白细胞介素-4及其受体的研究现状

杨光勇 郭海涛 何光志 贵阳中医学院 贵阳 550002

白细胞介素-4及其受体的研究现状

杨光勇 郭海涛 何光志 贵阳中医学院 贵阳 550002

IL-4；IL-4R；研究现状

白细胞介素-4（interleukin-4，IL-4）是Ⅱ型辅助T细胞（Th2细胞）分泌的细胞因子。人类白细胞介素-4受体（interleukin-4 receptor，IL-4R）属于红细胞生成素受体超家族成员，与IL-4特异性结合后发挥其生物学功能，现已发现有可溶性IL-4R（Solu-bleinterleukin-4 receptor，sIL-4R）及膜型IL-4R（murine interleukin-4 receptor，mIL-4R），两者与IL-4的结合时的亲和力相同。其中sIL-4R可作为IL-4的保护性载体，并且具有调节IL-4生物学活性的功目前，临床上将IL-4及其受体作为免疫调节剂，在检测和防治哮喘、类风湿性关节炎和肿瘤等相关疾病的效果已经日渐显著。笔者以IL-4及IL-4R对有关文献进行查阅、整理和归纳。现将介绍IL-4及其受体研究现状如下。

1 IL-4及IL-4R在哮喘的免疫调节方面的研究

哮喘（Asthma）是一种由多种炎症细胞如嗜酸性粒细胞、肥大细胞和淋巴细胞共同参与的慢性气道炎症性疾病，其具体发病机制目前尚不清楚。当抗原刺激抗原提呈细胞，使Th2细胞活化分泌IL-4和IL-9等细胞因子，进而诱导B淋巴细胞分泌特异性IgE，IgE作用于肥大细胞使之处于致敏状态。当机体再次接触相同致敏原后，而处于致敏状态的肥大细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞等炎症细胞脱离颗粒，分泌多种炎症介质，导致黏液细胞增生，从而引起气道高反应性等病理改变而引起哮喘发生。因此，IL-4等细胞因子在支气管哮喘发生发展中起着十分重要的作用，研制IL-4的特异性抗体是解决哮喘治疗的有效途径之一。IL-4Rα链的基因多态性在哮喘的发病机制中同样有着促进的作用。IL-4Rα链的基因多态性指IL-4Rα链编码产物第576位谷氨酰胺被精氨酸所代替（Q576R），在变应原诱导的气道炎症和气道重塑中，Q576R基因的多态性显示出强烈的促进作用。Q576R基因多态性能够选择性增强IL-4Rα链信号，加重哮喘患者症状[1]。据文献报道，Q576R基因的多态性与Q576R基因携带者哮喘发生的主要相关基因可能存在一定的地域性差异，但主要以R576还是以Q576基因为主尚无明确定论[2-3]。

抑制IL-4/IL-4Rα可以对哮喘起到有效的免疫调节作用。IL-4的可溶性受体（sIL-4Rα）由于缺少跨膜和胞内结构域，导致其与IL-4特异性结合后使IL-4无法发挥其生物学效应，故sIL-4Rα可以作为IL-4受体拮抗剂[4]。Nishikubo等[5]研究发现另一种属于IL-4Rα链的IL-4拮抗剂，即IL-4双突变体。IL-4δ2是哮喘患者体内T细胞产生的IL-4选择性剪接变异体，对IL-4具有天然的拮抗作用，通过竞争性抑制IL-4与其受体的结合而发挥抑制效应。在人外周血T细胞、淋巴组织、鼻和支气管内膜中均存在编码IL-4δ2突变体蛋白的mRNA。因此，研制此类IL-4突变体蛋白有望为过敏性气道疾病的治疗提供新的途径[6]。

AMG317是一种人源化的单克隆抗体，可以特异性地与IL-4Rα结合，从而阻断IL-4和IL-13的作用，在治疗重症哮喘方面体现出了一定的效果[7]。但有报道认为，人源性IL-4抗体的临床试验却并未达到理想的效果[8]。IL-4和IL-13与具有相同的受体和信号转导途径，IL-4和IL-13在IgE的合成、气道高反应性及气道炎症中都有非常重要的作用，所以IL-13与IL-4被认为是哮喘治疗的重要靶点。但IL-13抗体比IL-4抗体更具亲和性、药效性和安全性等[9]，因此，IL-4与IL-13的联合抗体可能对哮喘的免疫调节具有更好的效果。

分子遗传学研究表明，哮喘是一种多种基因参与的遗传性疾病，与β2肾上腺素受体基因及IL-4基因启动子等基因突变或多态性有关[10]。因此，可以将IL-4受体拮抗剂基因通过病毒转染方式转入肺脏局部组织，使之表达IL-4受体拮抗剂，在治疗哮喘取得一定效果[11]。可溶性重组人IL-4受体是一种人源化的IL-4受体拮抗剂，已有成熟的产品出现，而且已经进入临床试验。试验证明，轻中度哮喘病人雾化吸入rhIL-4R，病人未出现病情恶化[12]。

2 IL-4在类风湿性关节炎中的免疫调节作用

类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）属于自身免疫性疾病，IL-4在RA的发生发展中起到抑制性作用。Th2细胞分泌的IL-4和IL-10可抑制Th1和Th17细胞分泌的IL-1、IL-17和TNF-α等的释放，使机体组织间的各细胞因子保持动态平衡，即Th1/Th2和Th17的动态平衡。RA患者体内处于Th1和Th17细胞占优势状态，出现大量的IL-1β、IL-2和IL-17等细胞因子而引起炎症反应和软骨组织损伤。因此，提高IL-4产量可以抑制Th1和Th17细胞的生物活性，调节Th1/ Th2的动态平衡，以达到治疗RA的效果。IL-4在RA的发生发展过程中起到抑制INF-γ发挥生物学功能的作用，同时还能调节多种细胞生物活性，调控炎症因子，保护软骨和关节下软骨及其他关节组织完整性[13]。同时，Sarkar等[14]认为，IL-4和INF-γ在胶原蛋白诱导的类风湿关节炎的发生发展过程中起着保护性的角色。IL-4或IL-10诱导的耐受型树突状细胞（DC）能对类风湿关节炎产生特异的免疫无应答状态（抑制了Th1细胞的分化），使IFN-γ的含量降低而转向Th2占优势，即IL-4对Th2细胞的分化起到正调节作用[15]，这可能成为治疗自身免疫性疾病的一个手段。

Burgos等[16]发现在自身抗体阳性的非洲裔美国人RA患者体内，IL-4R的单核苷酸多态性基因-rs1801275和rs1805010，与类风湿结节具有相关性，至少有一个等位基因编码共同抗原簇，他们的研究表明，不同种族的RA患者的IL-4R的单核苷酸多态性基因型有一定差异。Wallis等[17]认为IL-4R的遗传多态性控制着人类免疫系统调节IL-17产物量的能力。

在基因治疗方面，其治疗机制是将IL-4的基因导入靶细胞后，局部注射到病变部位，以提高IL-4的产量。RA基因治疗的优势就是存在能够调控转基因表达和转导蛋白合成的可能性。在实验性关节炎模型中，关节内IL-4基因治疗已经被证实能够起到防止软骨组织和骨组织被侵蚀的作用[18]。然而，IL-4在正常膝关节的过度表达也能使滑膜细胞涌入关节腔内而引起严重的炎症反应[18]。为解决这种情况，Geurts等[19]在IL-4的局部基因治疗中加入IL-1加强子与IL-6近端启动子的杂合子后，能够对转基因的表达起到很好的调控作用。

3 IL-4和IL-4R在肿瘤免疫方面的调节

肿瘤的发生机制十分复杂，IL-4和IL-10等Th2类细胞因子体内的异常增多，即机体处于Th2细胞占优势的状态下时，机体细胞的免疫状态受到抑制，有利于肿瘤细胞免疫逃逸，从而导致肿瘤的发生发展。Drake等[20]研究证实了肿瘤患者体内Th2细胞的优势表达。Th1细胞可通过分泌IL-2和IFN-γ而直接抑制肿瘤细胞增殖，因此通过促进Th1细胞分泌IL-2、IFN-γ等细胞因子，同时抑制Th2细胞分泌IL-4、IL-10、TGF-β等细胞因子可以增强机体的肿瘤免疫，达到抗肿瘤免疫的效果。除Th2细胞能分泌IL-4外，肿瘤细胞和侵润的CD8+T细胞也可合成分泌IL-4。而IL-4可促使肿瘤细胞分泌IL-10，IL-10继而促使新的Th2型肿瘤浸润淋巴细胞（Tumor Infiltrating Lymphocyte，TIL）的产生，而TIL又能刺激IL-10的分泌，最终导致恶性反馈循环作用，进一步抑制肿瘤免疫[21]。肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤微环境中是一个至关重要的调节因子，与肿瘤发生密切相关。研究发现，IL-4可介导组织蛋白酶激活肿瘤相关巨噬细胞促进癌症的发生发展，甚至代替激活肿瘤相关巨噬细胞[22]。Roca等[23]认为IL-4能同时促发c-Jun氨基末端激酶信号转导通路激活和生存素上调引起癌细胞扩增。IL-4R在多种肿瘤细胞表面过量表达，如乳腺癌、肺癌和结直肠癌等。因此，肿瘤组织中IL-4R呈优势表达状态与可能肿瘤的免疫逃逸机制有关。

肿瘤放射治疗对机体伤害较大，化学抗肿瘤药物易产生耐药性和副作用等问题，可能易累及正常细胞引起正常细胞发生瘤变。IL-4最初被认为是具有抗肿瘤效应的细胞因子，然而在实验中因为缺少疗效而不再继续研究，然而使用IL-4融合假单胞菌外毒素作为IL-4拮抗剂在临床前阶段的肿瘤模型中表现出了高效性[24]。Hosoyama等[25]在研究胚胎型横纹肌肉瘤中发现，IL-4R信号能够促进癌细胞增殖，虽然IL-4R并非胚胎型横纹肌肉瘤的生存所必须，但该研究揭示了抑制IL-4R信号通路可以成为阻止肿瘤生长的一种方法。

IL-4和IL-4R在肿瘤细胞上具有特异性表达，是作为单克隆抗体的理想材料和免疫毒素载体，且具有易制取和便于实验等优势。研究发现，IL-4R在胰腺癌患者体内高表达，将细胞毒素（Cytotoxin，CTX）与抗IL-4R单克隆抗体（monoclonal anti-human IL-4R antibody，MAIL4R）合成的特异性免疫毒素MAIL4R-CTX在实验中表现出了良好的肿瘤免疫效果[26]。

Eguchi等[27]人利用转基因技术将IL-4基因转导入肿瘤细胞后，发现所表达的IL-4能够促进Th1细胞的肿瘤免疫应答反应，从而加强IL-4与IFN-α抑制肿瘤的功能。Post等[28]利用IL-4超强的宿主抗肿瘤免疫反应及潜在的抗血管生成特性，将IL-4的基因与溶瘤菌腺病毒（hypoxia/HIF dependent replicative adenovirus，HYPR-Ad）整合后产生了一种新的腺病毒即HYPR-Ad-IL4。接种感染HYPR-Ad-IL4的肿瘤后表现出了快速而持续的肿瘤细胞抑制，且对正常组织的副作用小。

4 IL-4和IL-4R在其他方面的研究

在动脉粥样硬化的形成机制中，IL-4具有促进血管炎症效应的重要作用[29]。IL-4在子宫内膜异位症患者血清中显著升高，可能与异位子宫内膜逃避免疫监视、造成异位内膜种植有关[30]。Wang等[31]研究认为IL-4 C-590T基因多态性与煤炭工人尘肺病的发生具有相关性。IL-4及其受体在阿尔茨海默病即老年痴呆症，多发性硬化症和调节大脑免疫等方面具有重要免疫调节作用[32]。此外，IL-4能通过一个间接的机制显著地增加体内白细胞的数量，包括60%嗜中性粒细胞和40%单核细胞[33]，提示IL-4可能在嗜中性粒细胞和单核细胞异常表达的病症中具有诊断和防治作用。骨关节炎患者血清sIL-4R含量明显升高，提示血清sIL-4R水平可作为判断骨关节炎严重程度的诊断指标之一[34]。

此外，利用IL-4和IL-4R等在疾病的发生发展中的特性，人为地加以干预IL-4及其受体蛋白的分泌和表达，使之作为免疫调节剂来调节机体的免疫功能成为了一项越来越受到关注的研究，IL-4和IL-4R基因治疗将成为相关疾病治疗的一条新道路。

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2014-03-08

修回日期：2014-05-23

贵州省社会发展科技攻关项目［黔科合SY字（2011）3020］，贵州省委组织部高层次人才科研条件特助经费项目（TZJF-2011年28号）

何光志（1977-），E-mail:heguangzhi7711@sina.com；Tel：13809430436