IL-6與高原病的研究進(jìn)展※

史子畢 綜述 朱玲玲審校

(軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院軍事認(rèn)知與腦科學(xué)研究所)

基于人群和動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，炎癥被認(rèn)為是高原病發(fā)生的一個重要危險因素[1，2]。對急進(jìn)高原人群(日喀則，海拔3860米)的研究發(fā)現(xiàn)，高原低氧可誘發(fā)機(jī)體炎癥反應(yīng)，急性高原病(Acute mountain sickness，AMS)組與非急性高原病組相比，白細(xì)胞介素-6(Interleukin-6，IL-6)、白介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)等炎癥因子的水平上升更高，提示炎癥因子的上升程度與AMS的發(fā)生相關(guān)[3]?？寡姿幬镌诟咴☆A(yù)防和治療中的應(yīng)用也進(jìn)一步驗(yàn)證了炎癥與高原病的密切關(guān)系。

Klausen等人檢測了海平面和高原(海拔4350米)暴露不同時間點(diǎn)志愿者血清中的炎癥因子，發(fā)現(xiàn)只有IL-6的水平持續(xù)升高，而其他因子如IL-1β、TNF-α和C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)沒有顯著變化，提示IL-6對高原暴露的反應(yīng)較為敏感[4]。高原腦水腫動物模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明IL-6在模型組的升高幅度尤為顯著[5]。以上研究結(jié)果提示，IL-6在高原病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色。現(xiàn)就IL-6與高原病的研究進(jìn)展予以綜述。

1.IL-6與高原病相關(guān)性的研究

IL-6是目前發(fā)現(xiàn)的功能最廣泛的細(xì)胞因子之一，與機(jī)體炎癥反應(yīng)程度密切相關(guān)?；谌巳汉蛣游锬Ｐ偷难芯拷Y(jié)果都證實(shí)了高原暴露能夠刺激IL-6的產(chǎn)生。Hartmann等對登山志愿者研究發(fā)現(xiàn)，即使在非高原肺水腫(High altitude pulmonary edema，HAPE)患者中，高原低氧也會導(dǎo)致血漿中的IL-6升高，提示機(jī)體在某個部位存在顯著炎癥反應(yīng)，這種情況支持了炎癥反應(yīng)參與HAPE發(fā)病的假說[6]。Bailey等對49名受試者在海平面和快速進(jìn)入高海拔(4559米)地區(qū)時檢測發(fā)現(xiàn)HAPE患者IL-6水平顯著升高[7]。周其全等回顧性調(diào)查3 184例高原病患者臨床資料，發(fā)現(xiàn)重癥急性高原病患者的IL-6、TNF-α、IL-1、IL-8等細(xì)胞因子均明顯高于高原健康人群，提示低氧環(huán)境誘發(fā)的全身炎癥反應(yīng)在高原致多器官功能損傷中發(fā)揮了重要作用[8]。對早期HAPE患者的支氣管肺泡灌洗液檢測中發(fā)現(xiàn)包括IL-6在內(nèi)的多種細(xì)胞因子均顯著升高，肺動脈壓差和IL-6、TNF-α濃度顯著相關(guān)，這些發(fā)現(xiàn)表明，炎性細(xì)胞因子能夠在HAPE早期發(fā)揮作用，可能與肺動脈高壓有關(guān)[9]。因此，動態(tài)監(jiān)測IL-6水平對于高原病診治具有參考價值。

在高原低氧動物模型研究中也發(fā)現(xiàn)了IL-6被低氧誘導(dǎo)表達(dá)的情況。Dheer等人發(fā)現(xiàn)大鼠暴露于模擬高原環(huán)境(3～14天)后促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-6水平升高[10]。短期暴露于常壓缺氧時血清IL-6濃度無明顯變化，但低氧12小時后IL-6水平顯著高于基線水平[11]。在低壓低氧暴露實(shí)驗(yàn)中，大鼠和小鼠的血清和海馬組織中TNF-α、IL-6、IL-1β的水平均顯著升高，其中IL-6的上升幅度尤為明顯[3，5]。

IL-6水平的升高也見于慢性高原病患者中。莎珍等研究發(fā)現(xiàn)臧、漢兩族高原紅細(xì)胞增多癥患者中的IL-6的含量較健康人大幅度增高，提示IL-6表達(dá)量與是否是高原紅細(xì)胞增多癥患者有關(guān)[12]。隨模擬高原低氧時間增加(2～28天)小鼠肺組織中炎癥細(xì)胞浸潤增多，炎癥因子IL-6、TNF-α等表達(dá)上調(diào)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，低氧可在染色質(zhì)重塑水平影響基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而影響小鼠肺組織中炎癥細(xì)胞的聚集及肺血管炎癥反應(yīng)，進(jìn)而介導(dǎo)肺血管收縮乃至改建肺血管結(jié)構(gòu)以促進(jìn)高原肺水腫和低氧性肺動脈高壓的形成[13]。

有文獻(xiàn)報道高原地區(qū)IL-6的升高還與高原運(yùn)動有關(guān)，運(yùn)動的強(qiáng)度和持續(xù)時間都可致血清IL-6水平升高[14，15]。在低氧和常氧條件下進(jìn)行等量訓(xùn)練時的IL-6水平都會增加，但低氧條件下的訓(xùn)練可以誘導(dǎo)更高的IL-6水平，并且血漿IL-6隨著高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練和缺氧程度的增加而增加[16，17]。Lundby等人的研究證明，在相同工作量下進(jìn)行休閑運(yùn)動的受試者運(yùn)動1小時后，血漿IL-6只增加約6pg/mL，而Hagobian等人觀察到運(yùn)動3小時后IL-6增加約18 pg/mL，這提示持續(xù)運(yùn)動時間的長短可能會影響IL-6水平，相反，在低氧條件下，相同的絕對的運(yùn)動強(qiáng)度會導(dǎo)致IL-6水平升得更高[18～19]。由此可見，低氧條件下的運(yùn)動會導(dǎo)致IL-6水平明顯變化。

細(xì)胞因子基因的多態(tài)性可影響其表達(dá)水平。有研究認(rèn)為IL-6基因啟動區(qū)一些位點(diǎn)的多態(tài)性可引起血漿IL-6水平的改變[20]。人IL-6基因位于第7號染色體短臂上，含4個內(nèi)含子、5個外顯子，基因啟動子區(qū)含有多個單核苷酸多態(tài)性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP)位點(diǎn)。目前，關(guān)于IL-6基因多態(tài)性研究最為廣泛的位點(diǎn)有-174G/C、-572C/G、-634 C/G以及罕見位點(diǎn)-1363等[21]。He等人在265名HAPE和303名健康志愿者中對IL-6和IL-4的10個多態(tài)性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)IL-6基因中的兩個SNP(rs1800796和rs1524107)與HAPE顯著相關(guān)。而IL-4的多態(tài)性與HAPE沒有任何關(guān)聯(lián)[22]。同時也有研究發(fā)現(xiàn)，IL-6基因-572C/G多態(tài)性可能與慢性阻塞性肺疾病易感性相關(guān)，該位點(diǎn)攜帶G等位基因的人群可能更容易發(fā)生慢性阻塞性肺疾病[23]。以上結(jié)果提示，IL-6可能在HAPE的進(jìn)展中起作用，其多態(tài)性可作為預(yù)測HAPE易感性的遺傳標(biāo)記。

2.IL-6的來源及其調(diào)控

血清中IL-6的升高與多種因素有關(guān)，如自身免疫性疾病、感染性疾病、外科創(chuàng)傷性疾病等。IL-6不僅可由免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞及活化的T細(xì)胞和B細(xì)胞等產(chǎn)生，也可由內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞及成纖維細(xì)胞等非免疫細(xì)胞生成。多種刺激可誘導(dǎo)IL-6表達(dá)，如IL-1β和TNF-α是IL-6表達(dá)的主要激活劑，其他如前列腺素、血小板衍生因子等細(xì)胞因子以及脂多糖 (lipopolysaccharide，LPS)等病原體相關(guān)成分都可以促進(jìn)IL-6的合成[24]。神經(jīng)組織受到特異性刺激時，膠質(zhì)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞會產(chǎn)生分泌大量的IL-6。低氧和LPS均可誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL-6、TNF-α等炎性介質(zhì)[25]。Willis等人發(fā)現(xiàn)在腦損傷早期，海馬組織中增加的IL-6由海馬顆粒分泌[26]。在低氧性肺動脈高壓模型中分離培養(yǎng)大鼠原代肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞能夠合成分泌IL-6，提示肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞也可能是低氧條件下IL-6的一個重要來源。

由高原低氧刺激的IL-6受到神經(jīng)內(nèi)分泌的調(diào)控。高原暴露作為一種環(huán)境壓力源，能夠通過神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)影響免疫功能。低氧刺激可導(dǎo)致腎上腺髓質(zhì)釋放腎上腺素、全身和組織特異性交感神經(jīng)活動的增加以及循環(huán)皮質(zhì)醇水平的短暫增加[27，28]。IL-6的產(chǎn)生和釋放是由β-腎上腺素能通路激活所引起的，注射腎上腺素會誘導(dǎo)大鼠血漿IL-6濃度的劑量依賴性增加。重要的是，這種腎上腺素誘導(dǎo)的血漿IL-6增加被β-腎上腺素能受體拮抗劑普萘洛爾阻斷。在高原暴露早期，β-腎上腺素水平升高和IL-6水平的快速增加保持同步。然而，在持續(xù)的高原暴露期間，IL-6的基礎(chǔ)水平始終保持升高狀態(tài)，而腎上腺素會恢復(fù)到海平面水平，提示有其他因素介導(dǎo)了IL-6的持續(xù)增加。有研究發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素作用于α-腎上腺素能受體的交感神經(jīng)活動，是導(dǎo)致IL-6水平在高海拔地區(qū)隨時間持續(xù)升高的主要因素[29]。

最近的研究結(jié)果顯示小鼠在不同應(yīng)激條件刺激下，體內(nèi)IL-6水平會大幅度升高，但其他炎癥因子的水平則不會發(fā)生明顯改變。通過手術(shù)切除和條件性基因敲除實(shí)驗(yàn)證實(shí)，應(yīng)激狀態(tài)產(chǎn)生的IL-6的主要來源為棕色脂肪組織，并且受β-腎上腺素/β-腎上腺素受體-3(Beta-3 adrenergic receptor，ADRB3)調(diào)控[30]。棕色脂肪產(chǎn)生的IL-6不僅對肝臟代謝進(jìn)行重編程以維持應(yīng)激狀態(tài)下機(jī)體的血糖水平，同時也介導(dǎo)了壓力刺激下脂多糖對小鼠造成的高死亡率。

3.IL-6的病理生理學(xué)意義

3.1 IL-6與HACE

高原腦水腫(High altitude cerebral edema，HACE)是由急性低壓低氧引起的高原病，其癥狀主要是頭痛、頭昏、共濟(jì)失調(diào)、意識障礙等。雖然HACE的發(fā)病機(jī)制尚不十分清楚，但炎癥在其中的作用受到日益關(guān)注。炎性細(xì)胞因子如IL-6和TNF-α是HACE的一個重要生物標(biāo)志物。高原低氧激活膠質(zhì)細(xì)胞后，釋放IL-6、TNF-α、NO等炎性介質(zhì)參與炎癥反應(yīng)，增加細(xì)胞的通透性，從而誘發(fā)細(xì)胞水腫[31]。在低劑量LPS(0.5mg/kg)聯(lián)合低氧(6000米)誘導(dǎo)的HACE模型中，小鼠血漿和海馬組織IL-6水平上升比TNF-α、IL-1β更為顯著，且腦含水量增加，說明低氧加重LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)并誘發(fā)腦水腫[5]。此外，在低氧(6000米)聯(lián)合低溫(2℃)誘導(dǎo)的HACE模型中，血清IL-6和TNF-α的水平顯著升高，說明冷應(yīng)激可以加劇低氧狀態(tài)下大鼠的炎癥反應(yīng)[32]。在低氧條件下神經(jīng)元分泌S100A8，并且在小膠質(zhì)細(xì)胞中誘導(dǎo)IL-6的分泌，進(jìn)一步誘發(fā)腦水腫[33]。以上研究結(jié)果都證實(shí)以IL-6升高為標(biāo)志的炎癥反應(yīng)在HACE的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

3.2 IL-6與HAPE

HAPE是一種非心源性肺水腫，其主要癥狀是胸悶、咳嗽、發(fā)紺和咳粉紅色泡沫痰及靜息時發(fā)生呼吸困難。目前，HAPE發(fā)生的主要機(jī)制被認(rèn)為是低氧誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子導(dǎo)致肺毛細(xì)血管滲漏和肺血管收縮導(dǎo)致的肺動脈高壓[34，35]。Swenson等人回顧性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，HAPE發(fā)病后循環(huán)和肺泡組織中的IL-6水平均升高[36]。急性缺氧可能導(dǎo)致肥大細(xì)胞釋放IL-6和5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)、血管緊張素II(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)等炎性因子，來促進(jìn)肺微血管收縮和肺動脈壓升高，進(jìn)一步加劇肺損傷并導(dǎo)致肺水腫[37，38]。低氧誘導(dǎo)促有絲分裂因子(Hypoxia-induced mitogenic factor，HIMF)是缺氧誘導(dǎo)肺動脈高壓的關(guān)鍵刺激物。Johns RA等人研究發(fā)現(xiàn)，HIMF顯著增加了肺駐留細(xì)胞中的IL-6，并增加了表達(dá)IL-6的巨噬細(xì)胞在血管周圍的積聚度，提示HIMF/IL-6通路在缺氧炎癥和肺動脈高壓發(fā)病中起著重要作用[39]。過表達(dá)IL-6的轉(zhuǎn)基因小鼠會發(fā)生自發(fā)性肺血管重塑和肺動脈高壓[40]；而IL-6基因敲除會導(dǎo)致肺部炎癥細(xì)胞募集減少，提示IL-6積極參與了小鼠缺氧誘導(dǎo)的肺部炎癥反應(yīng)和肺血管重塑[41]。上述研究表明，IL-6與HAPE的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

3.3 IL-6與血腦屏障功能異常

血腦屏障(Blood brain barrier，BBB)是一種多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，由腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、星形細(xì)胞末端足和基膜組成。BBB結(jié)構(gòu)和功能的完整性對于維護(hù)腦組織的內(nèi)穩(wěn)態(tài)起著關(guān)鍵作用，可精細(xì)調(diào)控外周循環(huán)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用。IL-6能夠直接對血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性產(chǎn)生影響。IL-6處理牛血管內(nèi)皮細(xì)胞后導(dǎo)致異硫氰酸熒光素標(biāo)記的白蛋白穿過內(nèi)皮單層的滲透性顯著增加；去除培養(yǎng)基的IL-6后，內(nèi)皮細(xì)胞的通透性又恢復(fù)到基線水平[42]。以人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞為模型研究發(fā)現(xiàn)，IL-6以劑量和時間依賴性方式增加內(nèi)皮通透性，同時伴隨著緊密連接蛋白ZO-1和細(xì)胞骨架肌動蛋白的重新分布和細(xì)胞間邊界的紊亂，說明IL-6可通過改變緊密連接的超微結(jié)構(gòu)分布和細(xì)胞的形態(tài)變化來增加內(nèi)皮通透性[43]。Furutama等人研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎癥誘導(dǎo)的IL-6表達(dá)與海馬神經(jīng)炎癥和BBB破壞有關(guān)，也與認(rèn)知障礙有關(guān)[44]。上述研究結(jié)果說明，IL-6可直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞并影響B(tài)BB正常功能。

3.4 IL-6與心肌肥厚

心肌肥厚是心臟對各種病理狀態(tài)的代償反應(yīng)，其表現(xiàn)為心肌細(xì)胞肥大、膠原增生、心肌重構(gòu)等。動物實(shí)驗(yàn)以及臨床研究均表明高原低壓低氧環(huán)境可以引發(fā)以右心室肥大為主的心肌結(jié)構(gòu)重塑以及相應(yīng)的心臟泵功能改變[45-47]。以主動脈弓縮窄手術(shù)模擬慢性心室肥大模型研究證實(shí)IL-6在心肌肥厚中起著重要作用。心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞均可產(chǎn)生IL-6，通過自分泌或旁分泌方式誘導(dǎo)心肌肥厚。Zhao等人研究證實(shí)IL-6在響應(yīng)壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)左心室肥大的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在小鼠主動脈弓縮窄模型中，IL-6基因缺失可減輕左心室肥厚和功能障礙程度[48]。在體外細(xì)胞模型中，IL-6的過表達(dá)足以誘導(dǎo)心肌成纖維細(xì)胞增殖、分化和纖維化，IL-6受體拮抗劑則可以阻斷這種誘導(dǎo)效應(yīng)。同時IL-6還可以通過促血管因子表達(dá)增加血管內(nèi)皮細(xì)胞的血管發(fā)生，因此IL-6能夠?qū)θ毖鯒l件下心肌成纖維細(xì)胞進(jìn)行多功能重編程以實(shí)現(xiàn)纖維化，從而在缺血缺氧性心肌重構(gòu)中發(fā)揮作用[49]。雖然目前沒有直接證據(jù)證明IL-6參與了高原低氧性心肌肥厚的發(fā)生過程，但借助于基因敲除技術(shù)和特異性受體阻斷劑，探討IL-6在高原低氧性心肌肥厚中的作用及其可能分子機(jī)制，對于探討相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制具有重要意義。

4.結(jié)語

IL-6是一個具有廣泛生物效應(yīng)的細(xì)胞因子，與高原病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。低氧刺激可以通過神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)IL-6水平，并參與了高原腦水腫、高原肺水腫、血腦屏障障礙、心肌肥厚等病理生理過程。雖然目前還不清楚IL-6在高原病中的具體機(jī)制，但其在高原病中的重要意義日益受到研究者的關(guān)注。在應(yīng)用研究中，應(yīng)進(jìn)一步探討IL-6在高原病的診斷、治療、預(yù)后中的應(yīng)用價值；在基礎(chǔ)研究中，應(yīng)進(jìn)一步探討IL-6的來源、調(diào)控及其具體的分子作用機(jī)制，它們對于了解高原病的發(fā)病機(jī)制具有理論意義。