白介素2研究进展

梁家欣,罗中钦,聂东宋,刘 宇

(湖南理工学院化学化工学院,湖南岳阳 414006)

白细胞介素2(Interleukin-2),简称白介素2(IL-2),是趋化因子家族中扮演重要角色的细胞因子,最初是由白细胞产生又在白细胞间发挥作用,所以由此得名,并一直沿用.1976年,Morgan 等从丝裂原(低聚糖复合蛋白复合物植物血凝素、刀豆蛋白等)刺激的细胞培养上清中分离得到一种能促进和维持细胞生长的多肽分子[1].后来,借助分子生物学技术手段确定了它的化学性质,并在1979年第二届国际淋巴因子专题会议上正式将其命名为IL-2.

1 白介素2的生物学特性

IL-2 是一种由糖蛋白组成的四螺旋束细胞因子(图1),分子量为1.45 万左右,主要由免疫系统CD4+T淋巴细胞和存在于脾脏、淋巴结等的CD8+T 淋巴细胞共同作用产生.此外,活化的树突状细胞(DCS)、自然杀伤细胞(NK)、及NK T 细胞也可产生IL-2.通常协同T 细胞受体(TCR)和CD28等共同刺激细胞分子,激活T 细胞导致IL-2的产生及IL-2受体(IL-2R)的表达.1983年,Taniguchi 等成功克隆人类IL-2基因,人IL-2基因位于四号染色体上,包含4个外显子和3个内含子,长度大约5Kb,与小鼠和牛IL-2基因同源性分别为65%和63%[2].人体的IL-2多肽含133个氨基酸残基,等电点在6.5～8.0 之间,其生物学热稳定性较好[3].在结构上,IL-2 主要由α 螺旋体和β螺旋体构成,第58、105和125位含半胱氨酸残基[4].IL-2主要依赖第58 位、105位半胱氨酸之间所形成的二硫键来维持空间构造,而其第125位半胱氨酸残基二硫键错配,造成IL-2天然构型破坏和功能消失[5].因此,为提高IL-2活性,基因工程上将其换为丝氨酸(Ser)或丙氨酸(Ala).IL-2 的前体结构中含有153 个氨基酸残基, 其N 端的信号肽由20 个氨基酸残基构建而成.此外, IL-2 的α 螺旋体可分为A～F 区, 在其成熟过程中, 六个α 螺旋进行折叠, N 端不断向中区靠拢, 除A 区外的五个α 螺旋组成反向平行α 螺旋束.其中, IL-2α 螺旋A(11～19)第17位异亮氨酸发生突变会影响活性, 其邻近部位第20 位天冬氨酸的侧链参与IL-2β 亚基结合的方式可能是直接式的[6]; α 螺旋和β 区之间由脯氨酸分界, 其中IL-2α 螺旋B 区的活性由第42、44 位Phe、第45 位Try 和第56 位Leu 的极性及空间位置决定; 并且α 螺旋的结合位点位于E 区, IL-2 跟β 亚基的结合度与α螺旋F 区稳定度相关.在功能上, IL-2 主要靠局部自分泌和旁分泌发挥作用.IL-2 在免疫系统充当生长因子, 起到中枢调节的作用, 通过配体诱导IL-2Rα、IL-2Rβ、IL-2Rγ 异源三聚化而发挥作用.IL-2 的作用机理是整合到具有针对性的IL-2 受体上, 其受体含低亲和力P55α 亚基和中亲和力P75β 亚基, 两亚基共同结合可形成高亲和力受体.同时, IL-2 在维持外周自我耐受性中充当重要角色, 其机制是经过Fas 介导的CD4+T 细胞在抗原再次刺激后死亡, 以及IL-2 促进调节性T 细胞的分化与存活[7].曾有研究者通过基因靶向将IL-2Rα(CD25)和IL-2β(CD112)单独灭活后作用于实验小鼠, 结果显示IL-2Rβ 缺失的小鼠体现出严重的淋巴组织增生及自身免疫紊乱[8].在体外, IL-2 是许多T 细胞反应的必要条件; 在体内, 虽然IL-2 不必诱导T 细胞也能产生依赖性免疫, 但在持久性T 细胞免疫中CD8+记忆T 细胞反应必须有IL-2 的参与[9].此外, IL-2 可以被选择性修饰, 用以刺激细胞毒性效应细胞或Treg 细胞[10], 低剂量的IL-2 临床实验表明,IL-2 在扩增Treg 细胞和调节免疫病理学方面具有相当大的潜力[11].

图1 天然IL-2的空间结构

2 白介素2 的药理作用及适应症

IL-2 属于淋巴细胞生长因子的一种, 具有促进T 细胞在受抗原刺激后的增殖和细胞转化分化的作用,其作用原理主要是通过强化细胞因子分泌自然杀伤(NK)细胞, NK 细胞受到增殖刺激信号增强, 同时由于其未遭到MHC 阻碍, 使得NK 细胞的杀伤力有效提升.淋巴因子激活的拉克(LAK)细胞接收信号诱导, B淋巴细胞增殖速度加快, 从而促进抗体分泌, 自噬细胞的活跃性增加, 在临床上具有抗病毒、提高免疫力、抗肿瘤等药理作用[12].IL-2 适于治疗起源于肾小管上皮的恶性肾细胞癌、由黑色素细胞恶化而来的黑色素瘤、因乳腺上皮细胞增殖失控导致的乳腺癌、泌尿系统常见的膀胱粘膜膀胱癌、原发性肝癌、消化系统病变直肠癌、淋巴结和淋巴组织恶化的淋巴癌、无传染性肺炎等.IL-2 也常用于增强大手术、化疗后期患者的抵抗力.IL-2 还可用于治疗人体自身免疫介导的一类弥漫性疾病, 如以炎性滑膜炎为主的类风湿性关节炎(RA)、因结缔组织病变导致的系统性红斑狼疮(SLE)、或外分泌腺体受到伤害的干燥综合症(SS)等[2].IL-2 对一些具有传染性特征疾病的治疗也具有一定效果, 如外界抵抗力强乙型病毒性肝炎(HBV)、汉森氏病、结核分枝杆菌感染的肺结核病[13]等.IL-2 的应用见表1.

表1 IL-2 的应用

3 白介素2 信号通路调控

IL-2 通过与细胞表面的IL-2 受体(IL-2R)发生效应产生信号而发挥作用(图2).IL-2R 主要由较短的α链、具有传递信号的β 链和γ 链组成, 并且含P55、P70、P64 三个亚单位[14].IL-2 与IL-2R 的有效结合, 可以促进IL-2β、IL-2γ 与相应JKA 激酶中的JKA1、JAK3 相结合, 经过转磷酸化过程而被活化.活化后的JAK 激酶可以启动PI3K、STAT5 和MAPK 信号通路进行信号转换[15], 并且下游的蛋白激酶接收PI3K 信号转导通路信号进行自身激活, 从而促进细胞的新陈代谢.此外, STAT5、MAPK 两条信号通路传递信号分子, 启动转录与分化.又因IL-2 在调节性T 细胞(Tregs)和效应性T 细胞(Teffs)上的敏感程度不同而表现出差异[16].在IL-2 所发挥的信号通路中, 若第1 个具有磷酸酶活性的抑癌基因(PTEN 基因)缺失或PI3K-AKt 信号功能出现障碍都会使Tregs 的功能出现表达不完全的情况[17].另外, 当IL-2Rβ、JAK3、STAT5 经过抑制性磷酸化将Teffs 限定在细胞中, 且在IL-2R 的α 链表达时, IL-2 的敏感性能也下降[18], 最后在T 细胞活化后从细胞表面脱离.总之, IL-2Rα 释放可溶性物质在CD25+的T 细胞上作用, 与Tregs 相比, 在Teffs 上的作用更显著[19].此外, IL-2 的信号通路作用时间短, 细胞具特异性, 经过负反馈调节方式减少免疫病理损伤出现.

图2 IL-2 信号通路

4 白介素2 的免疫治疗

IL-2 早期用于肾细胞癌免疫治疗的结果表明, 大剂量的IL-2 才有治疗效果, 且有依赖性毒性反应[20,21].2015年, Klatzmann 等证明低剂量的IL-2 也能使Tregs 发挥作用, 这一发现使IL-2 免疫治疗在临床上变成可能[22].2018年, 时庆贺等针对河南省2016年致病性猪圆环病毒进行研究, 发现IL-2 的诱导促使机体的细胞免疫提高, 并产生针对降解物基因活化蛋白(CPA)的Th1 Ⅰ型细胞因子[23].孙鹤等对红鳍东方鲀采用实时实量的方法检测IL-2、IL-15、MHCl、STAT2 不同时间在肾脏免疫器官的表达量, 结果发现上述基因的表达均增大[24].朱士文等对临床患者(ACVD 患者)的血清及脑脊液进行研究, 发现TNF-α 和IL-2 活性水平与病情轻重相关[25].近几年, 丙型肝炎诱导的脉管炎治疗的临床研究表明[26], IL-2 具备的选择性能促使病患的Tregs 数量有效增加, 并表现出疗效性.甚至, 有研究者采用利珠单抗通过树突状细胞活化后将IL-2 运载穿膜至T 细胞, 阻断T 细胞的激活, 结果发现多发性硬化症能得到有效治疗[27].Mahne 等以自然杀伤细胞(NK)缺陷小鼠为实验对象, 研究Ⅰ型糖尿病胰岛的CD8+Teffs 活性, 结果表明Tregs 缺失导致胰岛细胞死亡率上升[28].2021年, 北京战略支援部队特色医学中心与中国中医科学院中医基础理论研究所一起探索了包括IL-2 在内的炎性相关细胞因子跟急性冠脉综合症(ACS)痰瘀症的联系, 证实IL-2 与ACS痰瘀互结息息相关[29].孙超等对60 例肾癌晚期病患进行信封法随机分组临床观察, 发现采取重组人白介素2 联合益肾化湿汤内服方案来改善病患的泌尿功能及肾小球滤过功能是可行的[30].华中科技大学同济医学院附属同济医院感染科和超声影像科的陈韬等对收治的40 例肝硬化自发性细菌性腹膜炎患者进行亚胺培南联合白介素2 且采取腹腔注射方式进行治疗, 其效果显著[31].黄建敏等运用抗人胸腺免疫球蛋白联合干扰素γ 及IL-2 诱导杀伤细胞(CIK)研究其抗肿瘤性能, 实验结果表明其抗肿瘤能力强[32].2018年于上海交通大学医学院附属仁济医院肾内科就诊的40 例狼疮性肾炎(LN)患者的临床指标显示, 血清SIL-2R、肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平上升, 表明SIL-2R 联合anti-dsDNA 能作为一种预测LN 病患活跃度的有效手段[33].安徽省阜阳市肿瘤医院的刘金山临床验证了干扰素与IL-2 联合免疫治疗晚期肾癌患者效果明显,且无明显毒反应[34].曾有动物模型研究证明, 促使肺转移瘤和肉瘤消退的IL-2 抗肿瘤作用是经刺激下游细胞效应作用进行的[35].综上所述, 大量研究表明低剂量IL-2 免疫治疗具有安全性、有效性, 其机理为实机体受创后IL-2 的生成量减小及IL-2 表达受到抑制导致细胞免疫中心环节功能下降, 对抗外界干扰能力下降, 易遭到细菌和病毒感染, 甚至导致癌症的发生.而疑难杂症的治疗中通过添加IL-2, 可改善淋巴细胞亚群, 提高NK 细胞活力, 提高机体免疫效能, 改善病患症状, 延缓病情发展, 甚至助其恢复正常的机理功能, 使病情稳定, 以提高患者生存质量.

随着程序性死亡蛋白-1(PD-1)/程序性死亡配体-1(PD-L1)和细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4)靶点研究获得2018年诺贝尔生理学或医学奖, 免疫治疗成为当前药物研究热点之一[36].在人类免疫治疗中, IL-2 通常被用作佐剂, 与抗肿瘤抗体或化疗类药物进行耦联作用, 促进肿瘤机体对治疗药物的吸收.IL-2 位于机体免疫调节网络中的核心, 跟其他活性细胞共同完成机体免疫平衡调节, 在抗肿瘤治疗、抗病毒感染、免疫佐剂等方面有积极的临床作用[37].