白细胞介素6及其受体对动脉粥样硬化的作用*

崔 艳 综述 李 艳 审校



白细胞介素6及其受体对动脉粥样硬化的作用*

崔 艳 综述 李 艳#审校

动脉粥样硬化(AS)是一种多因素所致慢性血管炎症性疾病，炎症是AS的常见病理生理基础，在AS的发生、发展中起着重要作用。白细胞介素6(IL-6)是急性炎症反应因子和淋巴细胞刺激因子之一，其与受体(IL-6R)均参与AS的发生发展过程，可间接促炎促AS，又可直接促进AS，还能拮抗AS等。研究IL-6及其受体在AS中的分子机制，对AS的发生发展、靶向治疗和新药开发等方面的研究均有重要意义。

动脉粥样硬化；白细胞介素6；白细胞介素6受体

动脉粥样硬化(Atherosclerosis，AS)是心血管疾病的潜在病理基础，AS及其并发症(如急性心肌梗死和脑卒中)仍是西方国家发病率和死亡率最高的疾病之一，且其发病率呈年轻化趋势[1]，目前尚无有效治疗药物。白细胞介素6(Interleukin-6，IL-6)作为重要的炎性因子，与其受体(IL-6R)在AS的发生发展中起着重要作用。本文综述IL-6及其受体与AS关系的研究进展，为AS的机制研究和临床诊断、治疗提供新思路。

1 IL-6及IL-6R的生物学作用

1.1 IL-6的生物学作用

IL-6是一种多效性细胞因子，由184个氨基酸组成四螺旋体，分子量27.3kDa；主要由成纤维细胞、单核细胞、巨噬细胞、T 细胞和内皮细胞合成分泌，属于IL-6家族中的一员[2]。IL-6家族包括IL-6、IL-11、IL-27、IL-30、IL-31、睫状神经营养因子(Ciliary Neurotrophic Factor，CNTF)、白血病抑制因子(Leukemia Inhibitory Factor，LIF)、抑瘤素M(Oncostatin M，OSM)、心肌营养蛋白1(Cardiotrophin-1，CT-1)、心肌营养素样因子(Cardiotrophin-like Cytokin，CLC)，它们共用细胞膜型糖蛋白130 (Glycoprotein 130，gp130)作为信号转导受体[3]。

炎性因子的过度表达是炎症反应的特征之一，IL-6即为重要的炎症标志物，是一个强有力的免疫调节细胞因子，在抗炎和促炎反应中均发挥着重要的作用，这也使其被作为有价值的治疗靶分子[4]。正常人血液中IL-6浓度为1-5pg/ml[5]，当机体的复杂细胞因子网络功能出现障碍时，血液中IL-6浓度可急剧上升，从而导致急性和慢性炎症、内皮细胞功能紊乱、自身免疫性疾病或肿瘤性疾病的发生。在炎症反应中，IL-6主要通过调节靶细胞的分化、增殖、迁移和凋亡介导炎症反应。Alonzi等[6]还发现，IL-6缺陷小鼠可抵御胶原性关节炎，证实IL-6 在慢性炎症和自身免疫性疾病中起着重要作用。此外，IL-6在免疫调节、造血、胚胎发育、血管重塑及脂质代谢中也发挥着重要的生物学作用[7]。

1.2 IL-6R的生物学作用

细胞因子受体分细胞膜型受体和游离型受体。IL-6R包括α受体和β受体，其中α受体又分为细胞膜型(mIL-6Rα)和游离型(sIL-6Rα)；IL-6β受体即gp130蛋白，亦分为细胞膜型(mgp130)和游离型(sgp130)。IL-6Rα主要功能是与IL-6结合从而维持IL-6的稳定性，而mgp130负责IL-6信号转导。

mIL-6Rα只表达于肝细胞、巨噬细胞、巨核细胞及中性粒细胞等少数细胞的细胞膜[8]，参与IL-6经典信号通路。sIL-6Rα即为mIL-6Rα的细胞外区域，正常人血浆中sIL-6Rα浓度为25-50ng/ml，疾病状态下，sIL-6Rα浓度可增加3倍[9]，主要在IL-6 Trans信号通路中发挥重要作用。迄今为止，sIL-6Rα的细胞来源和其产生机制尚未完全明了，目前已知的主要有两种方式，1%—10%的sIL-6Rα来自mRNA编码，90%—99%来自于金属蛋白酶10(ADAM10)和金属蛋白酶17(ADAM17)水解mIL-6Rα的胞外区域[10]。

IL-6与mIL-6Rα及sIL-6Rα的亲和力相当，IL-6/sIL-6Rα复合物充当敌对诱饵物，研究针对此复合物的诱骗受体，阻断其与mgp130结合，从而抑制细胞内的下游信号通路的激活，最终抑制炎症的发生与发展。 这种方式也表现在其它游离型细胞因子受体，如抗炎药物依那西普作为游离型肿瘤坏死因子受体(sTNFR)与肿瘤坏死因子α(TNF-α)复合物的诱骗受体，在临床上用于治疗风湿性关节炎[11]。

mgp130是一种跨膜蛋白，几乎表达于人类所有细胞的细胞膜上。mgp130属于长链β-受体，由免疫球蛋白样域1(D1)、两个纤维连接蛋白III(Fibronectin type III，FNIII)域、跨膜区和胞内域组成，其中两个FNIII域含有细胞因子结合域(D2、D3和CBM)和三个额外的FNIII域(D4-D6)[12]。sgp130是mgp130的胞外区域，其来源同sIL-6Rα，有mRNA编码和蛋白水解酶水解两种方式。迄今为止，已在人血液中发现三种类型的sgp130，即全长sgp130(D1-D6)、sgp130-RAPS(D1-D3)和sgp130-E10(D1-D4)[13]，这种分型与蛋白水解酶水解mgp130胞外区域的位点有关。正常人血清中sgp130的含量高达250ng-400ng/ml，是IL-6/sIL-6Rα复合物的天然抑制剂，与sIL-6Rα共同构成血液中IL-6的缓冲体系[14]。sgp130与IL6/sIL-6Rα复合物的亲和力是sIL-6Rα与IL-6亲和力的100倍[5]，因此，正常条件下血浆中形成的IL6/sIL-6Rα复合物迅速被sgp130结合，从而竞争性抑制IL6/sIL-6Rα复合物与mgp130结合，选择性抑制IL-6 Trans信号通路，抑制炎症反应。因此，在许多炎症性疾病中，可用sgp130 Fc段二聚体抑制诱发炎症的IL-6 Trans信号通路，从而达到抑制炎症反应的目的。目前，临床上已经有利用sgp130 Fc段二聚体治疗炎症性肠病的药物[15]。但也有体外实验证实，在特定条件下，sgp130也可影响IL-6经典信号通路，干扰其抑制炎症反应[16]。

2 IL-6及IL-6R信号通路

IL-6家族一些细胞因子需先与非信号转导α-受体结合，再与信号转导β-受体结合触发信号转导[12]。IL-6先与mIL-6Rα或sIL-6Rα结合，形成复合物后再与mgp130蛋白结合，并诱导gp130蛋白形成二聚体，激活下游信号分子[8]。IL-6信号通路可分为经典信号通路和Trans信号通路，两种信号通路均通过mgp130进行信号转导。在IL-6经典信号通路中，IL-6首先与mIL-6Rα结合，使mgp130蛋白形成二聚体，进而激活细胞内信号通路。然而，mIL-6Rα表达的局限性决定了IL-6经典信号通路只能在少数细胞内发挥作用[8]。在IL-6 Trans信号通路中，IL-6先与sIL-6Rα结合形成IL-6/sIL-6Rα复合物，进一步作用于靶细胞，募集mgp130蛋白形成二聚体，激活下游信号通路[17]。

mgp130二聚体形成后激活酪氨酸激酶(Janus Kinase，JAKs)形成磷酸化的JAKs(pJAKs)，使gp130蛋白上的酪氨酸磷酸化，进一步促进信号转导和转录激活因子3(Signal Transducer and Activator of Transcription 3，STAT3)磷酸化，同时也激活一部分的STAT1和含有SH2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶(SH2-Containing Tyrosine Phosphatase 2，SHP2)[18]。SHP2进而调节激活胞外信号调节激酶(Extracellular-Regulated Kinase，ERK)/丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase,MAPK)信号通路和磷脂酰肌醇3激酶(Phosphoinositide-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(Protein Kinase B，PKB or AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1(Mammalian Target of Rapamycin Compund 1，mTORC1)信号通路[18]。此外，小鼠gp130蛋白757位(人类759位)酪氨酸磷酸化后，通过招募细胞信号转导抑制因子3(Suppressor of Cytokine Signalling 3，SOCS3)可以抑制gp130蛋白及gp130/STAT3信号通路[19]。

近年研究表明，IL-6经典信号通路主要在抗炎方面发挥作用，IL-6 Trans信号通路则主要在炎性疾病中发挥作用，如克罗恩病、AS、类风湿性关节炎(Rheumatoid Arthritis，RA)等[5]。在IL-6经典信号通路中，IL-6激活STAT3磷酸化，可以促进炎性肠内皮细胞增殖，抑制内皮细胞凋亡，还能促进胰腺炎中胰腺细胞再生，以及抵御细菌感染[20]。在IL-6 Trans信号通路中，IL-6激活免疫系统，募集单核细胞至炎症部位，激活内皮细胞和平滑肌细胞，从而加重炎症反应[20]。

3 IL-6及IL-6R与AS

3.1 IL-6间接促炎促AS

AS是一种多因素所致慢性血管疾病，其特点是血管内皮细胞损伤并伴随炎症反应，包括激活并招募单核细胞进入内膜下层、低密度脂蛋白胆固醇积累于动脉内膜、浸润的单核细胞吞噬沉积物形成泡沫细胞等，进而形成粥样斑块[21]。大量研究[22]表明，炎性细胞因子在血管内膜慢性炎症的发生发展中发挥着重要的调节作用，如IL-6/12/17、单核细胞趋化因子1(Monocyte Chemotactic Protein-1，MCP1)、细胞间黏附分子1(Intracellular Adhesion Molecule-1，ICAM1)、TNF、γ干扰素(Interferon gamma，IFN-γ)。这些细胞因子，特别是IL家族，通过诱导趋化因子和黏附分子如MCP1、ICAM1、血管细胞黏附分子1(Vascular Cell Adhesion Molecule-1，VCAM1)[23]，招募炎性细胞进入血管内膜，促进AS的发生。此外，IL-6等炎性细胞因子引起基质降解蛋白酶、趋化因子及活性氧释放，进一步加重AS[24]。还有研究[25]显示，血浆中持续性IL-6所致慢性炎症与肥胖性疾病相关，进而引起胰岛素抵抗、2型糖尿病和AS。

3.2 IL-6直接参与AS

IL-6作为一种重要的促炎细胞因子，在人AS斑块中大量表达，是AS发生发展的独立危险因素[26]。有研究证实，IL-6直接参与AS的发生[27]。IL-6可促进血管内皮细胞表达ICAM1和VCAM1，并促进内皮细胞分泌趋化因子如MCP1，进而趋化IL-6本身[28]。此外，调节性T细胞具有抗AS的作用，而IL-6可以通过Trans信号通路抑制调节性T细胞的抗AS作用，促进AS发生发展[29]。有实验[30]证实，对野生型小鼠和ApoE基因敲除(ApoE-/-)小鼠给予高脂饮食的同时给予IL-6处理，ApoE-/-小鼠体内IL-6水平升高，AS更严重；通过基因修饰使 ApoE-/-小鼠不能经由IL-6诱发肝脏急性时相反应(Acute Phase Response，APR)则具有抗AS的作用[31]。

3.3 IL-6的抗AS作用

IL-6具有复杂而多效性的生物学作用，其在心血管系统的作用亦颇受争议。在IL-6缺乏的低密度脂蛋白胆固醇受体基因敲除(LDL Receptor knock-out，Ldlr-/-)小鼠中，APR的关键蛋白—血清淀粉样蛋白A(Serum Amyloid A，SAA)受损，但对AS的发展并无影响[32]。另有研究[33]发现，缺乏IL-6表达的ApoE-/-和Ldlr-/-小鼠AS斑块均增加，由此推论IL-6可能具有抗AS的作用。另有动物实验证实，完全抑制小鼠体内IL-6作用，并未表现出抗AS的作用。因此，IL-6在AS中的作用仍有待研究。

3.4 IL-6R在AS中的作用

虽然研究已证明IL-6及其下游信号通路在AS发生发展中起着重要作用，但gp130作为IL-6的信号转导受体，在AS发生发展中扮演何种角色，目前尚不清楚。临床数据表明，降低血浆甘油三酯水平与降低心血管疾病风险具有相关性[34]。有研究[35]报道，gp130过表达ApE-/-(gp130F/F: ApoE-/-)小鼠其血浆甘油三酯水平降低，因而可防止AS。sgp130是IL-6 Trans信号通路的天然抑制剂，血浆中高含量也可抑制IL-6 Trans信号通路而防止AS进程。还有研究[36]表明，用sgp130Fc处理Ldlr-/-小鼠可明显抑制小鼠AS的发生与发展，作用机制可能为：(1)抑制小鼠血管内皮细胞ICAM1和VCAM1的表达；(2)减少小鼠动脉粥样斑块中巨噬细胞的聚集；(3)促进调节性T细胞的作用，从而增强适应性免疫应答作用；(4)抑制血管平滑肌细胞的迁移与增殖。

4 IL-6靶向干预

炎症在AS斑块的形成和发展中起着主要的作用，临床现有药物，包括他汀类药物，仍无法治愈70%的冠状动脉性疾病(Coronary Artery Disease，CAD)[37]。寻找新的抗炎治疗策略迫在眉睫。前述内容表明，IL-6及IL-6R对AS非常重要。因此，IL-6/IL-6R/gp130信号通路成为潜在的用于预防和治疗AS的靶标，IL-6、IL-6Rα、gp130及IL-6/IL-6Rα复合物均可作为靶向治疗分子。IL-6/IL-6Rα/gp130信号通路阻滞剂作为临床药物已经在很多疾病中开展应用研究，目前已有两种单克隆抗体，即西妥昔单抗(抗IL-6)和托珠单抗(抗IL-6Rα)分别用于临床治疗巨大淋巴结增生症(Castleman’s disease，CD)和RA。另外，sgp130 Fc已经成功用于治疗许多炎症性疾病的动物模型。研究证实，sgp130 Fc通过抑制STAT3的磷酸化，可治疗结肠炎和关节炎[38]；sgp130 Fc也可直接抑制过敏性哮喘引起的气道慢性低度炎症[39]。还有研究表明，在AS模型小鼠中，sgp130 Fc可减少小鼠动脉粥样斑块的面积和斑块中脂质的沉积[36]。更值得期待的是，随着sgp130 Fc的优化结构的公布[40]，sgp130 Fc成为治疗人类AS药物将会成为现实。

5 总结与展望

综上所述，IL-6及IL-6R具有多效性。一方面，作为重要的炎性因子，可直接或间接地促进AS的发生与发展；但另一方面又可能有抗AS的作用。这种多效性可能与IL-6两种不同信号通路有关，但其具体机制尚未完全明了。目前，IL-6/IL-6α/gp130信号通路在肿瘤及炎症性疾病中的作用已有大量研究，但其对AS的相关研究较少见。因此，深入研究IL-6、IL-6R以及相应的信号通路在AS中的不同作用，针对不同的分子机制寻找靶向药物，对于预防和治疗AS有重大意义。

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本文作者简介：

崔 艳(1990-)，女，土家族，博士研究生，研究方向：个体化医疗与分子诊断

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国家自然科学基金(81572069)

武汉大学人民医院检验科，武汉 430060；#

本文2016-08-30收到，2016-10-27修回

R543.5

A

1005-1740(2016)04-0066-05