IL-33在常见呼吸系统疾病中的研究进展

鲁菲菲，蒋敬庭，周军

·综述·

IL-33在常见呼吸系统疾病中的研究进展

鲁菲菲，蒋敬庭，周军

白细胞介素 33（interleukin-33，IL-33）是 2005年Schmitz 等［1］通过序列分析计算发现的 IL-1 家族的新成员，其广泛表达于多种组织，通过人类及小鼠 cDNA 序列分析可知 IL-33mRNA 在胃、肺、脊髓、脑和皮肤呈高表达，而在淋巴组织、脾脏、胰腺、肾脏及心脏低表达［2］。细胞水平上主要表达于正常人体的第一道防御系统，如上皮细胞及内皮细胞的细胞核［3］，亦可诱导表达于感染的髓系细胞和组织基质细胞［4］。近年研究发现 IL-33 通过促进 Th2 型免疫反应与哮喘、肺损伤、肺纤维化、慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）、肺癌等呼吸系统疾病的发展密切相关。因此，IL-33 可能是上述疾病的潜在治疗靶点。本文就 IL-33 在呼吸系统相关疾病中的作用机制及意义进行综述。

1 IL-33 的结构与功能

人类 IL-33 的基因位于 9 号染色体（9p24.1），其分子羧基端和 IL-1 家族的其他成员有共同的特有的结构域，该结构域由 12 股 β 链构成三叶草形折叠结构，这是 IL-1类分子和其受体结合的位置［5］。而在分子的氨基端，存在着螺旋-转角-螺旋的结构，这一结构能与核内异染色质结合从而进行核内定位，并且通过促进核小体之间的相互作用发挥转录抑制的功能［6-7］。IL-33 以其基因编码的前体形式分泌，该前体是由 270 个氨基酸组成的多肽，相对分子量约30 kD，早期认为该前体被半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 1（caspase-1）剪切加工成为成熟的蛋白后释放［1］。但是近期研究证实，全长的 IL-331-270与其受体结合后具有生物活性，而通过 caspase-1 剪切加工的蛋白 IL-331-178及 IL-33179-270则没有生物活性［8］。在一些研究中发现，在机体受炎症刺激或损伤时，通过中性粒细胞丝氨酸蛋白酶、组织蛋白酶 G及弹性蛋白酶等可以将全长 IL-331-270加工为它的成熟形式 IL-3395-270、IL-3399-270和 IL-33109-270并释放［9］。IL-33 受体是一个由跨膜型 ST2 受体（ST2L）和 IL-1 受体辅助蛋白（IL-1RAcP）共同组成的异源二聚体［10］。ST2 属于 IL-1受体超家族，在 IL-33 被发现前一直被认为是孤儿受体，其编码基因位于人类 2 号染色体，转录加工后可得三种亚型：可溶型 ST2（sST2）、跨膜型 ST2（ST2L）及变异型 ST2（ST2V）［11］。ST2 在多种细胞中均有表达，如淋巴细胞、树突状细胞、NK 细胞、NKT 细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞以及肥大细胞，由此介导多种炎症反应［12］。

IL-33 具有双重作用。一方面作为细胞因子，IL-33 与ST2L 受体复合物结合后，募集信号分子如髓样分化因子 88（myeloid differentiation factor，MyD88）、IL-1 相关激酶 1（IL-1 receptor associated kinase，IRAK1）、IL-1 相关激酶 4（IRAK4）及 TNF 受体相关因子 6（TNF receptor associated factor，TRAF6），促进核因子 NF-κB 磷酸化并激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs），如 p38、JNK、ERK1/2，从而使 IL-4、IL-5、IL-13 分泌增加，促进 Th2 型免疫应答的发生［1-2］，在炎症性疾病中发挥着重要作用。Gao 等［13］通过建立两种小鼠肿瘤模型发现，IL-33 通过增强 I 型免疫反应中各成分的表达，如 CD8+T细胞、NK 细胞、IFN-γ、穿孔素及颗粒酶等，以及诱导肿瘤抗原特异性 CD8+T 细胞的表达，协同调节性 T 细胞的耗竭由此引起肿瘤微环境改变，抑制肿瘤的生长和转移。而在另一些研究中，IL-33 则促进肿瘤的生长及转移［14-16］。另一方面如前文所述，IL-33 作为一种核因子，可以与核内异染色质结合进行核内定位并通过促进核小体之间的相互作用发挥转录抑制的功能。

2 IL-33 与呼吸系统疾病

大量研究证实 IL-33 信号参与支气管哮喘、肺损伤、慢性阻塞性肺疾病、肺纤维化等疾病的发生及发展。IL-33表达的高低与呼吸系统疾病的严重程度存在一定的相关性，而给予 IL-33 信号阻断剂可抑制其病理进程，提示 IL-33信号对肺部疾病的发展有重要调节作用。

2.1 哮喘

哮喘是由多种细胞及细胞因子参与的气道慢性炎症性疾病，IL-33 在其中发挥着重要作用。哮喘患者血清 IL-33水平明显高于健康人群［17］。当患者寄生虫、病毒感染或暴露于过敏原时，肥大细胞活化，通过分泌丝氨酸蛋白酶产生成熟形式的 IL-33，高效激活 II 型固有淋巴细胞（group-2 innate lymphoid cells，ILC2s），释放大量 Th2 型细胞因子如 IL-5 和 IL-13，从而促进 Th2 型免疫反应，并可迅速诱导气管收缩［18-20］，同时也抑制了 Th1 型细胞因子的分泌［21］。另外，IL-33 亦可通过 ST2R-ERK 途径促进杯状细胞分泌趋化因子 CXCL8/IL-8 增强哮喘患者的气道炎症［22］，并且可以通过作用于成纤维细胞促进气道重塑［23］。

研究表明，抗 IL-33 抗体、ERK1/2 抑制剂、PKA 抑制剂、抗肿瘤坏死因子（TNF）-α 治疗能抑制 IL-33 的产生，但仍需在实验和大量临床研究进行药理学评估来证实［24］。虽然维生素 D 可直接作用于 Th2 淋巴细胞促进 Th2 细胞因子分泌［25］，但一定浓度的维生素 D 能够增强上皮细胞和淋巴细胞表达 sST2，进而抑制 IL-33 的促炎作用［26］。因此，针对 IL-33 在哮喘发病机制中的作用，选择 IL-33/ST2 通路中不同靶点进行阻断抑制，有可能成为治疗哮喘的一个新的有效方法。同时血清 IL-33 水平与哮喘严重程度相关［23］，揭示IL-33 在哮喘严重程度的诊断中也可以作为一项有力的依据。

2.2 肺损伤

肺损伤在病理生理学方面主要表现为肺泡漏气，肺泡上皮间质内皮通透性增加及炎症介质释放［27-28］。在通过高压通气构建的小鼠呼吸机相关肺损伤（ventilator-induced lung injury，VILI）模型中［29］，IL-33 相关的炎性反应较对照组小鼠增加，IL-33 受体 ST2 在肺部呈高表达，且 ST2L 在胞质中表达降低而在膜表面表达增多。另有研究发现，IL-33/ST2 通路的激活对博来霉素诱导的纤维化肺损伤的形成有着重要的促进作用［30-31］。IL-33 的表达可以保存肺泡结构完整性，避免细胞凋亡，最大程度减少炎性细胞浸润，抑制肺损伤［32］。由此可见，IL-33 在肺损伤的发生发展中发挥着重要的促进作用，干预 IL-33 的表达或通路可以作为治疗肺损伤的一个新方法。

2.3 肺纤维化

Yanaba 等［33］发现在特发性肺纤维化急性加重的患者体内，血清 sST2 水平升高。Tajima 等［34］构建了博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型，发现 IL-4、IL-5、IL-1β 及 TNF-α的 mRNA 水平在第 7 天显著增加，而 IFN-γ 的 mRNA表达则没有增加，ST2 和 TGF-β1 的 mRNA 表达在 7～21 d 间显著增加，且在第 14 天达到峰值；此外，IL-1β、TNF-α 和 IL-4 协同增强了人成纤维细胞 A549 细胞系和人 II 型肺泡上皮细胞 WI38 细胞系 ST2 的 mRNA 表达水平。这些结果表明，sST2 可能参与了肺纤维化的炎症过程，其基因表达水平升高促进了纤维化肺组织的 Th2 型免疫应答。因此，抑制 IL-33/ST2 通路的激活可以作为治疗肺纤维化的方法。

2.4 慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是以 NKT 细胞、单核细胞和 M2 型巨噬细胞为主的先天免疫，通过促进 IL-13 产生，引起气道黏液分泌和气道高反应性［35-39］。在这一机制中还存在上游调控因子参与免疫效应细胞的慢性活化，调节IL-13 的产生，其中比较重要的调控因子即 IL-25、TSLP 和IL-33，而 IL-33 对于 IL-13 依赖性的肺部疾病有着更为明显的作用。研究发现，在人类及小鼠中，IL-33 均由肺上皮干细胞产生［40-41］。

研究表明，IL-33 选择性地高表达于病毒感染诱导的小鼠 COPD 模型和人类 COPD 重症者［42］。在小鼠模型中，IL-33 主要表达于气道浆液细胞和肺泡 II 型细胞，这表明一个祖细胞群对于 IL-33 的长期表达和 IL-13 依赖性疾病有重要意义。在人类 COPD 重症患者中，IL-33 亦选择性高表达于肺组织，且与 IL-13 及黏蛋白基因表达水平相关，并引起气道黏液产生。对比 COPD 重症组与健康对照组，发现 IL-33 定位于 COPD 重症者增生的气道基底细胞的细胞核；对气道基底细胞进行体外分析，仍旧发现 IL-33 在COPD 组中核表达增加，且表达 IL-33 的细胞群多能性增加并通过三磷酸腺苷调节释放 IL-33。由此可见，IL-33/ST2通路在病原体激活时，可以通过肺上皮干祖细胞存储和释放的 IL-33，驱动下游的 IL-13 和气道黏液的产生，引起慢性阻塞性肺疾病。另外有研究发现［43］，血清中 IL-33 水平在COPD 急性发作期患者中显著低于合并有慢性肺心病患者和健康人群对照组，同时也低于其稳定期血清 IL-33 水平。另外，血清中 IL-33 水平与大气道功能（FEV1）和小气道功能（FEF50 和 MMEF75/25）呈正相关，但与中心气道阻力呈负相关，因此，外周血 IL-33 水平可以作为 COPD 患者肺功能的指标。该研究认为，COPD 急性发作期 IL-33 水平下降从而下调 Th2 细胞功能同时增强 Th1 细胞的功能。通过这些研究，我们发现 IL-33 与 COPD 的发生发展密切相关，然而，具体的作用机制仍待进一步研究。

2.5 肺癌

肺癌目前是人类癌性死亡的主要原因，其靶向药物治疗已经成为一个研究热点和临床难题。研究发现，IL-33 可以通过活化 CD8+T 细胞和 NK 细胞诱导肿瘤微环境改变，从而抑制肿瘤生长和转移［13-44］。但另有研究认为，IL-33/ST2轴通过促进免疫抑制性细胞及固有淋巴细胞在瘤内积累促进乳腺癌的生长和转移［14］，在胃癌、大肠癌的侵袭转移中也有促进作用［15-16］。因此，IL-33 在肿瘤中可能存在双重作用。在肺癌中通过对比健康组、肺良性疾病对照组、非小细胞肺癌组的血清 IL-33 水平，发现 IL-33 可以作为非小细胞肺癌的一项诊断和预后判断依据［45］。然而，Naumnik 等［46］发现 IL-33 在非小细胞肺癌患者中的表达与健康人群及肺结节病没有差异。因此，IL-33 在肺癌中的作用机制还有待研究。

3 展望

呼吸系统疾病的治疗目前临床上可选用抗生素、抗胆碱药、糖皮质激素及支气管舒张药等药物，但长期使用可能引起不同程度的毒副作用且疗效下降。因此，寻找新的治疗靶点进行新型药物的开发有着重要意义。IL-33 参与了 COPD、哮喘、肺损伤、肺纤维化及肺癌等疾病的发生发展，抑制IL-33 相关信号的表达能减少炎症因子分泌，对多种呼吸系统疾病具有潜在的治疗作用，并且在肺功能的检查、哮喘严重程度分级方面也有一定意义。然而，IL-33 及相关信号通路在 COPD、肺癌等疾病中的作用机制还不明确，进一步阐明其作用机制并作为呼吸系统疾病治疗靶点的研究对其临床应用具有重要意义。

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10.3969/j.issn.1673-713X.2015.06.017

江苏省前瞻性研究专项基金（BE2013629）；国家自然科学基金海外及港澳学者合作研究基金（31428005）；江苏省条件建设与民生科技专项资金（BL2014034）

213000 常州，苏州大学附属第三医院肿瘤生物诊疗中心

周军，Email：zhouyfan@126.com

2015-06-08