白细胞介素37在炎症和哮喘中的作用及其治疗应用前景

徐可叶，陈丝丝，李 媛，李明才，李 燕

（宁波大学医学院免疫学研究室，浙江宁波315211）

白细胞介素（interleukin，IL）37于2000年用计算机序列分析方法首次发现。近年来许多实验结果表明，它在细胞增殖分化、抑制炎症和获得性免疫等方面起重要的免疫调节作用［1］。IL-37是IL-1家族新成员，能与IL-18受体α（IL-18 receptor-α，IL-18Rα）结合从而阻断其与IL-18结合［2］。IL-1家族现有11个成员，其中IL-1α，IL-1β，IL-18，IL-33，IL-36α，IL-36β和IL-36γ为促炎细胞因子，其他4个成员IL-1受体拮抗剂（IL-1 receptor antagonist，IL-1Ra），IL-36Ra，IL-37和IL-38为抗炎细胞因子［3］。IL-1家族中现在只有IL-37仍未在猴和鼠中发现［4］。人IL-37基因位于第2号染色体，靠近编码IL-1家族另外8个成员的基因座位。IL-37共有5种亚型，分别为IL-37a～e。其中IL-37b是5种亚型中最大且包含IL-37的6个外显子中的5个［1，5-6］。Zhao等［7］报道，IL-37d能抑制炎症细胞因子表达。但IL-37b是目前研究最多的IL-37亚型，一般的文献及本文所说的IL-37如未特别说明时一般是指IL-37b。

在过去的10年中，研究者广泛地证实了IL-37在固有免疫和获得性免疫中的作用。IL-37能抑制脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激的人外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）分泌促炎细胞因子如肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、IL-1α、IL-1β、IL-6、粒细胞-集落刺激因子和粒-巨噬细胞集落刺激因子［8］。IL-37能减轻肺部中性粒细胞浸润［9］及伴随心肌梗死的单核细胞浸润［10］。另外，它能减轻树突状细胞（dendritic cell，DC）活化，从而抑制获得性免疫功能［11］。因此，IL-37的主要功能是通过负反馈机制减轻因固有免疫和获得性免疫引起的过度炎症反应［12］。

IL-37在胞内或胞外都具有抗炎作用。在胞内合成的IL-37蛋白前体被蛋白酶切割掉1/3后转运至细胞核，该过程可能与Smad3有关［13］。另一方面，胞外IL-37能阻断IL-18Rα与IL-18的结合，通过招募诱饵受体IL-1R8形成IL-18Rα/IL-37/IL-1R8复合体继而发挥抗炎作用［14-15］。反之，体内外实验证实，IL-37中和抗体能增强促炎细胞因子的产生［16］。

近年来，对IL-37关注度逐渐增高，可能是因为IL-37参与类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）、炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）和哮喘［17］等许多炎症性疾病的病理生理过程。本文主要综述IL-37在人类哮喘和实验模型中的功能与机制。

1 IL-37在炎症性疾病中的异常表达

一般在炎症状态下IL-37表达上调。例如，IL-37表达水平与病毒感染呈正相关［18］。而且，高病毒载量的乙肝病毒慢性感染患者血清中IL-37水平比非感染者更高［19］。在许多人类炎症性疾病中，细胞外IL-37浓度表达升高。例如，HIV-1感染患者的血浆和PBMC中IL-37表达水平较非感染者增加［20］。Zhou等［21］发现，甲型流感病毒感染者的血清和PBMC中IL-37水平高于健康对照组，甲型流感病毒感染的A549细胞和PBMC中IL-37 mRNA和蛋白表达也上调，且重组IL-37蛋白能抑制甲型流感病毒RNA的复制。成人斯蒂尔病（adult-onset Still disease，AOSD）患者IL-37蛋白水平明显高于健康对照组，重组人IL-37可明显减弱AOSD患者PBMC中IL-6，IL-1β，TNF-α和IL-18等促炎细胞因子的产生［22］。RA患者血清和滑膜液以及格雷夫斯病患者血清中IL-37水平上调［23-25］。Ragab等［26］发现，RA患者血清IL-37水平比健康对照组明显升高，且IL-37水平与RA患者外周血中活化T细胞数量呈正相关。另外，RA患者血清IL-37水平与类风湿因子值、疾病活动性以及IL-4，IL-7，IL-10，IL-12和IL-13水平有关［23］。Wang等［27］最近发现，RA患者外周血淋巴细胞尤其是CD4+T细胞中IL-37和IL-18Rα的表达明显高于健康对照组，重组IL-37显著下调RA患者PBMC中TNF-α和IL-6的产生。另一项研究显示，血清中IL-37与TNF-α水平呈正相关，但与同样为促炎细胞因子的IL-6并不相关，具体机制尚不清楚［28］。Feng等［29］报道，系统性幼年特发性关节炎（systemic juvenile idiopathic arthritis，sJIA）患者血浆中IL-37的蛋白表达水平明显增高，重组IL-37则可明显抑制sJIA患者PBMC中促炎细胞因子IL-6，TNF-α和IL-17的产生。用缓解病情抗风湿药物治疗的RA患者血浆中IL-37表达也下降［25，30］。通过免疫组化、实时荧光定量PCR和蛋白质电泳技术发现，IBD患者结肠黏膜高水平表达IL-37［31］。慢性IBD儿童患者上皮细胞和黏膜下淋巴细胞也存在同样情况［32］。采用流式细胞术对IBD患者外周循环B细胞、自然杀伤细胞和单核细胞检测后发现，IL-37分泌量明显高于对照组［33］。

在一些动物炎症疾病模型中也得到了相似的结果。携带人IL-37转基因（human IL-37 transgene，IL-37tg）小鼠，在脊髓损伤后IL-37表达水平明显增多，但在IL-37tg小鼠正常生理状态下IL-37表达几乎检测不到［34］。有趣的是，炎症刺激下的IL-37tg小鼠脊髓的内源性神经胶质细胞可能最早分泌IL-37，而巨噬细胞是表达IL-37的主要细胞［35-36］。这可能是因为免疫应答早期表现为低水平白细胞浸润而不是内源性神经胶质细胞引起的［37］。同样，IL-37tg小鼠大肠炎模型中IL-37表达水平增加［36］，并且IL-37均发挥保护作用。

然而，在其他一些疾病中有相反的现象，如白塞病（Behcet disease，BD）活动性患者PBMC中IL-37的mRNA和蛋白表达均明显下降，过敏性哮喘儿童的PBMC中IL-37 mRNA和蛋白表达也明显下降，且BD患者IL-37水平与皮肤黏膜受累程度呈正相关［15，38-40］。此外，环境因素也影响IL-37产生，Di Stefano等［41发现，吸烟者黏膜中的IL-37表达水平低于健康非吸烟者。

2 IL-37调节炎症相关的白细胞迁移与活化

2.1 IL-37调节巨噬细胞或单核细胞

IL-37作为一种免疫抑制因子在巨噬细胞和单核细胞迁移到炎症部位中起关键作用。IL-37tg小鼠的巨噬细胞和血液中性粒细胞数量以及多种细胞因子含量均低于野生型小鼠［34］。IL-37也能抑制巨噬细胞分泌促炎细胞因子。重组IL-37能降低人血液来源的M1分化巨噬细胞中LPS诱导的促炎细胞因子IL-6的分泌，而且抗IL-37单抗能增强LPS诱导的IL-6，TNF-α和IL-1β的分泌。其分子机制是IL-37促进M1巨噬细胞内IL-1R8 mRNA水平增加，导致LPS诱导的P38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和磷酸化细胞外受体激酶（phosphorylated extracellular receptor kinase，pERK）抑制而达到抗炎作用［16］。同样，在人THP-1巨噬细胞、RA和系统性红斑狼疮患者的巨噬细胞［30，42］、强直性脊柱炎患者的PBMC［43］和人痰液的单核细胞［44］中均得到了相似的结果。Huang等［45］用氧合低密度脂蛋白培养人PBMC诱导M1巨噬细胞，发现IL-37能够抑制M1巨噬细胞的分化。

2.2 IL-37调节中性粒细胞

IL-37能抑制中性粒细胞的组织浸润。在小鼠心肌缺血/再灌注模型中，IL-37能明显抑制中性粒细胞扩散，减小心肌肌钙蛋白水平以及梗死面积，提示IL-37能减轻心肌缺血/再灌注损伤和增强心肌功能。在体外实验中，IL-37也可抑制趋化因子介导的中性粒细胞迁移［10］。相似地，在IL-37tg小鼠中，炎症相关的炎症细胞浸润降低，提示许多蛋白在调控白细胞招募过程中起重要作用。在曲霉病小鼠模型中，IL-37通过抑制Nod样受体蛋白（Nod-like receptor protein，NLRP）3炎症小体的激活而非依赖诱导IL-10的方式降低中性粒细胞招募。曲霉孢子感染NLRP3缺陷（NLRP3-/-）小鼠后，其肺泡灌洗液和肺部中性粒细胞招募和IL-1β含量明显低于野生型小鼠，且这种抑制作用在IL-37处理后不发生改变［9］。同样，IL-37也能降低链球菌细胞壁成分诱导的关节炎小鼠［46］和脊髓损伤小鼠［34］的中性粒细胞浸润。

2.3 IL-37调节树突状细胞和淋巴细胞

IL-37也能调节DC的迁移、成熟和活化。IL-37通过诱导调节性T细胞（regulatory T cells，Treg）增殖、抑制DC活化和抑制促炎细胞因子的释放，从而抑制固有免疫和获得性免疫的激活［47］。在皮肤接触性超敏反应小鼠模型中，IL-37tg小鼠的骨髓衍生DC（bone marrow-derived DC，BMDC）的迁移能力比野生型小鼠下降。IL-37能抑制DC细胞的成熟。IL-37tg小鼠BMDC中LPS诱导的MHCⅡ和CD40表达水平比野生型小鼠降低。IL-37tg小鼠中分离的DC活性下降，IL-1β，IL-6和IL-12分泌量降低，而IL-10分泌量增加。而且，IL-37tg小鼠DC是耐受性DC，可诱导Treg细胞的产生，但不能有效刺激初始T细胞和抗原特异性T细胞［11］。同时，其他文献也证实，IL-37能降低DC的成熟［1，8］。

人体内IL-37在小鼠模型中也有相似的作用。重组IL-37处理BD患者的DC可降低IL-6和IL-1β的表达，而增加IL-27的表达。另外，重组IL-37能显著减少DC内活性氧的产生，抑制MAPK 3条信号通路（ERK1/2，JNK和P38）的激活以及Th1和Th17细胞免疫应答。然而，IL-37不影响DC表面CD40，CD86，CD80和HLA-DR分子的表达，故推断IL-37的作用是特异性的［38，48］。

重组IL-37能明显下调RA患者Th17细胞数量和CD4+T细胞及PBMC的IL-17表达。IL-37还可明显抑制Th17细胞增殖，但对Th17细胞分化的影响较小。携带人IL-37腺病毒载体作用于Th17细胞能显著降低胶原诱导关节炎小鼠滑膜和关节细胞中IL-17及IL-17诱导的细胞因子的表达［49］。另外，在哮喘患者诱导痰液中CD4+T细胞也发现了相似的现象［44］。

2.4 IL-37调节其他细胞

IL-37不仅与炎症细胞或免疫细胞有关，而且与哮喘作用靶点细胞如支气管上皮细胞和平滑肌细胞等结构细胞有关。在痰液培养的细胞和支气管上皮培养细胞中发现，重组IL-37能部分抑制支气管上皮细胞分泌炎症蛋白胸腺基质淋巴生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）的产生［50］。最近研究发现，冠状动脉钙化患者的血管平滑肌细胞是IL-37主要来源，但具体作用机制尚不清楚［51］。Liu等［52］最近发现，IL-37在人动脉粥样硬化斑块中高表达，并且浸润的CD4+T淋巴细胞和血管平滑肌细胞是IL-37的主要来源。

3 IL-37在哮喘实验模型中的抗炎作用

3.1 IL-37抑制卵白蛋白诱导的哮喘模型小鼠气道 炎症和气道高反应

在卵白蛋白诱导的过敏性哮喘模型中，IL-37具有明显的抗炎活性。IL-37能降低肺泡灌洗液和气道组织中的嗜酸性粒细胞数量，但对巨噬细胞、淋巴细胞和中性粒细胞数量无影响。而且，IL-37能降低气道组织内杯状细胞肥大、增生，减轻小鼠气道高反应。哮喘小鼠经鼻吸入重组IL-37后，IL-37能减少Th2型细胞因子如IL-4，IL-5和IL-13以及促炎细胞因子如IL-6的产生。而且，IL-37的抗炎作用依赖于IL-37受体亚基IL-18Ra和SIGIRR/IL-1R8［15］。Huang等［53］最近报道，重组人IL-37蛋白可降低卵白蛋白诱导的气道高反应性、炎症细胞浸润、上皮-间充质转变过程和IL-4，IL-6和IL-13水平，但增加IFN-γ的表达。IL-37可能通过抑制转录因子NF-κB和信号传导及转录激活因子3的活化而减轻哮喘的气道炎症和重塑。

3.2 IL-37抑制屋尘螨诱导的哮喘模型小鼠嗜酸性粒细胞炎症

Lv等［54］用屋尘螨诱导的哮喘小鼠模型，发现IL-37可显著降低小鼠肺嗜酸性粒细胞增多、CC亚家族趋化因子11（CCL11）生成和气道高反应。IL-37可能通过抑制成纤维细胞和气道平滑肌细胞，直接作用于气道支气管上皮细胞产生IL-4/IL-13诱导的CCL11来减轻屋尘螨诱导的哮喘。Zhu等［55］体外研究发现，IL-37显著抑制人嗜酸性粒细胞中促炎细胞因子TNF-α，IL-1β，IL-6，CCL2和CXCL8产生。屋尘螨诱导的过敏性哮喘模型中，IL-37能减轻嗜酸性粒细胞浸润、黏液增多、气道壁增厚和杯状细胞增加，还能抑制小鼠血浆中CCL11和IL-5水平及小鼠肺组织匀浆中IL-4，IL-6，L-13，IL-17，CCL5和CCL11水平。体内外实验研究均证实，IL-37可能具有治疗过敏性哮喘的潜力。

4 IL-37在人类哮喘中的作用

4.1 人类哮喘的分类

哮喘是由异常T细胞应答引起的气道慢性炎症，其炎症细胞主要为CD4+T淋巴细胞，包括Th1，Th2和Th17细胞。炎症细胞浸润和炎症介质的释放导致支气管收缩增加，称其为气道高反应，可出现喘鸣、气短及胸部疼痛等哮喘样症状。

哮喘是一种异质性疾病，具有多种不同的表型分型。一种常用的哮喘分型方法是检测诱导痰中存在的不同炎症细胞。所以哮喘可被分为4种不同类型：嗜酸性粒细胞性哮喘、中性粒细胞性哮喘、血小板减少性哮喘和混合粒细胞性哮喘。由于免疫机制不同，各哮喘亚型对治疗有不同的反应。“哮喘个化性医疗/精准医疗”发展的关键是认识到哮喘不是一种同质性疾病，而是存在不同亚型的哮喘。经典的嗜酸性粒细胞性哮喘是最具特征的亚型，它涉及过敏原诱导的Th2通路的激活和Th2细胞因子如IL-4、IL-5，IL-9和IL-13的释放。嗜酸性粒细胞性哮喘对皮质类固醇反应良好。糖皮质激素是目前治疗哮喘的一线药物。另一方面，中性粒细胞性哮喘是因感染和环境污染物诱导Toll样受体和NLRP3炎症小体激活固有免疫系统而致，这种哮喘亚型的特征较难鉴定，并且它对皮质类固醇治疗有明显的抵抗力。

4.2 IL-37与人类哮喘的关系

IL-17参与中性粒细胞性和嗜酸性粒细胞性哮喘，而IL-17可被IL-37抑制。由Th17细胞或巨噬细胞产生的IL-17不仅促进中性粒细胞向肺的浸润，而且最近的证据表明，它可促进过敏性嗜酸性粒细胞性哮喘的发展，其中它与Th2细胞因子协同作用以促进气道高反应［56］。IL-37能通过抑制Th1，Th2和Th17效应物调节炎症反应。IL-37信号缺陷可导致Th2和Th1介导的炎症性疾病如哮喘等［23］。

Charrad等［44］发现，哮喘患者诱导痰单核细胞中IL-37 mRNA的表达水平明显低于健康对照组，并且IL-37 mRNA的表达与哮喘严重程度有关。Lunding等［15］也发现，与健康对照组相比，过敏性哮喘儿童PBMC中IL-37的产生显著降低。此外，用抗CD3/CD28处理哮喘患者PBMC后，可降低细胞上清液中IL-37的表达。Berraies等［50］也发现，与健康对照组相比，过敏性哮喘患者中IL-37的表达降低。非过敏性哮喘患者与过敏性哮喘患者相比则IL-37表达增加。有趣的是，重组IL-37可部分抑制哮喘患者支气管上皮细胞中TSLP的产生。

5 展望

尽管有许多证据表明，IL-37哮喘在实验模型中是炎症细胞浸润、活化和清除的重要调节细胞因子，但关于IL-37在人类哮喘中的表达水平和作用尚未阐明。最近，在卵白蛋白和屋尘螨诱导的哮喘模型中发现IL-37在体内有抗炎作用，同时也可抑制卵白蛋白诱导的气道高反应。今后需要对哮喘患者的表型进一步研究，以便能够充分揭示IL-37在该疾病中的表达和作用。哮喘是一种慢性气道炎症性疾病，而IL-37是一种新的具有抗炎作用的细胞因子，靶向IL-37的作用可能是治疗哮喘的一种新策略。