白細(xì)胞介素-37在心血管疾病中的作用及其分子機(jī)制的研究進(jìn)展

李慧敏，楊超

(暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院 深圳市人民醫(yī)院心外科，廣東 深圳 518020)

心血管疾病是一類(lèi)嚴(yán)重危害人類(lèi)健康的疾病，發(fā)病率高且長(zhǎng)期預(yù)后不良。歐洲一項(xiàng)流行病調(diào)查顯示，心血管疾病的發(fā)病率逐年上升[1]。心血管疾病的發(fā)病過(guò)程與炎癥反應(yīng)和免疫系統(tǒng)密切相關(guān)[2]。白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-37是IL-1家族中第七位發(fā)現(xiàn)的成員，與其他家族成員一樣，在諸多炎癥介導(dǎo)的疾病中發(fā)揮抗炎作用。近年來(lái)，關(guān)于IL-37對(duì)免疫調(diào)節(jié)及其抗炎的相關(guān)分子機(jī)制的研究大多集中于炎癥性疾病和自身免疫性疾病[3]。心血管疾病特別是慢性心血管疾病的本質(zhì)是慢性炎癥性疾病，眾多炎癥因子及炎癥介質(zhì)參與其中。而IL-37作為抗炎因子也可作用于心血管疾病，且在抑制炎癥作用及免疫應(yīng)答方面有許多新發(fā)現(xiàn)。研究表明，在心血管疾病中，IL-37可抑制炎癥反應(yīng)的信號(hào)通路及相關(guān)免疫受體，抑制炎癥及調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答[4]。此外，IL-37可作為一種潛在的臨床抗炎因子或相關(guān)抗炎基因治療的位點(diǎn)，未來(lái)有望應(yīng)用于心血管疾病領(lǐng)域，通過(guò)調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答從而抑制炎癥反應(yīng)，改善心血管疾病的預(yù)后?，F(xiàn)就IL-37在心血管系統(tǒng)病變中的作用及其相關(guān)分子機(jī)制予以綜述，為臨床細(xì)胞因子治療或基因治療提供靶點(diǎn)。

1 IL-37概述

1.1結(jié)構(gòu)及分布 人類(lèi)IL-37基因位于第2號(hào)染色體，這一基因片段含有6個(gè)編碼外顯子，而根據(jù)這6個(gè)外顯子的可變剪切，IL-37可分成5種亞型：IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37d和IL-37e[3]。其中，IL-37b含有第1、2、4、5和6外顯子，并有一個(gè)完整的外顯子末端，共含有218 個(gè)氨基酸。IL-37b在所有亞型中的分子量最大，也是目前最重要的一種功能亞型，大部分研究均著重研究IL-37b的功能[3]。IL-37b基因結(jié)構(gòu)中第4外顯子可編碼一種β-三葉草二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白，IL-37a和IL-37d的基因結(jié)構(gòu)中同樣含有第4外顯子，因此IL-37a、IL-37d也具有類(lèi)似IL-37b的抗炎功能，而IL-37c和IL-37e的基因結(jié)構(gòu)中不含有第4外顯子，所以一般認(rèn)為IL-37c、IL-37e無(wú)抗炎功能。IL-37分子是一種未成熟的前體肽，可以通過(guò)體內(nèi)裂解半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1，使每個(gè)亞型從無(wú)活性的前體肽狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚誀顟B(tài)，且所有亞型之間可以相互調(diào)節(jié)形成相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。研究表明，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1的相關(guān)裂解位點(diǎn)位于第一個(gè)外顯子的氨基酸殘端(D20和E21)[5]。因此，IL-37在未受到炎癥刺激時(shí)，檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)外的相關(guān)表達(dá)水平較低，受到炎癥刺激時(shí)表達(dá)水平明顯升高。目前研究已在人體組織(包括肺、肝、胸腺、骨髓、子宮、睪丸、淋巴結(jié)、胎盤(pán)和腫瘤組織)和人體細(xì)胞株系(包括角質(zhì)細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、單核細(xì)胞、活化的B淋巴細(xì)胞)中檢測(cè)到IL-37表達(dá)[6]。IL-37的不同亞型在體內(nèi)的表達(dá)具有明顯組織特異性。其中，IL-37d和IL-37e僅在睪丸和骨髓中表達(dá)，而腎臟中僅有IL-37c表達(dá)，腦中僅有IL-37a表達(dá)，在心臟中僅有IL-37b表達(dá)。許多研究基于小鼠體內(nèi)無(wú)IL-37的基因序列，常用IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠作為動(dòng)物模型，與野生型小鼠形成對(duì)照，從而研究IL-37 的抗炎癥作用[6-7]。

1.2生物學(xué)功能 作為一種新型的抗炎因子，IL-37 的具體生物學(xué)功能尚未明確，目前研究大多集中于感染性疾病、免疫系統(tǒng)疾病或炎癥主要介導(dǎo)疾病。McNamee等[8]通過(guò)小鼠腹腔注射脂多糖構(gòu)建結(jié)腸炎模型，比較IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠和野生型小鼠的感染程度，結(jié)果顯示IL-37的表達(dá)可顯著預(yù)防感染性休克。Li等[9]研究表明面對(duì)微生物刺激時(shí)，小鼠體內(nèi)的IL-37表達(dá)水平顯著升高，其可通過(guò)改變細(xì)菌的細(xì)胞膜通透性發(fā)揮抗病毒、中和內(nèi)毒素、調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞以及抑制自身免疫等作用。在炎性腸病發(fā)病過(guò)程中，上皮細(xì)胞分泌的IL-37可通過(guò)減少樹(shù)突狀細(xì)胞細(xì)胞膜表面的CD86和主要組織相容性復(fù)合物Ⅱ的表達(dá)，抑制黏膜組織中T細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞活化，對(duì)炎性腸病起保護(hù)作用。這表明在炎癥性疾病中，IL-37起到抗炎及調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的作用。在自身免疫性疾病中，IL-37同樣可以通過(guò)抑制樹(shù)突狀細(xì)胞的活化和巨噬細(xì)胞分化，減少巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞分泌的促炎細(xì)胞因子[10]。此外，有研究通過(guò)基因敲除IL-37在外周血細(xì)胞和人腎小球上皮細(xì)胞的表達(dá)，結(jié)果顯示IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和IL-1β等相關(guān)促炎因子表達(dá)水平上調(diào)，炎癥反應(yīng)明顯增強(qiáng)[11]。以上研究結(jié)果均提示，IL-37可作為相關(guān)免疫系統(tǒng)及炎癥反應(yīng)的抑制劑，通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)的信號(hào)通路及相關(guān)免疫受體發(fā)揮抗炎作用。

2 IL-37與心血管系統(tǒng)病變

2.1IL-37與動(dòng)脈鈣化 動(dòng)脈粥樣硬化的本質(zhì)是炎癥反應(yīng)，而動(dòng)脈粥樣硬化通常伴隨動(dòng)脈鈣化，一定程度上后者是前者早期的發(fā)病表現(xiàn)，因此炎癥反應(yīng)可能在兩者之間充當(dāng)橋梁作用。研究表明，動(dòng)脈鈣化與骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育及代謝相同，是主動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程，該過(guò)程與慢性炎癥反應(yīng)密切相關(guān)[12]。此外，臨床研究發(fā)現(xiàn)，若人體外周血中促炎因子[C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)、TNF-α等]水平顯著升高，提示發(fā)生冠狀動(dòng)脈鈣化的風(fēng)險(xiǎn)增加[13]。另有研究表明，在動(dòng)脈鈣化的患者體內(nèi)血漿IL-37水平明顯升高，且與年齡、空腹血糖、堿性磷酸酶、促炎因子(如IL-6、TNF-α、CRP)和鈣化分?jǐn)?shù)均呈正相關(guān)[14]。同時(shí)，促炎因子TNF-α和IL-6也能促使成骨細(xì)胞樣細(xì)胞的分化，加劇動(dòng)脈鈣化的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中骨保護(hù)素能在一定程度上抑制血管鈣化。而有學(xué)者通過(guò)使用載脂蛋白E基因敲除的糖尿病小鼠構(gòu)建動(dòng)脈粥樣硬化模型，測(cè)量小鼠動(dòng)脈鈣化程度以及體內(nèi)IL-37水平與骨保護(hù)素水平的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，腹腔注射IL-37組小鼠的動(dòng)脈鈣化面積明顯減小，且IL-37水平與骨保護(hù)素水平呈正相關(guān)，而給予抗骨保護(hù)素抗體后，IL-37對(duì)動(dòng)脈鈣化小鼠的保護(hù)作用則明顯降低[15]。一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了骨保護(hù)素與IL-37相關(guān)，在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化患者體內(nèi)骨保護(hù)素水平升高，可能是人體對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的局部代償反應(yīng)，而患者體內(nèi)的IL-37水平同樣受到骨保護(hù)素影響，IL-37水平與骨保護(hù)素水平呈正相關(guān)[16]。以上研究表明，IL-37在動(dòng)脈粥樣硬化小鼠中的功能至少部分取決于骨保護(hù)素。

2.2IL-37與動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化是一種血管內(nèi)膜的慢性炎癥改變，是冠心病的基礎(chǔ)病理過(guò)程。在冠狀動(dòng)脈病變的基礎(chǔ)上發(fā)生的冠狀動(dòng)脈供血急劇減少或中斷，會(huì)使相應(yīng)的心肌急性缺血導(dǎo)致急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)[17]。因此，在AMI中，炎癥反應(yīng)是非常重要的過(guò)程。目前有臨床研究發(fā)現(xiàn)，IL-37在AMI患者體內(nèi)的水平明顯升高[14,18]。一項(xiàng)關(guān)于AMI的研究表明，與穩(wěn)定型心絞痛組和健康對(duì)照組相比，急性冠狀動(dòng)脈綜合征組患者的血清IL-37、IL-18和IL-18結(jié)合蛋白水平明顯升高，IL-37、IL-18和IL-18結(jié)合蛋白的水平與CRP、N端腦鈉肽前體和左心室舒張末期直徑呈正相關(guān)，與左心室射血分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)，但均與冠狀動(dòng)脈狹窄程度無(wú)關(guān)，說(shuō)明IL-37與AMI的炎癥反應(yīng)有關(guān)[19]。針對(duì)急性ST段抬高型心肌梗死的患者，在經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療12、24和48 h后患者血液中的IL-37、IL-18和IL-18結(jié)合蛋白水平均低于健康對(duì)照者[20]。這說(shuō)明經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療后，AMI患者癥狀緩解的同時(shí)IL-37水平下降。

核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是介導(dǎo)細(xì)胞炎癥反應(yīng)的主要轉(zhuǎn)錄因子，包含趨化因子和細(xì)胞因子的表達(dá)。細(xì)胞膜表面的Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)在脂多糖的刺激下被激活，并與細(xì)胞內(nèi)銜接子相互作用進(jìn)一步激活NF-κB?；罨腘F-κB通過(guò)轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)啟動(dòng)炎癥因子基因的轉(zhuǎn)錄[21]。有研究顯示，IL-37通過(guò)激活人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞膜表面的TLR2，下調(diào)NF-κB和細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1，ICAM-1)的表達(dá)，且可能通過(guò)抑制NF-κB的激活降低ICAM-1的表達(dá)，從而抑制炎癥反應(yīng)[4]。此外，過(guò)度炎癥反應(yīng)也可激活TLR，導(dǎo)致心功能失常。研究發(fā)現(xiàn)，在老年內(nèi)毒素血癥小鼠模型中，小鼠心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞中IL-37的表達(dá)抑制了脂多糖誘導(dǎo)的單核細(xì)胞趨化蛋白-1和ICAM-1的生成，從而抑制NF-κB的激活，進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)并改善左心室功能[22]。Xu等[23]研究發(fā)現(xiàn)在AMI模型小鼠中，腹腔注射重組人IL-37蛋白后，IL-37可以通過(guò)抑制髓過(guò)氧化物酶表達(dá)，有效抑制NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的活化，從而在AMI小鼠中發(fā)揮抗炎作用。以上研究表明，小鼠心功能失常時(shí)IL-37可通過(guò)NF-κB信號(hào)通路起到抗炎及保護(hù)心功能的作用。

2.3IL-37與心肌缺血再灌注損傷 缺血再灌注損傷是指局部組織缺血后，血液再灌注所引起的組織器官功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷。IL-1家族與缺血再灌注損傷過(guò)程有密切聯(lián)系，有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明敲除IL-1α/IL-1β可有效減少因缺血再灌注而引起的炎癥反應(yīng)[24]。IL-37同樣屬于IL-1家族的一員,Wu等[25]發(fā)現(xiàn)，對(duì)心肌缺血再灌注模型小鼠予尾靜脈注射重組人IL-37蛋白，可以有效減輕心肌缺血再灌注損傷，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組小鼠的心肌梗死面積減小，肌鈣蛋白T表達(dá)水平明顯降低，心臟功能明顯改善，說(shuō)明IL-37可以有效減少促炎細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)，減少中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，延緩心肌細(xì)胞凋亡和減少氧自由基的產(chǎn)生，且IL-37能有效抑制TLR4的表達(dá)和NF-κB的激活，增加抗炎細(xì)胞因子IL-10的表達(dá)。Wu等[25]還通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)IL-10信號(hào)通路被特異性抗IL-10R抗體阻斷時(shí)，IL-37對(duì)心肌缺血再灌注損傷的保護(hù)作用顯著降低，表明IL-37對(duì)心肌缺血再灌注的保護(hù)作用至少部分取決于IL-10信號(hào)通路的表達(dá)。心肌缺血再灌注損傷后，心功能失常嚴(yán)重可造成慢性心力衰竭。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)IL-37與慢性心力衰竭的報(bào)道較少。近年有臨床研究發(fā)現(xiàn)，在慢性心力衰竭患者體內(nèi)血漿IL-37水平升高，且IL-37水平與高敏CRP、N端腦鈉肽前體及肌鈣蛋白T水平呈正相關(guān)，與左心室射血分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)[26]，說(shuō)明IL-37可能參與慢性心力衰竭過(guò)程，但該研究樣本量較小，尚需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.4IL-37與高血壓 原發(fā)性高血壓的具體發(fā)病機(jī)制尚不明確，目前認(rèn)為是由遺傳因素和環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果。原發(fā)性高血壓的病因包括已知的相關(guān)高危因素，如家族遺傳病史、高鈉飲食、肥胖、精神壓力和內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)等，可影響全身血管，尤其可造成全身細(xì)小血管硬化，而在這個(gè)過(guò)程中炎癥反應(yīng)起重要作用[27]。目前僅有研究提示原發(fā)性高血壓患者血漿中的促炎因子(CRP、IL-6等)水平升高，但具體機(jī)制尚不清楚。作為新發(fā)現(xiàn)IL-1家族中的抗炎因子，IL-37參與了機(jī)體炎癥刺激條件下的免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用。針對(duì)在原發(fā)性高血壓條件下IL-37的表達(dá)水平是否升高或降低，需進(jìn)一步研究明確。此外，能明確病因的高血壓稱為繼發(fā)性高血壓，如先兆子癇是一種以高血壓和蛋白尿?yàn)樘卣鞯娜焉锲诩膊?，屬于繼發(fā)性高血壓的一種，而產(chǎn)婦全身性炎癥反應(yīng)是先兆子癇的特征。一項(xiàng)關(guān)于先兆子癇中IL-1家族因子表達(dá)的研究顯示，在子癇前期胎盤(pán)內(nèi)IL-37水平升高，這可能是由于缺氧引起[28]。但是考慮到先兆子癇是由多種因素引起的綜合征，因此很難在體外對(duì)其進(jìn)行建模，而研究中采用BeWo滋養(yǎng)細(xì)胞作為低氧損傷模型不足以完全模擬發(fā)病過(guò)程，故明確IL-37和高血壓之間的關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。

3 IL-37與臨床治療

目前臨床提出了使用新的靶向治療方案進(jìn)行相關(guān)疾病的精準(zhǔn)治療，在充分明確相關(guān)細(xì)胞因子的功能及其在人類(lèi)疾病中的作用后，可采用中和某些特定細(xì)胞因子或抑制相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)的信號(hào)通路從而起治療作用，如使用某種抗炎因子在炎癥反應(yīng)中抑制促炎因子釋放緩解炎癥反應(yīng)，或使用托珠單抗通過(guò)抑制促炎因子IL-6與受體結(jié)合，阻止下游通路傳導(dǎo)、減緩非ST段抬高型心肌梗死患者的心肌炎癥反應(yīng)等[29-30]。Yin等[31]發(fā)現(xiàn)，IL-37基因(rs3811047片段)的單核苷酸多態(tài)性與冠心病有關(guān)，其中rs3811047基因片段的次要等位基因與IL-37的表達(dá)水平降低有關(guān)，由于IL-37參與抗炎作用，與單核苷酸多態(tài)性rs3811047片段相關(guān)的IL-37表達(dá)水平降低會(huì)引起炎癥反應(yīng)并增加動(dòng)脈粥樣硬化和冠心病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，說(shuō)明IL-37可能是冠心病的易感基因，且IL-37基因中rs3811047片段的表達(dá)是冠心病的遺傳危險(xiǎn)因素[31]。但是，迄今為止對(duì)IL-37其他片段進(jìn)行的心血管疾病研究較少，且無(wú)進(jìn)一步臨床試驗(yàn)證實(shí)IL-37 片段對(duì)心血管疾病有治療作用。因此，未來(lái)需要更多的研究及臨床試驗(yàn)，以評(píng)估IL-37是否能用作細(xì)胞因子治療或基因靶向治療，這對(duì)心血管疾病的治療具有重要意義。

4 小 結(jié)

IL-37在心血管疾病的炎癥反應(yīng)及免疫調(diào)節(jié)中具有重要作用，一方面其可通過(guò)骨保護(hù)素減緩動(dòng)脈鈣化進(jìn)程，另一方面可抑制NF-κB炎癥信號(hào)通路的激活起到抗炎及保護(hù)心功能的作用。此外，IL-37還可以抑制促炎細(xì)胞因子(IL-6、TNF-α和IL-18等)表達(dá)，并上調(diào)抑炎細(xì)胞因子(IL-10)表達(dá)，從而調(diào)節(jié)心血管疾病中的免疫應(yīng)答反應(yīng)。目前，關(guān)于IL-37在心血管疾病中作用的研究大多集中于動(dòng)脈鈣化、動(dòng)脈粥樣硬化和心肌缺血再灌注損傷，而慢性心力衰竭和高血壓的相關(guān)研究較少，仍需進(jìn)一步研究。另外，IL-37相關(guān)基因片段可能是冠心病的易感基因，其為未來(lái)心血管疾病的細(xì)胞因子治療和基因靶向治療提供了新思路。