白细胞介素⁃38在中枢神经系统疾病中的作用及潜在性机制研究进展

蔡陆威 陶陆阳 高原

苏州大学基础医学与生物科学学院法医学系（江苏苏州 215000）

白介素⁃38（interleukin⁃38，IL⁃38）是最新发现的一种细胞因子［1-2］，在皮肤、肺、脾脏、心脏和胸腺中高表达，而在非活动免疫组织中低表达［3］。IL⁃38 由多种细胞所分泌，如单核细胞、滑膜细胞和免疫细胞［4-5］。在细胞发生坏死或凋亡条件下，IL⁃38 通过自分泌、旁分泌或内分泌途径被分泌到细胞外，结合自身或临近细胞表面的特异性受体IL⁃36R 和共同受体IL⁃1R，募集下游生物学分子而发挥相应的功能。低浓度IL⁃38可限制Th17细胞产生Th17 细胞因子，增加M2 型巨噬细胞转化，抑制M1 型巨噬细胞转化，起到减轻炎症反应的作用。相反，高浓度IL⁃38 可通过增加促炎因子IL⁃6、IL⁃1β 和TNF⁃α 发挥促炎损害作用，表明IL⁃38 功能差异可能跟其浓度依赖性有关［6］。尽管目前对IL⁃38在生理条件下的生物学特性有了相当理解，但是对于它在病理条件下的作用和潜在性机制仍不明确，尤其是中枢神经系统（central nervous system，CNS）疾病。

CNS 疾病具有高发生率、致残率和病死率［7-8］。其中炎症反应在CNS 疾病的发生发展过程中发挥至关重要的作用。新发现的炎症因子IL⁃38 在多种疾病发挥重要性作用。一方面，IL⁃38 在儿童自闭症中通过减少小胶质细胞的大量增殖和迁移，限制促炎因子IL⁃1β 和CXCL8 表达改善自闭症的临床症状［9］。另一方面，在自身性免疫疾病，IL⁃38可通过增加中性粒细胞和肥大细胞的增殖和迁移加剧炎症反应。然而，IL⁃38 在多种CNS 疾病中的作用和潜在性机制仍待探寻。

基于前期大量文献调研，本综述将概述IL⁃38的生物学特征及其在视神经脊髓炎、阿尔茨海默病和缺血性脑卒中的作用和潜在性机制，旨在讨论CNS 疾病治疗的潜在分子靶点和新治疗策略。

1 IL⁃38 的生物学特性

1.1 IL⁃38的来源、基因和蛋白分子表达特性IL⁃38是IL⁃1 家族中新颖性识别的一种抗炎细胞因子，隶属于IL⁃36 亚群。于2001年它的基因被LIN 和GAN 两个实验团队成功克隆，IL⁃38 被首次确认属于IL⁃1 受体家族的成员，并被命名为IL⁃1HY2 和IL⁃1F10［10］。IL⁃38 的基因位于人类染色体2q13⁃14.1 上，介于两个拮抗基因IL⁃1Ra 和IL⁃36Ra 之间，且与以上两种拮抗剂的基因同源性分别高达41%和43%，提示这三者具有相类似的抑制剂功能。另外，IL⁃38 基因主要由5 个外显子编码，编码152 个氨基酸的蛋白质。该蛋白主要由丙氨酸、谷氨酸和亮氨酸等19 种氨基酸组成，最高比例占约9.2%。人IL⁃38 蛋白也由152 个氨基酸组成，并且它的蛋白质三维结构具有IL⁃1 家族细胞因子典型的12⁃β 链三叶结构。此外，IL⁃38 的生物学活性可能需要N 端切割，目前它仍缺乏信号肽和caspase⁃1 切割位点的依据［3］。

1.2 IL⁃38 的生物活性大量研究已经证实IL⁃1家族成员需要切断N 端氨基才能获得完全的生物活性，包括但不限于IL⁃38［11］。先前的研究表明IL⁃36Ra 想要获得完全的生物活性，需要caspase⁃1 切除N 端的第一个蛋氨酸。除了casepase⁃1 外，组织蛋白酶G、弹性蛋白酶和蛋白酶3，也能切割IL⁃36亚群细胞因子使其激活［12］。基于IL⁃38 与IL⁃36Ra的基因序列存在43% 的高度同源性，不难推测IL⁃38 的激活可能也需要相应蛋白酶的切割N 端而获得。研究人员从人重组IL⁃38 中获得20⁃152 序列氨基酸（aa 20⁃152），而从小鼠重组IL⁃38 中获得aa 3⁃152，结果显示截短IL⁃38 可显著降低IL1RAPL1 依赖的细胞因子产生，而全长IL⁃38 则产生相反的作用［13］。另外，MORA 等［13］发现，在凋亡细胞条件培养基（apoptotic cell⁃conditioned medi⁃um，ACM）上，IL⁃38（aa 20⁃152）单独或者联合处理显著减少巨噬细胞上清液中IL⁃6 和IL⁃8 表达，相较于IL⁃38（aa 1⁃152），表明IL⁃38 存在切割形式且活性较强，这为探寻IL⁃38 的蛋白酶或酶切位点提供了新思路和方向。相反，单独或联合不同浓度的IL⁃38 刺激IL⁃1β 或LPS 诱导人巨噬细胞时，剪切IL⁃38 在低浓度时显著降低IL⁃6 的表达，而IL⁃38的全长形式在高浓度时则显著升高IL⁃6 的表达。因此，IL⁃38 的成熟形式具有较强的抗炎特性。也就是说，IL⁃38 在低浓度起抗炎作用；在高浓度起到促炎作用，造成这种现象的主要原因可能是IL⁃38 的生物活性形式多样性。尽管目前还没有发现能切割IL⁃38 的特异性蛋白酶，但据大多数研究者推测，钙蛋白酶、基质金属蛋白酶2（MMP2）、MMP9、组蛋白酶G 和颗粒酶B 极有可能存在识别IL⁃38 上潜在的剪切位点，比如MMP2 的剪切位点与用来产生人IL⁃38 的20⁃152 个氨基酸的A⁃x⁃Asp模型一致［11］。然而，IL⁃38 被切割后相应的成熟形式的生物学活性及生物学活性的强弱还有待进一步研究。

1.3 IL⁃38 的受体及其生理条件下推定的信号通路传统认为，IL⁃38 竞争性结合IL⁃36R，限制IL⁃36R 招募IL⁃1Racp 的能力，阻断IL⁃36/IL⁃36R 下游MAPK（ERK，p38，JNK）、NF⁃kB和激活蛋白1（AP⁃1）信号通路，引起负反馈性调节功能［11］。然而，当下认为，IL⁃38 可以上调胶原诱导性大鼠关节组中沉默调节蛋白1（Sirtuin 1，SIRT1）的表达，而下调缺氧诱导因子（Hypoxia⁃inducible factor，HIF）1α、髓样分化因子（myeloid differentiation factor88，Myd88）、NF⁃κb 及AP⁃1 的表达。在SIRT1 抑制剂处理下，IL⁃38 的上述抑炎作用被抑制，表明IL⁃38 可通过抑制炎症缓解胶原诱导性大鼠关节损伤，依赖于SIRT1/HIF⁃1α信号通路［14］。除此之外，IL⁃38拮抗作用很可能依赖于它募集IL⁃1R家族的共同抑制性受体，如SIGIRR、TIGIRR1 和/或TIGIRR2。TIGIRR⁃2是公认的具有抑制促炎细胞因子的功能，且是IL⁃38 的新颖性受体。低浓度的IL⁃38 处理有效地阻断念珠菌诱导的IL⁃17 反应，而高浓度IL⁃38 则失去阻止IL⁃17 表达的能力，且更高浓度IL⁃38 反向增加它产生［6］。另外，IL⁃38从凋亡细胞中释放，与孤儿受体三免疫球蛋白结构域结合IL⁃1 受体相关2（TIGIRR⁃2）［15］。那么，IL⁃38 发挥抗炎的信号机制可能依赖于TIGIRR⁃2。尽管IL⁃38 的生物学特性和相关分子机制在生理条件下有一定的理解，但是它在疾病状态下的作用和潜在性机制仍是空缺，特别是CNS 疾病。

2 IL⁃38 在中枢神经系统疾病中的推测性作用和潜在性机制

2.1 视神经脊髓炎视神经脊髓炎（Neuromyelitis optica disorder，NMOD）是一种累及视神经和长节段脊髓脱髓鞘疾病。起初NMOD 被认为是多发性硬化。然而，2004年在NMOD 患者的血清中发现一种自身抗体，它可以自由穿透血脑屏障，并特异性地与星形胶质细胞的水通道蛋白（AQP）4 结合，称为NMO⁃IgG。NMO⁃IgG 可引起补体系统激活破坏星形胶质细胞，导致少突胶质细胞的损伤，从而引起炎症性脱髓鞘病变和坏死［16］，所以NMO⁃IgG是NMOD 病理发生的基础。

IL⁃38 作为一种经典的抗炎因子，可以抑制参与Th17 途径的趋化因子的分泌［17］。而产生IL⁃17的Th17 细胞是包括NMOD 在内的自身免疫性疾病的关键驱动因素［18］。因此，该研究结果支撑IL⁃38可能通过限制Th17 炎症反应抑制NMO 病理改变的假设。一方面，Th17 细胞对AQP4 的表达具有特异性，可以破坏血脑屏障，使抗AQP4 的自身抗体和活化补体通过血脑屏障聚集在病灶多核细胞聚集处。另一方面，Th17 能产生多种促炎细胞因子，特别是IL⁃17、IL⁃22 和IL⁃6。它们都会诱导B细胞分化为产生抗体的浆细胞，从而促进血清AQP4 抗体的产生，干扰神经功能［19］。因此，Th17可能作为NMOD 靶向治疗的靶细胞，有效抑制其活性可能是治疗NMOD 新的思路。

先前的研究表明IL⁃38 可通过抑制NF⁃κB 和MAPK 信号通路阻断Th17 细胞的分化和功能，并且NF⁃κB 和MAPK 抑制剂限制IL⁃38 减少IL⁃17 表达水平，表明NF⁃κB 和MAPK 信号通路介导了IL⁃38 抑制IL⁃17 的作用［20］。另外，IL⁃38 能够显著提高SIRT1 阳性的表达，同时降低HIF⁃1α、AP⁃1、NF⁃κB 的阳性表达，从而改善炎症反应中Th17/Treg 失衡［14］。尽管IL⁃38 在NMOD 中的作用及相应分子机制尚未见报道，但是，笔者推测SIRT1/HIF⁃1α 或NF⁃κB、MAPK 信号转导可能介导IL⁃38 调节Th17，发挥保护对抗疾病发展的作用。未来有待深入探索IL⁃38在NMOD中发挥保护作用的具体分子机制，以期为精准治疗NMOD患者提供可靠的理论依据。

2.2 阿尔茨海默病阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一种进行性、致命性神经退行性疾病，其临床特征是智力衰退、行为紊乱和认知功能障碍。然而，AD 的具体分子机制和治疗方法仍不确定。众所周知，AD 的特征性病理变化是大量不溶性斑块的沉积，这些斑块由淀粉样蛋白⁃β（Aβ）的聚集物和细胞内的神经元纤维缠结组成。炎症级联在淀粉样斑块发生和发展中起着重要的作用［21-22］。例如，患有类风湿性关节炎（RA）等自身免疫性疾病的患者易发生Aβ 沉积，显著提高患AD 的风险率［23］。新发现的细胞因子IL⁃38 在大量炎症性疾病中起到了抑制炎症反应的保护作用，暗示IL⁃38 可能作为一种治疗炎性病，像阿尔茨海默病的新药物或新靶点。

研究表明，IL⁃38 能显著下调脂多糖（LPS）刺激的巨噬细胞释放的IL⁃1β 和TNF⁃α 的表达［24］。IL⁃1β 和TNF⁃α 是AD 病理发生进展的关键诱因［25］。在β⁃APP 转基因小鼠脑组织中Aβ 反复激活小胶质细胞，使其过表达IL⁃1β，引起脑神经的慢性炎症损伤［26］。而在AD 患者的大脑中，IL⁃1β受体广泛表达在星形胶质细胞的表面，当它结合配体IL⁃1β 后，它们可诱导星形胶质细胞的增殖和激活，大量表达S100 蛋白，促进萎缩性轴突的过度生长。除此之外，它还能诱导星形胶质细胞表达其他Aβ 结合配体，如IL⁃6、α1⁃ACT、ApoE 和补体，诱发神经斑块形成，引起疾病的恶化［27-28］。同样，TNF⁃α 也与AD 的病理变化密切相关。健康成年人大脑中TNF⁃α 的表达水平很低，但它在神经退行性大脑中却过度表达［29］。TNF⁃α 通过与受体TNFR1 和TNFR2 结合介导神经元凋亡。研究发现，类风湿关节炎（RA）等自身免疫疾病的患者AD 的风险比正常人高，TNFR1 的表达水平显著升高，而TNFR2 的表达水平下降［30］，表明TNFR1 是Aβ 诱导的神经元凋亡的重要因子。TNF⁃α 与神经元细胞膜上的TNFR1 结合，激活死亡域（DD）的活性，并通过核因子NF⁃κB 与BACE1 启动子结合触发信号级联反应，促进淀粉样斑块的形成增强神经变性［31］。因此，笔者推测抑制促炎炎症因子/NF⁃κB 信号通路可能对AD 起到一定预防和治疗作用。的确，IL⁃38 能显著降低促IL⁃1β 和TNF⁃α的表达水平，限制AD 的病理性损伤，但是具体的分子机制不清楚［6］。结合以往的研究成果，笔者推测IL⁃38/NF⁃κB/BACE1 信号轴可能在抑制促炎症因子方面发挥重要作用，有望成为理解AD 病理改变的新机制及预防和治疗AD 患者的新靶点。

2.3 缺血性脑卒中脑卒中是全球第三大死亡和残疾的风险因素，分为出血性脑卒中和缺血性脑卒中［32］。其中缺血性脑卒中是由各种内、外因素导致的脑部供血障碍，诱发局部脑组织缺血缺氧坏死和脑部神经功能障碍［33］。大量研究表明，长期持续性炎症反应会加重病理性损伤，恶化神经功能缺陷；有效减轻炎症反应能显著减轻病理性损伤，改善神经功能［34］。IL⁃38 作为新发现的抗炎细胞因子，在多种中枢神经系统疾病中扮演着至关重要性作用，包括但不限于脑血管疾病。已经有研究表明接受组织纤溶酶原激活剂（tissue⁃type plasminogen activator，tPA）治疗且预后良好的缺血性脑卒中患者血清IL⁃38 的含量显著提高，这提示IL⁃38 可能是缺血性卒中预后的早期可靠预测标志物［35］。然而，IL⁃38 在缺血性脑卒中的具体作用及其潜在分子机制仍待探明。

最近的权威报道揭示IL⁃38具有抗血管生成的作用，抑制血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）对血管内皮细胞的影响。例如，在角膜新生血管的小鼠模型中，IL⁃38 不仅能抑制受损角膜中血管的形成，还能阻止内皮细胞的增殖、迁移和毛细血管的形成［36］。而在胶原性关节炎（CIA）大鼠模型中，大剂量IL⁃38［5 ng/（g·d）］干预后使VEGF、VEGFR1 和VEGFR2 的表达明显下降，抑制CIA 大鼠的新生血管形成，依赖于SIRT1/HIF⁃1α 信号通路介导的［14］。因此，IL⁃38 能清除脑内缺血性卒中损伤的血管，同时加速血管内皮增殖，修复血管，从而改善脑血管疾病。

IL⁃38 能有效抑制促炎症因子，阻断其对血管内皮的损伤和毒性，这可能是通过IL⁃38/IL⁃1R 轴实现的。事实上，应用外源性IL⁃1Ra 或过量表达内源性IL⁃1Ra 可明显减少由缺血、创伤或兴奋性毒性引起的脑损伤及由此引起的癫痫发作，而应用IL⁃1Ra 中和抗体或敲除IL⁃1Ra 基因可加剧缺血性脑损伤［37］。另外，IL⁃1R1 在中枢神经系统的各种细胞中广泛表达，包括神经元、胶质细胞和血管内皮细胞。IL⁃38 常被用作IL⁃Ra 的拮抗剂，它可以通过抑制与IL⁃1R1 的结合来介导抗炎反应。ZHANG 等［38］发现，一种具有类似IL⁃38 功能特性的新型细胞因子IL⁃37 在急性缺血性脑卒中后的大脑和血浆中表达增加，作为一种神经保护剂可以防止小鼠的脑部炎症损伤、运动障碍和肺部感染。基于以上发现，笔者推测IL⁃38 很有可能发挥IL⁃1 的拮抗剂作用竞争性结合IL⁃1R1，通过SIRT1/HIF⁃1α 等信号通路，下调VEGF 的表达，从而在预防和治疗脑卒中方面体现出较强的可行性，但具体作用和分子机制还需要更多的研究来证实。

3 总结与展望

目前关于IL⁃38 的报道大多局限于皮肤、肺、心脏等器官组织，而对IL⁃38 在神经系统疾病中的报道较少。尽管本综述对IL⁃38 在生理和病理条件下的作用和机制有一定理解（表1），但是仍有大量科学问题待未来实验数据支撑，如IL⁃38 的具体成熟形式和活性强弱、其N 端蛋白酶的类型和剪切位点、特异性受体类型和生理状态下的潜在分子机制以及病理条件下的分子机理。总之，IL⁃38能有效地同时调控多种促炎因子IL⁃17、IL⁃1β、TNF⁃α、IL⁃22 和IL⁃8 的表达变化，那么，IL⁃38 将有望成为临床上治疗中枢神经系统疾病的新药物或靶点。

表1 IL⁃38 在中枢神经系统疾病中的作用Tab.1 The role of IL⁃38 in central nervous system diseases