IL－33及其在中枢神经系统疾病中的作用*

高雪明，李明才，王亚清，李 燕，周 密

(宁波大学医学院免疫学教研室，浙江 宁波 315211)

白细胞介素(interleukin，IL)33最初被命名为“DVS27”[1]。它存在于内皮细胞和上皮细胞的细胞核[2]。2005年，Schmitz等[3]报道IL －33具有β － 三叶草结构，这与IL－1以及成纤维细胞生长因子极为相似，因此把IL－33划分为IL－1家族的第11个成员，IL－1家族正是通过这种结构与靶细胞表面IL－1受体家族结合。IL－1受体家族通常含有3个胞外免疫球蛋白样的重复结构，由于它们的胞内结构是一个典型的Toll－IL－1受体(Toll－IL－1 receptor，TIR)组件[4－5]，因此又将其归类于 TIR 超家族。IL－1细胞因子与受体单一亚基的结合促进了受体异二聚体的聚集，最终形成一个三聚体复合物。信号复合物募集MyD88(myeloid differentiation factor 88)和其它胞质中的承接蛋白，最终诱导核因子NF－ κB 活化并引起炎症反应[4－5]。同时，IL －33 也是一个转录抑制因子。研究表明，IL－33定位在内皮细胞的细胞核内，能与染色体相结合，IL－33和炎症因子IL－1α前体(pro－IL－1α)相似，在细胞核内都作为转录抑制因子，而与细胞上受体结合可以诱导转录因子 NF－ кB 产生[6]。

1 IL－33及其受体

人类和小鼠的IL－33基因分别定位于染色体9p24.1和19qC1，并分别编码270和266个氨基酸的肽链。由于IL－1家族成员IL－1β和IL－18在合成之初都是以无活性的前体存在，在促炎症条件下它们被caspase－1剪切并激活，因此最初认为IL－33也经历了 caspase－1剪切过程[3]。然而，最近研究显示，IL－33/ST2信号并不需要这种蛋白的剪切过程[7]。此外，有研究表明存在新的IL－33剪切变异体，这种变异体缺乏caspase－1剪切位点，它通过ST2(suppression of tumorigenicity 2)进行信号传递[8]。事实上，caspases剪切 IL－33似乎具有介导IL －33 失活和抑制炎症的特性[7，9－10]。目前认为，全长并具生物活性的IL－33作为内源危险信号或“报警”信号在细胞发生坏死时被释放;但在凋亡时，IL－33被caspases剪切将使其促炎症功能丧失[11]。尽管细胞凋亡不能诱导产生炎症，但细胞凋亡时caspase－3/7也能剪切IL－33前体，只是被剪切的IL－33不能通过ST2受体发挥生物学功能[9，12]。

Schmitz等[3]首先证明了孤儿链受体“ST2”是IL－33的一个受体亚基。正如其它IL－1细胞因子相关受体一样，IL－33受体也是以异二聚体的形式存在。IL－33的受体复合物有2种类型:一种是由ST2和IL－1受体辅助蛋白(IL－1 receptor accessory protein，IL－1RAcP)构成，IL－1RAcP也是 IL－1α、IL－1β、IL－1F6、IL－1F8和 IL－1F9(IL－family 9)的受体组成元件;另一种受体是由ST2和另一个IL－1受体家族分子单个免疫球蛋白IL－1R相关分子(single Ig IL－1－related receptor，SIGIRR，也称为 TIR8)构成[13]。ST2基因至少有3个表达产物，分别为跨膜受体ST2，它是IL－33的主要受体;可溶性ST2(sST2)，其作为 IL－33的诱骗受体;还有一个是ST2V，目前发现其主要存在于人的肠组织中。在IL－1RAcP和ST2组成的异二聚体受体复合物中，IL－1RAcP 是 IL －33/ST2 信号通路所必需的[14－15]。有研究表明SIGIRR也可以与ST2组成受体复合物，主要作用是抑制IL－33/ST2信号通路[13]。

2 IL－33/ST2介导的信号通路

IL－33是一个具有双重功能的细胞因子，当作为一个传统的细胞因子时，可以通过与ST2受体复合物结合传递胞外信息;同时，它还是一个抑制转录的胞内核因子[16]。在IL－33分子的N端有1个核定位信号和1个同源异型结构域(螺旋－转角－螺旋)，通过这个结构域，IL－33可结合到染色体上[2，6]。IL－33与核小体的H2A－H2B酸性口袋结构结合，通过改变核小体间的相互作用而调节染色体压缩程度，最终抑制靶基因的转录[17]。然而，具体的靶向抑制机制尚不清楚。

IL－33结合ST2后，再与IL－1RAcP结合组成三聚体受体复合物[14－15，18]。受体复合物通过 IL －1RAcP胞内的TIR结构域使MyD88、IL－1R相关激酶1(interleukin－1 receptor－associated kinase 1，IRAK1)和IRAK4募集，再通过MAP激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPK)和/或肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNF receptor associated factor 6，TRAF6)激活转录因子 NF － кB 和 AP －1[3]，最后引起炎症反应。有研究认为SIGIRR在IL－1R和Toll样受体介导的免疫应答中起负调控作用[19]。例如，SIGIRR基因缺失小鼠的树突状细胞受IL－1、IL－18和TLR激动剂刺激后表现高应答性[20];另外SIGIRR缺失小鼠的Th2细胞在IL－33刺激后，Th2型细胞因子表达量增加[13]。

3 IL－33的生物学活性

ST2主要表达于 Th2细胞，而不表达于 Th1、Th17和Treg细胞[21]。IL－33可以增加Th2细胞表达IL－5和IL－13，但是IL－33不能诱导Th2细胞分化[22－23]，研究表明IL－4在 Th2细胞分化过程中起到了至关重要的作用，而IL－33并不能提高IL－4的表达量[24]，所以ST2对于Th2细胞的分化并不是必须的。小鼠和人的肥大细胞表面都有ST2的表达，在不引起脱颗粒的情况下，IL－33可以诱导肥大细胞产生趋化因子和细胞因子;但是也有研究表明，IL－33可以促进IgE介导的细胞因子产生，并引起肥大细胞脱颗粒[24－25]。与Th2细胞和肥大细胞相比，嗜碱性粒细胞表面 ST2的表达量相对较低[26－27]，但IL－33可诱导嗜碱性粒细胞产生Th2型细胞因子和趋化因子的表达，还可促进细胞黏附分子和CD11b的表达[27－28]。人外周血中嗜酸性粒细胞表面几乎很难检测到ST2，但在细胞内可以检测到ST2 mRNA 及其蛋白[29－30]。Smithgall等[28]证明了IL－33可以诱导NK细胞产生干扰素γ(interferon γ，IFN－γ)，但未证明 IL－33在 NK细胞产生 Th2型细胞因子中的作用。

IL－33与典型的Th2型炎症性疾病有关。在鸡卵白蛋白(ovalbumin，OVA)诱导的哮喘和过敏性呼吸道炎症小鼠模型的肺组织中IL－33、ST2和sST2的表达量增加[31]。IL－33可使Th2细胞极化而诱发一系列的自身免疫性疾病，如支气管哮喘、系统性红斑狼疮和过敏性休克，从而加速Th2细胞相关炎症因子的产生。在肥大细胞和NK细胞中，IL－33可以促进炎症因子、Th2相关因子和趋化因子的产生。

我们的研究发现，在过敏性哮喘小鼠模型中，腹腔注射抗IL－33抗体可以抑制呼吸道嗜酸性粒细胞炎症[32]。另外，IL－33可以刺激诱导单核细胞分化为功能性破骨细胞[33]。IL－33还通过减少巨噬泡沫细胞的形成，在动脉粥样硬化中起到保护作用[34]。最近研究表明，骨膜组织中的巨噬细胞和激活的中性粒细胞都表达IL－33的受体，IL－33能激活巨噬细胞产生趋化因子和细胞因子，从而诱导中性粒细胞迁移;IL－33也可直接作用于中性粒细胞促使中性粒细胞迁移[35]。

4 IL－33在中枢神经系统疾病中的作用

脑和脊髓是人体内IL－33表达量最高的器官[3]。星形胶质细胞是中枢神经系统(central nervous system，CNS)中的非造血上皮样细胞，它表达IL－33 受体的2 个亚基 ST2 和 IL －1RAcP[3，36－37]。因此，CNS神经胶质细胞，特别是星形胶质细胞，可能是IL－33诱导激活过程的促进者。CNS中的小胶质细胞也表达IL－33受体亚基ST2和IL－1RAcP，但神经元只表达IL－1RAcP[38]。这意味着小胶质细胞和星形胶质细胞可能是IL－33的最早应答者。小胶质细胞分泌各种细胞因子和趋化因子，它们是中枢神经系统的主要调节因子。IL－33可以诱导小胶质细胞增殖，还可提高促炎症因子IL－1β和TNF－α的表达，同时也可增加抗炎症因子IL－10的表达[38]。此外，IL－33还可以增强小胶质细胞的吞噬作用。神经性病毒感染后的小鼠大脑中，IL－33的表达量以及活性都有所提高[39]。

阿尔茨海默病即所谓的老年痴呆症，是一种进行性发展的致死性神经退行性疾病，临床表现为认知和记忆功能不断恶化，日常生活能力进行性减退，并有各种神经精神症状和行为障碍。研究发现，与正常人相比阿尔茨海默病患者的大脑中IL－33的表达量降低[40]。此外，研究还发现IL－33可以降低神经细胞分泌的β－淀粉肽，由此说明IL－33对于阿尔茨海默病患者可能是一个神经保护因子。临床研究发现，IL－33基因变异影响中国汉族人对迟发性阿尔茨海默病的敏感性，IL－33可以激活小神经胶质细胞并增强其吞噬作用。在阿尔茨海默病中小神经胶质细胞可以吞噬β－淀粉肽，这一发现说明IL－33通过减少β－淀粉肽的水平和增强小胶质细胞吞噬β－淀粉肽的能力，保护神经元不受损伤[41]。

多发性硬化(mutiple sclersis，MS)是中枢神经系统慢性炎症性脱髓鞘性疾病。一些研究发现，有多种白细胞如淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞存在于MS损伤部位，这些细胞有促进损伤形成的作用[42－43]。MS病人体内的白细胞以及CNS中的损伤部位大量表达转录因子NF－κB、STAT1和STAT6，它们可以引起炎症性细胞因子基因的表达和毒性蛋白的形成，从而促进脱髓鞘[44－45]。另外，在 MS患者中肥大细胞是一种重要的炎症细胞，IL－33可以通过对肥大细胞脱颗粒作用和促进一些促炎症因子的产生而激活 CNS 中肥大细胞[46]。Christophi等[47]发现与正常人相比，无论是IL－33 mRNA还是蛋白在MS病人的血浆、CNS病灶区和MS病人正常白质区(normal appearing white matter，NAWM)中，其表达都有显著的提高。转录因子NF－κB可以介导IL－33的转录过程[3]，在MS病人外周血分离培养的单核细胞和巨噬细胞中NF－κB表达量都显著增高[47]。无论是在体内和体外IFN－β都可以同时降低NF－κB和IL－33的表达量[48]。病毒或细菌的重要组成元件如脂多糖、鞭毛蛋白等，都可以通过Toll样受体诱导NF－κB的表达[49]，而病毒感染又可诱导星形胶质细胞分泌IL－33[50]。所以，在MS发病过程中，IL－33可能通过一种重要的反馈机制起到调节作用[51]。

实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)是研究MS的经典动物模型[52]。最近有研究发现EAE模型小鼠的CNS中IL－33的表达量增加[39]。小胶质细胞是CNS中的主要调节因子，在小鼠CNS内皮细胞和星形胶质细胞中显著表达IL－33，进而影响星形胶质细胞的活性，最后引起小胶质细胞的增殖并分泌细胞因子和趋化因子[38]。在EAE模型小鼠的脊髓中可观察到星形胶质细胞数量的增加，在炎症损伤部位，IL－33的表达量也大幅度提高[38]。实验性蛛网膜下腔出血的条件下，脑和脊髓中IL－33 mRNA的表达量提高，同时脑脊髓液中的胶质细胞表面亦有ST2的表达[1]。这说明IL－33对于中枢神经系统的缺氧和血管损伤有重要的作用。

IL－33与蛛网膜下腔出血有关，在蛛网膜下腔出血的病人脑脊髓液细胞中发现有ST2的表达，这说明ST2与CNS炎症反应有关。在蛛网膜下腔出血后，编码IL－33的基因表现出高活性，这说明IL－33在CNS的缺氧以及血管损伤等方面起重要作用。研究表明在胶原蛋白诱发关节炎的小鼠关节中发现大量IL－33 mRNA和蛋白质的表达。有人发现在EAE模型小鼠的脊髓中，星形胶质细胞增加;此外IL－33和其它的IL－1家族细胞因子一样可以在外周神经系统引发炎症性疼痛，并通过一系列的信号级联反应进行调节，这说明IL－33在关节炎疼痛中起重要作用[1]。

5 展望

IL－33是最近发现的一种前炎症细胞因子，它与IL－1受体家族成员ST2结合后，活化核转录因子NF－кB和MAPK信号通路促进Th2型细胞因子产生，参与多种炎症及免疫反应过程。IL－33既可以促进固有免疫应答也可以促进适应性免疫应答，目前的研究主要集中于IL－33在炎症和自身免疫性疾病中的作用。最近的研究表明，IL－33在中枢神经系统疾病中也起到非常重要的作用。然而，关于IL－33还有诸多问题不是很清楚，包括IL－33的成熟与分泌到胞外的过程，以及在各种疾病中的具体作用机制。IL－33在调节中枢神经系统疾病的分子机制，如帕金森综合症、癫痫病、亨廷顿氏病和多发性硬化，这些都需要更为深入的研究。通过控制IL－33/ST2信号通路在治疗或预防上述各种疾病方面可能是一个新的研究方向。研究IL－33在炎症、自身免疫性疾病和中枢神经系统疾病中的发病机制具有广阔前景，并为临床药物的开发提供了一个新的方向。

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