白细胞介素-18在器官移植作用中的研究进展

胡慧霞 李 艳

白细胞介素-18(IL-18)是一种新的促炎细胞因子，可以刺激淋巴细胞产生干扰素-γ，从而发挥免疫调节、抗感染、抗肿瘤等生物活性，其水平增加可以引起多种炎症性疾病，如自身免疫性疾病、移植排斥、缺血/再灌注损伤等。临床已发现IL-18水平与肠道疫病、系统性红斑狼疮风湿性关节炎、同种异体移植后移植物功能障碍等密切相关[1]。新的研究也发现IL-18在器官移植后的排斥反应中发挥重要作用。

1 IL-18概述

IL-18于1995年由Okamura等[2]发现，他们在脂多糖诱导中毒性休克小鼠的肝脏中纯化出一种蛋白分子，该蛋白分子能增强T细胞以及自然杀伤细胞的生物学效应，而且与IL-12具有相似的生物活性，但较IL-12诱生干扰素的能力更强。1966年，Ushio等根据纯化蛋白测定结果，克隆出人干扰素诱导因子，命名为IL-18[3]。IL-18主要来自于活化的巨噬细胞，也广泛存在于T细胞、B细胞、自然杀伤细胞和中性粒细胞等免疫细胞，以及肠道上皮细胞、气道上皮细胞、角化细胞、角膜上皮细胞、肾小管上皮细胞等非免疫细胞[4]，其主要作用是刺激淋巴细胞产生干扰素-γ，并调节巨噬细胞活性，增加IL-6、IL-1、巨噬细胞炎性蛋白1(CXCL-1)、CXCL-2和单核细胞趋化蛋白1(CCL1)等促炎细胞因子的表达[5]。与IL-12可发挥协同作用，发挥更强的生物学效应[6]。

IL-18/IL-1β信号通路通过激活核因子-κB和活化因子-1触发多种炎性基因的转录，从而引起促炎细胞因子、趋化因子、黏附分子和集落刺激因子协同刺激白细胞，使其水平升高。而这些细胞因子水平升高在器官移植后急性排斥反应中有重要作用，IL-18引起的器官损害不依赖CD4+T细胞和中性粒细胞[7]。本文旨在分析IL-18在器官移植免疫中的作用。

2 IL-18在移植中的作用

2.1 IL-18在心脏移植中的作用

随着胸腔内手术技术的不断发展与成熟，心脏移植技术日益完善，已成为终末期心脏病患者最有效的治疗手段。但排斥反应的发生对移植患者生存质量造成严重的负面影响，受着需终身服用抗排斥药预防排斥反应的发生。IL-18结合蛋白(IL-18BP)是一个可以特异性拮抗IL-18作用的蛋白因子。临床上应用IL-18BP治疗慢性炎症性疾病取得良好疗效。Gu等[6]在心脏移植大鼠模型中发现，IL-18BP处理组大鼠IL-1β、IL-17、IL-23等炎性因子低表达。在体内和体外实验中，Th17分化均被抑制。IL-18BP处理后引起的T细胞过继转移可以改善心脏移植小鼠心肌缺血/再灌注损伤以及心肌细胞坏死，再灌注24h后，CD4+T细胞、中性粒细胞、巨噬细胞水平达到峰值。此外，阻断IL-18信号通路也可以调节心肌凋亡。这些研究结果均提示IL-18高表达是心肌缺血/再灌注损伤及心脏移植中的不利因子。

2.2 IL-18在肝脏移植和缺血/再灌注损伤中的作用

器官移植必定引起缺血/再灌注损伤，是器官移植不可逃避的过程。血液供应的恢复以及随后氧自由基、促炎细胞因子的产生在移植损伤中均发挥重要作用。其损伤作用机制是IL-18刺激单核细胞因子产生IL-1β和肿瘤坏死因子-α。在肝脏缺血/再灌注损伤的早期阶段，IL-18主要来源于Kupffer细胞，应用IL-18BP抑制剂降低IL-18水平可以抑制IL-6、肿瘤坏死因子-α等细胞损伤相关的细胞因子，明显减轻肝脏损伤。氧化应激反应可增加促炎细胞因子和细胞黏附分子水平，而IL-18BP可以减轻氧化应激反应，这也是应用IL-18BP后，肝移植大鼠肝脏病理结构损伤明显恢复的主要原因[8]。在大鼠肝脏移植模型中，腺病毒基因转移IL-18BP过表达同种异体肝移植组血清氨基丙氨酸转氨酶水平降低，干扰素-γ和干扰素-γ诱导蛋白10水平均降低，存活率显著延长，其可能机制是IL-18BP成功阻断IL-18与其受体的结合，抑制IL-18诱导干扰素-γ的产生。但是临床上并未观察到发生肝移植后排斥反应者与未发生肝移植后排斥反应者IL-18水平有明显差异。IL-18水平增加也是肝移植后糖尿病胰岛素抵抗有效的生物标志物。对肝移植患者IL-18亚型进行分类，发现IL-18亚型与患者性别相关，IL-18 TG基因型与女性肝移植后急性排斥反应相关，而在男性患者中未发现相同结果。即IL-18 TG基因型患者肝移植后是否发生移植排斥反应，性别是主要考量因素。此外还发现IL-18与他克莫司药代动力学有关。LI等[9]收集了150例同种异体肝移植术后肝移植患者，采用高分辨率熔解曲线分析IL-18启动子区G173C(rs187238)和A607C(rs1946518)两种单核苷酸基因多态性与他克莫司药代动力学以及受体肝脏功能障碍的关系，发现这两种单核苷酸基因多态性与IL-18启动子区转录活性有关，高水平IL-18和低他克莫司浓度/剂量比提示发生移植物功能障碍的风险增加[9]。

2.3 IL-18在肾脏移植中的作用

目前已经开展的器官移植中，肾脏移植起步较早，研究也较深入。动物研究表明，IL-18在大鼠和小鼠肾脏移植中均起到关键作用。在小鼠肾脏移植急性排斥反应模型中，肾脏移植后小鼠IL-18及其受体水平均显著升高，而IL-18-/-小鼠肾脏移植后，IL-18及其下游促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ等水平明显下调[10]。在大鼠同种异体肾脏移植模型中，IL-18 mRNA水平明显上调，此时IL-18主要来自ED1+巨噬细胞分泌[11]。临床上也发现了相同的结果，肾移植发生移植排斥患者，其血清IL-18峰值约为正常水平的3倍[12]，进一步研究发现，近端肾小管上皮、远端肾小管上皮以及白细胞浸润的肾脏组织均高表达IL-18 mRNA，并释放成熟的IL-18，特异性应答肿瘤坏死因子-α和干扰素-γ[12]。在临床观察中，急性肾小管坏死和移植肾功能延迟患者尿液IL-18水平明显升高，提示IL-18可以作为急性近端肾小管坏死的生物标记物。还有研究表明，若尿液IL-18含量明显增加，提示有急性肾功能衰竭的可能[3]。

既往研究表明，IL-18(rs187238)基因多态性与移植后预后无明显相关[3]，IL-18基因变异的等位基因137C/G(rs187238)和607C/A(rs1946518)与肌酐清除率无关，表明IL-18基因多态性不影响肾功能[13]。然而在肾移植患者中发现IL-18主要单倍体607C和137G出现的频次增加。但是，如果IL-18(rs1946518)位点存在AA基因型，那么发生慢性移植排斥的风险将增加2倍[3]。另外，IL-18和IL-1β均为CYP3A潜在的调节因子，在肾移植中，CYP3A-依赖性药物可能受不同IL-18变异性的影响。此外，IL-18参与诱导各种炎性细胞因子表达，下调细胞色素P450酶活性以及CYP3A-依赖性药物代谢。他克莫司是肾移植患者常用的免疫抑制剂，移植后一个月内药物浓度/剂量比与患者IL-18(rs1946518)基因多态性相关。基于CYP3A5基因，IL-18启动子区基因多态性有可能促进他克莫司个体化治疗。

2.4 IL-18在静脉移植中的作用

IL-18和IL-1β都属于IL-1家族。它们有相同的氨基酸序列和特定的生物学功能[14]。在血管移植病理生理学方面，IL-18和IL-1β均为重要的促炎细胞因子[15]。静脉移植物内膜增生的过程实际上是炎症反应以及氧化应激参与的复杂过程，当静脉段移植到动脉后一周，血管平滑肌细胞大量坏死，大量单核细胞浸润到移植后静脉。且临床上发现外周血IL-18水平与颈动脉内膜中层厚度密切相关[16]。有实验研究显示，应用IL-18的拮抗重组体IL-1ra-Fc-IL-18bp降低IL-18水平，可以有效抑制血管平滑肌细胞的增植活性以及细胞生长相关的分子信号通路，同时也可抑制体内移植静脉的增厚程度[15]。

2.5 IL-18在骨髓移植中的作用

移植物抗宿主病并是异体造血干细胞移植后的主要并发症，也是移植后死亡的主要原因。研究表明，IL-18在移植物抗宿主病中起重要作用。徐敏[17]采用IL-18结合蛋白干预骨髓移植小鼠，发现小鼠移植物抗宿主病出现时间晚，一般反应轻，存活时间长，波及脏器少，受损轻。其可能机制是抑制IL-18水平可以有利于Th1/Th2细胞平衡向Th2细胞分化，从而减轻了移植物抗宿主病的程度。

3 小结和展望

IL-18在心脏、肝脏、肾脏、血管和骨髓移植后的排斥反应中均起到重要作用，其水平持续升高提示可能有急性肾功能衰竭和同种异体移植排斥。通过IL-18结合蛋白抑制IL-18水平，可以抑制损伤相关细胞因子的产生和Th17细胞分化程度，提高同种异体移植物功能。上述所有结果可进一步加深人们对IL-18的生物免疫学以及在移植受体中作用的认识，推测干预IL-18信号通路有望成为治疗有关疾病的新策略。