IL-18、IL-32与肿瘤相关性疾病的研究进展

杨 勇 杨 宏 江新泉 王化芬

( 1.泰山医学院，山东 泰安 271016； 2.中国人民解放军第88医院，山东 泰安 271000)

1 IL-18

1.1 IL-18的来源及结构特征

1995年Okamura等报道从中毒性休克的小鼠肝脏克隆到了一种由应激诱生的蛋白。该蛋白的生物学活性与IL-12非常相似，但其诱生干扰素γ的能力要强于IL-12，因而将其命名为干扰素γ诱生因子(IGIF)。随后的研究表明该因子与IL-1α和IL-1β在结构上有一定的相似性，因而认为该因子可能是IL-1家族的成员，有人将其称为IL-1γ[1-2]。1996年将其命名为IL-18。外周血中只有单核巨噬细胞不经诱导即可表达IL-18 mRNA，但也可以通过Kupffer细胞，T细胞，B细胞，树突状细胞，小神经胶质细胞，角蛋白细胞，成骨细胞和星形细胞被表达；组织分布检测表明，胰腺、肾、骨骼肌富含IL-18 mRNA，肝、肺等组织也可检测到。人IL-18具有与IL-1相似的β-三叶草型空间结构，由12股β折叠链形成，人IL-18基因位于染色体11q22.2～22.3，无活性的IL-18前体蛋白含有193个氨基酸，N端有一个36个氨基酸组成的前导序列，前体分子亦需IL-1β转化酶在Asp-X位置切除36个氨基酸的前导序列后才能产生具有生物学活性的成熟蛋白，成熟的蛋白为含有157个氨基酸的单肽，无前导序列[1-2]。

1.2 IL-18的抗肿瘤作用

IL-18主要通过以下几条途径发挥抗肿瘤作用[3-4]：①IL-18可通过促进NK细胞的增殖、活化及杀伤功能发挥抗肿瘤作用。②IL-18可通过激活Th1细胞分泌IL-2，从而激活单核-吞噬细胞系统，增强杀伤肿瘤细胞活性。③IL-18可以促进fas-FasL(Fas ligand)介导的NK细胞的细胞毒作用，增强Thl细胞上功能性FasL的表达，选择性的扩增FasL介导的Thl细胞的细胞毒作用；当靶细胞的Fas与效应细胞的FasL结合时，就会诱发靶细胞的凋亡，从而起到抗肿瘤作用。④IL-18还可通过CTL发挥抗肿瘤作用，在NK细胞的调节下，CD8+和CD4+T细胞逐渐被活化， CTL发挥杀伤肿瘤细胞的作用。⑤IL-18能促进血管增生。

1.3 IL-18与急性白血病(AL)

KG1是来自急性髓细胞性白血病患者的细胞株，被IL-18激活的KG1细胞与Th1细胞标记的关键参数如T-bet和INF-γ的诱导有关。Marco A. Poleganov等[5]利用Affymetrix基因芯片阵列系统，在KG1细胞中除了炎症趋化因子类CXCL10，CXCL11和CCL1外，鉴定了EB病毒诱导的基因3(EBI3)/ IL-27B作为其中被IL-18深刻地上调的那些基因。深入调查发现，IL-18诱导的EBI3 mRNA有效地转化成蛋白质。人类EBI3启动子的电动性迁移率移位分析和突变分析确定了作为被促炎性细胞因子如IL-18决定性诱导的核因子κB的两个结合部位。此外，Marco A. Poleganov等[5]还证明，KG1细胞表达A型IL-27受体链(WSX-1)并显示STAT-1，-3的激活与在IL-27的影响下SOCS-3的诱导一样好。Malte Bachmann等[6]证明KG-1细胞被IL-18激活诱导了T-bet mRNA和蛋白质在4至6小时内的潜伏期。这是通过p38丝裂原活化蛋白激酶活性和核因子-κB的功能被抑制。使用中和抗体放线菌酮平移阻滞且在KG-1细胞中INF-γ不能介导显著的p38丝裂原活化蛋白激酶激活，显然地显示T-bet的激活不是通过分泌INF-γ。Minji Seo等[7]用IL-18处理KG-1细胞并用微阵列技术评估显示，在7488人基因的UniGene阵列，57基因的表达及包括应激相关基因中至少增加了2倍，然而48基因的表达至少降低了2倍。Bin Zhang等[8]发现，人IL-18特异的反义寡核苷酸明显抑制急性髓细胞性白血病细胞的集落形成，通过RT-PCR检测显示出IL-18及其受体mRNA 的高水平表达。

1.4 IL-18与急性移植物抗宿主病(GVHD)

白细胞介素18(IL-18)已表现出在异基因骨髓移植(BMT)中发挥了重要作用。因为异体骨髓捐赠者的免疫反应可能会影响GVHD，Pavan Reddy等[9]利用一个有健康特征的BMT(BALB / c→B6)实验模型研究证明，当INF-γ信号传感器和转录4(STAT4)的激活剂而不是STAT6信号肽分子缺乏时，给予供体IL-18，急性GVHD的死亡率降低，表明STAT6信号肽在IL-18的保护作用中的关键作用。IL-18治疗没有改变供体的CD8+细胞毒性T淋巴细胞(CTL)的活性但保留了异基因BMT后移植物抗白血病(GVL)的效果。Yoshihiro Fujimori等[10]用流式细胞仪分析表明，在健康受试者中，较少人数的CD4+T细胞表达IL-18Rα，而相对地较大人数的CD8+T细胞表达IL-18Rα。在aGVHD的患者中，CD4+或CD8+T细胞表达IL-18Rα的比例有显著的增加。 RT-PCR检测表明，在aGVHD患者CD8+T细胞中IL-18Rα和IL-18RβmRNA水平的提高。这些结果表明IL-18R的表达在aGVHD患者T细胞中被上调了且IL-18/IL-18R系统在aGVHD期间是活跃的。

1.5 IL-18与其它恶性肿瘤

Yijuan Zhang等[11]研究证明IL-18及其受体(IL-18R)可在肝癌细胞株HepG2和HepG2.2.15以及正常肝细胞株HL-7702中表达，IL-18增强了这些细胞株细胞外基质金属蛋白酶(MMP)-9，MMP-3和MMP-2的活性，同时在一NF-κB 依赖性方式中上调了MMP-3和MMP-9的 mRNA水平。IL-18促进了肝癌细胞的转移和迁移。Nikoletta Rovina等[12]用ELISA测定肺癌患者痰上清液的血管内皮生长因子(VEGF)和IL-18，结果表明肺癌患者与健康对照组相比有显著地较高的IL-18和VEGF水平基准(P<0.001)。Anna Maria Orengo等[13]的实验证明与年龄相一致的健康妇女相比，IL-18的免疫反应在诊断的上皮性卵巢癌(EOC)患者的血清中是增加的且其在腹水中的水平比在血清中的高，但IL-18以无生物学活性的pro-IL-18出现在腹水中。Nahida Srabovi等[14]研究证明IL-18存在于乳腺癌的肿瘤中，相同患者的无变化周围组织中以及乳腺良性肿瘤患者的乳腺组织与其他良性乳腺疾病患者中。Kazutoshi Fujita等[15]研究表明IL-18的抑制剂IL-18结合蛋白在INF-γ的刺激下，是通过前列腺癌细胞株DU145和PC3表达和分泌，而不是通过LNCaP和CWR22。免疫组织化学分析表明IL-18BP在前列腺癌的细胞以及在前列腺癌根治术标本的巨噬细胞中染色阳性。Min Kyung Jung等[16]研究证明红细胞分化调节剂的过度表达明显地抑制了黑色素瘤细胞迁移，侵袭和增殖水平，且表达与IL-18的表达呈负相关，这在黑色素瘤中有促癌效果。

2 IL-32

2.1 IL-32的来源及结构特征

2005年，美国科罗拉多大学健康科学中心医学部Kim SH等利用基因芯片技术研究IL-18-可诱导基因时发现了IL-32[17-18]。IL-2活化的NK细胞或丝裂原刺激的T细胞都能产生IL-32。IL-32表达于脾、胸腺、白细胞、小肠、结肠、前列腺、卵巢、睾丸中，且在免疫组织中强于非免疫组织。IL-32存在6种异构体：IL-32α、IL-32β、IL-32γ、IL-32δ、IL-32ε和IL-32ζ，人IL-32基因定位在人染色体16p13.3上。IL-32α、IL-32β和IL-32δ是从NK细胞里分离出的3种新型的变异体，它们的N-末端都不具有典型的疏水信号肽；而IL-32γ是与12年前由Dahl等描述的自然杀伤细胞转录本4(NK4)等同的，其信号肽为31aa，成熟蛋白为147aa，107位上有1个tyr硫酸酯化部位，30位、83位和213位上有3个N-豆蔻酰化部位，80位和232位上有PKC磷酸化部位，34，88和200位上有3个潜在的酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化部位，216～218位上有细胞黏附序列RGD。IL-32aa序列分析揭示了IL-32里存在3个N-豆蔻酰化部位和1个N-糖基化部位[18]。

2.2 IL-32的抗肿瘤作用

IL-32主要通过4条信号途径介导发挥其抗肿瘤作用[19-20]：①p38MAPK磷酸化途径：IL-32通过介导p38MAPK磷酸化水平的改变刺激下游的信号通路。②NF-κB途径：IL-32通过刺激增加NF-κB细胞因子的释放发挥作用，比如以时间依赖性方式诱导Raw细胞中IκB降解，并刺激NOD2激活丝氨酸/酪氨酸激酶受体连接蛋白，激活NF-κB。③Caspase-1途径：NOD1和NOD2诱导细胞产生IL-32，其通过Caspase-1途径刺激IL-1β和IL-6产生。④Caspase-3途径：用抗-CD3刺激分化的T细胞培养48 h后，细胞凋亡开始增加，IL-32通过激活Caspase-3途径诱导T细胞凋亡。

2.3 IL-32与白血病

Soyoung Cheon等[20]利用流式细胞仪分析显示，在CML细胞中IL-32α的过度表达诱导了Fas和UL16-结合蛋白2的表达增强。通过IL-32α表面分子的过度表达和增加的NK细胞介导的杀伤之间的直接关系经过Fas或ULBP2 siRNA转染被证实。实验表明IL-32通过p38MAPK的激活刺激Fas和ULBP2的表达，这增加了CML细胞的NK细胞易感性，提高了基于NK细胞的免疫疗法的效率。Na-Young Ko等[21]用植物血凝素(PHA)和卟啉醇肉豆蔻酸乙酸酯(PMA)刺激Jurkat T细胞并检测IL-32在mRNA和蛋白质水平的表达。结果表明分子量为9 kDa的 IL-32蛋白质通过PHA和PMA刺激16小时后被诱导，IL-32 mRNA在Jurkat细胞中主要产生一个较小的IL-32亚型，暗示了IL-32在人T细胞白血病中的作用。

2.4 IL-32与GVHD

A. Mario Marcondes等[22]研究表明与还没有发展为急性GVHD的患者相比，IL-32 mRNA水平在急性GVHD患者的血白细胞中是显著增高的，但在治疗或未治疗的慢性GVHD患者中，IL-32水平没有显著地变化，并证明丝氨酸蛋白酶抑制剂α-1抗胰蛋白酶可影响IL-32水平。

2.5 IL-32与其他恶性肿瘤

JH Oh等[23]研究证明IL-32γ能够抑制转基因小鼠中黑色素瘤及结肠癌细胞(SW620)的生长，IL-32γ对肿瘤生长的抑制作用与激活的核转录因子-κB(NF-κB)和信号传导子及转录激活子(STAT3)相关。Mi H. Park等[24]用结肠癌细胞或前列腺癌细胞与IL-32特异性siRNA转染的NK-92细胞共培养时发现肿瘤细胞中细胞凋亡相关蛋白如caspase-3和Bax的表达是增高的，FAS和DR3的表达是增加的，说明IL-32通过DR3和caspase-3的活化增强NK-92细胞在癌细胞的细胞毒作用。Yun Hee Kang等[25]研究表明IL-32α在肝细胞性癌(HCC)患者的组织和血清中过度表达并定位于肝细胞性癌肿瘤细胞的细胞质和细胞核中，且IL-32α在HCC中的抑制减少了磷酸-p38 MAPK，NF-κB和抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，诱导了促凋亡蛋白及p53和PUMA的表达，从而抑制了肝癌肿瘤细胞的生长。Sojung Lee等[26]研究证明IL-32在子宫颈癌组织中和HPV阳性的子宫颈癌细胞中呈高水平表达，应用可促进细胞增殖、抑制细胞凋亡的环加氧酶2(COX-2)的抑制剂后IL-32的表达被阻滞了，但COX-2的过度表达却导致了IL-32水平的增加， 从而证明IL-32可抑制宫颈癌细胞的生长

3 小结与展望

IL-18、IL-32 作为新近发现的促炎性反应细胞因子，其在多种炎症性疾病中发挥的作用已得到了研究证实。目前越来越多的研究揭示出它们与各种肿瘤疾病的关联，IL-18在肝癌、肺癌、卵巢癌和前列腺癌等恶性肿瘤中通过不同机制都表现出了抗肿瘤作用；IL-32在黑色素瘤、结肠癌和子宫颈癌等恶性肿瘤中也通过不同机制展现出极强的抗肿瘤作用；显示了IL-18、IL-32在肿瘤治疗方面有较好的应用前景。最近还研究发现IL-18、IL-32与白血病尤其是急性白血病有着很大的关联，需进一步研究两者在抗白血病中的作用成分、机制，将有助于阐明它们在抗急性白血病中的确切作用，使IL-18、IL-32被开发成具有广泛应用前景的抗白血病药物。

[1] Timothy A Steele. Clinical significance of interleukin-18s[J]. Leukemia Research, 2002,26 : 975-976.

[2] Dinghua Liu,Wei Cui,Qian Chen, et al. Can circulating interleukin-18 differentiate between sarcoidosis and idiopathic pulmonary fibrosis? [J]. Laboratory Investigation, 2011, 32:1-5.

[3] Tamura T,NishiT, Goto T. Combination of IL-12 and IL-18 of electrogene therapy synergistically inhibits tumor growth[J]. Anticancer Res, 2003,23: 1173-1179.

[4] MooreMB, Kurago ZB, Fullenkamp CA ,et al. Squamous cell carcinaoma cells differentially stimulate NK cell effector functions: the role of IL-18[J]. Cancer Immunol Immunother, 2003, 52: 107-115.

[5] Marco A Poleganov, Malte Bachmann, Josef Pfeilschifter ,et al. Genome-wide analysis displays marked induction of EBI3/IL-27B in IL-18-activated AML-derived KG1 cells: Critical role of two κB binding sites in the human EBI3 promotor[J]. Molecular Immunology,2008, 45:2869-2880.

[6] Malte Bachmann, Cristina Dragoi, Marco A. Polegano v, et al. Interleukin-18 directly activates T-bet expression and function via p38 mitogen-activated protein kinase and nuclear factor-κB in acute myeloid leukemia-derived predendritic KG-1 cells[J]. Mol Cancer Ther，2007,6:723-731.

[7] Minji Seo, Minha Park, Yeonjoo Yook ,et al. IL-18 gene expression pattern in exogenously treated AML cells[J]. BMB Reports,2008,41: 461-465.

[8] Bin Zhang,Yong Wang,Guo Guang Zheng, et al. Clinical significance of IL-18 gene over-expression in AML[J]. Leukemia Research, 2002(26)887-892.

[9] Pavan Reddy, Takanori Teshima, Gerhard Hildebrandt, et al. Pretreatment of donors with interleukin-18 attenuates acute graft-versus-host disease via STAT6 and preserves graft-versus-leukemia effects[J]. Blood,2003,101:2877-2885.

[10] Yoshihiro Fujimori,Tomohiro Yoshimoto,Kiyoshi Matsui,et al. Increased expression of Interleukin-18 receptor on T mphocytes in patients with Acute Graft-versus-Host Disease after allogeneic bone marrow transplantation[J]. Journal of Interferon and Cytokine Research, 2002,22:751-754.

[11] Yijuan Zhang,Yunbo Li,Yifan Ma, et al. Dual effects of interleukin-18: inhibiting hepatitis B virus replication in HepG2.2.15 cells and promoting hepatoma cells metastasis[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2011,301:565-573.

[12] Nikoletta Rovina, Georgios Hillas, Efrossini Dima，et al. VEGF and IL-18 in induced sputum of lung cancer patients[J]. Cytokine, 2011,54: 277-281.

[13] Anna Maria Orengo, Marina Fabbi, Loredana Miglietta,et al. Inter leukin (IL)-18, a biomarker of human ovarian carcin oma,is predomina ntly released as biologically inactive precursor[J]. Int J Cancer, 2011,129:1116-1125.

[14] Nahida Srabovi, Zlata Mujagi, Jasminka Mujanovi-Mustedanagi, et al. Interleukin 18 expression in the primary breast cancer tumour tissue[J]. Med Glas Ljek komore Zenicko-doboj kantona, 2011, 8:109-115.

[15] Kazutoshi Fujita, Charles M Ewing, William B Isaacs, et al. Immuno modulatory IL-18 binding protein is produced by prostate cancer cells and its levels in urine and serum correlate with tumor status[J]. Int J Cancer, 2011,129:424-432.

[16] Min Kyung Jung, Yoorim Park, Seok Bean Song, et al. Erythroid Differentiation Regulator 1, an Interleukin 18-Regulated Gene, Acts as a Metastasis Suppressor in Melanoma[J]. Journal of Investigative Dermatology, 2011, 131:2096-2104.

[17] Kim SH, Han SY, Azam TA ,et al. Interleukin-32: a cytokine and inducer of TNF-α[J]. Immunity,2005,16:131-142.

[18] Dinarello CA,Kim SH. IL-32, a novel eytokine with a possible role in disease[J].Ann Rheum Dis,2006,65:1161-1164.

[19] Dinarello CA,Kim SH. A novel eytokine with a possible role in disease[J].Ann Rheum Dis,2006,65:1161-1164.

[20] Soyoung Cheon,Ji Hyung Lee,Sunyoung Park,et al. Overexpression of IL-32αincreases natural killer cell-mediated killing through up-regulation of Fas and UL16-binding protein 2 (ULBP2) Expression in Human Chronic Myeloid Leukemia Cells[J]. The Journal of Biological Chemistry,2011,286: 12049 -12055.

[21] Na-Young Ko, Sung-Ho Chang, Jun-Ho Lee, et al. Unique expression of a small IL-32 protein in the Jurkat leukemic T cell line[J]. Cytokine, 2008,42 : 121-127.

[22] A Mario Marcondes,Xiang Li,Laura Tabellini, et al. Inhibition of IL-32 activation by α-1 antitrypsin suppresses alloreactivity and increases survival in an allogeneic murine marrow transplantation model[J]. Blood, 2011,118:5031-5039.

[23] JH Oh, M-C Cho, J-H Kim ,et al. IL-32αinhibits cancer cell growth through inactivation of NF-κB and STAT3 signals[J]. Oncogene, 2011, 30:3345-3359.

[24] Mi H Park,Min J Song,Min-Chul Cho, et al. Interleukin-32 enhances cytotoxic effect of natural killer cells to cancer cells via activation of death receptor 3[J]. Immunology, 2011,135:63-72.

[25] Yun Hee Kang, Mi-Young Park, Do-Young Yoon, et al. Dysregulation of overexpressed IL-32αin hepatocellular carcinoma suppresses cell growth and induces apoptosis through inactivation of NF-κB and Bcl-2[J]. Cancer Letters,2012,318:226-233.

[26] Sojung Lee,Jung-Hee Kim,Heejong Kim, et al. Activation of the interleukin-32 pro-inflammatory pathway in response to human papillomavirus infection and over-expression of interleukin-32 controls the expression of the human papillomavirus oncogene[J]. Immunology, 2010,132: 410-420.