàn)其來源廣泛，Th1細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、B細(xì)胞、調(diào)節(jié)性B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞及一些非免疫細(xì)胞(如上皮細(xì)胞)均能產(chǎn)生IL-10[7]。不同細(xì)胞分泌IL-10的調(diào)控機制也十分復(fù)雜，涉及遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、信號通路調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等，這些調(diào)控過程的失衡都導(dǎo)致IL-10功能的異常。因此，了解不同細(xì)胞對IL-10表達(dá)的調(diào)控機制對設(shè)計免疫干預(yù)策略是非常必要的。

1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的免疫應(yīng)答

以往認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)是免疫豁免區(qū)，但近年來研究發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部存在先天免疫系統(tǒng)[8]。先天免疫系統(tǒng)是宿主抵御病原體或其他異物入侵的第一道防線[9]。先天免疫細(xì)胞表面表達(dá)多種模式識別受體(Pattern recognition receptor，PRR)，PRR通過識別病原相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMP)和損傷相關(guān)分子模式(Damage related molecular pattern,DAMP)，激活先天免疫系統(tǒng)，引起一系列細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)，并誘導(dǎo)促炎或抗炎的細(xì)胞因子產(chǎn)生[10]。PAMP是一類或一群特定的微生物病原體及其產(chǎn)物共有的某些高度保守的分子結(jié)構(gòu)(如LPS、LTA、細(xì)菌DNA、病毒RNA/DNA等)。PRR識別PAMP后啟動免疫應(yīng)答以清除病原體[11]。DAMP是組織、細(xì)胞損傷后釋放的內(nèi)源性物質(zhì)，被PRR識別后，激活先天免疫系統(tǒng)并引起炎癥，導(dǎo)致組織進(jìn)一步損傷，同時調(diào)節(jié)獲得性免疫極化方向，對組織愈合、修復(fù)或重構(gòu)進(jìn)行調(diào)控[11]。PRR不僅能監(jiān)視病原體保護(hù)宿主；還能識別宿主自身組分，引起組織損傷及多種自身免疫性疾病[10]。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞內(nèi)最重要的免疫細(xì)胞

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在多種先天免疫細(xì)胞，包括小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞等，其中小膠質(zhì)細(xì)胞最為重要。這些細(xì)胞表面都表達(dá)PRR[12,13]。

小膠質(zhì)細(xì)胞起源于卵黃囊衍生的原始巨噬細(xì)胞群，在發(fā)育早期遷移至大腦并成熟，因此在抗原表型、形態(tài)、功能等方面與外周巨噬細(xì)胞更為相似，而區(qū)別于其他神經(jīng)細(xì)胞以及單核巨噬細(xì)胞[14,15]。正常情況下小膠質(zhì)細(xì)胞能夠自我更新，通過分泌細(xì)胞因子、趨化因子、活性氧、活性氮等調(diào)節(jié)腦內(nèi)微環(huán)境[16]。腦損傷后小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，一方面通過吞噬壞死細(xì)胞、分泌GDNF和BDNF等神經(jīng)營養(yǎng)因子促進(jìn)組織修復(fù)[17,18]；另一方面通過增殖、抗原呈遞、募集外周免疫細(xì)胞浸潤、分泌IL-1β等致炎因子啟動腦內(nèi)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，引起繼發(fā)損害并抑制損傷后的神經(jīng)修復(fù)[19]。

小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮組織損害或修復(fù)的功能與其活化狀態(tài)密切相關(guān)。正常情況下，小膠質(zhì)細(xì)胞處于靜息態(tài)[20]，當(dāng)病原體入侵或組織損傷時，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活[21]。根據(jù)表面標(biāo)志及分泌細(xì)胞因子的不同，小膠質(zhì)細(xì)胞可分為M1和M2兩種極化類型[22]。脂多糖(LPS)、IFN-γ、壞死神經(jīng)元、淀粉樣蛋白β等可刺激小膠質(zhì)細(xì)胞向M1型極化，并分泌TNF-α、IL-6、IL-1β、趨化因子、一氧化氮以及前列腺素等細(xì)胞毒性物質(zhì)，加重炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡[22,23]。而IL-4、IL-13、IL-10等能促使小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型極化，表達(dá)IL-10、肝素結(jié)合凝集素、抵抗素樣分子家族成員FIZZ1、精氨酸酶1等抗炎因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子，加速壞死組織的吞噬并促進(jìn)損傷修復(fù)[22,23]。腦損傷后M1和M2型小膠質(zhì)細(xì)胞同時存在，早期多為M2型，但隨著損傷加重，更多小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)镸1型，分泌大量致炎因子，導(dǎo)致?lián)p傷加劇[19,24]。此外，通過損傷的血腦屏障浸潤至腦組織的外周免疫細(xì)胞，也引起腦內(nèi)的特異性免疫應(yīng)答，并激活膠質(zhì)細(xì)胞，協(xié)同產(chǎn)生更多的炎癥介質(zhì)，惡化神經(jīng)損傷[19]。如巨噬細(xì)胞生成TNF-α，能增強小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力，促進(jìn)炎癥因子分泌[25]；浸潤性T細(xì)胞能改變周圍細(xì)胞因子水平，進(jìn)而影響小膠質(zhì)細(xì)胞向M1型或M2型極化[25]。

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞與帕金森病、多發(fā)性硬化、阿爾茲海默病等多種神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)[26-28]。骨髓型巨噬細(xì)胞對小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量和功能的維持沒有任何作用。甚至在實驗性自身免疫性腦炎(EAE)等炎性疾病中，即使外周巨噬細(xì)胞浸潤至腦，這些巨噬細(xì)胞也僅維持其自身的轉(zhuǎn)錄并參與疾病進(jìn)程，并不形成內(nèi)源性小膠質(zhì)細(xì)胞[29]。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)IL-10的重要來源

Toll樣受體(Toll like receptors，TLRs)屬于模式識別受體，存在于多種免疫細(xì)胞和免疫效應(yīng)細(xì)胞表面，能特異識別PAMP。TLRs與其配體結(jié)合后可激活多種信號途徑，促進(jìn)細(xì)胞因子產(chǎn)生，調(diào)節(jié)機體免疫應(yīng)答，發(fā)揮抗感染免疫功能，并能誘導(dǎo)獲得性免疫產(chǎn)生[30]。神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表面均表達(dá)TLRs，因此均具有促進(jìn)炎癥反應(yīng)的能力。

TLR信號是膠質(zhì)細(xì)胞分泌細(xì)胞因子和趨化因子反應(yīng)的上游開關(guān)。小膠質(zhì)細(xì)胞表面高表達(dá)TLR2、TLR3、TLR4和TLR9，這些TLRs與配體(肽聚糖、LPS、polyI∶c和CpG DNA等)結(jié)合后，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10等細(xì)胞因子[31,32]。如TLR3與配體結(jié)合后能誘導(dǎo)強烈的炎癥反應(yīng)，并促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌高水平IL-10、IL-12、TNF-α、IL-6和IFN-γ；TLR4促使小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10的水平與TLR3相當(dāng)，但分泌其他因子則非常少；TLR2主要誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-6和IL-10，且與TLR3及TLR4途徑有協(xié)同效應(yīng)[33,34]。

TLRs介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10的過程還可以被其他分子進(jìn)一步調(diào)控。如腺苷能通過TLR2和TLR4促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌更多的IL-10，并抑制促炎因子的產(chǎn)生[35]。LPS通過TLR4激活細(xì)胞內(nèi)的MAPK/ERK和NF-κB通路，促進(jìn)通路上的激酶磷酸化及NF-κB入核，從而誘導(dǎo)多種炎癥因子轉(zhuǎn)錄[36]。小膠質(zhì)細(xì)胞受到LPS等刺激后釋放大量的ATP，ATP能激活小膠質(zhì)細(xì)胞膜上的嘌呤受體，不僅誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10，還能激活TLR4相關(guān)的MEK、ERK等信號通路，促進(jìn)MCP-1等趨化因子的轉(zhuǎn)錄，提高小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力，從而抑制炎癥反應(yīng)的強度[37]。谷氨酸和前列腺素E2能通過TLR4促進(jìn)LPS刺激的小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10[38,39]，維生素B1衍生物(Benfotiamine)和Mycoepoxydiene能抑制MAPK/ERK信號通路，同時抑制NF-κB入核，因此下調(diào)TLR4介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，并上調(diào)IL-10的表達(dá)[40,41]。內(nèi)源性大麻素和某些抗炎藥物能促進(jìn)活化的小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10[42]。

此外，細(xì)胞因子也能通過影響小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10而調(diào)控炎性反應(yīng)。如Ⅱ型腫瘤壞死因子受體(TNFR2)與受TLR4介導(dǎo)產(chǎn)生的TNF相互作用能上調(diào)IL-10的分泌[43]，但此過程可被IFN-γ阻斷。也有研究表明，IFN-γ能促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)IL-10[44]。

小膠質(zhì)細(xì)胞還可通過不依賴PRR的模式產(chǎn)生IL-10。如醋酸格拉默是一種治療復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化的免疫調(diào)節(jié)劑，可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10[45]，白藜蘆醇通過增強小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10、控制炎癥反應(yīng)，進(jìn)而緩解缺氧損傷[46]。

體內(nèi)研究證實中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在IL-10。采用LPS對小鼠進(jìn)行外周或腦室注射，可經(jīng)TLR4誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[47]。在興奮性毒素休克、多發(fā)性硬化、EAE、大腦中動脈閉塞、阿爾茲海默病和帕金森病等多種神經(jīng)退行性疾病患者和動物模型腦內(nèi)，也發(fā)現(xiàn)IL-10高表達(dá)[48-51]。腦損傷后存在多種分子調(diào)控機制影響IL-10的分泌，但大多需要TLR相關(guān)的信號通路參與。如阿爾茲海默病腦內(nèi)的IL-10就需要TLR4介導(dǎo)產(chǎn)生[52]。與體外研究結(jié)果類似，抗炎藥物能誘導(dǎo)IL-10的產(chǎn)生，如具有抗炎效果的阿托伐他汀能上調(diào)腦出血動物模型體內(nèi)IL-10的表達(dá)，并抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化、降低TNF水平[53]。

4 IL-10對維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫穩(wěn)定的重要作用

IL-10介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)過程對維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫穩(wěn)定具有重要意義。研究表明，在神經(jīng)性疼痛、多發(fā)性硬化、阿爾茲海默癥和帕金森病的患者或動物模型中，IL-10低表達(dá)或信號傳導(dǎo)障礙與疾病進(jìn)程關(guān)系密切[48-51]。

Jak/STAT通路是介導(dǎo)IL-10發(fā)揮抗炎作用的關(guān)鍵信號通路。IL-10與其受體結(jié)合后激活Jak1/STAT3，STAT3與IL-10基因啟動子結(jié)合后誘導(dǎo)其分泌[54]；IL-10通過抑制促炎因子釋放、抑制主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(MHCⅡ)呈遞抗原到T細(xì)胞等啟動抗炎性級聯(lián)反應(yīng)，調(diào)節(jié)機體免疫應(yīng)答[55]。此外，IL-10還可激活PI3K/Akt/Caspase-3通路，增強抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-x1等表達(dá)，減少神經(jīng)元凋亡[56]。IL-10不僅能抑制小膠質(zhì)細(xì)胞生成促炎癥因子，從而降低星形膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)性[57]，IL-10還能促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌TGF-β，減弱了小膠質(zhì)細(xì)胞的活化[58]，IL-10還能促進(jìn)神經(jīng)元存活和神經(jīng)再生修復(fù)[59]。因此，IL-10是將小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元聯(lián)系起來的重要橋梁。

基于IL-10在中樞免疫調(diào)節(jié)中的重要作用及許多神經(jīng)變性疾病中IL-10表達(dá)或信號傳導(dǎo)出現(xiàn)障礙，研究者試圖從調(diào)節(jié)IL-10入手治療神經(jīng)退行性疾病。這些方法包括給予重組IL-10、IL-10重組病毒載體、誘導(dǎo)IL-10分泌的激動劑、增強能產(chǎn)生IL-10的調(diào)節(jié)性T和B細(xì)胞生成等[60,61]。但目前所得到的研究結(jié)果還有相互矛盾之處。

有些研究結(jié)果認(rèn)為IL-10對神經(jīng)變性疾病具有改善作用。如采用IL-10和IL-13共培養(yǎng)小膠質(zhì)細(xì)胞，能促進(jìn)其分泌活化素A，這是一種具有神經(jīng)保護(hù)作用的TGF-β超家族成員，能促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞分化[62]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分泌IL-10能誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞M2極化，并改善腦出血癥狀[63]。永久閉塞性腦缺血中給予IL-10能降低局部炎癥反應(yīng)[57]。腺病毒載體介導(dǎo)人IL-10降低了MPTP引起的帕金森小鼠的神經(jīng)變性作用[64]。

但某些研究結(jié)果卻不支持上述結(jié)論。在阿爾茲海默病中，炎癥刺激小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)吞噬受體，清除β-淀粉樣蛋白。然而將IL-10施用于淀粉蛋白前體小鼠的大腦，卻導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞對β-淀粉樣蛋白吞噬減少、β-淀粉樣蛋白堆積[65]。在腦淀粉樣變性小鼠中，缺失IL-10會激活小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬β-淀粉樣蛋白，減少腦中β-淀粉樣蛋白的沉積[66]。提示過多IL-10對阿爾茲海默病是有害的。

此外，針對同一疾病的不同研究結(jié)果也不盡相同。如在多發(fā)性硬化動物模型中，顱內(nèi)給予IL-10能改善癥狀，從外周給藥則無效[67]；相比于IL-10重組蛋白，基因治療更為有效[68]；發(fā)病前增加IL-10產(chǎn)生的療效優(yōu)于發(fā)病后[67]。這種療效差異可能與給藥途徑、制劑類型、藥物介入時間等有關(guān)。

上述結(jié)果提示，通過調(diào)節(jié)IL-10水平以使中樞免疫系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡，可能是新的神經(jīng)保護(hù)治療策略。但I(xiàn)L-10抗炎反應(yīng)的復(fù)雜生物學(xué)效應(yīng)也促使我們從功能、時間及空間上重新分析其引起的免疫應(yīng)答的變化規(guī)律。因此有必要深入了解IL-10的細(xì)胞來源和調(diào)控機制。

5 中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控IL-10的分子機制

迄今為止，中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控IL-10分泌的分子機制仍不明確。在施用嗎啡大鼠腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)IL-10基因的甲基化水平是IL-10 mRNA轉(zhuǎn)錄的重要調(diào)節(jié)因素[69]。

小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞通過多種細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)調(diào)控IL-10的產(chǎn)生。如細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶-絲裂原活化蛋白激酶(ERK/MAPK)和p38 MAPK通路能激活下游PRR并促進(jìn)骨髓細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[70]。在某些IL-10激活劑存在的條件下，ERK通路還可通過激活TLR4通路誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[34]。ERK通路能通過激活TLR3而促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[71]。目前，關(guān)于p38 MAPK信號通路對IL-10的調(diào)控作用仍有爭論。如腺苷能激活小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的p38 MAPK通路，活化的p38 MAPK可進(jìn)一步誘導(dǎo)IL-10分泌[72]。但另有研究發(fā)現(xiàn)，LPS抑制大鼠原代小膠質(zhì)細(xì)胞中p38 MAPK通路活性，導(dǎo)致IL-10分泌增多[73]。上述矛盾的結(jié)果可能與兩項研究使用的細(xì)胞模型和刺激劑不同，與激活小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)不同的信號通路有關(guān)。

酪氨酸激酶Syk也與誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞分泌IL-10有關(guān)。體內(nèi)注射腎上腺素和血腦屏障的瞬時開放可促進(jìn)IL-10分泌，而該過程與Syk激活有關(guān)[74]。蛋白激酶R(PKR)、c-JunN末端激酶(JNK)和NF-κB等信號分子能通過調(diào)控TLR3促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10[75]。HIV膜蛋白通過PI3K通路誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元表達(dá)IL-10[76]?？傊?，多種途徑可調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10，體現(xiàn)了其分泌調(diào)控機制的復(fù)雜性。

在轉(zhuǎn)錄因子水平，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)肌細(xì)胞增強因子2D(MEF2D)在激活小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)IL-10中發(fā)揮重要作用。小膠質(zhì)細(xì)胞活化后在TLR4介導(dǎo)下表達(dá)MEF2D增加，MEF2D與IL10基因啟動子區(qū)中的MEF2位點結(jié)合，進(jìn)而誘導(dǎo)IL-10轉(zhuǎn)錄[77]。轉(zhuǎn)錄因子CREB也被證實能誘導(dǎo)IL-10轉(zhuǎn)錄[78]。

細(xì)胞因子轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機體免疫系統(tǒng)對外來刺激的快速反應(yīng)、維持促炎/抗炎細(xì)胞因子的平衡至關(guān)重要的。對巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，IL-10 mRNA的穩(wěn)定性受某些microRNAs(miR)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[79]。TLR4介導(dǎo)中樞神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生IL-10的過程也受miR介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[80]。抑制miR-4661-3p表達(dá)，可導(dǎo)致LPS激活的小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10增多[81]。過表達(dá)miR-181導(dǎo)致LPS激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生更多的IL-10[82]。

中樞神經(jīng)細(xì)胞中還存在多種負(fù)反饋機制抑制IL-10的產(chǎn)生。如糖原合酶激酶(GSK)-3能抑制TLR4介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-10，同時增加促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[83]。采用化學(xué)抑制劑或siRNA抑制GSK-3后，小膠質(zhì)細(xì)胞恢復(fù)了在TLR4介導(dǎo)下產(chǎn)生IL-10的能力，同時伴隨促炎因子水平的降低[84]。此外，阻斷GSK-3可誘導(dǎo)ERKs和p38 MAPK信號通路，再次證實MAPKs信號通路具有促進(jìn)IL-10生成的作用[85]。

6 小結(jié)

小膠質(zhì)細(xì)胞對維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)具有重要意義，但超出某一閾值時，其介導(dǎo)的免疫反應(yīng)可能從最初的保護(hù)性反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾p傷性反應(yīng)。激活小膠質(zhì)細(xì)胞是否有利于病原體清除，或是由外周免疫細(xì)胞承擔(dān)這一任務(wù)，是目前仍不明確、亟待解決的問題。IL-10具有很強的調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的能力，因此深入了解腦內(nèi)IL-10生成的分子機制及IL-10對炎癥反應(yīng)的調(diào)控機制十分必要，這將有助于促進(jìn)以調(diào)控IL-10為靶點的神經(jīng)變性疾病藥物的開發(fā)。