IL-33在急性呼吸窘迫綜合征中的研究進(jìn)展

豆業(yè)蕓 陳建榮 朱保鋒 陳金亮 張冬梅

1南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院急診科226001；2南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科226001；3南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院臨床研究中心226001

ARDS是臨床常見的危重急癥，是由非心源性肺水腫導(dǎo)致的急性彌漫性肺部炎癥性疾病，其病理生理特點主要為肺容積減少、肺順應(yīng)性降低及通氣/血流比值異常；臨床特點為頑固性低氧血癥及進(jìn)行性加重的呼吸窘迫[1-2]。ARDS因高發(fā)病率、高病死率及發(fā)病機制復(fù)雜等特點，一直是臨床面臨的難題。IL-33 作為多功能細(xì)胞因子，在ARDS發(fā)病機制中發(fā)揮了重要作用。本文就IL-33在ARDS中的作用展開綜述。

1 IL-33及其受體的分子生物學(xué)特性

1.1 IL-33的結(jié)構(gòu) 1999 年，IL-33 最初作為一種 “高內(nèi)皮靜脈細(xì)胞核因子”被發(fā)現(xiàn)。2005 年，Schmitz等[3]發(fā)現(xiàn)“高內(nèi)皮靜脈細(xì)胞核因子”的基因序列和結(jié)構(gòu)與IL-1家族成員IL-1β和IL-18類似，均由12個β三葉草結(jié)構(gòu)折疊而成，因此將其歸入IL-1家族，并命名為IL-33。人類il-33基因位于9號染色體 (9p24.1)，IL-33蛋白由270個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量約30 000[4]；而小鼠il-33基因定位于19號染色體 (19qc1)，由266個氨基酸構(gòu)成，兩者蛋白序列相似度為50%。il-33 基因由7 個外顯子編碼組成[5]，其中外顯子1～3編碼IL-33核定位所需的N 末端域，而外顯子4～7編碼C末端IL-1家族共有的細(xì)胞因子域。IL-33蛋白基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄后翻譯形成前體蛋白IL-33FL，IL-33的N末端具有螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)，是決定IL-33與細(xì)胞核內(nèi)異源染色質(zhì)結(jié)合的關(guān)鍵序列；其C末端具有與IL-1家族同源的β三葉草細(xì)胞因子結(jié)構(gòu)域。IL-33FL 最終經(jīng)蛋白酶切割后形成IL-33。IL-33位于IL-33FL序列中的112～270位氨基酸，相對分子質(zhì)量約18 000，包含核結(jié)構(gòu)域、激活結(jié)構(gòu)域和IL-1樣細(xì)胞因子結(jié)構(gòu)域等3個主要結(jié)構(gòu)域。

IL-33通過與核小體H2A-H2B組成的酸性袋狀區(qū)域與染色體結(jié)合，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程。作為一種 “雙重功能蛋白”，IL-33既可在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控特性，又可在細(xì)胞核外以分泌形態(tài)發(fā)揮細(xì)胞因子活性。

1.2 IL-33的受體 IL-33的特異性受體為腫瘤發(fā)生抑制蛋白2 (suppression of tumorigenicity 2，ST2)，其在高內(nèi)皮靜脈細(xì)胞及數(shù)種先天免疫細(xì)胞中表達(dá)。Tominaga[6]在1989年從BALF/c-3T3細(xì)胞系中分離出st2 基因，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與其他IL-1受體 (IL-1 receptor，IL-1R)相似：均由位于中央的5個α-螺旋和5個β-片層組成的Toll/IL-1受體結(jié)構(gòu)域 (Toll/Interleukin-1 receptor domain，TIR)構(gòu)成。根據(jù)TIR 結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域?qū)⑵浞譃镮L-1R 樣亞家族、Toll樣受體亞家族和由銜接蛋白組成的亞家族。

St2基因產(chǎn)物可分為4 個亞型：可溶型ST2 (soluble ST2，sST2)、跨模受體型ST2 (transmembrane ST2，ST2L)、多變型ST2 (variant ST2，ST2V)和ST2LV，人ST2主要由ST2L和sST2兩種亞型構(gòu)成。ST2L 為全長蛋白，由細(xì)胞外免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域 (主要作用為識別配體的3個IgG-樣結(jié)構(gòu)域)、跨膜結(jié)構(gòu)域及細(xì)胞內(nèi)TIR 胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成[5]。sST2由免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域及氨基酸序列組成，因無跨膜域和胞內(nèi)域，可分泌至細(xì)胞外、競爭性拮抗IL-33與ST2L 結(jié)合發(fā)揮誘餌受體作用。ST2V 和ST2LV 是ST2L的兩個剪接體，ST2L 去掉第3個免疫球蛋白模序，并在羧基末端經(jīng)選擇性剪切形成的獨特疏水尾即為ST2V，當(dāng)選擇性剪切ST2L的跨膜結(jié)構(gòu)域時則形成ST2LV。

總而言之，IL-33既可定位于細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子作用，又可通過其特異性受體ST2 激活肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞、呼吸道上皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞等免疫細(xì)胞[7]，在機體的炎癥及免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

1.3 IL-33/ST2的分布 IL-33/ST2主要表達(dá)于屏障組織(如肺、皮膚、胃腸道)的內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞[3]，其在支氣管、淋巴組織、腦、脊髓、心臟、脾臟、胰腺、腎臟等組織的上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、自然殺傷T 細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及成纖維細(xì)胞、脂肪細(xì)胞內(nèi)呈現(xiàn)出不同的表達(dá)水平。

1.4 IL-33/ST2 信號作用通路 與IL-1 家族成員類似，IL-33缺乏通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體分泌的信號肽序列，不能通過經(jīng)典分泌途徑分泌。當(dāng)細(xì)胞壞死或炎癥刺激時，IL-33作為一種 “警報素”從細(xì)胞核內(nèi)被釋放到細(xì)胞外，與特異性受體ST2結(jié)合后在體內(nèi)外發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。IL-33 受體復(fù)合物由ST2 和IL-1 受體輔助蛋白 (IL-1 receptor accessory protein，IL-1RAcP)組成，IL-1RAcP 通過配體依賴方式與IL-33相連并提高IL33與ST2的親和力[7]，關(guān)于IL-33/ST2信號通路的研究尚未完全闡明，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為IL-33 通過與IL-33 受體結(jié)合促進(jìn)經(jīng)典核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號通路及絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen activated protein kinase，MAPK)信號通路的激活，從而啟動炎癥反應(yīng)[8]。

IL-33主要通過與ST2L 和IL-1RAcP組成異源二聚體復(fù)合物[3，9]而發(fā)揮生物學(xué)作用，并將信號由胞外傳至胞內(nèi)，伴隨IL-1R 相關(guān)激酶1、IL-1R 相關(guān)激酶4、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6和髓樣分化因子88的募集，隨后激活下游MAPK 家族成員 [如：細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶、c-jun氨基末端的激酶 (JNK)、p38等]，MAPK 可反作用于JNK 激活蛋白1。腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6可激活NF-κB 抑制蛋白激酶復(fù)合物，導(dǎo)致NF-κB從復(fù)合物中釋出，最終促進(jìn)Th2型細(xì)胞因子IL-4、IL-5及IL-13的分泌[10]。

IL-33作用過程包括IL-1R 相關(guān)激酶、轉(zhuǎn)化生長因子激酶1結(jié)合蛋白2和轉(zhuǎn)化生長因子激酶1結(jié)合蛋白3及轉(zhuǎn)化生長因子激酶1等泛素化[11]。一方面，這些蛋白酶活化后刺激NF-κB誘導(dǎo)激酶，當(dāng)其活化后再激活NF-κB抑制蛋白激酶復(fù)合物；隨后NF-κB抑制蛋白磷酸化，在NF-κB抑制蛋白磷酸化后即與NF-κB分離，經(jīng)由蛋白酶體降解途徑降解，同時釋放NF-κB入核，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)、完成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。另一方面，轉(zhuǎn)化生長因子激酶1引起MAP2K 活化可激活JNK 和p38，進(jìn)而激活MAPK 通路。

此外，IL-33還可以促進(jìn)肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞產(chǎn)生大量炎癥和趨化因子[12]。不同于IL-1β和IL-18，IL-33釋放后無需加工修飾，直接以全長蛋白的形式發(fā)揮作用。

2 IL-33/ST2在ARDS中的研究

2.1 IL-33/ST2在ARDS中的表達(dá)及作用 由基質(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinases，MMP)引起的ARDS的特點為肺部炎癥反應(yīng)及內(nèi)皮屏障通透性增加。Liang等[13]通過脂多糖 (lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)ARDS大鼠模型、收集支氣管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid，BALF)發(fā)現(xiàn)，伴隨著肺泡巨噬細(xì)胞內(nèi)IL-33/STAT3/MMP-2/MMP-9信號通路的調(diào)控途徑激活，肺部炎癥加重。BALF內(nèi)IL-33和MMP-2/MMP-9在LPS處理后分別在12 h及12 h后達(dá)峰值。LPS誘導(dǎo)的IL-33通過自分泌激活STAT3以上調(diào)MMP-2和MMP-9的表達(dá)。特異性抗體中和IL-33后，肺泡巨噬細(xì)胞中MMP-2和MMP-9的分泌和表達(dá)被抑制。同時，消除IL-33 可以降低BALF 中MMP-2和MMP-9的水平，并逆轉(zhuǎn)大鼠的肺損傷。

自噬是清除受損蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的重要過程，與炎性疾病和器官功能障礙密切相關(guān)，過度自噬可致ARDS患者死亡率增加。IL-33 在ARDS中具有促炎作用，多項研究表明IL-33與自噬間存在相互作用。為探索ARDS中自噬與IL-33促炎作用之間的關(guān)系，Lei等[14]通過LPS構(gòu)建肺損傷小鼠模型。在LPS 處理前，分別用雷帕霉素(rapamycin，RAPA；自噬啟動子)和3-甲基腺嘌呤 (3-methyladenine，3-MA；自噬抑制劑)預(yù)處理。LPS處理后血清及BALF中IL-33、Th1趨化因子表達(dá)水平升高；LPS注射后RAPA 組血清及BALF 中的IL-33 水平顯著升高。然而，LPS處理后3-MA 組的血清和BALF 中的IL-33 水平顯著降低，且3-MA 預(yù)處理后小鼠肺損傷明顯改善，具體表現(xiàn)為內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙減輕；3-MA 組的血清和BALF中的Th1 趨化因子表達(dá)均降低。此外，經(jīng)LPS 處理后，RAPA 組NF-κB的核轉(zhuǎn)移顯著增加，3-MA 組NF-κB 的轉(zhuǎn)移減少?？傊謩e使用RAPA 和3-MA 預(yù)處理ARDS鼠后，自噬狀態(tài)和IL-33表達(dá)相應(yīng)變化。而過度自噬會加劇因激活NF-κB信號通路所致的IL-33高表達(dá)相關(guān)的肺部損傷和炎癥失調(diào)程度。

高遷移率族蛋白B1 (high mobility group box-1 protein，H MGB1)作為一種警報素，在多種細(xì)胞中組成性表達(dá)，可從壞死細(xì)胞中主動釋放，引起炎性細(xì)胞因子大量釋出，是造成炎癥級聯(lián)擴增的重要因素之一。細(xì)胞外HMGB1作為促炎細(xì)胞因子，可與靶細(xì)胞內(nèi)晚期糖基化終產(chǎn)物和/或TLR4 結(jié)合，促進(jìn)ARDS 進(jìn)程。此外，將重組HMGB1注入小鼠氣管會引發(fā)肺部炎性反應(yīng)加劇，而抑制HMGB1表達(dá)可減輕肺部炎癥反應(yīng)。Fu等[15]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LPS處理24 h后，小鼠血清、BALF 及肺中的IL-33、HMGB1及多種Th1趨化因子水平表達(dá)水平均顯著上升。為進(jìn)一步研究IL-33與HMGB1 表達(dá)之間的關(guān)系，在給予LPS 前，用甘草甜素 (H MGB1抑制劑)對小鼠預(yù)處理，結(jié)果表明甘草甜素組IL-33和HMGB1的表達(dá)明顯低于LPS組，并且肺損傷程度明顯緩解，因此H MGB1可能誘導(dǎo)ARDS中IL-33高表達(dá)。Zhang等[16]發(fā)現(xiàn)IL-33主要通過加劇炎癥反應(yīng)、增加毛細(xì)血管通透性以增強LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷，該過程還涉及MAPK 家族蛋白的活化，IL-33 可降低ARDS小鼠的生存率。

在評估過表達(dá)sST2 的人脂肪組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞 (sST2-overexpressing human adipose tissue-derived MSC，h ASC-sST2)在肺損傷中的免疫調(diào)節(jié)和抗炎特性研究中發(fā)現(xiàn)，h ASC-sST2所致sST2過表達(dá)使IL-33、TLR4、IL-1β和干擾素γ (interferonγ，IFN-γ)表達(dá)減少[17]，但I(xiàn)L-10表達(dá)增加。此外，BALF中蛋白質(zhì)含量、中性粒細(xì)胞計數(shù)和促炎細(xì)胞因子 (腫瘤壞死因子α、IL-6、人巨噬細(xì)胞炎性蛋白2)表達(dá)水平也顯著下降，經(jīng)h ASC-sST2處理的小鼠肺部炎癥明顯緩解。

2.2 IL-33/ST2 在ARDS 中的臨床研究現(xiàn)狀 在關(guān)于IL-33在肺內(nèi)、肺外ARDS中的作用研究中，Lin等[18]發(fā)現(xiàn)肺內(nèi)ARDS組患者血清IL-33水平顯著高于正常組及肺外ARDS組，且IL-33與促炎細(xì)胞因子 (如IFN-γ、IL-2)的水平呈正相關(guān)；而肺外ARDS組血清IL-33水平未見明顯升高。在多發(fā)傷患者發(fā)生組織損傷后，血清中當(dāng)即大量釋放大量IL-33，因此同時實質(zhì)性肺損傷后合并ARDS 患者血清中初始IL-33顯著高表達(dá)，初始IL-33水平與死亡率呈正相關(guān)，發(fā)生不良預(yù)后的概率增加，入院時血清中初始IL-33水平可作評估實質(zhì)性肺損傷合并ARDS患者死亡預(yù)后的指標(biāo)。

sST2在哮喘和特發(fā)性肺纖維化中表達(dá)顯著上調(diào)，Alladina等[19]發(fā)現(xiàn)血清sST2、IL-6濃度是評估ARDS患者機械通氣時間、能否成功撤機及再插管等的重要預(yù)測指標(biāo)，較高sST2和IL-6水平患者再次插管風(fēng)險明顯增加，且與較差的臨床預(yù)后密切相關(guān)。Bajwa等[20]也發(fā)現(xiàn)ARDS患者血漿sST2濃度升高與臨床不良預(yù)后 (如：機械通氣時間延長，ICU 住院時間延長和病死率增加等)密切關(guān)聯(lián)。

3 IL-33/ST2在其他多種肺部炎癥性疾病中的研究

當(dāng)病原體入侵機體后，可誘導(dǎo)多種細(xì)胞顯著表達(dá)并分泌IL-33，而IL-33 與靶細(xì)胞表面的ST2 受體結(jié)合，啟動Th2型免疫反應(yīng)，介導(dǎo)多種肺部感染性疾病。已有研究發(fā)現(xiàn)IL-33在COPD、過敏性哮喘、肺纖維化等多種肺部炎癥性疾病中發(fā)揮了重要作用。

3.1 IL-33/ST2與COPD COPD 是以不完全可逆的持續(xù)氣流受限為特點的慢性肺部疾病，其病理生理變化為持續(xù)氣流受限致肺通氣功能障礙。Gimenes等[21]發(fā)現(xiàn)鼻病毒可通過IL-33/ST2信號通路誘導(dǎo)CXCL-10 和IFN-γ的表達(dá)，促進(jìn)肺內(nèi)CD11b+/CD11c+巨噬細(xì)胞和CD8+T 細(xì)胞浸潤，最終導(dǎo)致COPD 表型小鼠肺部炎癥進(jìn)行性加重。

3.2 IL-33/ST2與哮喘 哮喘是以氣道慢性炎癥、氣道高反應(yīng)性和氣道重塑為主要特征的氣道慢性炎癥性疾病。哮喘患者氣道高反應(yīng)性與包括IL-33在內(nèi)的損傷相關(guān)模式分子的釋放相關(guān)[22]，IL-33表達(dá)水平與哮喘嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。IL-33通過驅(qū)動ILC2細(xì)胞誘導(dǎo)IL-5和IL-13釋放，繼而誘導(dǎo)氣道超敏反應(yīng)。小鼠氣道平滑肌細(xì)胞內(nèi)IL-33 顯著高表達(dá)，Th2型細(xì)胞因子 (如IL-5、IL-13)和嗜酸粒細(xì)胞趨化因子水平升高，嗜酸粒細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞的浸潤以及氣道黏液的分泌顯著增加。

3.3 IL-33/ST2與肺纖維化 IL-33 還可加重肺纖維化程度。在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型[23]中，肺纖維化程度與IL-33表達(dá)水平呈正相關(guān)，而經(jīng)IL-33中和抗體處理肺纖維化小鼠后，其呼吸道炎癥和肺纖維化程度明顯減輕。

4 展望

IL-33作為一種具有警報素作用的促炎細(xì)胞因子在ARDS中發(fā)揮了重要作用，因此其有望成為ARDS治療的重要靶點。IL-33作為一種潛在生物學(xué)標(biāo)志物可用于評估ARDS患者的臨床結(jié)局與遠(yuǎn)期預(yù)后，其在ARDS病程中的作用機制仍有待進(jìn)一步研究，相關(guān)研究的深入展開將為ARDS的臨床診療提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突