IL-33/ST2信号通路在缺血性脑卒中的作用*

郭爽，肖伟，罗艺

（1.武汉大学中南医院 检验科，湖北 武汉 430071；2.华中科技大学同济医学院附属武汉市中心医院 肾病内科，湖北 武汉 430014）

缺血性脑卒中是中老年人常见的脑血管疾病，由短暂或持久的脑主动脉血流减少引起，因其损伤机制复杂、发病率和致残率高，一直是医学研究的热点。卒中患者的脑损伤严重程度及预后与其脑组织炎症反应程度密切相关。有研究发现，白细胞介素-33（Interleukin-33，IL-33）及其信号通路在缺血性脑损伤炎症反应发生机制中占据重要地位[1-3]。探讨IL-33及其信号通路在缺血性脑卒中的作用及作用机制，对该疾病诊断和治疗预后具有积极的指导意义。

1 IL-33及其受体ST2在CNS中的生成及功能

IL-33也称IL-1F11和NF-HEV，作为ST2的配体蛋白在2005年被首次发现，属于白细胞介素-1（Interleukin-1，IL-1）超家族新成员[4]。类似于IL-1家族其他成员，IL-33可作为传统的细胞因子，通过IL-33/ST2信号通路促进辅助性T细胞（helper T cell，Th）2型免疫反应；同时，IL-33也是一种核蛋白，可参与调控基因转录[4-5]。此外，IL-33作为警报素从坏死的细胞释放以警示组织损伤或应激，是一个多功能蛋白[6]。IL-33是生长刺激表达基因2蛋白受体的唯一特异性配体，其生物学活性的发挥主要依赖于与跨膜型生长刺激表达基因2蛋白受体的结合，另外有一种可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体能够作为IL-33的诱饵受体结合并中和IL-33，对IL-33/ST2信号通路发挥负性调节[5]。IL-33在人类和龋齿类动物的多组织器官中高表达，而脑和脊髓是其表达量最高的器官之一，这提示了IL-33在调节中枢神经系统（central nervous system，CNS）病理生理学和炎症应答的过程中可能起着重要作用[4，7]。

IL-33广泛分布和表达于CNS，利用含有IL-33-LacZ基因的报告菌株进行的原位分析结果显示，IL-33在许多器官和组织中高表达，如小鼠上皮屏障组织、淋巴器官、脑、胚胎及炎症组织等[8]。在CNS发育过程中，一直到晚期胚胎脑中才能检测到微量的IL-33，然而在出生后的发育大脑中即可检测到高表达的IL-33[9]。在脊髓、胼胝体、海马、丘脑及小脑可以检测到高活性的IL-33启动子[4，8]。IL-33已被证实在多种细胞有表达，如内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、脂肪细胞及平滑肌细胞等[9]。起初认为CNS中的IL-33 mRNA和蛋白仅由内皮细胞和星形胶质细胞生成，小胶质细胞和神经元并不表达IL-33[10]。然而有研究发现，蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后的神经元也可以检测到IL-33的表达[11]。尽管如此，目前学者仍普遍认为IL-33表达于星形胶质细胞和少突胶质细胞，不表达于神经元和小胶质细胞[12-13]。因此，关于IL-33在CNS表达的细胞定位需要更多的研究来证实。

IL-33的受体生长刺激表达基因2蛋白也称为跨膜型生长刺激表达基因2蛋白受体、T1、IL-1RL1或DER4，是Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）/IL1R超家族的成员之一。IL-33与跨膜型生长刺激表达基因2蛋白受体和IL-1受体辅助蛋白（Interleukin-1 receptor accessory protein，IL-1RAcP）共同组成的异源二聚体结合而发挥生物学效应，其中IL-1RAcP是所有白细胞介素家族受体共有的部分[14]。生长刺激表达基因2蛋白可由多种免疫细胞生成，如巨噬细胞、T细胞、肥大细胞及CNS细胞[7]。有研究表明，IL-33受体的组成部分包括跨膜型生长刺激表达基因2蛋白受体和IL-1RAcP在CNS胶质细胞，尤其是星型胶质细胞和小胶质细胞均有表达，但神经元仅表达IL-1RAcP，这意味着小胶质细胞和星型胶质细胞可能是IL-33的最早应答者[4]。然而新近有研究提示，在小鼠脊髓神经元和坐骨神经损伤小鼠模型的神经元可以检测到生长刺激表达基因2蛋白受体的表达[15]。因此，生长刺激表达基因2蛋白在CNS的细胞分布至今仍无确切的定论。YASUOKA等[10]在体外培养的星型胶质细胞中发现，TLR的配体脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）可诱导IL-33表达增加并释放，并刺激小胶质细胞分泌促炎症细胞因子如肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、IL-1，起到反馈调节作用。此外，IL-33还被发现能够增强小胶质细胞的吞噬作用，促进抗炎症细胞因子和趋化因子生成增多[16]。由此可见，当CNS处于不同生理及病理条件下时，IL-33/ST2的表达特征并非一成不变，这也提示了其效应和功能的多样性。

目前发现的生长刺激表达基因2蛋白基因编码≥4种亚型：生长刺激表达基因2蛋白（跨膜型生长刺激表达基因2蛋白受体）、可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体、生长刺激表达基因2蛋白V及跨膜型生长刺激表达基因2蛋白受体V。其中，可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体是分泌到循环中可以被检测到的可溶性生长刺激表达基因2蛋白，其作为IL-33的诱骗受体负性调节IL-33的生物学功能[17]。在一些Th2型免疫反应相关疾病如哮喘、脓毒症等可以检测到升高的血清可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体，被认为是很有价值的炎症生物学标记，而在一些心血管疾病如动脉粥样硬化、心力衰竭等亦能观察到血清可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体表达增多[18]。

2 IL-33及其信号通路参与缺血性脑卒中

缺血性脑卒中是威胁人类健康的临床常见危急重症，可以导致脑组织损伤，同时伴随有炎症反应的激活，从而引发一系列症候群。目前临床上对于急性脑缺血事件的处理仍未获得理想疗效，主要原因是其发病机制极其复杂，至今尚未阐明。多种因素参与缺血性脑卒中的病理过程，其中T淋巴细胞介导的免疫炎症反应在缺血性脑损伤中发挥着重要作用。在脑缺血后24 h内，T淋巴细胞即可通过受损的血脑屏障进入脑实质和聚集在缺血区，根据亚群的不同发挥着各自效应。其中，Th1和Th17型细胞主要发挥促炎效应，可促进神经元凋亡和胶质增生；而Th2和调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）可通过释放抑炎症细胞因子减轻脑组织损伤和促进神经再生[19]。临床研究也证实缺血性脑卒中患者血清中Th1/Th2细胞比例失衡[20]。由此得出猜想：通过免疫干预增强Th2型细胞免疫反应或抑制Th1型细胞免疫反应以维持Th1/Th2细胞平衡可能具有减轻缺血后炎症反应、促进神经功能恢复的作用。

在一些心血管疾病如动脉粥样硬化以及Th1型免疫反应介导的炎症疾病（比如实验性肠炎），IL-33可促进Th1/Th2平衡向Th2偏移，具有免疫保护作用[21]；在糖尿病小鼠模型，IL-33表达减少可以加剧缺血再灌注诱导的心肌损伤，揭示了其在心肌缺血再灌注中的保护作用[22]。由此可见，作为Th2型免疫反应的关键活化分子，IL-33及其信号通路能够介导T细胞的分化和平衡。在临床上，动脉粥样硬化是缺血性脑卒中的基础病因之一，以上研究揭示了IL-33及其信号通路参与缺血性脑卒中的炎症病理过程。

2.1 IL-33及其受体在缺血性脑卒中的表达

在2013年的一项对中国北方人群的基因分型研究中筛选发现，IL-33基因单核苷酸多态性（rs4742170）与缺血性脑损伤的发生发展显著有关[23]。随后，有临床研究发现，急性脑梗死患者血清中IL-33水平显著升高，且与脑梗死面积相关[24]。IL-33的诱骗受体可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体可被分泌到血清中而容易被检测到，在脑卒中患者，血清可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体表达水平升高并与症状严重程度相关[3，25]。可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体在星型胶质细胞和小胶质细胞中高表达，这是两种参与缺血后炎症反应的重要细胞类型[10]。因此，可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体被推测是脑卒中的一种新型生物学标记。本实验室研究团队在先前的动物实验中发现，小鼠大脑中脑动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型缺血再灌注后不同时程脑组织中的IL-33及其膜受体生长刺激表达基因2蛋白的mRNA水平呈下降趋势，提示脑缺血可能抑制了IL-33/ST2介导的Th2型免疫反应[26]。

2.2 IL-33/ST2信号通路在缺血性脑损伤中的作用及机制

起初的研究观点认为，IL-33/ST2轴可能参与并促进了缺血性脑卒中的炎症反应[23-24]。然而在近几年的研究中，观点更倾向于IL-33对缺血性脑卒中具有神经保护作用[27-28]。本实验室研究团队在2015年首次报道了侧脑室注射重组IL-33蛋白可以缓解小鼠MCAO模型的神经功能缺失症状和脑梗死体积[2]，与上述观点一致。新近一项研究在生长刺激表达基因2蛋白基因敲除小鼠制备MCAO模型，发现可以加剧梗死灶体积和长时程的神经功能缺失症状[13]。

总结以上实验研究，笔者将IL-33缓解缺血性脑损伤的作用机制概括为以下几个方面：①研究报道侧脑室注射IL-33可以促进小鼠MCAO模型脑组织中的Th2型免疫反应[2]。由此得出结论：IL-33诱导Th1/Th2平衡向Th2偏移，这与IL-33在动脉粥样硬化中的作用相类似；②IL-33能抑制小鼠脑缺血模型中的Th17型免疫反应，其可能通过调节基因转录影响了缺血后Th17/Treg细胞平衡状态[2]；③除了免疫学机制，IL-33还能够影响CNS的细胞功能。研究表明，静脉注射IL-33可以诱导MCAO小鼠缺血旁大脑皮层分泌IL-4和减少星形胶质细胞的活化[25]。体外试验也发现IL-33可以激活小胶质细胞释放IL-10，这对于其神经保护效应的发挥是至关重要的[13]；④IL-33/ST2信号通路下调可能诱导缺血后神经元凋亡。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3是细胞凋亡通路中的主要执行基因。研究发现，小鼠MCAO模型缺血再灌注后IL-33随缺血后时程的表达变化与半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3的表达趋势呈负相关[26]。由此可见，IL-33及其IL-33/ST2轴在缺血性脑损伤进程中的免疫调节机制已逐渐被到认识，即通过翻转缺血后的脑组织炎症，从而发挥其脑保护效应。

但是IL-33及其信号通路在缺血性脑损伤中的作用及机制尚未完全阐明。有研究发现，在小鼠脑缺血模型外周给予IL-33还可以诱导脾脏分泌IL-4[25]。外周淋巴器官尤其脾脏是缺血脑组织中淋巴细胞的主要来源，在脑缺血动物模型中已经证实了脾脏切除可以起到缓解缺血性脑损伤的作用[29]。IL-33是Th2细胞的有效趋化剂，那么IL-33是否能够调节脾脏免疫功能，从而影响T淋巴细胞向缺血脑组织的趋化、浸润和分布呢？新近还有研究提示，Treg细胞表达细胞因子IL-33的受体生长刺激表达基因2蛋白，且IL-33可通过作用于生长刺激表达基因2蛋白受体促进Treg细胞增殖[30]。在中枢神经系统的原发性炎症疾病中，Treg细胞被认为是维持免疫稳态，限制疾病进展和促进组织损伤修复的一种重要的保护性细胞[31]。IL-33是如何调节脑缺血后Treg细胞功能及效应的发挥尚不得而知。此外，目前临床上普遍开展检测的炎症标志物如超敏C反应蛋白、血清淀粉样蛋白A、脂蛋白相关磷脂酶A2和白细胞介素-6等是建立评价卒中发展的危险因子的候选标志物，那么IL-33及其可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体在辅助判断脑缺血后炎症反应中是否具有临床应用价值也是值得关注的一个研究方向。

3 展望

综上所述，IL-33及其IL-33/ST2信号通路参与缺血性脑卒中的疾病进程，可能通过调节T细胞亚群平衡及神经细胞功能的作用机制，从而缓解缺血性脑损伤的发生、发展。缺血性脑卒中患者升高的血清可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体与疾病严重程度呈正相关，而梗死灶面积与血清IL-33水平呈负相关，联合检测血清IL-33和可溶性生长刺激表达基因2蛋白受体可能是今后诊断缺血性脑卒中和判断其预后的一个重要新型生物学标志。此外，IL-33/ST2信号通路可作为一个新靶点运用于缺血性脑卒中或其他神经系统炎症性疾病的治疗和科学研究中，具有广阔的临床应用前景。