IL-33在阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征中的研究進展

陳炳利 陳大艷 岳文琪 吳碧華

(1川北醫(yī)學院，四川 南充 637000；2川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院老年科)

白細胞介素(IL)-33是來自IL-1家族的警報蛋白細胞因子，位于細胞核中，并在細胞核內(nèi)充當基因調(diào)節(jié)劑。細胞損傷或死亡后，IL-33會從細胞核中釋放出來，通過跨膜形式的生長刺激表達基因2蛋白(ST2)受體發(fā)揮其促炎性生物學功能，ST2受體主要以附著在免疫細胞上的形式存在〔1〕。IL-33/ST2信號通路介導的效應器功能參與了肺、皮膚、腎臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和胃腸系統(tǒng)等不同器官的組織炎癥和修復反應〔2〕。阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS)的特征在于慢性間歇性缺氧和睡眠破碎〔3〕，與慢性低度全身性炎癥高度相關〔1〕。近年來，IL-33由于其在炎癥性疾病中的可能作用而成為研究焦點。但其在OSAHS中的研究十分有限。本文通過查閱文獻，對IL-33/ST2信號通路及其在OSAHS中的作用進行綜述。

1 IL-33/ST2信號通路

1.1IL-33 IL-33 mRNA在人類和小鼠中由多種器官和細胞類型表達。在蛋白質水平上，IL-33主要由成纖維細胞、上皮細胞和內(nèi)皮細胞表達〔4〕，特別是在高內(nèi)皮微靜脈〔5〕。最初，它被稱為高內(nèi)皮小靜脈的核因子〔1,5〕,直到后來才確定其細胞因子活性〔6〕。編碼人IL-33的基因位于9號染色體的短臂處9p24.1。該基因由8個外顯子、干擾素刺激反應元件和啟動子區(qū)域中的幾個γ干擾素激活位點組成〔1〕。它以270個氨基酸的形式組成型表達(全長IL-33;f-IL 33)，其分子質量為30 kD儲存在細胞核中，充當核調(diào)節(jié)劑〔4,7〕。其N端核結構域促進了此功能，該結構域包含與組蛋白結合的染色質結合基序〔1〕。建立IL-33的另外兩個域是IL-1樣細胞因子域和中央域〔8〕。由于IL-33缺乏傳統(tǒng)的信號序列及非規(guī)范的加工和輸出途徑，因此細胞死亡可能是細胞因子到達細胞外的主要機制〔9〕。IL-33已被鑒定為一種雙重功能的細胞因子，從細胞釋放后還具有作為警報蛋白的全部生物活性〔1〕。此外，f-IL-33充當嗜中性粒細胞和肥大細胞的絲氨酸蛋白酶的底物。其可使包含IL-1樣結構域和部分中央結構域的肽的較短形式形成成熟形式的IL-33(m-IL-33)。據(jù)估計，與f-IL-33相比，m-IL-33的生物活性提高了10～30倍〔8〕。與細胞凋亡相關的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)-3和caspase-7在IL-1樣結構域內(nèi)的保守殘基Asp178裂解，并滅活IL-33〔9〕。Kearley等〔10〕表明，香煙煙霧誘導上皮細胞中IL-33的表達增加。在病毒感染引起組織損傷時，這種增加IL-33的供應被釋放并加劇炎癥〔11〕。限制IL-33活性的主要機制是通過可溶型ST2受體蛋白(sST2)的螯合，該受體充當誘餌，抑制IL-33介導的炎癥擴展〔1〕。IL-33活性的調(diào)節(jié)還包括細胞外釋放和形成二硫鍵后半胱氨酸殘基的氧化，導致IL-33失活〔12〕。

1.2ST2受體 1989年Tominaga等〔13〕將ST2受體鑒定為IL-1受體家族的一員，屬于Toll樣受體(TLR)/IL-1R(TIR)超家族。ST2受體是IL-33特異性受體。ST2基因位于人染色體2q12.1上，約40 kb長〔14〕。由于RNA水平的選擇性剪接和3′端方式不同，并且通過不同的啟動子和轉錄本的可變剪接進行區(qū)分，在人血清中檢測到ST2基因主要表達2種形式的蛋白，即跨膜型ST2受體蛋白(ST2L)和sST2〔15,16〕。ST2L是全長蛋白，包括細胞外免疫球蛋白樣結構域、短的細胞外間隔子、跨膜結構域和細胞內(nèi)TIR結構域〔9〕。它可與IL-1受體輔助蛋白結合形成受體復合物，再與IL-33結合后可表達生物活性〔16〕。ST2蛋白在心肌細胞和各種各樣的免疫細胞上表達，包括輔助型T細胞2〔14,17〕、調(diào)節(jié)性T細胞〔18〕、先天性淋巴細胞2型〔19〕、M2極化的巨噬細胞、肥大細胞〔14,20〕、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、嗜中性粒細胞、自然殺傷細胞和自然殺傷T細胞〔4,5,14〕。免疫細胞中通過ST2發(fā)出的信號會誘導2型和調(diào)節(jié)性T細胞免疫反應、免疫球蛋白E產(chǎn)生和嗜酸性粒細胞增多〔18,19〕。

sST2蛋白缺少ST2L上包含的跨膜結構和胞質結構域，并且包含獨特的9個氨基酸的C端序列〔14〕。sST2存在于人血清中〔9〕，sST2與可溶性的受體輔助蛋白結合形成受體復合物，但其復合物與IL-33結合后則會抑制IL-33的生物活性〔16〕。在體外，已證明人肺上皮細胞和心肌細胞中的親溶性細胞因子(IL-1β和腫瘤壞死因子α)可增強sST2的產(chǎn)生。sST2還可以由肺、腎、心臟和小腸中的細胞自發(fā)產(chǎn)生〔13,21〕。故sST2通過各種炎癥刺激及心血管〔15〕、風濕病和過敏性疾病而增加，從而有力地限制了全身性IL-33升高的有害作用。在人類中，全基因組關聯(lián)研究已鑒定出與血清sST2水平改變相關的IL-1受體樣蛋白1的變異體，這可能會影響對IL-33介導反應的敏感性〔9〕。

1.3IL-33/ST2信號通路 IL-33信號通路始于細胞因子與ST2受體的結合。蛋白質附著到ST2之后，募集了校正劑IL-1受體輔助蛋白，并形成了異二聚體信號復合物，該復合物涉及髓樣分化初級應答蛋白(MYD)88，IL-1R相關激酶絲氨酸蘇氨酸激酶1和4(IRAK1，IRAK4)及腫瘤壞死因子受體相關受體(TRAF)6〔6,22〕。這導致核因子(NF)-κB轉錄和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活，包括c-Jun N端激酶(JNK)和p38〔6〕，然后通過信號傳導途徑驅動此類過程如增殖、細胞存活、細胞因子分泌(IL-4、IL-5和IL-13)和雙調(diào)蛋白的表達〔9〕。IL-33刺激僅影響ST2+細胞。響應的類型因受刺激細胞的類型而異，因為T輔助(Th)2細胞通過分泌IL-5和IL-13來響應〔6〕，而肥大細胞釋放出不同的細胞因子，包括IL-4，IL-5和IL-6。另一方面，IL-33刺激后的中性粒細胞通過趨化性遷移〔1〕，在嗜酸性粒細胞的情況下，它們的反應包括脫顆粒和活性氧的產(chǎn)生〔9〕，而對IL-33的巨噬細胞則形成另一種激活的表型。IL-33還顯示出可激活調(diào)節(jié)性T細胞中的NF-κB和p38，這導致ST2+調(diào)節(jié)性T細胞的擴增。另外，IL-33刺激轉化生長因子β介導的調(diào)節(jié)性T細胞分化。僅以獨立于IL-33/ST2的方式觀察到通過MYD88激活調(diào)節(jié)性T細胞〔1〕?？傊?，IL-33/ST2軸的潛在信號傳導途徑與IL-1樣信號傳導一致。IL-33與ST2L的特異性結合通過細胞質TIR結構域募集了許多信號分子(MYD88、IRAK1、IRAK4和TRAF6)，通過信號傳導分子絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2，P38和JNK1/2)，從而激活了NF-κB，激活蛋白(AP)-1和MAPK通路。這些轉錄因子的激活反過來導致促炎性細胞因子基因如IL-1β、干擾素γ和腫瘤壞死因子α的表達上調(diào)〔5〕。

IL-33信號傳導途徑受到sST2的負調(diào)控，該sST2缺乏跨膜結構域，并充當功能性IL-33的誘餌受體。此外，已知單個免疫球蛋白IL-1R相關分子，也稱為TIR8，通過與ST2-IL-33復合物相互作用來阻斷IL-33信號傳導〔5〕。IL-33通過ST2受體與靶細胞的相互作用促進了促炎性細胞因子的存活、黏附、脫粒、趨化性和分泌，這種現(xiàn)象廣泛涉及各種炎癥性疾病。對IL-33的核和免疫調(diào)節(jié)功能的闡明表明，IL-33與轉錄因子NF-κB相互作用并削弱了其與DNA的結合，導致成纖維細胞中NF-κB依賴的促炎基因轉錄減少〔5〕。

2 OSAHS

OSAHS的特征是在睡眠過程中反復發(fā)生上呼吸道部分或完全塌陷的事件，從而導致肺泡通氣改變，間歇性低氧血癥及呼吸作用增加和胸內(nèi)負壓波動，常常會引起覺醒并因此引起不適睡眠連續(xù)性并導致零散的睡眠體系結構〔23〕。流行病學研究和調(diào)查顯示，OSAHS的患病率在男性中為2%～4%，在女性中為1%～2%。然而，≥65歲的個體OSAHS發(fā)病率已達20%～40%〔24〕。故OSAHS是一個日益嚴重的健康問題，越來越多地影響成年人群〔25〕。目前最常見的治療方式是持續(xù)氣道正壓〔26〕。

OSAHS患者睡眠期間氣道阻塞和塌陷的反復過程導致夜間慢性間歇性缺氧，導致線粒體和內(nèi)質網(wǎng)功能障礙，過度激活還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶、黃嘌呤氧化酶和解耦聯(lián)一氧化氮合酶，誘導促氧化劑和抗氧化劑之間失衡，從而引起一系列氧化應激反應例如蛋白質氧化、脂質過氧化和DNA氧化及炎癥反應〔3〕。Kheirandish-Gozal等〔23〕對兩種經(jīng)典的原型炎性細胞因子(IL-6和腫瘤壞死因子α)的研究證實，成人和兒童中的OSAHS均可促進持續(xù)的低強度炎癥狀態(tài)。許多研究表明，OSAHS患者具有較高的炎癥標記物循環(huán)水平，包括高敏感性C反應蛋白、IL-1、IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子α、細胞間黏附分子1和血管細胞黏附分子1〔27〕。Gottlieb等〔28〕在一項招募中度至重度OSAHS的隨機對照試驗中比較了12 w的持續(xù)氣道正壓通氣(CPAP)對血壓的影響，研究發(fā)現(xiàn)CPAP能有效降低血壓并使C反應蛋白降低20%。故OSAHS可以誘發(fā)全身性炎癥，被描述為一種低度的慢性炎癥性疾病。

3 IL-33與OSAHS的研究進展

研究表明，慢性炎癥狀態(tài)會增加組織IL-33的含量，而IL-33可能與持續(xù)的炎癥信號協(xié)同作用，從而進一步促進炎癥和組織損傷〔9〕。故IL-33作為警報蛋白間接增加IL-1、IL-6、C反應蛋白等炎癥因子的表達，促進了慢性炎癥性疾病的發(fā)展。OSAHS是一種慢性疾病，且與慢性低度全身性炎癥高度相關〔1〕。研究發(fā)現(xiàn)OSAHS組的血漿IL-33和sST2明顯高于對照組，而水平在中度和嚴重OSAHS中相似，表明IL-33是引起血清水平升高的炎癥介質之一〔29〕。另有相關研究發(fā)現(xiàn)唾液中的IL-33濃度在OSAHS組明顯高于對照組，這強調(diào)了IL-33在OSAHS患者中對全身性炎癥的貢獻〔30〕。其實無論OSAHS嚴重程度如何，OSAHS都可能對IL-33水平產(chǎn)生激活作用。故IL-33及其受體sST2可能與OSAHS的全身炎癥有關〔29〕。

肥胖是OSAHS的危險因素〔1〕。過多的中央脂肪組織也會導致OSAHS的全身炎癥水平〔26〕。研究發(fā)現(xiàn)IL-33在人脂肪細胞和前脂肪細胞中均有表達，脂肪量增加導致脂肪組織內(nèi)的缺氧可能是誘發(fā)炎癥相關脂肪因子的關鍵誘因，前脂肪細胞暴露于低氧環(huán)境會導致IL-33基因表達適度增加〔31〕，因此OSAHS患者的脂肪組織提供了廣泛的IL-33來源。在非肥胖OSAHS患者中，沒有發(fā)現(xiàn)全身炎癥指標顯著增加，但也不能排除OSAHS本身確實會激活促炎途徑。目前，脂肪細胞在OSAHS中所發(fā)揮的作用尚不完全清楚，需要進一步研究，尤其是關注所選遺傳標記和動物模型的mRNA表達〔1〕。

慢性間歇性缺氧為OSAHS的主要特征。有人提出OSAHS的慢性間歇性缺氧比穩(wěn)定缺氧更易誘發(fā)炎癥，因為缺氧和復氧的周期與缺血再灌注損傷相似，而缺血再灌注損傷會促進明顯的氧化應激〔26〕。研究發(fā)現(xiàn)，呼吸道暴露于缺氧狀態(tài)會上調(diào)肺結構細胞(特別是肺動脈內(nèi)皮細胞)的IL-33/ST2表達〔32〕，通過激活下游缺氧誘導因子(HIF)/血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)信號傳導促進低氧性肺血管重構。人肺動脈內(nèi)皮細胞組成性表達IL-33及其受體ST2，而缺氧會上調(diào)其表達〔33〕。Yang等〔34〕研究發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導顯著促進IL-33和sST2的表達，并促進細胞凋亡。間歇性缺氧會導致全身性炎癥，也可能影響IL-33的產(chǎn)生〔1〕，但是這種關系的機制尚不清楚，需進一步研究。

綜上，IL-33作為一種新近發(fā)現(xiàn)的細胞因子，其通過跨膜形式的ST2受體發(fā)揮其促炎性生物學功能。OSAHS作為一種低度的慢性炎癥性疾病，已成為嚴重的健康問題。目前有關IL-33/ST2信號通路在OSAHS中的研究很少，IL-33在OSAHS中介導的作用及相關機制尚不清楚。肥胖作為OSAHS公認的危險因素，脂肪組織提供了OSAHS患者IL-33來源，但其在OSAHS中所發(fā)揮的作用尚不完全清楚。缺氧亦會影響IL-33的產(chǎn)生，相關機制仍不清楚。因此，在今后的研究中需探索IL-33/ST2信號通路在OSAHS發(fā)生和發(fā)展中的機制，為疾病診治提供新思路。