浅谈IL-37b与类风湿关节炎的关系

高　思　黄安斌

(华中科技大学同济医学院附属协和医院风湿免疫科，武汉430000)



浅谈IL-37b与类风湿关节炎的关系

高思黄安斌

(华中科技大学同济医学院附属协和医院风湿免疫科，武汉430000)

IL-37是IL-1家族第7个成员(IL-1 family 7，IL-1F7)，最初是2000年利用计算机序列分析发现鉴定的一个细胞因子，2010年被Nold等人命名为IL-37[1]。人的IL-37基因定位于第2号染色体上[2]，结构与其他IL-1家族成员具有高度同源性。根据其基因片段上外显子的不同可组成五个剪切亚型(IL-37a-e)，而每种亚型的表达都有其明显的组织特异性。IL-37b是分子量最大的亚型，也是其主要的效应亚型，包括6个外显子中的5个(1、2、4、5、6)，位于N端的外显子1和2能够编码一种前结构域，它包含了半胱氨酸天冬氨酸酶-1(caspase-1)的酶切位点，在caspase-1的酶切作用下，IL-37b由细胞外向细胞核内转移[3]， IL-37b含有的外显子4～6能编码β-三叶草二级结构，IL-37b被认为是最具有生物学功能的IL-37亚型，有研究表明试验状态下IL-37b能够形成同源二聚体的形式[4]，已有研究证明IL-37b与IL-18、IL-18BP(IL-18结合蛋白)和IL-18Rα(IL-18受体)相互作用，以非竞争性结合形成复合体,抑制了NF-κB和MAPK等途径,使IFN-γ的合成下降,对IL-1 家族受体后信号传导产生负性调节作用,但是IL-37b对IL-18的活性并未产生影响[4-6]。成熟的IL-37b还可以进入细胞核与Smad3结合形成复合体,通过调节基因转录抑制促炎因子的产生[7]。因此科学家推测它在细胞内和细胞外均具有生理活性[8]。

RA是一种以侵蚀性关节炎为主要表现的慢性系统性自身免疫性疾病，其病理特征主要表现为滑膜细胞的增生和炎症细胞的浸润。成纤维样滑膜细胞肿瘤样增生并分泌各种炎症因子，如肿瘤坏死因子(TNF)-α、IL-6、IL-1等在RA免疫发病机制中发挥了关键作用。IL-37是一种新型抗炎因子，研究显示它在多种炎症疾病和自身免疫性疾病的发生及发展过程中起保护作用[9-14]，但其在类风湿关节炎中作用暂不明确。本文主要对IL-37b的来源、生物功能、在炎性疾病中以及类风湿关节炎中作用机制等方面进行综述。

1IL-37b的来源

IL-37b在人类多种组织(淋巴结、肝脏、皮下脂肪、胸腺、骨髓、胎盘、肺、睾丸、子宫、结肠肿瘤)和人类多种细胞系(THP-1、U937、A431、IMTLH、KG-1、HL60、HPBMC、HPT-4、NHDC)中均有表达。在单核细胞、扁桃体浆细胞和乳腺癌细胞中可以检测到IL-37b的翻译后蛋白[8]。IL-37d、e只表达于骨髓和睾丸中，另外,大脑中仅表达IL-37a,心脏中仅表达IL-37c,小鼠体内则缺乏IL-37的表达[9]。

2IL-37b生物功能

IL-37b作为IL-1家族的新成员具有抗炎和免疫抑制双重作用。IL-37b作为一种抗炎细胞因子逐渐受到重视，研究表明，IL-37b可以通过巨噬细胞、PBMC、中性粒细胞、鼠RAW细胞系等有效抑制前炎症细胞因子，抑制TLR诱导的前炎症因子释放以及树突状细胞活性。IL-37b作为一种天然的炎症调节因子在调节免疫炎症反应方面起到重要作用，参与多种免疫炎性疾病，特别与肝炎、休克、肠道炎症、类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、强制性脊柱炎以及病态肥胖等密切相关。

2.1IL-37b 具有抑制促炎症因子的生物学特性研究表明，多种TLR 配体脂多糖(LPS)、转化生长因子-β(TGF-β)能刺激人外周血单个核细胞(PBMC)中内源性IL-37b的合成增加。通过用针对IL-37b的干扰siRNA,IL-37b蛋白生成大大减少，再用LPS刺激后，促炎因子IL-6、IL-1β等的合成显著增加，而IL-10等抑炎因子合成不受影响[10]。Buffer等[15]通过建立稳定转染的鼠巨噬细胞RAW-IL-37b细胞株，可使IL-37b在细胞株中稳定持续的少量表达，通过LPS刺激，IL-37b蛋白的表达逐渐增加，并呈剂量依赖性。通过与空转染组比较，转染的IL-37b细胞能显著减少由LPS刺激的TNF、CXCL-2、IL-1α、IL-6等的生成，表明IL-37b能减少促炎因子的合成。

2.2IL-37b增强了转化生长因子(TGF)-β生物属性Nold等[10]建立的FLAG-tagged IL-37b小鼠模型，证实了IL-37b可保护小鼠免于LPS引起的低体温、代谢性酸中毒、脱水等休克状态。相对于转染组IL-6、IL-1β等炎症因子显著减少，免疫抑制因子TGF-β并没有减少，通过检测表明TGF-β在脾脏内相对于对照组小鼠增加了1.8倍。通过双向凝胶电泳和质谱技术检测Smad3结合物，证实与其结合的细胞因子是IL-37b[16]。Smad3蛋白是TGF-β主要的细胞内信号分子，当TGF-β与其受体结合后，可使Smad3磷酸化。被磷酸化的Smad3蛋白转位到细胞核内，并影响基因的转录。因此，IL-37b 通过与Smad3蛋白结合，促进了TGF-β的细胞因子抑制性。TGF-β作为DCs功能的抑制物已经被人们广泛接受，IL-37通过促进TGF-β的作用，抑制了DCs的功能。

2.3IL-37b抑制树突状细胞(DCs)系统DCs 是公认的体内功能最强大的专职性抗原提呈细胞(Antigen-presenting cell，APC)。研究发现，IL-37b可以显著减少LPS效应从而抑制其诱导的DCs活化，从而减弱了T细胞的免疫应答[10]。IL-37b可以显著抑制IL-1β、TNF、IL-12、IL-18以及IL-12+脂多糖等刺激物的促炎性效应，与其抑制DCs的功能有关。IL-37b通过促进TGF-β从而抑制DCs的功能，从而抑制了固有免疫反应，进而阻断了适应性免疫应答。

2.4IL-37b对趋化因子及信号传导通路的抑制作用在Nold[10]研究中，可见多种细胞因子包括IL-1a、IL-6的表达几乎完全被抑制，趋化因子CXCL13(BCA-1)、GM-CSF和IL-1β显著减少。表明IL-37b具有抑制趋化因子巨噬细胞炎症蛋白(MIP)-2/CXCL2、单核细胞趋化因子(MCP)-5/CCL12 、BCA-1/CXCL12的作用。其机制可能为：IL-37b进入细胞核与Smad3形成功能性IL-37b-Smad3 复合物，使参与促炎性细胞因子信号转导蛋白激酶STATs1-4磷酸化被抑制[17，18]，同时研究表明，IL-37b可抑制p38MAPK磷酸化[19]，从而抑制信号传导通路。

3IL-37b在炎症性疾病中的作用

有研究表明用免疫组化染色方法发现IL-37b在健康受试者的组织中不表达,而在类风湿关节炎活跃期的滑膜组织中高表达,说明IL-37b可能介导一种负反馈机制抑制炎症的过度表达[8,10]。对RA患者外周血IL-37b检测发现：IL-37b在RA患者外周血中表达水平显著增高，并且RA患者血清IL-37b水平与其自身抗体呈正相关，提示IL-37b可能参与了RA的病理生理作用[20]。另外,对自身免疫病狼疮和克罗恩病检测发现有相同的结果,用Real-time PCR方法检测到狼疮病人的单核细胞中含有IL-37b,用免疫组化染色方法检测到克罗恩式病人的轴膜固有层巨噬细胞中也含有IL-37b[9]。另外潘发明和徐建华教授报道发现IL-37b基因rs3811047位点的多态性与强直性脊柱炎易感性相关[11,21]。Bulau等[13]研究发现在ConA诱导T细胞介导的肝损伤中给小鼠尾静脉注射重组IL-37b，2 h后IL-4、IL-5、IFN-γ、TNF-α、IL-6等与对照组小鼠尾静脉注射空质粒相比明显减少，24 h后血清中的各种细胞因子与对照组比较抑制不明显，而IL-6始终比对照组少[22]。说明抗炎细胞因子IL-37b在体内的短暂表达具有抑制局部炎症的作用。

Chustz等[14]研究发现IL-37b可能参与过敏性疾病发病过程，IL-37b作为抗炎细胞因子参与支气管哮喘的发病过程，通过对支气管哮喘急性发作期患者血清中IL-37b的水平检测可知，急性发病期患者IL-37b水平明显低于健康对照者，经治疗后IL-37b水平明显升高，提示IL-37b在支气管哮喘的免疫调解过程中可能起着重要的作用。

4IL-37b在类风湿关节炎中的作用机制

RA是一种以侵蚀性关节炎为主要表现的慢性系统性自身免疫性疾病，其病理特征主要表现为滑膜细胞的增生和炎症细胞的浸润。IL-37b作为抗炎因子，在正常健康人的滑膜细胞中不表达，而RA的滑膜细胞内大量发现，说明IL-37b参与RA的病理发展过程。

4.1IL-37b细胞外作用机制目前RA病因及发病机制仍未完全阐明，滑膜细胞瘤样增生及分泌的各种细胞因子在RA发病中起到了关键作用。其中主要细胞因子为：TNF-α、IL-1、IL-6、TNF-γ、IL-18，还可以产生MMPs与组织金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)介导关节软骨和软组织破坏。

IL-37b作为天然的免疫应答抑制物，能够抑制多种炎性因子的表达。在RA中IL-37b细胞外发挥抗炎作用机制可能为：IL-37b具有促进TGF-β的作用，从而抑制DCs的功能，降低T、B细胞的免疫应答。所以减轻RA的过度炎症反应可以，可以减轻对人体的损害。

IL-37b与IL-18的结构相似,并且参与了IL-18、IL-18BP(IL-18结合蛋白)和IL-18Rα(IL-18受体)的相互作用[5]。IL-37b作为IL-18 的非竞争性抑制剂,并不能影响IFN的产生。IL-37b通过增强IL-18BP的功能从而实现对IFN-γ的抑制作用[4-6]。研究显示IL-37b可能通过3种IL-1R 包括TIR8/SIGIRR(IL-1R8)、TIGIRR-1(IL-1R9)、TIGIRR-2(IL-1R10)激活抑炎通路,发挥抗炎作用。通过这3种通路发挥抗炎作用可以减轻RA炎症反应。

IL-37b不仅抑制肿瘤生长，同时在体外IL-37b具有抑制RA病人成纤维样滑膜细胞生长和促进成纤维样滑膜细胞凋亡的作用。其作用机制可能为IL-37b激活NF-κB相关通路，促进cyclin D1、bcl-2蛋白表达上调，从而促进了细胞凋亡，抑制了滑膜细胞的生长。

4.2IL-37b细胞内作用机制成熟的IL-37b在caspase-1的辅助下进入细胞核,核内的IL-37b与Smad3 结合形成一种功能复合体,抑制了信号转导蛋白、转录激活物1-4、转录因子AP-1和促丝裂原活化蛋白激(MAPKp38)的磷酸化,从而影响了基因的转录。这个过程最终抑制Toll样受体(TLR)诱导的促炎细胞因子的表达以及树突状细胞(DC)的活化[23]。

研究表明TGF-β/Smad3信号通路具有抑制软骨细胞肥大变性，保持关节软骨细胞的功能，防止关节炎的发生[24]。Smad蛋白是TGF-β主要的细胞内信号分子,TGF-β与其受体结合后促使Smad磷酸化并使Smad3转移到细胞核影响基因的转录[25]。因此IL-37b通过与Smad3结合，不仅使TGF-β抑制功能增强，也不断促进了骨骼的修复，防止了过度炎症对骨造成的破坏。同时IL-37b经过caspase-1酶切处理后转移入细胞核作为核内基因调节剂表现出其对促炎细胞因子的抑制效应。

此外IL-37b与Smad3形成复合物，能使信号转导蛋白激酶STAT 1-4(Signal transducers and activators of transcription 1-4)的磷酸化受到抑制,它是促炎细胞因子信号转导过程中的重要信号分子。IL-37b抑制STAT 1-4的可能机制为：STAT 1-4与炎性细胞因子IL-6、IL-12、IFN-γ的信号转导密切相关；Smad3是STAT1和STAT3重要拮抗剂，而且IL-37b可以与Smad3形成复合体，因此STATs的失活可能是IL-37b抑制炎症的最直接机制[26]。c-Jun是转录因子激活蛋白-1(AP-1)家族的重要成员,参与了IL-1诱导的炎症反应过程；磷酸化p38 丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)在多种促炎信号转导途径中起重要作用,IL-37b可以抑制c-Jun和p38MAPK的功能。此外，IL-37b还能通过促进糖原合成酶激酶(GSK)-3a/β磷酸化,进而抑制GSK激酶活性[19,27，28]，最终导致TLR诱导促炎因子及趋化因子合成受到抑制。

5结语与展望

IL-37b作为IL-1家族的新成员，在人体器官、组织广泛表达，并且参与了包括炎症休克、肝脏损伤等炎性疾病，同时也参与了类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、结肠炎、强直性脊柱炎、过敏性哮喘等免疫炎症疾病。展示了IL-37b所具有的强大抗炎和免疫抑制作用。在细胞外与IL-18 受体结合抑制IFN-γ的合成并对TLR后信号传导和DC细胞活性产生抑制作用，在细胞内主要通过caspase-1的辅助下进入细胞核与Smad3结合形成复合物调节基因的转录来抑制炎症因子释放。目前IL-37b对类风湿关节炎的免疫调节机制尚不完全清楚，其作用机制还有待于进一步研究，从而为类风湿关节炎临床治疗提供新思路。

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[收稿2015-10-19修回2016-03-07]

(编辑倪鹏)

doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.07.035

作者简介：高思(1989年-)，女，在读硕士，主要从事类风湿关节炎方面研究。 通讯作者及指导教师：黄安斌(1964年-)，男，副教授，硕士生导师，主要从事类风湿关节炎及各种自身免疫性疾病发病机制方面研究，E-mail:huang-anbin@163.com。

中图分类号R593.22

文献标志码A

文章编号1000-484X(2016)07-1080-04