IL-6在眼部炎性疾病中的作用

涂園園,朱曼輝

0 引言

白細(xì)胞介素-6(interleukin-6, IL-6)是由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞及其他細(xì)胞類型產(chǎn)生的多效性細(xì)胞因子。它在宿主抵御環(huán)境壓力(如損傷和感染)中起著核心作用。在非感染性炎癥中,來(lái)自受損或垂死細(xì)胞的危險(xiǎn)相關(guān)分子模式刺激Toll樣受體產(chǎn)生IL-6;而在感染性炎癥中,單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在具有不同病原相關(guān)分子模式的Toll樣受體的刺激下迅速產(chǎn)生IL-6[1]。IL-6與IL-6受體(interleukin-6 receptor, IL-6R)結(jié)合介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。IL-6R以兩種形式存在,分別是跨膜受體蛋白和可溶性形式(soluble IL-6R, sIL-6R)。IL-6與跨膜形式IL-6R結(jié)合,產(chǎn)生的IL-6/IL-6R復(fù)合物與糖蛋白130(glycoprotein 130,gp130)結(jié)合形成IL-6、IL-6R和gp130組成的六聚體結(jié)構(gòu),啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(經(jīng)典信號(hào)通路)。除此之外,IL-6還可與sIL-6R偶聯(lián),gp130將發(fā)生二聚化和活化,從而導(dǎo)致Janus激酶家族酪氨酸激酶(JAKs)的激活,使gp130發(fā)生磷酸化(反式信號(hào)通路)[2]。近年來(lái)研究表明,IL-6在眼部炎癥和血管生成中發(fā)揮重要作用,本文就IL-6在眼部炎性疾病中的相關(guān)研究進(jìn)行綜述,以期深入、系統(tǒng)地了解IL-6在眼部疾病中的作用。

1 IL-6在眼表疾病中的作用

1.1IL-6與干眼干眼是一種常見的以淚膜和眼表功能失調(diào)為特征的疾病。根據(jù)疾病的嚴(yán)重程度將其分為輕度、中度和重度。目前普遍認(rèn)為炎癥是干眼病理過(guò)程的主要潛在機(jī)制,并且炎癥也是當(dāng)前許多治療方案的靶標(biāo)[3]。干眼患者結(jié)膜印跡細(xì)胞樣本及高滲應(yīng)激誘導(dǎo)的人角膜上皮細(xì)胞中IL-6、IL-8、IL-17A、IL-17F、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)及基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)均表達(dá)升高[4]。其中IL-6被證實(shí)與干眼患者眼表疾病指數(shù)評(píng)分呈負(fù)相關(guān),且隨著癥狀的加重,IL-6表達(dá)升高[5],表明IL-6在干眼中的重要作用。在Sle1.Yaa小鼠(自發(fā)性狼瘡小鼠)的繼發(fā)性干燥綜合征(Sj?gren syndrome,SS)中,可見小鼠唾液腺中局灶性淋巴細(xì)胞浸潤(rùn),而IL-6敲除后,淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)得以減輕,表明IL-6促進(jìn)Sle1.Yaa小鼠的腺體炎癥[6]。與健康人相比,SS患者血清中IL-6、甲殼質(zhì)酶蛋白-40(chitinase protein 40,YKL-40)和TNF-α顯著上調(diào),且IL-6與YKL-40、TNF-α均具有顯著相關(guān)性[7]。Zhou等[8]將間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體作為滴眼劑,發(fā)現(xiàn)外泌體通過(guò)抑制炎癥和改善小鼠和人角膜上皮恢復(fù),從而緩解移植物抗宿主病相關(guān)干眼。機(jī)制研究表明,外泌體中miR-204可直接靶向IL-6R,從而抑制IL-6/IL-6R/STAT3信號(hào)通路,調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞從促炎的M1型向免疫抑制的M2型轉(zhuǎn)化。該研究揭示了miR-204作為IL-6/IL-6R通路的上游調(diào)節(jié)基因,在移植物抗宿主病相關(guān)干眼中發(fā)揮顯著療效,同時(shí)也側(cè)面證實(shí)IL-6/IL-6R通路在干眼發(fā)病機(jī)制中具有促進(jìn)作用。瞼板腺功能障礙(meibomian gland dysfunction, MGD)以腺管阻塞和/或腺分泌物的性或量變化為特征,MGD是蒸發(fā)型干眼的主要原因。Li等[9]研究發(fā)現(xiàn),與無(wú)MGD的干眼患者相比,MGD組干眼患者淚液中IL-6、TNF-α的表達(dá)顯著升高,且IL-6的表達(dá)與角膜染色評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。由此可見,IL-6促進(jìn)干眼的發(fā)生且與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。

1.2IL-6與角膜炎細(xì)菌、真菌、病毒等微生物侵入角膜引發(fā)的炎癥性病變稱感染性角膜病,是各種感染性角膜炎癥的總稱。感染性角膜病是我國(guó)和其他發(fā)展中國(guó)家的主要致盲眼病之一,占角膜盲的首位。IL-6在細(xì)菌、真菌及病毒性角膜炎中均被檢測(cè)到表達(dá)增多[10-12],IL-6參與調(diào)節(jié)角膜感染后的炎癥反應(yīng),同時(shí)影響微生物的增殖[13]。在小鼠金黃色葡萄球菌感染性角膜炎中,Hume等[13]發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比,IL-6基因敲除小鼠[IL-6(-/-)]的角膜有更廣泛的浸潤(rùn)和更嚴(yán)重的上皮侵蝕。IL-6(-/-)小鼠中可以提取到4倍于野生型小鼠的細(xì)菌數(shù)。重組IL-6的應(yīng)用改善了該感染性角膜炎小鼠的預(yù)后,降低了野生型和IL-6(-/-)小鼠的臨床評(píng)分,眼部細(xì)菌計(jì)數(shù)也顯著減少。銅綠假單胞菌是一種可引起角膜嚴(yán)重感染甚至致盲的機(jī)會(huì)性致病菌。Cole等[14]探討了IL-6在銅綠假單胞菌角膜炎中的作用。他們發(fā)現(xiàn), IL-6(-/-)野生型小鼠有更嚴(yán)重的臨床體征和更多的細(xì)菌負(fù)荷。盡管IL-6(-/-)小鼠全眼有更多的中性粒細(xì)胞浸潤(rùn),但角膜中央的中性粒細(xì)胞并未對(duì)感染做出反應(yīng),可能是由于角膜中細(xì)胞間黏附分子(ICAM)-1的表達(dá)減少。

人單純皰疹病毒(herpes simple virus, HSV)引起的角膜感染稱為單純皰疹病毒性角膜炎,其臨床特點(diǎn)是多次發(fā)作使角膜混濁逐漸加重,最終導(dǎo)致失明。角膜組織被認(rèn)為是HSV-1建立潛伏感染的部位,HSV感染中,IL-6導(dǎo)致病毒存活和角膜神經(jīng)退化[12]。在病毒的LAT啟動(dòng)子中有IL-6反應(yīng)元件,這可能是IL-6誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。LAT啟動(dòng)子中缺乏IL-6反應(yīng)元件的病毒構(gòu)建體比其野生型的重新激活率更低[15]。此外,結(jié)膜下給予IL-6中和抗體可部分保存HSV-1感染小鼠的角膜神經(jīng)結(jié)構(gòu)和敏感性[12]。在病毒重新激活前8～12h用抗IL-6單克隆抗體預(yù)處理角膜可以降低眼部病毒再活化的頻率[16]。以上結(jié)果證實(shí),在角膜炎的發(fā)生發(fā)展中,IL-6引起的炎癥反應(yīng)對(duì)誘導(dǎo)角膜急性免疫防御機(jī)制及清除病原體具有重要意義。但在單純皰疹病毒性角膜炎中,過(guò)度產(chǎn)生的IL-6導(dǎo)致角膜神經(jīng)退化及病毒反復(fù)感染。由此可見,IL-6的促炎作用偏向保護(hù)作用還是致病作用,取決于感染的微生物種類。

1.3IL-6在葡萄膜炎中的作用Perez等[17]證實(shí)活動(dòng)期中間或后葡萄膜炎患者玻璃體中IL-6表達(dá)較對(duì)照組顯著升高。Murray等[18]檢測(cè)了16例Fuchs異色性睫狀體炎和8例弓形蟲葡萄膜炎患者房水和血清中IL-6的表達(dá)情況,發(fā)現(xiàn)上述兩種葡萄膜炎患者房水中IL-6表達(dá)升高,而血清中并未發(fā)現(xiàn)顯著升高的IL-6。表明在葡萄膜炎患者房水中發(fā)現(xiàn)的IL-6是局部產(chǎn)生的,而不是由于血清滲漏。人白細(xì)胞抗原-B27(human leukocyte antigen B27,HLA-B27)相關(guān)葡萄膜炎占所有急性前葡萄膜炎病例近50%[19]。HLA-B27相關(guān)葡萄膜炎患者淚液樣本中IL-6、IL-10及IL-6/IL-10比值較非HLA-B27葡萄膜炎升高。根據(jù)疾病活動(dòng)性將HLA-B27相關(guān)葡萄膜炎患者分為靜止期組和活動(dòng)期組。與靜止期組相比,活動(dòng)期組中IL-6表達(dá)升高;同樣,與非HLA-B27葡萄膜炎相比,即使在靜止期,HLA-B27相關(guān)葡萄膜炎患者淚液中IL-6水平也更高[19]。IL-6或許可以作為葡萄膜炎發(fā)作期的一個(gè)潛在標(biāo)志物。除此之外,IL-6還在一些特殊類型的葡萄膜炎,如白塞病、小柳原田綜合征、特發(fā)性葡萄膜炎患者房水中表達(dá)也是升高的[20-22]。

實(shí)驗(yàn)性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis,EAU)是人類葡萄膜炎的嚙齒動(dòng)物模型,該模型在葡萄膜炎發(fā)病機(jī)制、藥物治療等方面應(yīng)用廣泛。多項(xiàng)研究表明,EAU是由自身反應(yīng)性Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞介導(dǎo)的,而IL-6被認(rèn)為是誘導(dǎo)原始T細(xì)胞結(jié)合TGF-β向Th17早期分化的關(guān)鍵因素[23]。Th17細(xì)胞進(jìn)一步產(chǎn)生IL-6、IL-17、TNF-α,刺激成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子來(lái)維持炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致組織損傷和慢性炎癥[24]。IL-6缺陷的小鼠不能誘導(dǎo)Th17細(xì)胞,并且這些小鼠的EAU評(píng)分在整個(gè)時(shí)間進(jìn)程中都是降低的。全身應(yīng)用重組抗IL-6受體抗體可改善EAU對(duì)抗原特異性Th17分化/擴(kuò)增的干擾,IL-6阻斷可抑制急性Th17反應(yīng)并改善慢性/難治性眼內(nèi)炎癥[25]。

臨床研究和實(shí)驗(yàn)研究均表明IL-6與葡萄膜炎密切相關(guān)。而且,IL-6受體的人源化單克隆抗體托珠單抗(Tocilizumab,TCZ)也被證實(shí)對(duì)治療巨大淋巴細(xì)胞增生癥相關(guān)葡萄膜炎、鳥槍彈樣脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜病變、白塞病和難治性特發(fā)性葡萄膜炎有效[23,26-27]。此外,回顧研究表明,TCZ對(duì)于葡萄膜炎引起的黃斑水腫也具有很好的控制作用[28]。

2 IL-6在玻璃體視網(wǎng)膜病變中的作用

2.1 糖尿病視網(wǎng)膜病變糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病引起的最常見的眼部并發(fā)癥。研究表明,炎癥反應(yīng)與DR的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[29]。IL-6是一種在DR患者血清、房水和玻璃體中表達(dá)均升高的多效性細(xì)胞因子,是DR發(fā)病的重要因素[30-32]。IL-6在DR患者房水中的表達(dá)明顯高于無(wú)糖尿病對(duì)照組和無(wú)DR組[33]。伴有增殖性DR患者的血漿IL-6濃度高于無(wú)DR、輕度DR及重度DR患者[30]。由此可見,IL-6與DR嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。Lu等[34]研究發(fā)現(xiàn),IL-6的表達(dá)升高與rs 1800795 GC和rs 1800796 GG兩種基因型有關(guān)。

IL-6被認(rèn)為在視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)中具有有害作用。既往研究表明,升高的IL-6通過(guò)下調(diào)緊密連接蛋白ZO-1和occludin的表達(dá)增加血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性,導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管滲漏[35]。相反地,在神經(jīng)視網(wǎng)膜中,IL-6被證實(shí)對(duì)視網(wǎng)膜脫離誘導(dǎo)的光感受器細(xì)胞死亡和高糖誘導(dǎo)的Müller細(xì)胞死亡中具有保護(hù)作用[36-37]。Coughlin等[37]首次證實(shí)IL-6經(jīng)典信號(hào)通路通過(guò)VEGFA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)保護(hù)人Müller細(xì)胞免受葡萄糖毒性作用。在高糖條件下,Müller細(xì)胞持續(xù)且適度地釋放IL-6,從而導(dǎo)致VEGFA產(chǎn)生增加。VEGFA最初對(duì)Müller細(xì)胞是起保護(hù)作用的。但是,由于Müller細(xì)胞貫穿視網(wǎng)膜全層且與視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)緊鄰,大量產(chǎn)生的VEGFA最終將導(dǎo)致血管完整性的破壞,發(fā)揮有害作用。上述結(jié)果對(duì)于靶向IL-6的藥物開發(fā)具有重要意義,因?yàn)閲?yán)格的抗IL-6療法可能會(huì)進(jìn)一步降低DR中的神經(jīng)視網(wǎng)膜功能。

2.2 年齡相關(guān)性黃斑變性年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,ARMD)是導(dǎo)致老年人不可逆性中心視力喪失最常見的視網(wǎng)膜退行性疾病[38]。研究表明,氧化應(yīng)激和炎癥是促進(jìn)ARMD發(fā)生和進(jìn)展的早期病理事件[39]。早期ARMD的臨床特征是drusen-視網(wǎng)膜下色素上皮細(xì)胞碎片沉積。這些沉積物的形成是視網(wǎng)膜組織和視網(wǎng)膜色素上皮(pigment epithelium,RPE)處理活性氧化物持續(xù)暴露的有效性隨年齡增長(zhǎng)而下降的結(jié)果,炎癥被認(rèn)為可以加速這一過(guò)程[40]。根據(jù)ARMD的臨床表現(xiàn)和病理改變不同將其分為兩型:干性和濕性。其中,濕性ARMD又稱新生血管性ARMD,與免疫學(xué)改變和炎癥密切相關(guān)[41]。

IL-6作為一種強(qiáng)大的促炎細(xì)胞因子,被證實(shí)在ARMD患者的房水和血清中呈升高趨勢(shì)[42-43]。IL-6房水水平與6mm內(nèi)黃斑體積呈正相關(guān)。通過(guò)進(jìn)一步篩選3mo內(nèi)最后一次玻璃體內(nèi)注射貝伐珠單抗的脈絡(luò)膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)患者房水中IL-6的表達(dá),發(fā)現(xiàn)IL-6表達(dá)水平與黃斑最大厚度和1、3、6mm內(nèi)黃斑體積仍存在顯著相關(guān)性[44]。在動(dòng)物ARMD模型中,Kim等[45]和Izumi-Nagai等[46]分別采用小鼠視網(wǎng)膜下注射人脂質(zhì)過(guò)氧化氫和激光誘導(dǎo)的方式構(gòu)建小鼠ARMD模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ARMD小鼠視網(wǎng)膜及RPE-脈絡(luò)膜復(fù)合體中IL-6的mRNA及蛋白表達(dá)均增高。阻斷IL-6受體或敲除IL-6顯著抑制了CNV的形成。此外,IL-6受體中和可抑制炎癥相關(guān)分子,包括單核細(xì)胞趨化蛋白、細(xì)胞間黏附分子-1、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的體內(nèi)和體外表達(dá),以及CNV處巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)[46]。由此可見,IL-6或許可以作為ARMD治療的潛在靶點(diǎn)。

2.3IL-6在眼眶病中的作用甲狀腺相關(guān)眼病(thyroid-associated ophthalmopathy, TAO),又稱Graves眼病(Graves ophthalmopathy,GO)或甲狀腺眼病,是最常見的自身免疫性眼眶病[47]。活動(dòng)期TAO患者淚液中IL-1β、IL-6、IL-8的表達(dá)較非活動(dòng)期TAO和無(wú)癥狀對(duì)照組增多[48]。與無(wú)眼病的Graves病(Graves disease,GD)患者相比,IL-6濃度在GD伴眼病患者的血清中顯著升高。在47例甲狀腺疾病病程長(zhǎng)于1a的眼病患者中,有22例患者的血清IL-6水平較病程短的患者高。放射碘和藥物治療均不能降低IL-6的血清濃度[49],提示IL-6是GO炎癥過(guò)程中的重要因素。IL-6的可溶性受體sIL6-R在GD患者血清中表達(dá)增多,且GD活動(dòng)期炎性TAO患者血清sIL-6R濃度高于非活動(dòng)期或無(wú)TAO患者。甲巰咪唑治療后,sIL6-R濃度可降至正常水平,而對(duì)IL-6表達(dá)沒有影響[50]。sIL-6R的細(xì)胞釋放可能受到甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)的影響,其方式與IL-6不同。

TCZ作為針對(duì)IL-6受體的人源化單克隆抗體,已獲批用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、全身性幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎和Castleman病[51]。隨機(jī)試驗(yàn)表明,TCZ可有效減少類固醇耐藥病例的眼眶炎癥,并有較小的疾病修飾作用[52]。目前,TCZ在治療對(duì)類固醇治療無(wú)效的活動(dòng)、嚴(yán)重的GO中顯示出其有效性及安全性。隨著更多臨床試驗(yàn)的開展,TCZ或許可以在不久的將來(lái)運(yùn)用到GO的臨床治療中。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,IL-6在眼部炎性疾病中發(fā)揮雙重作用:(1)IL-6不僅可以保護(hù)角膜組織免受細(xì)菌感染,還可以抑制高糖對(duì)Müller細(xì)胞的毒性作用;(2)IL-6促進(jìn)眼部的炎癥反應(yīng)及異常新生血管生成從而損害眼部組織。IL-6在眼部結(jié)膜、角膜、葡萄膜、視網(wǎng)膜和眼眶等部位的炎癥過(guò)程中發(fā)揮重要作用。近年來(lái),靶向IL-6信號(hào)通路的藥物如TCZ被證實(shí)可以抑制眼部炎癥,TCZ針對(duì)葡萄膜炎和甲狀腺眼病的相關(guān)臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中。通過(guò)TCZ或其他化學(xué)藥物和療法阻斷IL-6信號(hào)通路將有助于攻克與眼病相關(guān)的并發(fā)癥。