IL-11在角膜纖維化過程中的研究進(jìn)展

秦蒙蒙，王麗婭,2,3,4△

（1鄭州大學(xué)人民醫(yī)院，河南 鄭州；2河南省人民醫(yī)院，河南 鄭州；3河南省立眼科醫(yī)院，河南 鄭州；4河南省眼科學(xué)與視覺科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，

河南 鄭州）

0 引言

角膜瘢痕是由創(chuàng)傷性、感染性等原因引起的角膜損傷，破壞正常的自我平衡過程，導(dǎo)致組織重塑，出現(xiàn)角膜纖維化，最終使視力下降。角膜瘢痕的特征是細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）成分的不當(dāng)沉積和角膜基質(zhì)細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的分化[1]。白細(xì)胞介素-11（interleukin-11，IL-11）可以表達(dá)于多種細(xì)胞，如上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等。近些年研究證實(shí)，IL-11在纖維化疾病的機(jī)制中占重要地位，如果能把IL-11的作用機(jī)制闡述清楚，或?qū)榻悄だw維化治療提供新途徑。

1 IL-11

1.1 IL-11的概述

IL-11最初是在靈長(zhǎng)類骨髓基質(zhì)細(xì)胞系PU-34培養(yǎng)基中檢測(cè)到的，為IL-6家族成員之一，在造血、肝、脂肪、骨骼和神經(jīng)系統(tǒng)中具有多種體外生物活性。IL-11由許多間充質(zhì)來源的細(xì)胞產(chǎn)生，其中白細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞是主要來源，而在正常的個(gè)體中，IL-11的循環(huán)水平幾乎檢測(cè)不到。

隨后又從人胎兒肺成纖維細(xì)胞系中克隆出IL-11，人IL-11互補(bǔ)DNA（cDNA）編碼一種由199個(gè)氨基酸構(gòu)成的前體蛋白，其中包括一個(gè)由21個(gè)氨基酸構(gòu)成的前導(dǎo)序列和一個(gè)19kDa的單體蛋白。前導(dǎo)序列在細(xì)胞釋放前被裂解，單體蛋白是一種非糖基化分泌型陽(yáng)離子蛋白，呈高度堿性，等電點(diǎn)為11.7，富含脯氨酸（12%）、亮氨酸（23%）和其他帶正電的氨基酸殘基（14%）[2]。人類IL11基因組序列長(zhǎng)度為7kb，經(jīng)原位雜交定位于19號(hào)染色體長(zhǎng)臂的19q13.3-q13.4區(qū)域。

1.2 IL-11的受體

IL-11受體（interleukin-11 recipient，IL-11R）是目前確定的IL-11的唯一受體，是細(xì)胞表面受體，屬于細(xì)胞因子受體家族，由兩條糖蛋白鏈構(gòu)成，即IL-11受體亞基（IL-11Rα）和gp130，IL-11Rα相對(duì)分子量約為150kDa，是受體中與IL-11特異結(jié)合的部分；gp130是130kDa的非配體結(jié)合蛋白鏈，參與跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。IL-11、IL-11Rα、gp130（以2∶2∶2的比例）形成了一個(gè)具有功能的高親和力的IL-11信號(hào)六聚體復(fù)合物，觸發(fā)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活下游信號(hào)發(fā)揮各種生物活性作用[3]。

1.3 IL-11的功能與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

IL-11因其多效性而在多個(gè)系統(tǒng)中占有重要作用，主要通過JAK/STAT3、RAS/ERK、mTOR/PI3K三種途徑發(fā)揮作用。早期研究認(rèn)為IL-11主要在造血過程發(fā)揮作用，促進(jìn)骨髓產(chǎn)血小板巨核系祖細(xì)胞的成熟，但隨后的研究顯示，IL-11可以（1）通過胞內(nèi)的STAT3、ERK和P13K通路，減少器官缺血/再灌注損傷和纖維化，提高癌細(xì)胞的擴(kuò)散或者浸潤(rùn)能力[4]；（2）充當(dāng)抗炎藥物；（3）上調(diào)角質(zhì)形成細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞中細(xì)胞保護(hù)生存素蛋白的表達(dá)；（4）通過ERK和P13K減輕腸上皮細(xì)胞輻射誘導(dǎo)的損傷；（5）可抑制脂肪前體細(xì)胞中的脂肪生成，又稱脂肪形成抑制因子；（6）誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成及骨吸收，刺激組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)的釋放；（7）誘導(dǎo)氣道上皮下纖維化、I型和III型膠原的堆積，以及含平滑肌肌動(dòng)蛋白細(xì)胞的發(fā)育，通過ERK信號(hào)通路，IL-11活化成纖維細(xì)胞，積聚膠原蛋白[5]。

2 IL-11與角膜纖維化

纖維化是一個(gè)以ECM過度沉積為特征的病理生理過程，其關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞是肌成纖維細(xì)胞，其特征是α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α smooth muscle actin，α-SMA）應(yīng)力纖維的出現(xiàn)，接著由細(xì)胞表面的粘著斑與ECM連接而重塑周圍 ECM，負(fù)責(zé)ECM的穩(wěn)態(tài)[6,7]。當(dāng)成纖維反應(yīng)觸發(fā)，成纖維細(xì)胞活化為肌成纖維細(xì)胞，后者增加了平滑肌肌動(dòng)蛋白A2和其他ECM成分的合成。

角膜瘢痕是角膜損傷后，破壞了正常的自我平衡，導(dǎo)致異常組織重塑，出現(xiàn)角膜纖維化，其特征是基質(zhì)細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的分化和ECM的不當(dāng)沉積。當(dāng)受到創(chuàng)傷時(shí)，損傷區(qū)域基底膜下的角膜基質(zhì)細(xì)胞發(fā)生凋亡，出現(xiàn)無細(xì)胞區(qū)，隨后附近的基質(zhì)細(xì)胞被激活而有絲分裂，遷至受損區(qū)，取代凋亡細(xì)胞，此時(shí)角膜基質(zhì)細(xì)胞具有了成纖維細(xì)胞的特征。隨著創(chuàng)傷修復(fù)的進(jìn)行，活化的成纖維細(xì)胞分泌肌動(dòng)蛋白，促進(jìn)細(xì)胞遷移至受損周圍，此后分化為肌成纖維細(xì)胞，分泌特征性的α-SMA，并迅速產(chǎn)生過量的ECM蛋白，通過ECM產(chǎn)生收縮，導(dǎo)致角膜結(jié)構(gòu)改變[8]。在這復(fù)雜的修復(fù)過程中，有多種炎癥細(xì)胞和炎癥因子，如：IL-11、TGF-β、IL-1、TNF-α、MMP等，直接或間接依賴信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，調(diào)控纖維化發(fā)生。

2.1 IL-11與角膜組織中的細(xì)胞

IL-11可影響細(xì)胞存活、遷移、增殖和分化，并響應(yīng)于多種上游刺激因素而介導(dǎo)纖維化。Richards等人已證實(shí)犬眼的角膜上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞均表達(dá)IL-11和IL-11mRNA[9]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，巨噬細(xì)胞也表達(dá)IL-11及其受體，中性粒細(xì)胞分泌的IL-1可以誘導(dǎo)IL-11產(chǎn)生，此外，除眼淚，其他部位（房水、血液）的擴(kuò)散或是角膜IL-11的又一來源。當(dāng)組織損傷時(shí)，多形核白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞被募集引起效應(yīng)細(xì)胞的活化，活化的中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生多種細(xì)胞因子和趨化因子，放大炎癥反應(yīng)，觸發(fā)成纖維細(xì)胞增殖和募集，從而參與驅(qū)動(dòng)纖維化過程。

在角膜創(chuàng)傷后6h內(nèi)，中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)出現(xiàn)在傷口附近，24h左右達(dá)峰，刺激角膜成纖維細(xì)胞合成MMP-1和MMP-3；而中性粒細(xì)胞分泌的IL-1參與角膜膠原的降解，又可以誘導(dǎo)IL-11產(chǎn)生，中性粒細(xì)胞的減少也通過影響TGF-β分泌的動(dòng)力學(xué)而降低肌成纖維細(xì)胞的數(shù)量和纖維化基質(zhì)的分泌[10]。也有研究表明，肺組織中的成纖維細(xì)胞在中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶及纖連蛋白的作用下，分化為肌成纖維細(xì)胞。這些結(jié)果表明，中性粒細(xì)胞不僅增加角膜成纖維細(xì)胞的膠原降解，而且促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的生成。因此，IL-11作為IL-1刺激的產(chǎn)物可能在這一復(fù)雜過程作為中間介質(zhì)發(fā)揮作用。

研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞驅(qū)動(dòng)傷后的初始細(xì)胞反應(yīng)，是趨化因子、MMPS和其他炎癥因子的來源，如果巨噬細(xì)胞在早期耗盡，炎癥反應(yīng)會(huì)大大減弱，修復(fù)和再生的效率也會(huì)降低；早期炎癥消退階段，產(chǎn)生大量的生長(zhǎng)因子包括TGF-β1,促進(jìn)細(xì)胞增殖,它們還產(chǎn)生可溶性介質(zhì)，刺激局部和募集成纖維細(xì)胞分化成肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)傷口的收縮和閉合以及ECM成分的合成。也有研究稱，巨噬細(xì)胞可表達(dá)IL-11及其受體，產(chǎn)生的TGF-β也可促進(jìn)IL-11的來源，可以認(rèn)為其既分泌IL-11，又是IL-11的效應(yīng)細(xì)胞。TGF-β家族成員在角膜上皮和基質(zhì)細(xì)胞均表達(dá)，在受傷的角膜中，被迅速激活并通過浸潤(rùn)性炎性細(xì)胞即巨噬細(xì)胞表達(dá)[11]。這一創(chuàng)傷修復(fù)過程表明，巨噬細(xì)胞可能作為IL-11的效應(yīng)細(xì)胞或TGF-β的效應(yīng)細(xì)胞，產(chǎn)生下游分子，參與纖維化過程的不同階段。

2.2 IL-11與其他細(xì)胞因子

已有文獻(xiàn)報(bào)道，一些刺激因素，如TGF-β、IL-1和TNF-α，可以誘導(dǎo)HCRF分泌IL-11。IFN-γ是IL-11表達(dá)的生理抑制劑，可以抑制TNF-α和IL-1誘導(dǎo)的IL-11分泌。

實(shí)驗(yàn)表明，TGF-β是典型的促纖維化生長(zhǎng)因子，可由角膜上皮細(xì)胞、基質(zhì)成纖維細(xì)胞以及其他細(xì)胞類型分泌，誘導(dǎo)角膜上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)IL-11，是角膜肌成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的重要調(diào)節(jié)劑。肌成纖維細(xì)胞自身會(huì)產(chǎn)生TGF-β，其強(qiáng)大的自分泌機(jī)制可保持自身活化，利于ECM蛋白的生成與沉積。另外，TGF-β能誘導(dǎo)產(chǎn)生蛋白酶及其抑制劑來促進(jìn)基質(zhì)重塑。IL-11作為TGF-β的下游分子，也參與了纖維化的調(diào)控機(jī)制。

IL-1是刺激IL-11分泌的又一因子，參與調(diào)節(jié)角質(zhì)細(xì)胞和角膜成纖維細(xì)胞產(chǎn)生膠原酶、MMP和其他酶，這些酶直接介導(dǎo)了肌成纖維細(xì)胞分泌的ECM的分解和再吸收。所以中性粒細(xì)胞生成的IL-1，可能是中性粒細(xì)胞刺激角膜成纖維細(xì)胞降解膠原的中介物質(zhì)，但是被IL-1誘導(dǎo)產(chǎn)生的IL-11又可以增加膠原的沉積，這看似相互矛盾的結(jié)果，可能是由于角膜創(chuàng)傷發(fā)生的早期，中性粒細(xì)胞迅速大量出現(xiàn)，其產(chǎn)生的IL-1以及其他細(xì)胞因子導(dǎo)致了膠原蛋白降解，隨著基質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞，IL-11的刺激促使肌成纖維細(xì)胞募集，增多，加之肌成纖維細(xì)胞生成TGF-β，促使膠原沉積。有實(shí)驗(yàn)顯示，IL-1和TGF-β以協(xié)同方式相互作用刺激IL-11的產(chǎn)生，并且IL-1和TNF-α的作用單獨(dú)地至少部分地由細(xì)胞因子誘導(dǎo)的IL-11基因轉(zhuǎn)錄的改變介導(dǎo)，也可能是纖維化發(fā)生的又一原因。小鼠堿損傷模型中，源自炎性細(xì)胞的內(nèi)源性TNF-α抵消了角膜基質(zhì)中TGF-β驅(qū)動(dòng)的不利的促炎和纖維化反應(yīng)[12]。TNF-α可以刺激IL-11分泌，這將可能加劇纖維化的發(fā)生。TNF-α可促進(jìn)晶狀體上皮細(xì)胞增殖，IFN-γ作用于細(xì)胞增殖G0期抑制TNF-α表達(dá)，從而抑制成纖維細(xì)胞的增殖，IFN-γ也可以抑制體外平滑肌細(xì)胞、體內(nèi)成纖維細(xì)胞中α-SAM合成過程中的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的水平，抑制了成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。因此，IFN-γ影響IL-11的分泌很可能是通過一些互聯(lián)的主要信號(hào)通路機(jī)制介導(dǎo)，在角膜纖維化過程發(fā)揮重要作用。

3 小結(jié)

綜上所述，IL-11促使成纖維細(xì)胞活化和膠原蛋白積聚，而減弱IL-11的生物活性或阻斷其表達(dá)可減輕各器官組織的纖維化程度。但是目前針對(duì)角膜瘢痕尚無有效的治療措施，臨床上嘗試過多種方法，如雷帕霉素、氟米龍滴眼液治療，手術(shù)治療等，但療效均不理想。IL-11的這一作用，啟示我們可用作角膜組織中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。因此，進(jìn)一步闡明角膜瘢痕病理過程中IL-11的作用，有望使之成為臨床治療或預(yù)防角膜瘢痕的新方法。