白细胞介素-33与支气管哮喘发病机制的相关性研究进展

田洪梓，王　迪

医学信息研究

白细胞介素-33与支气管哮喘发病机制的相关性研究进展

田洪梓，王迪＊

支气管哮喘目前被认为是一种气道的慢性炎症性疾病，其诱发因素多种多样，IL-33是作为白介素家族的成员之一，可能参与了这一复杂的炎症过程，导致了支气管哮喘的发生和发展。笔者查阅大量文献发现IL-33和ST2基因多态性可能与支气管哮喘易感性之间存在一定的相关性，研究IL-33对于明确支气管哮喘的发病机制具有重要意义。

白细胞介素-33；支气管；哮喘

支气管哮喘（简称哮喘）是由多种细胞和细胞组分参与的慢性呼吸道炎症性疾病，包括T淋巴细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞、树突状细胞等，Th1/Th2细胞免疫应答失衡，即Th2细胞数量增加、功能活化，伴随Th2型细胞因子的大量分泌，是哮喘病理改变的始动和维持因素。近年来研究结果表明，白细胞介素-33（IL-33）可以激活并维持多种参与哮喘发病的免疫细胞的功能，诱导产生Th2型细胞因子，提示其可能在哮喘发病中起到重要作用。本文就IL-33在哮喘领域中的相关研究做一综述。

1　IL-33及其受体简介

IL-33是IL-1家族的新成员，其基因序列和结构与IL-1家族成员IL-1β和IL-18相似。人IL-33基因定位于9号染色体（9p24.1）上，小鼠的IL-33基因定位于19号染色体（19qC1）。IL-33的mRNA表达于人和小鼠的多种器官和细胞中；在蛋白水平，IL-33主要表达于肺、胃、中枢神经系统、皮肤和肾脏等器官，在上皮细胞、平滑肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞中可以检测到其蛋白表达［1］。在没有感染或者炎症的情况下，IL-33定位于细胞核内，扮演转录抑制角色［2］。当组织受损或者细胞坏死时，IL-33被分泌至细胞外，与其受体结合产生促炎效应，但这种分泌机制目前尚不清楚。

IL-1R辅助蛋白（IL-1RAcP）和ST2共同组成IL-33的受体。IL-1RAcP是IL-1家族多个成员（例如IL-1α、IL-1β、IL-1F6、IL-1F8和IL-1F9）的受体组分［3］。ST2是Th2细胞选择性标记之一，并高度表达于肥大细胞表面。此外，巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、自然杀伤细胞、自然杀伤T细胞等免疫细胞也表达ST2。ST2有两种存在形式，一种是跨膜受体表达形式，另一种是可溶性受体（sST2）表达形式，目前认为sST2可能是IL-33的诱饵受体。当IL-33与跨膜受体结合后，IL-1RAcP招募髓样分化蛋白88（MYD88）和IL-1相关蛋白激酶（IRAK），启动下游NF-κB和MAPK通路，诱导细胞产生各种促炎细胞因子（例如IL-5、IL-13等），进而产生相应的生物学效应［1］。

2　IL-33对免疫细胞的影响

2.1对Th2细胞IL-33受体ST2选择性表达于Th2细胞表面，在初始T细胞、Th1细胞、Th17细胞并不表达。体外研究表明，在IL-33存在的前提下，Th2细胞的IL-5、IL-13产生增强；同时，IL-33可以极化初始T细胞并产生IL-5和IL-13［4］。体内研究表明，小鼠腹腔内注射重组人IL-33后出现脾大，镜下观察发现肺部有多种免疫细胞浸润、黏液增加和上皮增生，胸腺、脾、肝和肺中IL-4和IL-5mRNA升高，血清IgE、IL-5和IL-13增高［5］。另外，体外和体内实验也证实IL-33是Th2细胞的强有力的趋化因子，可以募集Th2细胞到炎症部位发挥作用［6］。

2.2对肥大细胞人类和小鼠肥大细胞组成性表达ST2，因此肥大细胞是IL-33另一主要靶细胞。IL-33可以促进CD34+肥大细胞前体的成熟，胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）可以协同促进这一过程［7］。IL-33还能促进人脐带血来源的肥大细胞生存与黏附，增加其IL-8和IL-13的产生［8］。在随后的研究中，研究人员发现过敏性哮喘患者外周血CD34+细胞同时表达TSLP和IL-33受体，在特异性抗原致敏后，细胞表面TSLP和IL-33受体的数目发生了增加［9］。此外，IL-33与肥大细胞表面受体结合后可诱导产生多种细胞因子、趋化因子和脂质介质，包括IL-8、IL-5、IL-13、IL-6、IL-1β、TNF-α、GM-CSF、CCL2以及前列腺素D2，体内外实验也显示IL-33可以诱导肥大细胞脱颗粒反应。最后，IL-33可能具有使肥大细胞向组织归巢的作用［8］。

2.3嗜碱性粒细胞与Th2细胞和肥大细胞相比，嗜碱性粒细胞表面的ST2表达相对较少，但IL-3可以刺激ST2表达增多。与IL-33作用于Th2细胞和肥大细胞相似，IL-33可以诱导嗜碱性粒细胞产生Th2型细胞因子（IL-4、IL-13），并能促进CD11b的表达和细胞黏附［10-12］。CD11b的表达增加可以增强嗜碱性粒细胞向CCL11的迁移。此外，尽管IL-33不能直接诱导嗜碱性粒细胞脱颗粒，但它可以协同增强IgE介导的脱颗粒。另外，Kroeger等报道IL-33可以通过增强Akt的活化增加嗜碱性粒细胞的生存［13］。

2.4嗜酸性粒细胞人类外周血嗜酸性粒细胞表面表达的ST2含量极低，但可在细胞内检测到ST2的mRNA和ST2蛋白的存在。近来有研究表明IL-33可以直接诱导嗜酸性粒细胞产生超氧化物和IL-8，并且可以增强IL-3、IL-5以及GM-CSF介导的IL-8产生［10，14］。另外，IL-33可以通过促进嗜酸性粒细胞CD11b的表达从而增强其黏附能力，同时可以不依赖IL-4、IL-5以及GM-CSF延长嗜酸性粒细胞的生存［15］。这些研究表明IL-33可能通过嗜酸性粒细胞在炎症部位的累积，进而在某些过敏性疾病的发病机制中发挥作用。

2.5树突状细胞 （DCs）早期研究显示，在GMCSF和IL-4作用下，小鼠骨髓细胞可以分化为骨髓来源DC（BMDCs），同时表达ST2。晚近的研究证实IL-33也可以诱导骨髓细胞向DCs发育［16］。另外，IL-33还能使BMDCs产生IL-6增多，并能增强BMDCs表达MHCⅡ类分子和CD86［17］。在IL-33存在的环境下，初始CD4+T细胞与BMDCs共同孵育6～10 d后，上清液中可检测出IL-5和IL-13。由于这种背景下产生的细胞因子与IL-5+IL-4-非典型Th2细胞亚群产生的细胞因子相似，因此有学者认为IL-33可能可以诱导初始CD4+T细胞转变成这种Th2细胞亚群［18］。

3　IL-33和哮喘

人类基因组计划和HapMap计划的完成使得利用基因组相关性研究（GWAS）寻找哮喘的易感基因变得更为便利。一项涉及10 365例哮喘患者和16 110名正常对照人群的GWAS近期已经完成，Moffatt等发现IL-33（IL33）、ST2（IL1RL1）的单核苷酸多态性与哮喘之间具有明显的基因组相关性［19］。类似的结论在其他研究中也得到了印证［20，21］。值得注意的是，虽然这些研究还发现了其他不同基因的单核苷酸多态性与哮喘有关，但唯有这两个基因始终被列为哮喘的易感基因。因此，IL-33在哮喘的发病机制中可能确实具有重要的地位。

多项研究证实在哮喘患者的血清和肺组织中可以检测到升高的sST2和IL-33［22-24］。在鸡卵蛋白（OVA）诱导产生的小鼠哮喘模型中同样检测到了增高的sST2蛋白和IL-33mRNA。另外，通过IL-13和STAT6依赖途径，小鼠腹膜内和鼻腔内给予IL-33可引起肺部和肠道嗜酸性粒细胞浸润。这些研究表明IL-33可能在一定程度上参与了哮喘的发病过程。

为了进一步证明IL-33在哮喘发生、发展中的作用，构建IL-33基因敲除小鼠无疑具有重要意义。近来Oboki等成功构建了IL-33基因敲除小鼠，这些小鼠可以正常发育，提示IL-33作为核因子对生长发育没有影响。与正常小鼠相比，IL-33基因敲除小鼠经OVA致敏后，肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞数量较少，肺部炎症情况更轻。同样的，以尘螨浸出物诱导IL-33基因敲除小鼠的气道炎症中，肺泡灌洗液里的炎症细胞明显减少［25］。另外，早期研究表明吸入木瓜蛋白酶能诱导Rag-2基因敲除小鼠的气道炎症，产生严重的气道嗜酸性粒细胞浸润，但木瓜蛋白酶却无法诱导IL-33基因敲除小鼠和IL-4、IL-13双基因敲除小鼠产生气道炎症，这个现象说明木瓜蛋白酶诱导的天然气道炎症依赖于IL-33，并且在此过程中产生的IL-4、IL-13来源于天然免疫细胞而非T细胞［25］。因此，IL-33在Th2相关的局部气道炎症中发挥重要作用。这一观点得到了近期一项研究的支持，Chang等［26］研究发现A型流感病毒感染小鼠后可以活化NLRP3炎症体，诱导肺泡巨噬细胞产生大量IL-33，进而活化天然辅助细胞产生IL-13，最终引起小鼠气道高反应性。

此外，有学者利用抗ST2抗体治疗OVA诱导的小鼠气道炎症，发现抗ST2抗体可以减轻气道炎症；另外还有学者报道抗IL-33抗体可以减轻OVA诱导的小鼠气道炎症。这些动物实验从治疗层面证明了IL-33和ST2在哮喘发病机制中的作用。但Hoshino等［27］利用ST2基因敲除的小鼠进行研究时发现，小鼠可以对寄生虫和过敏原产生正常的Th2反应，骨髓来源肥大细胞的功能和分化也没有受到影响，因此作者认为ST2对Th2细胞和肥大细胞的功能没有作用。有意思的是，同样利用ST2基因敲除小鼠进行短程哮喘模型研究时，Kurowska-Stolarska等却发现小鼠的气道炎症减轻［4］。产生这种截然不同现象的原因可能是短程哮喘模型中肥大细胞起到了更重要的作用。

总之，大量的研究结果提示IL-33和ST2基因多态性与哮喘易感性有关；IL-33可以活化免疫细胞产生Th2型细胞因子，并在一定程度上诱导Th2细胞的分化，进而产生气道炎症反应和气道高反应性等哮喘的典型表现；抗IL-33抗体和抗ST2抗体可以减轻哮喘小鼠的气道炎症。这些研究表明IL-33在哮喘的发病机制中可能起到重要作用。目前哮喘的发病率仍然居高不下，探索哮喘发病机制和开发安全有效药物依然任重道远，对IL-33表达、分泌和功能的研究将会为哮喘防治提供新的思路和靶点。

［1］Liew FY，Pitman NI，McInnes IB.Disease-associated functions of IL-33：The new kid in the IL-1 family［J］.Nat Rev Immunol，2010，10（2）：103-110.

［2］Carriere V，Roussel L，Ortega N，et al.IL-33，the IL-1-like cytokine ligand for ST2 receptor，is a chromatin-associated nuclear factor in vivo［J］.P Natl Acad Sci USA，2007，104（1）：282-287.

［3］Chackerian AA，Oldham ER，Murphy EE，et al.IL-1 receptor accessory protein and ST2 comprise the IL-33 receptor complex［J］.J Immunol，2007，179（4）：2551-2555.

［4］Kurowska-Stolarska M，Kewin P，Murphy G，et al.IL-33 induces antigen-specific IL-5+T cells and promotes allergic-induced airway inflammation independent of IL-4［J］.J Immunol，2008，181（7）：4780-4790.

［5］Schmitz J，Owyang A，Oldham E，et al.IL-33，an interleukin-1-like cytokine that signals via the IL-1 receptor-related protein ST2 and induces T helper type 2-associated cytokines［J］. Immunity，2005，23（5）：479-490.

［6］Komai-Koma M，Xu D，Li Y，et al.IL-33 is a chemoattractant for human Th2 cells［J］.Eur J Immunol，2007，37（10）：2779-2786.

［7］Allakhverdi Z，Smith DE，Comeau MR，et al.The ST2 ligand IL-33 potently activates and drives maturation of human mast cells［J］.J Immunol，2007，179（4）：2051-2054.

［8］Iikura M，Suto H，Kajiwara N，et al.IL-33 can promote survival，adhesion and cytokine production in human mast cells［J］.Lab Invest，2007，87（10）：971-978.

［9］Allakhverdi Z，Comeau MR，Smith DE，et al.CD34+hemopoietic progenitor cells are potent effectors of allergic inflammation［J］. J Allergy Clin Immun，2009，123（2）：472-478.

［10］Pecaric-Petkovic T，Didichenko SA，Kaempfer S，et al.Human basophils and eosinophils are the direct target leukocytes of the novel IL-1 family member IL-33［J］.Blood，2009，113（7）：1526-1534.

［11］Suzukawa M，Iikura M，Koketsu R，et al.An IL-1 cytokine member，IL-33，induces human basophil activation via its ST2 receptor［J］.J Immunol，2008，181（9）：5981-5989.

［12］Schneider E，Petit-Bertron AF，Bricard R，et al.IL-33 activates unprimed murine basophils directly in vitro and induces their in vivo expansion indirectly by promoting hematopoietic growth factor production［J］.J Immunol，2009，183（6）：3591-3597.

［13］Kroeger KM，Sullivan BM，Locksley RM.IL-18 and IL-33 elicit Th2 cytokines from basophils via a MYD88-and p38α-dependent pathway［J］.J Leukocyte biol，2009，86（4）：769-778.

［14］Cherry WB，Yoon J，Bartemes KR，et al.A novel IL-1 family cytokine，IL-33，potently activates human eosinophils［J］.J Allergy Clin Immun，2008，121（6）：1484-1490.

［15］Suzukawa M，Koketsu R，Iikura M，et al.Interleukin-33 enhances adhesion，CD11b expression and survival in human eosinophils［J］.Lab Invest，2008，88（1）：1245-1253.

［16］Mayuzumi N，Matsushima H，Takashima A.IL-33 promotes dc development in bm culture by triggering GM-CSF production［J］.Eur J immunol，2009，39（12）：3331-3342.

［17］Rank MA，Kobayashi T，Kozaki H，et al.IL-33-activated dendritic cells induce an atypical Th2-type response［J］.J Allergy Clin Immun，2009，123（5）：1047-1054.

［18］Oboki K，Nakae S，Matsumoto K，et al.IL-33 and airway inflammation［J］.Allergy Asthma Immunol Res，2011，3（2）：81-88.

［19］Moffatt MF，Gut IG，Demenais F，et al.A large-scale，consortium-based genomewide association study of asthma［J］.New Engl J Med，2010，363（13）：1211-1221.

［20］Gudbjartsson DF，Bjornsdottir US，Halapi E，et al.Sequence variants affecting eosinophil numbers associate with asthma and myocardial infarction［J］.Nat Genet，2009，41（3）：342-347.

［21］Melén E，Himes BE，Brehm JM，et al.Analyses of shared genetic factors between asthma and obesity in children［J］.J Allergy Clin Immun，2010，126（3）：631-637.

［22］Smithgall MD，Comeau MR，Park Yoon BR，et al.IL-33 amplifies both Th1-and Th2-type responses through its activity on human basophils，allergen-reactive Th2 cells，iNKT and NK cells［J］.Int immunol，2008，20（8）：1019-1030.

［23］Kurowska-Stolarska M，Stolarski B，Kewin P，et al.IL-33 amplifies the polarization of alternatively activated macrophages that contribute to airway inflammation［J］.J Immunol，2009，183（10）：6469-6477.

［24］Préfontaine D，Lajoie-Kadoch S，Foley S，et al.Increased expression of IL-33 in severe asthma：Evidence of expression by airway smooth muscle cells［J］.J Immunol，2009，183（8）：5094-5103.

［25］Oboki K，Ohno T，Kajiwara N，et al.IL-33 is a crucial amplifier of innate rather than acquired immunity［J］.P Natl Acad Sci USA，2010，107（43）：18581-18586.

［26］Chang YJ，Kim HY，Albacker LA，et al.Innate lymphoid cells mediate influenza-induced airway hyper-reactivity independently of adaptive immunity［J］.Nat Immunol，2011，12（7）：631-638.

［27］Hoshino K，Kashiwamura S，Kuribayashi K，et al.The absence of interleukin 1 receptor-related T1/ST2 does not affect T helper cell type 2 development and its effector function［J］.J Exp Med，1999，190（10）：1541-1548.

［2016－04－26收稿，2016－05－25修回］

［本文编辑：韩仲琪］

Research progress on the relativity of IL-33 and broncho-asthma

TIAN Hong-zi，WANG Di.Dept.of Respiratory，No.107 Hospital of PLA，Yantai，Shandong 264002，China

Asthma（also named bronchial asthma）is currently considered to be a chronic inflammatory disease of the airway，the factors induced this disease are many among which IL-33 as one of the interleukin family members may participate in the complex process，leading to the occurrence and development of asthma.A large number of studies have found that IL-33 and ST2 gene polymorphisms may be certainly related to the susceptibility of asthma，thus studying IL-33 has important significance for investigating the pathogenesis of asthma.

Interleukin-33；Asthma；Bronchus

R563.2+5

A

10.14172/j.issn1671-4008.2016.11.034

264002山东烟台，解放军107医院呼吸科（田洪梓，王迪）

王迪，Email：531612017@qq.com