IL-33/ST2信號(hào)通路在缺血性腦卒中的作用*

郭爽，肖偉，羅藝

（1.武漢大學(xué)中南醫(yī)院 檢驗(yàn)科，湖北 武漢 430071；2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢市中心醫(yī)院 腎病內(nèi)科，湖北 武漢 430014）

缺血性腦卒中是中老年人常見的腦血管疾病，由短暫或持久的腦主動(dòng)脈血流減少引起，因其損傷機(jī)制復(fù)雜、發(fā)病率和致殘率高，一直是醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。卒中患者的腦損傷嚴(yán)重程度及預(yù)后與其腦組織炎癥反應(yīng)程度密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素-33（Interleukin-33，IL-33）及其信號(hào)通路在缺血性腦損傷炎癥反應(yīng)發(fā)生機(jī)制中占據(jù)重要地位[1-3]。探討IL-33及其信號(hào)通路在缺血性腦卒中的作用及作用機(jī)制，對(duì)該疾病診斷和治療預(yù)后具有積極的指導(dǎo)意義。

1 IL-33及其受體ST2在CNS中的生成及功能

IL-33也稱IL-1F11和NF-HEV，作為ST2的配體蛋白在2005年被首次發(fā)現(xiàn)，屬于白細(xì)胞介素-1（Interleukin-1，IL-1）超家族新成員[4]。類似于IL-1家族其他成員，IL-33可作為傳統(tǒng)的細(xì)胞因子，通過IL-33/ST2信號(hào)通路促進(jìn)輔助性T細(xì)胞（helper T cell，Th）2型免疫反應(yīng)；同時(shí)，IL-33也是一種核蛋白，可參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄[4-5]。此外，IL-33作為警報(bào)素從壞死的細(xì)胞釋放以警示組織損傷或應(yīng)激，是一個(gè)多功能蛋白[6]。IL-33是生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體的唯一特異性配體，其生物學(xué)活性的發(fā)揮主要依賴于與跨膜型生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體的結(jié)合，另外有一種可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體能夠作為IL-33的誘餌受體結(jié)合并中和IL-33，對(duì)IL-33/ST2信號(hào)通路發(fā)揮負(fù)性調(diào)節(jié)[5]。IL-33在人類和齲齒類動(dòng)物的多組織器官中高表達(dá)，而腦和脊髓是其表達(dá)量最高的器官之一，這提示了IL-33在調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）病理生理學(xué)和炎癥應(yīng)答的過程中可能起著重要作用[4，7]。

IL-33廣泛分布和表達(dá)于CNS，利用含有IL-33-LacZ基因的報(bào)告菌株進(jìn)行的原位分析結(jié)果顯示，IL-33在許多器官和組織中高表達(dá)，如小鼠上皮屏障組織、淋巴器官、腦、胚胎及炎癥組織等[8]。在CNS發(fā)育過程中，一直到晚期胚胎腦中才能檢測到微量的IL-33，然而在出生后的發(fā)育大腦中即可檢測到高表達(dá)的IL-33[9]。在脊髓、胼胝體、海馬、丘腦及小腦可以檢測到高活性的IL-33啟動(dòng)子[4，8]。IL-33已被證實(shí)在多種細(xì)胞有表達(dá)，如內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、脂肪細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞等[9]。起初認(rèn)為CNS中的IL-33 mRNA和蛋白僅由內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞生成，小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元并不表達(dá)IL-33[10]。然而有研究發(fā)現(xiàn)，蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后的神經(jīng)元也可以檢測到IL-33的表達(dá)[11]。盡管如此，目前學(xué)者仍普遍認(rèn)為IL-33表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，不表達(dá)于神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞[12-13]。因此，關(guān)于IL-33在CNS表達(dá)的細(xì)胞定位需要更多的研究來證實(shí)。

IL-33的受體生長刺激表達(dá)基因2蛋白也稱為跨膜型生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體、T1、IL-1RL1或DER4，是Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）/IL1R超家族的成員之一。IL-33與跨膜型生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體和IL-1受體輔助蛋白（Interleukin-1 receptor accessory protein，IL-1RAcP）共同組成的異源二聚體結(jié)合而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，其中IL-1RAcP是所有白細(xì)胞介素家族受體共有的部分[14]。生長刺激表達(dá)基因2蛋白可由多種免疫細(xì)胞生成，如巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、肥大細(xì)胞及CNS細(xì)胞[7]。有研究表明，IL-33受體的組成部分包括跨膜型生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體和IL-1RAcP在CNS膠質(zhì)細(xì)胞，尤其是星型膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞均有表達(dá)，但神經(jīng)元僅表達(dá)IL-1RAcP，這意味著小膠質(zhì)細(xì)胞和星型膠質(zhì)細(xì)胞可能是IL-33的最早應(yīng)答者[4]。然而新近有研究提示，在小鼠脊髓神經(jīng)元和坐骨神經(jīng)損傷小鼠模型的神經(jīng)元可以檢測到生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體的表達(dá)[15]。因此，生長刺激表達(dá)基因2蛋白在CNS的細(xì)胞分布至今仍無確切的定論。YASUOKA等[10]在體外培養(yǎng)的星型膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，TLR的配體脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）可誘導(dǎo)IL-33表達(dá)增加并釋放，并刺激小膠質(zhì)細(xì)胞分泌促炎癥細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、IL-1，起到反饋調(diào)節(jié)作用。此外，IL-33還被發(fā)現(xiàn)能夠增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬作用，促進(jìn)抗炎癥細(xì)胞因子和趨化因子生成增多[16]。由此可見，當(dāng)CNS處于不同生理及病理?xiàng)l件下時(shí)，IL-33/ST2的表達(dá)特征并非一成不變，這也提示了其效應(yīng)和功能的多樣性。

目前發(fā)現(xiàn)的生長刺激表達(dá)基因2蛋白基因編碼≥4種亞型：生長刺激表達(dá)基因2蛋白（跨膜型生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體）、可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體、生長刺激表達(dá)基因2蛋白V及跨膜型生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體V。其中，可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體是分泌到循環(huán)中可以被檢測到的可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白，其作為IL-33的誘騙受體負(fù)性調(diào)節(jié)IL-33的生物學(xué)功能[17]。在一些Th2型免疫反應(yīng)相關(guān)疾病如哮喘、膿毒癥等可以檢測到升高的血清可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體，被認(rèn)為是很有價(jià)值的炎癥生物學(xué)標(biāo)記，而在一些心血管疾病如動(dòng)脈粥樣硬化、心力衰竭等亦能觀察到血清可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體表達(dá)增多[18]。

2 IL-33及其信號(hào)通路參與缺血性腦卒中

缺血性腦卒中是威脅人類健康的臨床常見危急重癥，可以導(dǎo)致腦組織損傷，同時(shí)伴隨有炎癥反應(yīng)的激活，從而引發(fā)一系列癥候群。目前臨床上對(duì)于急性腦缺血事件的處理仍未獲得理想療效，主要原因是其發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，至今尚未闡明。多種因素參與缺血性腦卒中的病理過程，其中T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫炎癥反應(yīng)在缺血性腦損傷中發(fā)揮著重要作用。在腦缺血后24 h內(nèi)，T淋巴細(xì)胞即可通過受損的血腦屏障進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)和聚集在缺血區(qū)，根據(jù)亞群的不同發(fā)揮著各自效應(yīng)。其中，Th1和Th17型細(xì)胞主要發(fā)揮促炎效應(yīng)，可促進(jìn)神經(jīng)元凋亡和膠質(zhì)增生；而Th2和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）可通過釋放抑炎癥細(xì)胞因子減輕腦組織損傷和促進(jìn)神經(jīng)再生[19]。臨床研究也證實(shí)缺血性腦卒中患者血清中Th1/Th2細(xì)胞比例失衡[20]。由此得出猜想：通過免疫干預(yù)增強(qiáng)Th2型細(xì)胞免疫反應(yīng)或抑制Th1型細(xì)胞免疫反應(yīng)以維持Th1/Th2細(xì)胞平衡可能具有減輕缺血后炎癥反應(yīng)、促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)的作用。

在一些心血管疾病如動(dòng)脈粥樣硬化以及Th1型免疫反應(yīng)介導(dǎo)的炎癥疾?。ū热鐚?shí)驗(yàn)性腸炎），IL-33可促進(jìn)Th1/Th2平衡向Th2偏移，具有免疫保護(hù)作用[21]；在糖尿病小鼠模型，IL-33表達(dá)減少可以加劇缺血再灌注誘導(dǎo)的心肌損傷，揭示了其在心肌缺血再灌注中的保護(hù)作用[22]。由此可見，作為Th2型免疫反應(yīng)的關(guān)鍵活化分子，IL-33及其信號(hào)通路能夠介導(dǎo)T細(xì)胞的分化和平衡。在臨床上，動(dòng)脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的基礎(chǔ)病因之一，以上研究揭示了IL-33及其信號(hào)通路參與缺血性腦卒中的炎癥病理過程。

2.1 IL-33及其受體在缺血性腦卒中的表達(dá)

在2013年的一項(xiàng)對(duì)中國北方人群的基因分型研究中篩選發(fā)現(xiàn)，IL-33基因單核苷酸多態(tài)性（rs4742170）與缺血性腦損傷的發(fā)生發(fā)展顯著有關(guān)[23]。隨后，有臨床研究發(fā)現(xiàn)，急性腦梗死患者血清中IL-33水平顯著升高，且與腦梗死面積相關(guān)[24]。IL-33的誘騙受體可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體可被分泌到血清中而容易被檢測到，在腦卒中患者，血清可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體表達(dá)水平升高并與癥狀嚴(yán)重程度相關(guān)[3，25]?？扇苄陨L刺激表達(dá)基因2蛋白受體在星型膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)，這是兩種參與缺血后炎癥反應(yīng)的重要細(xì)胞類型[10]。因此，可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體被推測是腦卒中的一種新型生物學(xué)標(biāo)記。本實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在先前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，小鼠大腦中腦動(dòng)脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型缺血再灌注后不同時(shí)程腦組織中的IL-33及其膜受體生長刺激表達(dá)基因2蛋白的mRNA水平呈下降趨勢(shì)，提示腦缺血可能抑制了IL-33/ST2介導(dǎo)的Th2型免疫反應(yīng)[26]。

2.2 IL-33/ST2信號(hào)通路在缺血性腦損傷中的作用及機(jī)制

起初的研究觀點(diǎn)認(rèn)為，IL-33/ST2軸可能參與并促進(jìn)了缺血性腦卒中的炎癥反應(yīng)[23-24]。然而在近幾年的研究中，觀點(diǎn)更傾向于IL-33對(duì)缺血性腦卒中具有神經(jīng)保護(hù)作用[27-28]。本實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在2015年首次報(bào)道了側(cè)腦室注射重組IL-33蛋白可以緩解小鼠MCAO模型的神經(jīng)功能缺失癥狀和腦梗死體積[2]，與上述觀點(diǎn)一致。新近一項(xiàng)研究在生長刺激表達(dá)基因2蛋白基因敲除小鼠制備MCAO模型，發(fā)現(xiàn)可以加劇梗死灶體積和長時(shí)程的神經(jīng)功能缺失癥狀[13]。

總結(jié)以上實(shí)驗(yàn)研究，筆者將IL-33緩解缺血性腦損傷的作用機(jī)制概括為以下幾個(gè)方面：①研究報(bào)道側(cè)腦室注射IL-33可以促進(jìn)小鼠MCAO模型腦組織中的Th2型免疫反應(yīng)[2]。由此得出結(jié)論：IL-33誘導(dǎo)Th1/Th2平衡向Th2偏移，這與IL-33在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用相類似；②IL-33能抑制小鼠腦缺血模型中的Th17型免疫反應(yīng)，其可能通過調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄影響了缺血后Th17/Treg細(xì)胞平衡狀態(tài)[2]；③除了免疫學(xué)機(jī)制，IL-33還能夠影響CNS的細(xì)胞功能。研究表明，靜脈注射IL-33可以誘導(dǎo)MCAO小鼠缺血旁大腦皮層分泌IL-4和減少星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化[25]。體外試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)IL-33可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞釋放IL-10，這對(duì)于其神經(jīng)保護(hù)效應(yīng)的發(fā)揮是至關(guān)重要的[13]；④IL-33/ST2信號(hào)通路下調(diào)可能誘導(dǎo)缺血后神經(jīng)元凋亡。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3是細(xì)胞凋亡通路中的主要執(zhí)行基因。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠MCAO模型缺血再灌注后IL-33隨缺血后時(shí)程的表達(dá)變化與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3的表達(dá)趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)[26]。由此可見，IL-33及其IL-33/ST2軸在缺血性腦損傷進(jìn)程中的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制已逐漸被到認(rèn)識(shí)，即通過翻轉(zhuǎn)缺血后的腦組織炎癥，從而發(fā)揮其腦保護(hù)效應(yīng)。

但是IL-33及其信號(hào)通路在缺血性腦損傷中的作用及機(jī)制尚未完全闡明。有研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠腦缺血模型外周給予IL-33還可以誘導(dǎo)脾臟分泌IL-4[25]。外周淋巴器官尤其脾臟是缺血腦組織中淋巴細(xì)胞的主要來源，在腦缺血?jiǎng)游锬Ｐ椭幸呀?jīng)證實(shí)了脾臟切除可以起到緩解缺血性腦損傷的作用[29]。IL-33是Th2細(xì)胞的有效趨化劑，那么IL-33是否能夠調(diào)節(jié)脾臟免疫功能，從而影響T淋巴細(xì)胞向缺血腦組織的趨化、浸潤和分布呢？新近還有研究提示，Treg細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞因子IL-33的受體生長刺激表達(dá)基因2蛋白，且IL-33可通過作用于生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體促進(jìn)Treg細(xì)胞增殖[30]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原發(fā)性炎癥疾病中，Treg細(xì)胞被認(rèn)為是維持免疫穩(wěn)態(tài)，限制疾病進(jìn)展和促進(jìn)組織損傷修復(fù)的一種重要的保護(hù)性細(xì)胞[31]。IL-33是如何調(diào)節(jié)腦缺血后Treg細(xì)胞功能及效應(yīng)的發(fā)揮尚不得而知。此外，目前臨床上普遍開展檢測的炎癥標(biāo)志物如超敏C反應(yīng)蛋白、血清淀粉樣蛋白A、脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2和白細(xì)胞介素-6等是建立評(píng)價(jià)卒中發(fā)展的危險(xiǎn)因子的候選標(biāo)志物，那么IL-33及其可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體在輔助判斷腦缺血后炎癥反應(yīng)中是否具有臨床應(yīng)用價(jià)值也是值得關(guān)注的一個(gè)研究方向。

3 展望

綜上所述，IL-33及其IL-33/ST2信號(hào)通路參與缺血性腦卒中的疾病進(jìn)程，可能通過調(diào)節(jié)T細(xì)胞亞群平衡及神經(jīng)細(xì)胞功能的作用機(jī)制，從而緩解缺血性腦損傷的發(fā)生、發(fā)展。缺血性腦卒中患者升高的血清可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體與疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，而梗死灶面積與血清IL-33水平呈負(fù)相關(guān)，聯(lián)合檢測血清IL-33和可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白受體可能是今后診斷缺血性腦卒中和判斷其預(yù)后的一個(gè)重要新型生物學(xué)標(biāo)志。此外，IL-33/ST2信號(hào)通路可作為一個(gè)新靶點(diǎn)運(yùn)用于缺血性腦卒中或其他神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性疾病的治療和科學(xué)研究中，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。