白細胞介素?38在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用及潛在性機制研究進展

蔡陸威 陶陸陽 高原

蘇州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系（江蘇蘇州 215000）

白介素?38（interleukin?38，IL?38）是最新發(fā)現(xiàn)的一種細胞因子［1-2］，在皮膚、肺、脾臟、心臟和胸腺中高表達，而在非活動免疫組織中低表達［3］。IL?38 由多種細胞所分泌，如單核細胞、滑膜細胞和免疫細胞［4-5］。在細胞發(fā)生壞死或凋亡條件下，IL?38 通過自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌途徑被分泌到細胞外，結(jié)合自身或臨近細胞表面的特異性受體IL?36R 和共同受體IL?1R，募集下游生物學(xué)分子而發(fā)揮相應(yīng)的功能。低濃度IL?38可限制Th17細胞產(chǎn)生Th17 細胞因子，增加M2 型巨噬細胞轉(zhuǎn)化，抑制M1 型巨噬細胞轉(zhuǎn)化，起到減輕炎癥反應(yīng)的作用。相反，高濃度IL?38 可通過增加促炎因子IL?6、IL?1β 和TNF?α 發(fā)揮促炎損害作用，表明IL?38 功能差異可能跟其濃度依賴性有關(guān)［6］。盡管目前對IL?38在生理條件下的生物學(xué)特性有了相當(dāng)理解，但是對于它在病理條件下的作用和潛在性機制仍不明確，尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）疾病。

CNS 疾病具有高發(fā)生率、致殘率和病死率［7-8］。其中炎癥反應(yīng)在CNS 疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。新發(fā)現(xiàn)的炎癥因子IL?38 在多種疾病發(fā)揮重要性作用。一方面，IL?38 在兒童自閉癥中通過減少小膠質(zhì)細胞的大量增殖和遷移，限制促炎因子IL?1β 和CXCL8 表達改善自閉癥的臨床癥狀［9］。另一方面，在自身性免疫疾病，IL?38可通過增加中性粒細胞和肥大細胞的增殖和遷移加劇炎癥反應(yīng)。然而，IL?38 在多種CNS 疾病中的作用和潛在性機制仍待探尋。

基于前期大量文獻調(diào)研，本綜述將概述IL?38的生物學(xué)特征及其在視神經(jīng)脊髓炎、阿爾茨海默病和缺血性腦卒中的作用和潛在性機制，旨在討論CNS 疾病治療的潛在分子靶點和新治療策略。

1 IL?38 的生物學(xué)特性

1.1 IL?38的來源、基因和蛋白分子表達特性IL?38是IL?1 家族中新穎性識別的一種抗炎細胞因子，隸屬于IL?36 亞群。于2001年它的基因被LIN 和GAN 兩個實驗團隊成功克隆，IL?38 被首次確認屬于IL?1 受體家族的成員，并被命名為IL?1HY2 和IL?1F10［10］。IL?38 的基因位于人類染色體2q13?14.1 上，介于兩個拮抗基因IL?1Ra 和IL?36Ra 之間，且與以上兩種拮抗劑的基因同源性分別高達41%和43%，提示這三者具有相類似的抑制劑功能。另外，IL?38 基因主要由5 個外顯子編碼，編碼152 個氨基酸的蛋白質(zhì)。該蛋白主要由丙氨酸、谷氨酸和亮氨酸等19 種氨基酸組成，最高比例占約9.2%。人IL?38 蛋白也由152 個氨基酸組成，并且它的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)具有IL?1 家族細胞因子典型的12?β 鏈三葉結(jié)構(gòu)。此外，IL?38 的生物學(xué)活性可能需要N 端切割，目前它仍缺乏信號肽和caspase?1 切割位點的依據(jù)［3］。

1.2 IL?38 的生物活性大量研究已經(jīng)證實IL?1家族成員需要切斷N 端氨基才能獲得完全的生物活性，包括但不限于IL?38［11］。先前的研究表明IL?36Ra 想要獲得完全的生物活性，需要caspase?1 切除N 端的第一個蛋氨酸。除了casepase?1 外，組織蛋白酶G、彈性蛋白酶和蛋白酶3，也能切割I(lǐng)L?36亞群細胞因子使其激活［12］?；贗L?38 與IL?36Ra的基因序列存在43% 的高度同源性，不難推測IL?38 的激活可能也需要相應(yīng)蛋白酶的切割N 端而獲得。研究人員從人重組IL?38 中獲得20?152 序列氨基酸（aa 20?152），而從小鼠重組IL?38 中獲得aa 3?152，結(jié)果顯示截短IL?38 可顯著降低IL1RAPL1 依賴的細胞因子產(chǎn)生，而全長IL?38 則產(chǎn)生相反的作用［13］。另外，MORA 等［13］發(fā)現(xiàn)，在凋亡細胞條件培養(yǎng)基（apoptotic cell?conditioned medi?um，ACM）上，IL?38（aa 20?152）單獨或者聯(lián)合處理顯著減少巨噬細胞上清液中IL?6 和IL?8 表達，相較于IL?38（aa 1?152），表明IL?38 存在切割形式且活性較強，這為探尋IL?38 的蛋白酶或酶切位點提供了新思路和方向。相反，單獨或聯(lián)合不同濃度的IL?38 刺激IL?1β 或LPS 誘導(dǎo)人巨噬細胞時，剪切IL?38 在低濃度時顯著降低IL?6 的表達，而IL?38的全長形式在高濃度時則顯著升高IL?6 的表達。因此，IL?38 的成熟形式具有較強的抗炎特性。也就是說，IL?38 在低濃度起抗炎作用；在高濃度起到促炎作用，造成這種現(xiàn)象的主要原因可能是IL?38 的生物活性形式多樣性。盡管目前還沒有發(fā)現(xiàn)能切割I(lǐng)L?38 的特異性蛋白酶，但據(jù)大多數(shù)研究者推測，鈣蛋白酶、基質(zhì)金屬蛋白酶2（MMP2）、MMP9、組蛋白酶G 和顆粒酶B 極有可能存在識別IL?38 上潛在的剪切位點，比如MMP2 的剪切位點與用來產(chǎn)生人IL?38 的20?152 個氨基酸的A?x?Asp模型一致［11］。然而，IL?38 被切割后相應(yīng)的成熟形式的生物學(xué)活性及生物學(xué)活性的強弱還有待進一步研究。

1.3 IL?38 的受體及其生理條件下推定的信號通路傳統(tǒng)認為，IL?38 競爭性結(jié)合IL?36R，限制IL?36R 招募IL?1Racp 的能力，阻斷IL?36/IL?36R 下游MAPK（ERK，p38，JNK）、NF?kB和激活蛋白1（AP?1）信號通路，引起負反饋性調(diào)節(jié)功能［11］。然而，當(dāng)下認為，IL?38 可以上調(diào)膠原誘導(dǎo)性大鼠關(guān)節(jié)組中沉默調(diào)節(jié)蛋白1（Sirtuin 1，SIRT1）的表達，而下調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子（Hypoxia?inducible factor，HIF）1α、髓樣分化因子（myeloid differentiation factor88，Myd88）、NF?κb 及AP?1 的表達。在SIRT1 抑制劑處理下，IL?38 的上述抑炎作用被抑制，表明IL?38 可通過抑制炎癥緩解膠原誘導(dǎo)性大鼠關(guān)節(jié)損傷，依賴于SIRT1/HIF?1α信號通路［14］。除此之外，IL?38拮抗作用很可能依賴于它募集IL?1R家族的共同抑制性受體，如SIGIRR、TIGIRR1 和/或TIGIRR2。TIGIRR?2是公認的具有抑制促炎細胞因子的功能，且是IL?38 的新穎性受體。低濃度的IL?38 處理有效地阻斷念珠菌誘導(dǎo)的IL?17 反應(yīng)，而高濃度IL?38 則失去阻止IL?17 表達的能力，且更高濃度IL?38 反向增加它產(chǎn)生［6］。另外，IL?38從凋亡細胞中釋放，與孤兒受體三免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域結(jié)合IL?1 受體相關(guān)2（TIGIRR?2）［15］。那么，IL?38 發(fā)揮抗炎的信號機制可能依賴于TIGIRR?2。盡管IL?38 的生物學(xué)特性和相關(guān)分子機制在生理條件下有一定的理解，但是它在疾病狀態(tài)下的作用和潛在性機制仍是空缺，特別是CNS 疾病。

2 IL?38 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的推測性作用和潛在性機制

2.1 視神經(jīng)脊髓炎視神經(jīng)脊髓炎（Neuromyelitis optica disorder，NMOD）是一種累及視神經(jīng)和長節(jié)段脊髓脫髓鞘疾病。起初NMOD 被認為是多發(fā)性硬化。然而，2004年在NMOD 患者的血清中發(fā)現(xiàn)一種自身抗體，它可以自由穿透血腦屏障，并特異性地與星形膠質(zhì)細胞的水通道蛋白（AQP）4 結(jié)合，稱為NMO?IgG。NMO?IgG 可引起補體系統(tǒng)激活破壞星形膠質(zhì)細胞，導(dǎo)致少突膠質(zhì)細胞的損傷，從而引起炎癥性脫髓鞘病變和壞死［16］，所以NMO?IgG是NMOD 病理發(fā)生的基礎(chǔ)。

IL?38 作為一種經(jīng)典的抗炎因子，可以抑制參與Th17 途徑的趨化因子的分泌［17］。而產(chǎn)生IL?17的Th17 細胞是包括NMOD 在內(nèi)的自身免疫性疾病的關(guān)鍵驅(qū)動因素［18］。因此，該研究結(jié)果支撐IL?38可能通過限制Th17 炎癥反應(yīng)抑制NMO 病理改變的假設(shè)。一方面，Th17 細胞對AQP4 的表達具有特異性，可以破壞血腦屏障，使抗AQP4 的自身抗體和活化補體通過血腦屏障聚集在病灶多核細胞聚集處。另一方面，Th17 能產(chǎn)生多種促炎細胞因子，特別是IL?17、IL?22 和IL?6。它們都會誘導(dǎo)B細胞分化為產(chǎn)生抗體的漿細胞，從而促進血清AQP4 抗體的產(chǎn)生，干擾神經(jīng)功能［19］。因此，Th17可能作為NMOD 靶向治療的靶細胞，有效抑制其活性可能是治療NMOD 新的思路。

先前的研究表明IL?38 可通過抑制NF?κB 和MAPK 信號通路阻斷Th17 細胞的分化和功能，并且NF?κB 和MAPK 抑制劑限制IL?38 減少IL?17 表達水平，表明NF?κB 和MAPK 信號通路介導(dǎo)了IL?38 抑制IL?17 的作用［20］。另外，IL?38 能夠顯著提高SIRT1 陽性的表達，同時降低HIF?1α、AP?1、NF?κB 的陽性表達，從而改善炎癥反應(yīng)中Th17/Treg 失衡［14］。盡管IL?38 在NMOD 中的作用及相應(yīng)分子機制尚未見報道，但是，筆者推測SIRT1/HIF?1α 或NF?κB、MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能介導(dǎo)IL?38 調(diào)節(jié)Th17，發(fā)揮保護對抗疾病發(fā)展的作用。未來有待深入探索IL?38在NMOD中發(fā)揮保護作用的具體分子機制，以期為精準治療NMOD患者提供可靠的理論依據(jù)。

2.2 阿爾茨海默病阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種進行性、致命性神經(jīng)退行性疾病，其臨床特征是智力衰退、行為紊亂和認知功能障礙。然而，AD 的具體分子機制和治療方法仍不確定。眾所周知，AD 的特征性病理變化是大量不溶性斑塊的沉積，這些斑塊由淀粉樣蛋白?β（Aβ）的聚集物和細胞內(nèi)的神經(jīng)元纖維纏結(jié)組成。炎癥級聯(lián)在淀粉樣斑塊發(fā)生和發(fā)展中起著重要的作用［21-22］。例如，患有類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）等自身免疫性疾病的患者易發(fā)生Aβ 沉積，顯著提高患AD 的風(fēng)險率［23］。新發(fā)現(xiàn)的細胞因子IL?38 在大量炎癥性疾病中起到了抑制炎癥反應(yīng)的保護作用，暗示IL?38 可能作為一種治療炎性病，像阿爾茨海默病的新藥物或新靶點。

研究表明，IL?38 能顯著下調(diào)脂多糖（LPS）刺激的巨噬細胞釋放的IL?1β 和TNF?α 的表達［24］。IL?1β 和TNF?α 是AD 病理發(fā)生進展的關(guān)鍵誘因［25］。在β?APP 轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織中Aβ 反復(fù)激活小膠質(zhì)細胞，使其過表達IL?1β，引起腦神經(jīng)的慢性炎癥損傷［26］。而在AD 患者的大腦中，IL?1β受體廣泛表達在星形膠質(zhì)細胞的表面，當(dāng)它結(jié)合配體IL?1β 后，它們可誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞的增殖和激活，大量表達S100 蛋白，促進萎縮性軸突的過度生長。除此之外，它還能誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞表達其他Aβ 結(jié)合配體，如IL?6、α1?ACT、ApoE 和補體，誘發(fā)神經(jīng)斑塊形成，引起疾病的惡化［27-28］。同樣，TNF?α 也與AD 的病理變化密切相關(guān)。健康成年人大腦中TNF?α 的表達水平很低，但它在神經(jīng)退行性大腦中卻過度表達［29］。TNF?α 通過與受體TNFR1 和TNFR2 結(jié)合介導(dǎo)神經(jīng)元凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（RA）等自身免疫疾病的患者AD 的風(fēng)險比正常人高，TNFR1 的表達水平顯著升高，而TNFR2 的表達水平下降［30］，表明TNFR1 是Aβ 誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡的重要因子。TNF?α 與神經(jīng)元細胞膜上的TNFR1 結(jié)合，激活死亡域（DD）的活性，并通過核因子NF?κB 與BACE1 啟動子結(jié)合觸發(fā)信號級聯(lián)反應(yīng)，促進淀粉樣斑塊的形成增強神經(jīng)變性［31］。因此，筆者推測抑制促炎炎癥因子/NF?κB 信號通路可能對AD 起到一定預(yù)防和治療作用。的確，IL?38 能顯著降低促IL?1β 和TNF?α的表達水平，限制AD 的病理性損傷，但是具體的分子機制不清楚［6］。結(jié)合以往的研究成果，筆者推測IL?38/NF?κB/BACE1 信號軸可能在抑制促炎癥因子方面發(fā)揮重要作用，有望成為理解AD 病理改變的新機制及預(yù)防和治療AD 患者的新靶點。

2.3 缺血性腦卒中腦卒中是全球第三大死亡和殘疾的風(fēng)險因素，分為出血性腦卒中和缺血性腦卒中［32］。其中缺血性腦卒中是由各種內(nèi)、外因素導(dǎo)致的腦部供血障礙，誘發(fā)局部腦組織缺血缺氧壞死和腦部神經(jīng)功能障礙［33］。大量研究表明，長期持續(xù)性炎癥反應(yīng)會加重病理性損傷，惡化神經(jīng)功能缺陷；有效減輕炎癥反應(yīng)能顯著減輕病理性損傷，改善神經(jīng)功能［34］。IL?38 作為新發(fā)現(xiàn)的抗炎細胞因子，在多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中扮演著至關(guān)重要性作用，包括但不限于腦血管疾病。已經(jīng)有研究表明接受組織纖溶酶原激活劑（tissue?type plasminogen activator，tPA）治療且預(yù)后良好的缺血性腦卒中患者血清IL?38 的含量顯著提高，這提示IL?38 可能是缺血性卒中預(yù)后的早期可靠預(yù)測標(biāo)志物［35］。然而，IL?38 在缺血性腦卒中的具體作用及其潛在分子機制仍待探明。

最近的權(quán)威報道揭示IL?38具有抗血管生成的作用，抑制血管內(nèi)皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）對血管內(nèi)皮細胞的影響。例如，在角膜新生血管的小鼠模型中，IL?38 不僅能抑制受損角膜中血管的形成，還能阻止內(nèi)皮細胞的增殖、遷移和毛細血管的形成［36］。而在膠原性關(guān)節(jié)炎（CIA）大鼠模型中，大劑量IL?38［5 ng/（g·d）］干預(yù)后使VEGF、VEGFR1 和VEGFR2 的表達明顯下降，抑制CIA 大鼠的新生血管形成，依賴于SIRT1/HIF?1α 信號通路介導(dǎo)的［14］。因此，IL?38 能清除腦內(nèi)缺血性卒中損傷的血管，同時加速血管內(nèi)皮增殖，修復(fù)血管，從而改善腦血管疾病。

IL?38 能有效抑制促炎癥因子，阻斷其對血管內(nèi)皮的損傷和毒性，這可能是通過IL?38/IL?1R 軸實現(xiàn)的。事實上，應(yīng)用外源性IL?1Ra 或過量表達內(nèi)源性IL?1Ra 可明顯減少由缺血、創(chuàng)傷或興奮性毒性引起的腦損傷及由此引起的癲癇發(fā)作，而應(yīng)用IL?1Ra 中和抗體或敲除IL?1Ra 基因可加劇缺血性腦損傷［37］。另外，IL?1R1 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種細胞中廣泛表達，包括神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞和血管內(nèi)皮細胞。IL?38 常被用作IL?Ra 的拮抗劑，它可以通過抑制與IL?1R1 的結(jié)合來介導(dǎo)抗炎反應(yīng)。ZHANG 等［38］發(fā)現(xiàn)，一種具有類似IL?38 功能特性的新型細胞因子IL?37 在急性缺血性腦卒中后的大腦和血漿中表達增加，作為一種神經(jīng)保護劑可以防止小鼠的腦部炎癥損傷、運動障礙和肺部感染?；谝陨习l(fā)現(xiàn)，筆者推測IL?38 很有可能發(fā)揮IL?1 的拮抗劑作用競爭性結(jié)合IL?1R1，通過SIRT1/HIF?1α 等信號通路，下調(diào)VEGF 的表達，從而在預(yù)防和治療腦卒中方面體現(xiàn)出較強的可行性，但具體作用和分子機制還需要更多的研究來證實。

3 總結(jié)與展望

目前關(guān)于IL?38 的報道大多局限于皮膚、肺、心臟等器官組織，而對IL?38 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的報道較少。盡管本綜述對IL?38 在生理和病理條件下的作用和機制有一定理解（表1），但是仍有大量科學(xué)問題待未來實驗數(shù)據(jù)支撐，如IL?38 的具體成熟形式和活性強弱、其N 端蛋白酶的類型和剪切位點、特異性受體類型和生理狀態(tài)下的潛在分子機制以及病理條件下的分子機理?？傊琁L?38能有效地同時調(diào)控多種促炎因子IL?17、IL?1β、TNF?α、IL?22 和IL?8 的表達變化，那么，IL?38 將有望成為臨床上治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的新藥物或靶點。

表1 IL?38 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用Tab.1 The role of IL?38 in central nervous system diseases