白细胞介素18及其在禽类中的研究进展

李 行，韩凌霞

（中国农业科学院哈尔滨兽医研究所兽医生物技术国家重点实验室/实验动物中心，黑龙江哈尔滨 150001）

白细胞介素18（Interleukin-18，IL-18）主要由单核-巨噬细胞系分泌，在结构上属于IL-1家族[1]，在功能上与IL-12相似，而且与IL-12有协同效应，是重要的调节先天性免疫和获得性免疫的因子。IL-18除了能够明显诱导Th1、NK及 NKT细胞产生 IFN-γ外，还可诱导诸如IL-2、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）及肿瘤坏死因子（TNF-α）等其它多种细胞因子的产生[2]。禽IL-18具有与人和哺乳动物相似的生物学功能，在抗微生物感染、抗肿瘤免疫等中具有应用潜力。

1 IL-18的发现

1995年Okamura在被热灭活痊疮丙酸杆菌感染和脂多糖（LPS）诱发的中毒性休克小鼠肝脏提取液中获得一种蛋白，功能与IL-12非常相似，但诱生IFN-γ的能力要强于 IL-12，因而最初被称为 IFN-γ诱生因子（Interferon gamma inducing factor，IGIF）[3]。但IGIF的氨基酸序列与数据库中任何己知蛋白均不同，并具有多种生物学功能。1996年Ushio等从人肝细胞cDNA文库中筛选到IGIF基因，将其正式命名为IL-18[4]。2000年Schneider等根据表达序列标签（EST）数据库中相应的基因序列，首次从LPS刺激的鸡巨噬细胞系HD-11的总RNA中扩增到鸡IL-18基因，并将其在大肠杆菌中表达，表达产物能诱导雏鸡脾细胞IFN-γ的合成，证明了鸡IL-18具有生物学活性[5]。随后国内外陆续报道了对禽IL-18的体外扩增[6]。2010年Honga制备了鸡IL-18的单克隆抗体（MAb）[7]。Kaiser报道获得火鸡IL-18基因[8]。水禽中目前已得到北京鸭（WP）、北京鸭M 2杂系（WM）、固始鸭[9]、麻鸭[10]、广东水鸭[11]、樱桃谷鸭[12]以及鹅[13]的IL-18核苷酸序列。

2 IL-18的组织分布及分子结构

2.1 IL-18的组织分布 在早期的炎症反应应答中，造血和非造血谱系的细胞都可以检测到IL-18。目前报道在多种器官、组织和细胞中可检测到IL-18 mRNA，如胸腺、肝脏、脾脏、肾脏、胰腺、活化的巨噬细胞、树突状细胞、枯否氏细胞、角蛋白细胞、小神经胶质细胞、成骨细胞和肾上腺皮质细胞[14-15]。

2.2 IL-18的分子结构 人的IL-18基因由6个外显子和5个内含子组成，长约19.5 kb。小鼠的IL-18基因位于9号染色体，由7个外显子组成，长约26 kb。鸡IL-18 cDNA全长为597 bp，编码198个氨基酸残基组成的前体多肽，其中29个氨基酸残基组成的引导序列，缺乏经典的N-糖基化位点和疏水信号肽。保守的第29位天冬酰胺残基，是半胱氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）的识别位点，可以发生切割除去前导序列成为成熟的鸡IL-18多肽。火鸡IL-18的编码区和鸡的同源性很高，核苷酸为96.1%，氨基酸为97.4%。火鸡的3'端非编码区包括两个不稳定单元ATTTA，能调节mRNA快速降解，以及一个完整的poly A位点AATAAA。而鸡在同一区域只有一个不稳定因子并且缺乏完整的poly A位点。系统进化树分析表明火鸡和鸡的IL-18与哺乳动物分成两个不同的组，推测鸡和火鸡IL-18在生物学活性方面可能存在交叉反应。鸭与鸡和火鸡的核苷酸同源性分别为86.9%和87.1%，而氨基酸同源性分别为96.5%和97.0%，进化树分析结果表明，鸭IL-18基因与鸡和火鸡进化关系较近。与鸡、火鸡、鸭IL-18序列相比，鹅与鸭基因序列相似性最高，达99%[8]。

3 IL-18的受体

IL-18受体（IL-18R）由 α 链（IL-18Rα）和 β 链（IL-18Rβ）构成，其中α链为受体的亲和亚基，β链为信号传导亚基，两者均属于免疫球蛋白样（Ig）超家族成员和IL-1受体家族成员[16-17]。研究表明IL-18R只在极化的Th1细胞上高水平表达，而在Th2细胞上不表达。因此，IL-18R可以作为区分Th1细胞和Th2细胞的有效表面标志。小鼠体内很多组织均可以检测到IL-18Rα的mRNA转录产物，包括胸腺、脾、肝、肺、小肠、结肠、胎盘、前列腺和心脏等，在卵巢和睾丸中有微量表达，但在大脑、肾、骨骼肌和胰腺中没有发现。

当IL-18与IL-18Rα结合形成复合物后，IL-18Rβ被募集到该复合物中，但在IL-18与IL-18Rα结合之前IL-18Rβ并不与IL-18相互作用。IL-18和IL-18Rα结合的亲和力较低，但与IL-18Rβ形成三聚体复合物以后，亲和力显著提高。三聚体复合物形成以后，IL-18R募集细胞质中髓样细胞分化蛋白（MyD88），MyD88有许多胞质受体功能域的特征，在信号传导中起接头或者是锚定分子的作用，可以活化下游信号，特别是白细胞介素-1受体相关激酶（IRAK）的活化，能够与下游基因肿瘤坏死因子受体相关因子（TRAF）6相互作用，激活抑制性κB激酶（IKK），引起IκB的降解和NF-κB的活化，产生一系列生物学活性[18-19]。禽IL-18受体的研究目前报道不多，但鸡IL-18Rα的mRNA序列已经公布。

4 IL-18的天然拮抗物IL-18结合蛋白

IL-18结合蛋白（IL-18 binding protein，IL-18BP）是在研究人尿胞外可溶性受体时意外发现的，属于Ig超家族成员，人IL-18BP（hIL-18BP）有3种剪接变异体。IL-18BP与IL-18的亲合力可高达400 pmol/L。IL-18BP与IL-18R的氨基酸同源性很低，IL-18BP缺少跨膜区域，仅含有一个Ig样区域[20-21]。IL-18BP与IL-1Ⅱ类受体有许多相似特征。IL-18BP在脾脏和肠道中高度表达。IL-18BP的启动子含有两个IFN-γ应答元件，其组成型表达是IFN-γ依赖性的[20]。人和小鼠痘病毒编码的一些蛋白，如MC53L和MC54L，其基因编码序列与IL-18BP蛋白高度同源，与人和小鼠的IL-18具有良好的亲合性，能抑制IL-18诱导IFN-γ的活性，可能是痘病毒免疫逃避的机制之一[22]。小鼠痘病毒、人痘苗病毒、接触性软疣病毒和羊痘病毒均含有IL-18BP的基因组编码基因，其它痘病毒，如猴痘病毒、猪痘病毒和禽痘病毒（FPV）可能含有同源物[23]。2010年刘文强等从FPV的基因组分离到鸡IL-18BP基因，利用酵母表达系统获得的表达蛋白具有拮抗IL-18刺激外周血单核细胞（PBMC）和MSB1细胞（鸡马立克氏病毒转化鸡外周血淋巴细胞系）分泌IFN-γ的活性[24]。

5 IL-18的生物学功能

IL-18在先天免疫及后天免疫应答调节中都起重要作用，在慢性炎症、自身免疫性病、各种各样的癌变及众多传染病的发生过程中检测到IL-18的表达[25]。

5.1 IL-18对T淋巴细胞的作用 IL-18介导Th1型细胞反应，刺激IFN-γ的产生，对T淋巴细胞的作用包括：（1）影响T细胞表达的细胞因子：小鼠IL-18作用于抗CD3单抗刺激 T细胞后能促进 T细胞增殖和 IFN-γ、GM-CSF、IL-2的产生，而对IL-4和IL-10无诱导作用，表明IL-18可能选择性地对Thl细胞发生作用。IL-18表现出强于IL-12的诱导IFN-γ产生的能力，联合使用能更有效地诱导IFN-γ的产生。（2）影响T细胞的增殖：IL-18可明显刺激CD3 MAb活化的人T细胞增殖，并且增殖效应表现出剂量依赖性，而鸡IL-18不需要IL-2的共刺激，便可以刺激鸡脾脏中T细胞增殖。（3）调控T细胞参与的免疫应答：IL-18在调节T细胞对TCR/CD3介导的应答过程中起着重要的作用，另外在次级免疫应答中，通过诱生IFN-γ使T细胞前体向Thl细胞分化并促进其分泌IL-18，参与Th1/Th2细胞之间的调节。IL-18不能诱导初始CD4+T细胞向Th1细胞分化，但可能通过促进IL-12诱导向Th1细胞分化。当然，IL-18的过量表达也会导致严重的机体紊乱[26-27]。

5.2 IL-18对B细胞的作用 Hoshino等发现IL-18转基因鼠体内B细胞数目减少，但IgE、IgG等含量却高于正常水平，当用IL-18与IL-12同时刺激时可以明显抑制Ig的分泌，促使CD40抗体活化的B细胞分泌IFN-γ，产生的IFN-γ抑制IgE、IgG1的生成，同时提高IgG2a的表达量，提示IL-18可能通过上调B细胞表面的IL-18Rβ的含量阻断由IgE介导的过敏反应[28]。

5.3 IL-18对NK细胞活性的影响 IL-18与NK细胞发挥功能有关。IL-18缺失或IL-18Rα缺陷的小鼠与野生型小鼠有相同数目的NK细胞，但表现出较弱的溶靶细胞作用。IL-18可以上调NK及CD8+T细胞的细胞毒作用[29]。

5.4 IL-18的应用前景 IL-18通过多种机制对多种肿瘤具有抗肿瘤效应，如纤维肉瘤、黑色素瘤、膀胱肿瘤、乳房肿瘤和胶质瘤等。Fas-FasL系统是机体清除无用的免疫细胞维持免疫系统自身稳定的重要因素，IL-18促进FasL在Th1细胞和NK细胞中的表达，通过Fas-FasL系统介导的细胞毒作用，发挥调节免疫功能、增强机体杀伤肿瘤及病毒感染细胞的作用。鸡IL-18在鸡肿瘤病马立克氏病的病程中也起重要的作用[30]。

在抵抗感染性疾病方面，Kawakami等在用新型隐球菌细胞株使肺弥漫性感染时，表达的重组小鼠IL-18蛋白提高了病菌从肺的排出，并防止其向脑部扩散，提高了鼠的存活率[31-32]。利用IL-18治疗，可以使脑心肌炎病毒（EMCV）感染小鼠产生抗病毒能力，提高被I型单纯疱疹病毒（HSV-1）感染小鼠的存活率。将利什曼原虫感染IL-18缺陷小鼠，能引起比对照组严重的组织病理学变化，而且易感性显著提高，IFN-γ的表达量下降，IL-4的分泌量却显著提高，抑制一氧化氮合成酶的表达，从而降低机体对利什曼原虫感染的免疫应答反应[33]。

6 小结

IL-18具有促IFN-γ产生的生物学活性。多种病毒可在体外和体内刺激产生具有生物活性的IL-18，决定在早期免疫中起主要作用的IFN-γ的分泌。禽IFN-γ具有增强机体二次免疫应答、提高机体抵抗力和促进生长等作用，是一种有效的免疫佐剂和治疗型制剂。目前，多种鸭病毒性疾病如鸭瘟等已给养鸭业造成严重的经济损失，而应用传统疫苗免疫存在诸如应激反应大，或免疫原性较低而保护率不高等问题，已有学者研究鸭Il-18在疫苗中的分子佐剂作用，并已得到了证明[11]。总之，IL-18有望成为疫苗的一种重要的细胞免疫佐剂，在提高机体抗感染力、增强灭活苗或基因工程苗免疫作用方面具有广阔的应用前景。

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