白細(xì)胞介素-10的免疫雙重作用及抗炎應(yīng)用進(jìn)展

王貞麗,秦歡,王建剛,丁會芹,

(1 中國人民解放軍海軍青島特勤療養(yǎng)中心質(zhì)量管理科,山東 青島 266071;2 青島大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院; 3 康立泰生物醫(yī)藥(青島)有限公司)

30年前,人們首次發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞介素-10(IL-10),認(rèn)為其是Th2細(xì)胞分泌的標(biāo)志性細(xì)胞因子。在IL-10發(fā)現(xiàn)初期,人們便證明它可以抑制Th1細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子[1],以及通過下調(diào)主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(MHC-Ⅱ)抑制單核細(xì)胞的抗原遞呈能力,從而阻止T細(xì)胞特異性增殖[2]。但隨著研究的深入,人們逐漸發(fā)現(xiàn)IL-10不僅具有抗炎的免疫抑制作用,同時(shí)又有免疫刺激作用,這可能是阻礙IL-10臨床應(yīng)用的重要原因。本文通過對IL-10免疫雙重作用的分析及抗炎作用的機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,分析IL-10抗炎方面的治療潛力,旨在為IL-10抗炎作用的臨床應(yīng)用和藥物開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 IL-10結(jié)構(gòu)與來源

IL-10是由兩個(gè)非共價(jià)鍵結(jié)合的單體組成的同型二聚體分子,分子量約36 000,每個(gè)單體由160個(gè)氨基酸組成,在單體之間存在兩個(gè)二硫鍵連接。IL-10主要由活化的T細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和B細(xì)胞分泌,其中T細(xì)胞是IL-10的主要來源[3]。值得注意的是,近年來研究顯示,一些非造血細(xì)胞(如上皮細(xì)胞)也能夠產(chǎn)生IL-10,當(dāng)內(nèi)源性和外源性遞質(zhì)(例如脂多糖、兒茶酚胺和cAMP升高藥物)激活這些細(xì)胞時(shí),IL-10就會釋放出來[4]。

2 IL-10在免疫反應(yīng)中的雙重作用及影響因素

早先的研究認(rèn)為,IL-10的主要作用是抑制炎癥反應(yīng)。然而,近些年的研究結(jié)果卻表明IL-10可能存在免疫雙重作用,即在某些情況下促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生而非抗炎,這一作用可能是阻礙IL-10在炎癥性疾病中應(yīng)用的原因之一。例如,RENNICK等[5]研究發(fā)現(xiàn),IL-10缺陷型小鼠自發(fā)性發(fā)展為炎癥性腸病(IBD),體內(nèi)產(chǎn)生大量促炎細(xì)胞因子;而過表達(dá)IL-10的小鼠可以抵抗葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎,這表明內(nèi)源性IL-10能夠預(yù)防IBD的發(fā)生。此外,IL-10在胰腺炎[6]、糖尿病[7]、膿毒癥[8]動物模型中均表現(xiàn)出了抑制炎癥作用。然而臨床研究結(jié)果卻與預(yù)期相反,給予重組人源IL-10(rhIL-10)病人臨床癥狀并沒有顯著地改善,且療效在病人間存在較大差異,rhIL-10對疾病嚴(yán)重程度高、內(nèi)源性IL-10血清水平低病人的療效高于疾病嚴(yán)重程度低、IL-10血清水平高的病人[9];此外,低至中劑量的rhIL-10給藥可改善病人臨床癥狀,而高劑量rhIL-10全身給藥促進(jìn)疾病進(jìn)展,這與血清促炎細(xì)胞因子水平升高有關(guān)[10]。以上研究結(jié)果提示,IL-10的免疫雙重作用取決于炎癥程度和IL-10劑量,此外還與靶細(xì)胞類型、免疫反應(yīng)階段等有關(guān)系。

2.1 IL-10作用于不同靶細(xì)胞介導(dǎo)不同的免疫效應(yīng)

IL-10在免疫系統(tǒng)中的作用可以分為固有免疫與適應(yīng)性免疫兩個(gè)方面。在固有免疫中IL-10作用于抗原遞呈細(xì)胞(APCs),主要誘導(dǎo)免疫抑制反應(yīng)。APCs如巨噬細(xì)胞(M?)和樹突狀細(xì)胞(DCs)表達(dá)高水平的IL-10受體(IL-10R),并在激活后進(jìn)一步上調(diào)其表達(dá)[11],APCs中IL-10信號通路的一般功能是維持免疫穩(wěn)態(tài),抑制促炎反應(yīng)。因此,在固有免疫中IL-10發(fā)揮抗炎作用。

而適應(yīng)性免疫中IL-10發(fā)揮免疫雙重作用,這取決于T細(xì)胞的異質(zhì)性。T細(xì)胞主要參與適應(yīng)性免疫,不同于APCs本身高表達(dá)IL-10R,T細(xì)胞一般在激活后才上調(diào)IL-10R,即在幼稚T細(xì)胞中表達(dá)最低,在記憶T細(xì)胞中表達(dá)最高[12]。因此,IL-10影響T細(xì)胞在不同炎癥階段的功能。一方面,IL-10在炎癥過程中直接抑制CD4+T細(xì)胞亞群的促炎效應(yīng)[13]。Foxp3高表達(dá)的CD4+T細(xì)胞是重要的促炎細(xì)胞,其表面表達(dá)CD40L蛋白,能夠激活B細(xì)胞從而促進(jìn)炎癥的發(fā)生[14]。此外IL-10還可影響Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Foxp3+Treg)的穩(wěn)定性,抑制炎癥的發(fā)生。而1型調(diào)節(jié)T(TR1)細(xì)胞是一類Foxp3低表達(dá)的CD4+T細(xì)胞,其特征是表達(dá)多種共抑制受體(LAG-3、TIM-3、PD-1、CTLA-4、TIGIT)但不表達(dá)CD40L,研究發(fā)現(xiàn)IL-10能促進(jìn)TR1細(xì)胞的穩(wěn)定性和功能,發(fā)揮抗炎作用[15]。此外,IL-10還能夠抑制Th17細(xì)胞的分化[16]。另一方面,IL-10調(diào)控CD8+T細(xì)胞可能發(fā)揮相反的效應(yīng),腫瘤內(nèi)CD8+T細(xì)胞經(jīng)IL-10誘導(dǎo)后釋放IFN-γ和顆粒酶/穿孔素,IFN-γ一般可促進(jìn)炎癥,但也有報(bào)道認(rèn)為其與IL-10可能在免疫抑制中起協(xié)同抗炎作用;另外,IL-10還刺激CD8+T細(xì)胞的細(xì)胞毒性功能以及記憶免疫的形成,發(fā)揮促炎作用[17]。

2.2 T細(xì)胞中IL-10的濃度與功能的關(guān)系

在健康志愿者體內(nèi)進(jìn)行的IL-10臨床試驗(yàn)顯示,在脂多糖(LPS)誘導(dǎo)內(nèi)毒素血癥的情況下,高劑量的rhIL-10除了能夠抑制APCs和CD4+T細(xì)胞活化外,還可誘導(dǎo)細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞活化[18]。提示IL-10的雙重功能不僅依賴于靶細(xì)胞,還依賴于IL-10的濃度,即APCs和CD4+T細(xì)胞在低濃度和高濃度IL-10水平時(shí)均可以被控制,而CD8+T細(xì)胞則需要高濃度IL-10才能被激活。但是IL-10在什么情況下激活相同靶細(xì)胞(如CD8+T細(xì)胞、Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞)的促炎或抗炎信號還需要進(jìn)一步的研究。此外,IL-10的細(xì)胞來源和輔助因子(如其他細(xì)胞因子)是否會影響IL-10的雙重功能尚不清楚。

在腫瘤治療研究方面,NAING等[19]選擇晚期實(shí)體瘤病人作為研究對象,聚乙二醇修飾的IL-10(PEG-IL-10)以1～40 μg/kg劑量每日一次皮下給藥,研究藥物安全性和耐受性,結(jié)果表明PEG-IL-10可激活全身免疫反應(yīng),免疫刺激細(xì)胞因子升高,血清中轉(zhuǎn)化生長因子β降低,其中1例葡萄膜黑色素瘤病人和4例腎細(xì)胞癌病人以20 μg/kg劑量治療8周后病情緩解。而在炎癥性疾病的研究方面,FEDORAK等[20]應(yīng)用rhIL-10 (1～20 μg/kg)治療輕度至中度活動性克羅恩病病人,結(jié)果顯示5 μg/kg劑量的治療效果最佳。此外TILG等[21]研究顯示,應(yīng)用20 μg/kg劑量rhIL-10皮下注射治療克羅恩病會導(dǎo)致病人血清IFN-γ水平升高,不僅沒有觀察到對克羅恩病的臨床療效,反而觀察到發(fā)熱、頭痛等副作用。以上結(jié)果提示低劑量IL-10可抑制CD4+T細(xì)胞發(fā)揮抗炎作用,用于治療炎癥疾病;而高劑量IL-10可誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞活化,抗炎作用減弱,但可用于抗腫瘤治療。

3 IL-10抗炎作用相關(guān)級聯(lián)通路

IL-10作用于靶細(xì)胞后發(fā)生何種反應(yīng)取決于細(xì)胞表面IL-10R的參與和細(xì)胞內(nèi)的信號級聯(lián)[22]。IL-10R由α、β兩個(gè)亞基組成,IL-10Rα主要表達(dá)于白細(xì)胞,與IL-10高親和性結(jié)合,而IL-10Rβ則是廣泛表達(dá)的,與IL-10輔助性結(jié)合。與IL-10Rα亞單位相關(guān)的Janus激酶(JAK)和與IL-10Rβ亞單位相關(guān)的酪氨酸激酶(TYK)在IL-10的作用下發(fā)生磷酸化,然后激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和轉(zhuǎn)錄激活蛋白(STATs)同源/異源二聚化并移位到細(xì)胞核中,進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫反應(yīng),如降低MHC-Ⅱ的表達(dá),減少APCs分泌促炎細(xì)胞因子,以及上調(diào)參與調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞失活的肌腱膜纖維肉瘤基因B型蛋白,從而抑制炎性因子的表達(dá)。研究表明,除經(jīng)典的JAK-STAT級聯(lián)通路外,IL-10還可以通過激活磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸-3-激酶(PI3K)/Akt級聯(lián)通路,增強(qiáng)抗凋亡因子Bcl-2和Bcl-xl的表達(dá),同時(shí)降低caspase-3的表達(dá)水平,從而阻止細(xì)胞凋亡[23]。EDDIEIP等[24]提出了另一條與IL-10代謝有關(guān)的機(jī)制通路:IL-10抑制LPS誘導(dǎo)的葡萄糖攝取和糖酵解,并促進(jìn)氧化磷酸化;此外,IL-10通過激活STAT-DDIT4通路抑制雷帕霉素靶蛋白(mTOR)靶點(diǎn)的活性來控制細(xì)胞代謝,并認(rèn)為IL-10的這種代謝控制對炎癥的控制至關(guān)重要。因此,與其多重來源一樣,IL-10也靶向多種細(xì)胞和通過多種分子途徑來抑制或刺激免疫反應(yīng)[22]。

4 IL-10的抗炎應(yīng)用研究進(jìn)展

4.1 外源性IL-10蛋白治療

鑒于IL-10具有廣泛的抗炎作用,人們首先想到通過應(yīng)用外源性IL-10治療疾病,目前已在多種動物模型或臨床試驗(yàn)中證實(shí)了重組IL-10蛋白對疾病的療效。MAZER等[25]通過建立小鼠膿毒癥模型研究顯示,IL-10一方面抑制單核細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α,降低炎癥反應(yīng);另一方面激活適應(yīng)性免疫促進(jìn)T細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ,激活機(jī)體抗感染反應(yīng),表明IL-10不論是對先天性免疫的抑制作用還是對適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的刺激作用均對膿毒癥具有積極的治療作用。KRISHNA-MURTHY 等[26]對小鼠急性心肌梗死模型研究顯示,造模后第0、1、3、5、7天皮下注射50 μg/kg重組IL-10可改善心室功能,減輕心肌纖維化,降低小鼠死亡率。HOS等[27]建立了角膜縫線誘導(dǎo)的大鼠角膜新生血管模型,結(jié)膜注射小鼠重組IL-10蛋白10 μg/L治療,結(jié)果表明IL-10可以抑制炎癥反應(yīng)并抑制血管生成,證明IL-10具有治療病理性角膜炎的潛力。TINSLEY 等[28]的研究顯示,連續(xù)向孕鼠腹腔注射rhIL-10可減輕其子癇樣癥狀。ZHAO等[29]用不同濃度IL-10處理小鼠視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(RPE),結(jié)果顯示IL-10可抑制REP細(xì)胞增殖和遷移,下調(diào)炎癥因子分泌,表明IL-10具有改善風(fēng)濕性視網(wǎng)膜脫離的潛力。盡管外源性IL-10蛋白治療在動物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了不錯(cuò)的效果,然而在臨床試驗(yàn)中卻并未表現(xiàn)出良好的療效。原因可能是由于IL-10半衰期短,藥代動力學(xué)不確定,作用機(jī)制復(fù)雜,很難通過簡單地提供外源性IL-10蛋白來達(dá)到臨床需求。

4.2 IL-10抗體藥物治療

IL-10全身性給藥不僅治療效果不佳,還容易引起不良反應(yīng),新的開發(fā)策略傾向于IL-10的靶向給藥。例如,由意大利Philogen公司開發(fā)的單克隆抗體-細(xì)胞因子融合蛋白F8-IL-10(Dekavil)就是基于抗體的藥物傳遞策略,由人F8抗體(靶向纖維連接蛋白結(jié)構(gòu)域A)與IL-10融合,能夠在疾病部位傳遞和積累細(xì)胞因子,在治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)和IBD中很有前景[30]。FRANZ等[31]研究顯示,F8/IL-10在慢性排斥反應(yīng)發(fā)展過程中有治療效果。GALEAZZI等[32]在臨床試驗(yàn)中應(yīng)用F8/IL-10與甲氨蝶呤聯(lián)合治療RA,與安慰劑組相比顯示出較好的療效。QIAO等[33]則開發(fā)了基于西妥昔單抗的IL-10融合蛋白,能夠延長IL-10半衰期并有助于IL-10腫瘤靶向遞送,具有更好的抗腫瘤效果。IL-10抗體藥物解決了單獨(dú)使用重組IL-10蛋白給藥特異性差的問題,是未來新藥開發(fā)的一個(gè)有效途徑。

4.3 IL-10基因治療

基因治療和基因編輯(基因的功能修飾)代表了人類疾病治療的未來方向。IL-10的基因治療同樣成為了近年來主要的研究方向。CYPEL等[34]在肺移植前使用編碼IL-10的腺病毒載體(AdhIL-10)進(jìn)行基因治療以修復(fù)原發(fā)性移植物功能障礙導(dǎo)致的供體肺損傷,結(jié)果顯示AdhIL-10治療后肺功能(動脈氧壓和肺血管阻力)有顯著改善,促炎細(xì)胞因子表達(dá)向抗炎細(xì)胞因子表達(dá)轉(zhuǎn)變,肺泡-血液屏障恢復(fù)完整性。OISHI等[35]研究也顯示,慢病毒IL-10基因療法增加了肺移植模型小鼠IL-10的表達(dá),具有積極作用。為了對抗移植排斥反應(yīng),JEONG等[36]構(gòu)建了攜帶巨細(xì)胞病毒IL-10(vIL-10)基因重組腺病毒載體,治療供體大鼠1 h后進(jìn)行皮膚異體移植,結(jié)果證明移植物中的vIL-10基因提高了移植物存活率并減少急性排斥反應(yīng),證明IL-10基因治療是預(yù)防移植排斥反應(yīng)的一種有效的免疫抑制方法。此外,結(jié)腸炎小鼠模型直腸給藥編碼IL-10的慢病毒載體和腹腔注射編碼IL-10的質(zhì)粒均安全地穿透局部黏膜組織,對小鼠結(jié)腸炎有治療作用[37]。將編碼hIL-10質(zhì)粒注入去卵巢大鼠牙齦,能抑制牙槽骨吸收,抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá),治療牙周炎[38]。不同于以上研究中直接使用IL-10基因載體,有研究構(gòu)建了慢病毒CXCL10載體,以CXCL10啟動子基因間接調(diào)節(jié)IL-10的過表達(dá),結(jié)果顯示RA病人滑膜細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥細(xì)胞因子減少,該研究提供了一種適用于RA的誘導(dǎo)型局部基因治療方法。

綜上所述,IL-10是一種具有抗炎和促炎特性的多效細(xì)胞因子,炎癥程度、IL-10劑量、靶細(xì)胞類型、免疫反應(yīng)階段等均可影響IL-10的抗炎效應(yīng)。外源性重組IL-10蛋白已經(jīng)在眾多炎癥性疾病動物模型中表現(xiàn)出了良好的藥理作用,近年來,隨著抗體藥物與基因治療的發(fā)展,研究者們開始致力于IL-10融合蛋白藥物、抗體藥物或基因治療藥物的開發(fā)。本綜述聚焦在IL-10免疫調(diào)節(jié)雙重作用的因素與IL-10成藥性研究上,旨在為IL-10抗炎藥物開發(fā)提供參考。