IL-33/ST2信號通路與炎癥性腸病的關系*

董月美 張 方 趙美華 馬 娜 馮百歲

鄭州大學第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(450014)

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一種原因不明的腸道慢性疾病，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(Crohn’s disease, CD)。越來越多的研究表明，基因、環(huán)境、免疫、微生物等均與IBD腸道屏障破壞密切相關[1]。白細胞介素-33(IL-33)是新發(fā)現(xiàn)的IL-1超家族細胞因子，通過其受體ST2介導的通路參與多種免疫相關疾病的發(fā)生、發(fā)展，包括IBD，但其作用機制尚未明確。IL-33被認為是細胞破壞或凋亡相關的“警戒素”，廣泛表達于多種細胞，如成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、腸上皮細胞、樹突細胞以及巨噬細胞等，參與機體多種組織損傷過程，并與IBD的發(fā)生、發(fā)展密切相關[2]。有研究證實在CD和UC發(fā)病中，IL-33的作用機制不盡相同[3-4]，可能在腸黏膜中發(fā)揮促炎和保護的雙重作用。研究顯示，IL-33/ST2信號通路與IL-1受體輔助蛋白結(jié)合后發(fā)揮促炎效應，同時與腸道黏膜保護和黏液屏障修復、促纖維化以及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展等有關聯(lián)[5]。本文就IL-33/ST2信號通路與IBD的關系作一綜述。

一、IL-33的生物學特性

作為高內(nèi)皮小靜脈核因子(nuclear factor of high endo-thelial venules, NFHEV)，IL-33基因定位于人9號染色體上，該基因共包含7個外顯子，第1～3個外顯子編碼與IL-33核定位有關的N末端序列，其余外顯子編碼IL-1家族共有的C末端序列[6]。細胞核內(nèi)全長IL-33可通過染色體結(jié)合基序MXLRSG片段與組蛋白H2A、H2B形成的二聚體與染色體結(jié)合，介導幼稚CD4+T細胞分化為Th2細胞，調(diào)控腸道固有層Th2型免疫反應[7]。但近期研究[8]表明CD患者末端結(jié)腸和盲腸固有層黏膜調(diào)節(jié)性T細胞(Treg細胞)數(shù)量明顯高于健康對照組，IL-33通過作用于腸道Treg細胞，增加結(jié)腸組織內(nèi)ST2+Treg細胞的數(shù)量，進而參與特定病毒介導的Th1型免疫反應。此外，IL-33可刺激幼稚樹突細胞分化成熟，后者可發(fā)揮抗原呈遞作用，并促進炎性因子IL-1β 和 IL-6產(chǎn)生[7]。IBD發(fā)病機制與Th1、Th2型免疫反應失衡以及Th17細胞分化狀態(tài)均相關，如白血病抑制因子(LIF)可通過某種機制阻斷Th17細胞分化，從而減輕IBD相關結(jié)腸炎癥的進展[9]。

胞外IL-33亦可誘導內(nèi)皮下中性粒細胞或內(nèi)皮下細胞緊密連接受體蛋白、主要組織相容性復合物(MHC)Ⅰ類分子、抗原呈遞相關細胞因子等表達增多[10]。IBD活動期腸道固有層存在大量中性粒細胞浸潤，中性粒細胞促進活性氧簇(ROS)和核因子-κB(NF-κB)相關炎性因子釋放，加速疾病進程。同時，IL-33經(jīng)中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶G等剪切和轉(zhuǎn)錄后修飾，轉(zhuǎn)化為成熟IL-3395-270、 IL-3399-270、IL-33109-270等肽段，這些成熟肽段的生物學活性較之前增加10～30倍[11-13]。

二、IL-33/ST2信號通路

IL-33通過與ST2受體結(jié)合發(fā)揮生物學活性，ST2受體類似于IL-1相關受體(IL1RL1)，均屬Toll-IL-1受體(TIR)家族。體內(nèi)ST2存在4種亞型：ST2L、sST2、ST2V以及ST2LV。其中，ST2L和sST2主要在IBD以及其他免疫相關疾病中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。ST2L受體包括免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)和TIR胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域三個部分；sST2(可溶性受體)含有免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域和9個氨基酸序列。IL-33與ST2L和IL-1受體輔助蛋白組成的受體復合物結(jié)合，將信號從胞外傳遞至胞內(nèi)，并伴隨IL-1激酶(I-RAK)介導腫瘤壞死因子受體相關因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6, TRAF6)和髓樣分化因子88(MyD88)或其銜接蛋白的募集，從而激活下游的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，而MAPK可反作用于c-JUN的N端激酶(JNK)，活化核轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1(activator protein-1, AP-1)，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄[14-15]。同時，TRAF6亦可激活NF-κB激酶復合體抑制物(IKK)，引發(fā)Th2型免疫反應，促進IL-13、IL-5、IL-4等炎性因子生成[16]。

三、IL-33/ST2信號通路與IBD

1. IL-33促進炎癥進展：研究指出IL-33主要隨細胞凋亡被大量釋放，啟動機體固有免疫[17]。Toll樣受體(TLRs)主要存在于模式識別受體細胞膜上，參與免疫反應的激活、炎性疾病的發(fā)生以及腫瘤的發(fā)病等過程。有研究認為TLR4可能參與刺激IL-33產(chǎn)生并激活其受體通路，IL-33通過與受體ST2和IL-1受體輔助蛋白相互作用，激活NF-κB 和MAPK激酶信號通路，促進極化的Th2細胞產(chǎn)生Th2型細胞因子，如IL-5 、IL-13等，最終破壞黏膜相關器官的完整性，如胃腸道黏膜[18]。此外，IBD患者腸道免疫失調(diào)與中性粒細胞、漿細胞、嗜酸性粒細胞等多種炎性細胞浸潤有關。對IBD炎性腸黏膜的研究[19]顯示，IL-33可增加嗜酸性粒細胞浸潤并共定位表達，而嗜酸性粒細胞可介導白三烯、前列腺素等炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，并發(fā)揮抗原呈遞功能參與炎癥進展。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Th2型免疫反應為主的UC患者IL-33水平不僅與疾病活動性相關，且其相關蛋白水平明顯高于健康對照組和緩解期患者，但在以Th1型免疫反應為主的CD患者中上述表現(xiàn)卻不明顯[20]。腸固有層間充質(zhì)細胞參與腸道固有免疫、免疫穩(wěn)態(tài)、上皮屏障維持等，有學者發(fā)現(xiàn)，IBD患者腸道間充質(zhì)細胞IL-33表達水平增高，參與加速腸道炎癥反應、抑制傷口愈合以及破壞黏膜屏障等進程[21]。

2. IL-33與腸纖維化形成：腸纖維化形成過程與內(nèi)皮細胞損傷、炎性因子釋放、細胞外基質(zhì)(ECM)相關細胞激活以及ECM的沉積、促纖維化因子釋放等有關，最終導致腸腔狹窄[22]。ST2受體分布于成纖維細胞表面，IL-33/ST2信號通路通過刺激炎性因子IL-13產(chǎn)生，介導纖維化相關下游分子，如膠原蛋白、纖連蛋白等表達[23]。NF-κB在多種炎性疾病中調(diào)控疾病進程，其激活可導致持續(xù)的炎癥反應、ECM合成，促進纖維化進程[24]。而IL-33/ST2信號通路發(fā)揮作用與NF-κB的激活有關，該通路亦可能與IBD特別是CD腸道纖維化的發(fā)生有關。此外，IL-33亦可增強Ⅰ型膠原α1 鏈(COL1A1)、Ⅲ型膠原α1鏈(COL3A1)、結(jié)締組織生長因子(CTGF)等的表達，其中CTGF可通過促進纖維蛋白和膠原蛋白表達引起ECM沉積，誘導腸道纖維化形成[25-27]。IBD患者腸道微生物失調(diào)是IBD發(fā)病機制中腸道黏膜免疫紊亂的主要原因之一。其中，黏附侵襲性大腸埃希菌被認為可能參與IBD，特別是CD纖維化的形成過程[28]。Imai等[29]進一步研究發(fā)現(xiàn)，該致病菌通過鞭毛蛋白誘導ST2受體表達增多，通過IL-33/ST2通路促進腸道纖維化，這一發(fā)現(xiàn)為腸道纖維化的治療提供了新思路。近期研究[28]發(fā)現(xiàn)，IL-33激活并參與由Th1細胞、自然殺傷細胞(NK細胞)、自然殺傷T淋巴細胞(NKT細胞)等介導的Th1型免疫反應，該過程可能與纖維化過程緊密相關。

3. IL-33與腸道黏膜屏障：腸道黏膜屏障由黏膜腸腔面至黏膜毛細血管管腔之間的多種組織成分，如腸上皮、結(jié)締組織、表面黏液層、毛細血管等構(gòu)成。其中，杯狀細胞分泌黏液糖蛋白，以黏蛋白2(MUC2)為主，參與腸道表面黏液層的組成[30]。研究[31]顯示IL-33通過調(diào)節(jié)巨噬細胞由M1型向M2型轉(zhuǎn)化，影響MUC2 mRNA表達，經(jīng)蛋白質(zhì)的二聚化、糖基化、寡聚化等生物學過程，促進MUC2生成，修復杯狀細胞并減輕腸道炎癥，保護腸上皮的完整性。有研究[32]表明，肥大細胞作為一類組織駐留免疫細胞，優(yōu)先分布于軀體屏障組織，如皮膚和黏膜，亦包括腸上皮細胞間。肥大細胞通過調(diào)節(jié)腸上皮細胞通透性、免疫信號通路、炎癥的發(fā)生和消退、組織重塑等過程參與IBD疾病進程。肥大細胞高表達IL-33受體ST2，通過調(diào)節(jié)IL-33/ST2信號通路，促進細胞因子IL-13 和 IL-22生成。其中，IL-13主要由Th2細胞分泌產(chǎn)生，而CD和UC的發(fā)病機制可能與Th1/Th2比例失調(diào)有關，因此IL-33亦可通過調(diào)節(jié)Th細胞間的平衡影響疾病進程。IL-13還可與STAT6作用，促進上皮細胞存活和遷移。IL-22通過特異性表達于上皮細胞的IL-22受體直接作用于腸上皮細胞，促進腸腔內(nèi)黏液生成和上皮細胞增殖、遷移，從而保護腸道黏膜[33]。緊密連接蛋白-1(ZO-1)、鏈接黏附分子(JAMs)、咬合蛋白 (occludin)、 閉合蛋白(claudins)等緊密連接蛋白參與腸道黏膜修復，而肥大細胞可通過脫顆粒過程促進ZO-1蛋白表達。低氧誘導因子-1α(HIF-1α)在IBD患者腸道組織黏膜中大量聚集，參與腸上皮細胞完整性和免疫平衡的維持。近期有學者認為，HIF-1α可通過刺激IL-33過表達抑制炎癥進展，維持腸道黏膜穩(wěn)態(tài)[34]。此外，Xiao等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，IL-33可促進腸上皮細胞中抗菌肽-胰衍生蛋白3γ(Reg3γ)生成，進而抑制腸道細菌增殖，保護腸黏膜免受細菌過度侵襲。IL-33還參與誘導與信號轉(zhuǎn)導、穩(wěn)態(tài)維持、細胞生長等相關的細胞因子如血管生成素相關蛋白2、Reg3β等表達，維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[32]。IL-33可通過促進腸上皮細胞生成胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素(TSLP)，間接作用于樹突細胞、巨噬細胞、誘導性Treg細胞，分泌IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)，發(fā)揮黏膜保護作用[36]。

4. IL-33與腫瘤發(fā)生：腫瘤發(fā)生過程與Th1/Th2型免疫反應平衡有關。有研究[37]發(fā)現(xiàn)Th1型免疫反應傾向于促進腫瘤細胞互相排斥，而Th2型免疫反應則可抑制抗腫瘤免疫并促進傷口愈合、促進腫瘤發(fā)生。炎性因子前列腺素E2通過增加樹突細胞內(nèi)IL-33表達，破壞Th1/Th2型免疫反應平衡，最終促進腫瘤發(fā)生。IL-33可通過ST2/NF-κB途徑增強基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP2/MMP9)表達以刺激細胞遷移，促進腫瘤細胞侵襲和生長[38]。此外，在結(jié)直腸癌中，IL-33可刺激促血管生長因子，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)分泌增加[39]。然而，在炎癥相關結(jié)腸癌小鼠模型中，IL-33缺失導致小鼠體內(nèi)腫瘤數(shù)量和體積增加，可能與IL-33調(diào)節(jié)腸道免疫球蛋白A(IgA)微生物軸有關[40]。

四、結(jié)語

綜上所述，IL-33/ST2信號通路參與了IBD的疾病進程。該通路首先可介導Th2型免疫反應，參與促炎過程；其次，可激活纖維化細胞因子產(chǎn)生以及相關膠原蛋白表達，促進ECM沉積；再次，可通過調(diào)節(jié)巨噬細胞表型、緊密連接蛋白表達以及抗菌肽分泌等機制參與黏膜保護作用；最后，可影響結(jié)腸炎相關結(jié)腸腫瘤的發(fā)生和預后。因此，IL-33/ST2軸有可能成為IBD新的治療靶點。但IL-33/ST2通路及其成員的作用機制仍需深入探究，為IBD治療方案的選擇和疾病預后評估提供新思路。