白細(xì)胞介素-18在糖尿病腎病中的介導(dǎo)作用

周茜 狄紅杰 劉超 殷立平

1南京中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，江蘇省第二中醫(yī)院內(nèi)分泌科 210017; 2南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院內(nèi)分泌科 210028; 3南京中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，江蘇省第二中醫(yī)院腎內(nèi)科 210017

糖尿病腎病(DN)是終末期腎病的主要原因，據(jù)估計(jì)，高達(dá)40%的糖尿病患者會(huì)出現(xiàn)腎臟微血管病變[1]。DN的病理生理機(jī)制包括氧化應(yīng)激、腎素-血管緊張素系統(tǒng)異常激活、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)激活、蛋白激酶C(PKC)激活、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)活化等。這些因子中有許多是參與DN發(fā)生、發(fā)展的炎性介質(zhì)，白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-6、IL-18、TNF-α和巨噬細(xì)胞趨化蛋白-1等炎性介質(zhì)是DN發(fā)病的重要因素。其中，IL-18在炎性過程中的作用比其他細(xì)胞因子更具有特異性。現(xiàn)就其在DN中的作用作一綜述。

1 IL-18的生理學(xué)和生物學(xué)特性

IL-18是干擾素γ誘導(dǎo)因子，屬于IL-1細(xì)胞因子家族，具有種屬特異性。人IL-18基因位于染色體11q22.2-q22.3，由7個(gè)外顯子組成，cDNA全長約1.1 kb，編碼相對(duì)分子質(zhì)量約18 000的含193個(gè)氨基酸的單鏈蛋白。IL-18基因有兩個(gè)啟動(dòng)子，分別位于1號(hào)外顯子和2號(hào)外顯子上游，它們均有基礎(chǔ)性表達(dá)，且均可被脂多糖誘導(dǎo)。IL-18主要由單核巨噬細(xì)胞、輔助性T細(xì)胞(Th)1型、B細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)等產(chǎn)生，具有強(qiáng)大的促炎特性。研究發(fā)現(xiàn)，IL-18在NK細(xì)胞和T細(xì)胞中誘導(dǎo)干擾素γ活性并引起炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)，可促進(jìn)干擾素γ的表達(dá)。此外，IL-18可誘導(dǎo)細(xì)胞對(duì)微生物感染的防御反應(yīng)，是細(xì)胞免疫應(yīng)答的主要組成部分。

IL-18具有促炎性反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫等生物學(xué)活性。并能誘導(dǎo)T細(xì)胞、NK細(xì)胞產(chǎn)生干擾素γ，促進(jìn)T細(xì)胞和NK細(xì)胞的增殖。IL-18對(duì)T細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞因子有顯著影響，重組的IL-18可刺激T細(xì)胞和外周單核細(xì)胞產(chǎn)生大量的干擾素γ，該因子除可以誘導(dǎo)干擾素γ外，還可促進(jìn)T細(xì)胞的增殖，對(duì)T細(xì)胞參與的免疫應(yīng)答進(jìn)行調(diào)控，其在Th1和Th2細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)中均發(fā)揮重要作用，是Th1和Th2細(xì)胞分化的重要決定因子[2]。大量研究已經(jīng)證實(shí)，IL-18在糖尿病相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。

2 IL-18與DN

IL-18在不同類型的腎細(xì)胞中表達(dá)，如管狀和上皮細(xì)胞、閏細(xì)胞、腎小管間質(zhì)細(xì)胞、腎小球和腎小管細(xì)胞等。針對(duì)糖尿病患者的腎組織活檢發(fā)現(xiàn)，IL-18在近端腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)高于正常人，同時(shí)這些患者血清IL-18水平也高于正常人[3]。因此研究者普遍認(rèn)為IL-18水平升高與DN相關(guān)，可作為DN發(fā)病的主要預(yù)測標(biāo)志物。無論在1型還是2型糖尿病患者中，尿液和血清中IL-18水平與腎損傷進(jìn)展以及早期腎功能障礙呈正相關(guān)，IL-18與尿白蛋白排泄程度呈正相關(guān)。

3 IL-18在DN中的介導(dǎo)作用

3.1 促進(jìn)黏附分子表達(dá) 早先的研究發(fā)現(xiàn)，黏附分子在DN細(xì)胞損傷中發(fā)揮重要作用[1]。黏附分子是細(xì)胞表面的一種特殊細(xì)胞蛋白，負(fù)責(zé)與周圍細(xì)胞或細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合，因此，這些分子在維持組織結(jié)構(gòu)和完整性方面具有關(guān)鍵作用。細(xì)胞內(nèi)黏附分子如細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、E選擇素和血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)，是位于細(xì)胞表面屬于免疫球蛋白超家族的誘導(dǎo)糖蛋白，它們?cè)贒N發(fā)展過程中招募巨噬細(xì)胞或誘導(dǎo)腎組織纖維化。研究表明，IL-18在黏附分子的上調(diào)中起關(guān)鍵作用，其在內(nèi)皮細(xì)胞中上調(diào)ICAM-1、VCAM-1和E選擇素，并通過核因子-κB和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)募集白細(xì)胞[4]。Bhat等[5]證明內(nèi)皮細(xì)胞依賴性IL-18釋放，顯著增加ICAM-1和VCAM-1的mRNA表達(dá)，從而募集巨噬細(xì)胞并引發(fā)相關(guān)的炎性反應(yīng)。Stuyt等[6]認(rèn)為IL-18選擇性刺激人單核細(xì)胞中的細(xì)胞內(nèi)黏附分子，其可被IL-18結(jié)合蛋白阻斷。還有研究者認(rèn)為IL-18上調(diào)ICAM-1而不依賴于人單核細(xì)胞中的其他炎性細(xì)胞因子，如IL-12、TNF-α和(或)干擾素γ[7]。

3.2 上調(diào)TNF-α 炎性因子TNF-α具有免疫調(diào)節(jié)特性，與許多炎性疾病如DN有關(guān)。該細(xì)胞因子由活化的單核細(xì)胞產(chǎn)生和釋放，也可由淋巴細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞和肥大細(xì)胞產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α通過與1型和2型受體結(jié)合，通過多種信號(hào)通路和分子途徑產(chǎn)生免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死。已有研究表明，TNF-α在腎小球和腎小球系膜細(xì)胞、近端腎小管上皮細(xì)胞和基底膜中表達(dá)，其上調(diào)對(duì)腎臟細(xì)胞具有直接毒副作用，可引發(fā)氧化應(yīng)激(通過NADPH氧化酶刺激)，改變內(nèi)皮通透性，并在腎病進(jìn)展期間誘導(dǎo)白蛋白尿。此外，它可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和壞死，從而導(dǎo)致腎細(xì)胞死亡，這是DN病理生理過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。IL-18的表達(dá)與TNF-α上調(diào)之間存在密切關(guān)系，IL-18是TNF-α表達(dá)的有效誘導(dǎo)劑，不依賴于其與TNF受體的相互作用。相關(guān)研究表明，IL-18在內(nèi)毒素誘導(dǎo)的肝細(xì)胞損傷中誘導(dǎo)TNF-α依賴性肝毒性，而抗IL-18治療可逆轉(zhuǎn)這些作用[8]。在小鼠模型中抑制IL-18表達(dá)或釋放，可改善TNF-α依賴性結(jié)腸炎[9]。亦有數(shù)據(jù)表明，IL-18誘導(dǎo)TNF-α生物活性，并對(duì)TNF-α誘導(dǎo)的炎性疾病產(chǎn)生直接刺激作用。

3.3 增加IL-1β分泌 IL-1β在DN發(fā)病中也具有重要作用，屬于IL-1炎性細(xì)胞因子超家族，是一種由活化的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌而成的促炎細(xì)胞因子。IL-1β分泌主要限于循環(huán)白細(xì)胞，因此它主要通過激活內(nèi)皮細(xì)胞、C反應(yīng)蛋白、中性粒細(xì)胞以及所有類型的腎細(xì)胞，參與全身炎性反應(yīng)。高血糖可誘導(dǎo)浸潤性巨噬細(xì)胞在糖尿病患者腎組織中釋放大量IL-1β，后者在DN發(fā)病過程中具有關(guān)鍵作用。IL-18和IL-1β分泌之間有著密切的關(guān)系，IL-18顯著增加IL-1β分泌，增強(qiáng)其在糖尿病腎臟組織中的作用。IL-18通過誘導(dǎo)干擾素γ或核因子-κB和PI3K途徑上調(diào)IL-1β。還有研究表明，IL-18顯著上調(diào)活化NK細(xì)胞中的IL-1β，并且IL-18可通過Toll樣受體途徑，誘導(dǎo)IL-1β的表達(dá)[10]。

3.4 增加TGF-β表達(dá) 有研究發(fā)現(xiàn)，DN患者中往往伴隨著TGF-β上調(diào)[1]。TGF-β是一種調(diào)節(jié)性促炎細(xì)胞因子，由活化的白細(xì)胞釋放，在不同的組織包括腎臟中發(fā)揮廣泛的作用。TGF-β可作為促纖維化因子，通過增強(qiáng)基質(zhì)合成和抑制基質(zhì)降解，誘導(dǎo)系膜擴(kuò)張和腎小球硬化。研究證實(shí)，DN中TGF-β過度表達(dá)，而延緩DN進(jìn)展的干預(yù)治療與TGF-β表達(dá)下降有關(guān)[11]。 IL-18產(chǎn)生和TGF-β表達(dá)具有雙重相互作用，IL-18可以直接或通過誘導(dǎo)干擾素γ，增加TGF-β的表達(dá)[12]。

3.5 通過核因子-κB途徑發(fā)揮作用 核因子-κB在免疫應(yīng)答和炎性疾病如DN發(fā)生、發(fā)展中的重要作用已經(jīng)被廣泛認(rèn)可。研究發(fā)現(xiàn)，IL-18通過核因子-κB途徑調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞功能，可通過核因子-κB依賴途徑誘導(dǎo)IL-1、TNF-α和IL-6等的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)[13]。

3.6 誘導(dǎo)干擾素γ分泌 IL-18是干擾素γ活性的有效刺激物，通常被稱為干擾素γ誘導(dǎo)劑，其表達(dá)上調(diào)可導(dǎo)致炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)。干擾素γ主要由活化的單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞以及不同系的活化T淋巴細(xì)胞分泌，是DN中涉及的許多炎性反應(yīng)的有效上游事件，并且是其他炎性細(xì)胞因子如TNF-α、核因子-κB和IL-1家族激活或釋放的主要介質(zhì)[14]?；加心I功能衰竭的糖尿病患者血清干擾素γ水平升高，表明它可能通過其在炎性反應(yīng)中的作用，在DN的發(fā)病中起作用[15]。因此IL-18誘導(dǎo)干擾素γ分泌也被認(rèn)為是DN發(fā)展的另一種重要機(jī)制。

3.7 引發(fā)細(xì)胞凋亡 研究表明，IL-18可以誘導(dǎo)促凋亡標(biāo)志物如p53蛋白、BAX、BCL2、TNF-α和Fas配體等，并引發(fā)或增加細(xì)胞凋亡和細(xì)胞損傷。據(jù)報(bào)道，DN患者血清IL-18水平與細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)的腎損傷呈正相關(guān)[16]。而另有報(bào)道，IL-18通過增強(qiáng)caspase依賴性細(xì)胞凋亡，促進(jìn)DN進(jìn)展[17]。因此，IL-18依賴性細(xì)胞凋亡在DN細(xì)胞損傷中起重要作用。

3.8 增加氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激參與大多數(shù)炎性疾病如DN的發(fā)生、發(fā)展。IL-18活化可導(dǎo)致自由基產(chǎn)生增加和氧化損傷，在缺血/再灌注-氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的腎組織損傷中起重要作用。Roland等[18]研究表明，IL-18水平與氧化應(yīng)激呈正相關(guān)。另一些研究還發(fā)現(xiàn)，自由基的產(chǎn)生與較高的IL-18表達(dá)水平有關(guān)。因此，IL-18促進(jìn)DN發(fā)生、發(fā)展的另一種機(jī)制是IL-18活化，從而誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激的產(chǎn)生。

4 針對(duì)IL-18表達(dá)的DN治療策略

Elsherbiny等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠中采用5′-(N-乙基甲酰胺基)-腺苷治療可通過下調(diào)IL-18以及抑制TNF-α和ICAM-1表達(dá)，預(yù)防部分腎功能衰竭。Luo等[20]研究表明，前列地爾治療通過抑制糖尿病小鼠腎小球細(xì)胞中的IL-18表達(dá)，改善腎功能和預(yù)防DN。Yang等[21]報(bào)道，血栓調(diào)節(jié)蛋白的凝集素樣結(jié)構(gòu)區(qū)通過下調(diào)NLRP3-炎性小體和IL-18依賴性的炎性反應(yīng)，對(duì)糖尿病動(dòng)物腎功能衰竭產(chǎn)生潛在影響。最新報(bào)道，藏紅花素(藏紅花中提取的一種草本抗氧化劑)通過改善IL-18的表達(dá)以及抑制細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，顯著改善腎功能[22]。研究者們同樣還發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體增殖物活化受體-α激動(dòng)劑可通過抑制腎組織中IL-18的表達(dá)，減少白蛋白尿和預(yù)防DN[2]。

5 總結(jié)

有越來越多的證據(jù)表明，IL-18參與炎性反應(yīng)，并通過各種不同的分子途徑促進(jìn)DN的發(fā)生、發(fā)展。IL-18的表達(dá)或釋放通常導(dǎo)致炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)，而這又增加了炎性疾病如DN的風(fēng)險(xiǎn)。此外，IL-18活化可導(dǎo)致氧化應(yīng)激，其增強(qiáng)可導(dǎo)致腎組織損傷。且IL-18是細(xì)胞凋亡的有效誘導(dǎo)物，可導(dǎo)致腎組織損傷增加。然而目前治療DN的方法并不是很理想，故IL-18在炎性反應(yīng)過程中的作用為防治DN提供了新的方向。