IL-33在阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征中的研究进展

陈炳利 陈大艳 岳文琪 吴碧华

(1川北医学院，四川 南充 637000；2川北医学院附属医院老年科)

白细胞介素(IL)-33是来自IL-1家族的警报蛋白细胞因子，位于细胞核中，并在细胞核内充当基因调节剂。细胞损伤或死亡后，IL-33会从细胞核中释放出来，通过跨膜形式的生长刺激表达基因2蛋白(ST2)受体发挥其促炎性生物学功能，ST2受体主要以附着在免疫细胞上的形式存在〔1〕。IL-33/ST2信号通路介导的效应器功能参与了肺、皮肤、肾脏、中枢神经系统、心血管系统和胃肠系统等不同器官的组织炎症和修复反应〔2〕。阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)的特征在于慢性间歇性缺氧和睡眠破碎〔3〕，与慢性低度全身性炎症高度相关〔1〕。近年来，IL-33由于其在炎症性疾病中的可能作用而成为研究焦点。但其在OSAHS中的研究十分有限。本文通过查阅文献，对IL-33/ST2信号通路及其在OSAHS中的作用进行综述。

1 IL-33/ST2信号通路

1.1IL-33 IL-33 mRNA在人类和小鼠中由多种器官和细胞类型表达。在蛋白质水平上，IL-33主要由成纤维细胞、上皮细胞和内皮细胞表达〔4〕，特别是在高内皮微静脉〔5〕。最初，它被称为高内皮小静脉的核因子〔1,5〕,直到后来才确定其细胞因子活性〔6〕。编码人IL-33的基因位于9号染色体的短臂处9p24.1。该基因由8个外显子、干扰素刺激反应元件和启动子区域中的几个γ干扰素激活位点组成〔1〕。它以270个氨基酸的形式组成型表达(全长IL-33;f-IL 33)，其分子质量为30 kD储存在细胞核中，充当核调节剂〔4,7〕。其N端核结构域促进了此功能，该结构域包含与组蛋白结合的染色质结合基序〔1〕。建立IL-33的另外两个域是IL-1样细胞因子域和中央域〔8〕。由于IL-33缺乏传统的信号序列及非规范的加工和输出途径，因此细胞死亡可能是细胞因子到达细胞外的主要机制〔9〕。IL-33已被鉴定为一种双重功能的细胞因子，从细胞释放后还具有作为警报蛋白的全部生物活性〔1〕。此外，f-IL-33充当嗜中性粒细胞和肥大细胞的丝氨酸蛋白酶的底物。其可使包含IL-1样结构域和部分中央结构域的肽的较短形式形成成熟形式的IL-33(m-IL-33)。据估计，与f-IL-33相比，m-IL-33的生物活性提高了10～30倍〔8〕。与细胞凋亡相关的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)-3和caspase-7在IL-1样结构域内的保守残基Asp178裂解，并灭活IL-33〔9〕。Kearley等〔10〕表明，香烟烟雾诱导上皮细胞中IL-33的表达增加。在病毒感染引起组织损伤时，这种增加IL-33的供应被释放并加剧炎症〔11〕。限制IL-33活性的主要机制是通过可溶型ST2受体蛋白(sST2)的螯合，该受体充当诱饵，抑制IL-33介导的炎症扩展〔1〕。IL-33活性的调节还包括细胞外释放和形成二硫键后半胱氨酸残基的氧化，导致IL-33失活〔12〕。

1.2ST2受体 1989年Tominaga等〔13〕将ST2受体鉴定为IL-1受体家族的一员，属于Toll样受体(TLR)/IL-1R(TIR)超家族。ST2受体是IL-33特异性受体。ST2基因位于人染色体2q12.1上，约40 kb长〔14〕。由于RNA水平的选择性剪接和3′端方式不同，并且通过不同的启动子和转录本的可变剪接进行区分，在人血清中检测到ST2基因主要表达2种形式的蛋白，即跨膜型ST2受体蛋白(ST2L)和sST2〔15,16〕。ST2L是全长蛋白，包括细胞外免疫球蛋白样结构域、短的细胞外间隔子、跨膜结构域和细胞内TIR结构域〔9〕。它可与IL-1受体辅助蛋白结合形成受体复合物，再与IL-33结合后可表达生物活性〔16〕。ST2蛋白在心肌细胞和各种各样的免疫细胞上表达，包括辅助型T细胞2〔14,17〕、调节性T细胞〔18〕、先天性淋巴细胞2型〔19〕、M2极化的巨噬细胞、肥大细胞〔14,20〕、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、自然杀伤细胞和自然杀伤T细胞〔4,5,14〕。免疫细胞中通过ST2发出的信号会诱导2型和调节性T细胞免疫反应、免疫球蛋白E产生和嗜酸性粒细胞增多〔18,19〕。

sST2蛋白缺少ST2L上包含的跨膜结构和胞质结构域，并且包含独特的9个氨基酸的C端序列〔14〕。sST2存在于人血清中〔9〕，sST2与可溶性的受体辅助蛋白结合形成受体复合物，但其复合物与IL-33结合后则会抑制IL-33的生物活性〔16〕。在体外，已证明人肺上皮细胞和心肌细胞中的亲溶性细胞因子(IL-1β和肿瘤坏死因子α)可增强sST2的产生。sST2还可以由肺、肾、心脏和小肠中的细胞自发产生〔13,21〕。故sST2通过各种炎症刺激及心血管〔15〕、风湿病和过敏性疾病而增加，从而有力地限制了全身性IL-33升高的有害作用。在人类中，全基因组关联研究已鉴定出与血清sST2水平改变相关的IL-1受体样蛋白1的变异体，这可能会影响对IL-33介导反应的敏感性〔9〕。

1.3IL-33/ST2信号通路 IL-33信号通路始于细胞因子与ST2受体的结合。蛋白质附着到ST2之后，募集了校正剂IL-1受体辅助蛋白，并形成了异二聚体信号复合物，该复合物涉及髓样分化初级应答蛋白(MYD)88，IL-1R相关激酶丝氨酸苏氨酸激酶1和4(IRAK1，IRAK4)及肿瘤坏死因子受体相关受体(TRAF)6〔6,22〕。这导致核因子(NF)-κB转录和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活，包括c-Jun N端激酶(JNK)和p38〔6〕，然后通过信号传导途径驱动此类过程如增殖、细胞存活、细胞因子分泌(IL-4、IL-5和IL-13)和双调蛋白的表达〔9〕。IL-33刺激仅影响ST2+细胞。响应的类型因受刺激细胞的类型而异，因为T辅助(Th)2细胞通过分泌IL-5和IL-13来响应〔6〕，而肥大细胞释放出不同的细胞因子，包括IL-4，IL-5和IL-6。另一方面，IL-33刺激后的中性粒细胞通过趋化性迁移〔1〕，在嗜酸性粒细胞的情况下，它们的反应包括脱颗粒和活性氧的产生〔9〕，而对IL-33的巨噬细胞则形成另一种激活的表型。IL-33还显示出可激活调节性T细胞中的NF-κB和p38，这导致ST2+调节性T细胞的扩增。另外，IL-33刺激转化生长因子β介导的调节性T细胞分化。仅以独立于IL-33/ST2的方式观察到通过MYD88激活调节性T细胞〔1〕。总之，IL-33/ST2轴的潜在信号传导途径与IL-1样信号传导一致。IL-33与ST2L的特异性结合通过细胞质TIR结构域募集了许多信号分子(MYD88、IRAK1、IRAK4和TRAF6)，通过信号传导分子丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2，P38和JNK1/2)，从而激活了NF-κB，激活蛋白(AP)-1和MAPK通路。这些转录因子的激活反过来导致促炎性细胞因子基因如IL-1β、干扰素γ和肿瘤坏死因子α的表达上调〔5〕。

IL-33信号传导途径受到sST2的负调控，该sST2缺乏跨膜结构域，并充当功能性IL-33的诱饵受体。此外，已知单个免疫球蛋白IL-1R相关分子，也称为TIR8，通过与ST2-IL-33复合物相互作用来阻断IL-33信号传导〔5〕。IL-33通过ST2受体与靶细胞的相互作用促进了促炎性细胞因子的存活、黏附、脱粒、趋化性和分泌，这种现象广泛涉及各种炎症性疾病。对IL-33的核和免疫调节功能的阐明表明，IL-33与转录因子NF-κB相互作用并削弱了其与DNA的结合，导致成纤维细胞中NF-κB依赖的促炎基因转录减少〔5〕。

2 OSAHS

OSAHS的特征是在睡眠过程中反复发生上呼吸道部分或完全塌陷的事件，从而导致肺泡通气改变，间歇性低氧血症及呼吸作用增加和胸内负压波动，常常会引起觉醒并因此引起不适睡眠连续性并导致零散的睡眠体系结构〔23〕。流行病学研究和调查显示，OSAHS的患病率在男性中为2%～4%，在女性中为1%～2%。然而，≥65岁的个体OSAHS发病率已达20%～40%〔24〕。故OSAHS是一个日益严重的健康问题，越来越多地影响成年人群〔25〕。目前最常见的治疗方式是持续气道正压〔26〕。

OSAHS患者睡眠期间气道阻塞和塌陷的反复过程导致夜间慢性间歇性缺氧，导致线粒体和内质网功能障碍，过度激活还原型辅酶Ⅱ(NADPH)氧化酶、黄嘌呤氧化酶和解耦联一氧化氮合酶，诱导促氧化剂和抗氧化剂之间失衡，从而引起一系列氧化应激反应例如蛋白质氧化、脂质过氧化和DNA氧化及炎症反应〔3〕。Kheirandish-Gozal等〔23〕对两种经典的原型炎性细胞因子(IL-6和肿瘤坏死因子α)的研究证实，成人和儿童中的OSAHS均可促进持续的低强度炎症状态。许多研究表明，OSAHS患者具有较高的炎症标记物循环水平，包括高敏感性C反应蛋白、IL-1、IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子α、细胞间黏附分子1和血管细胞黏附分子1〔27〕。Gottlieb等〔28〕在一项招募中度至重度OSAHS的随机对照试验中比较了12 w的持续气道正压通气(CPAP)对血压的影响，研究发现CPAP能有效降低血压并使C反应蛋白降低20%。故OSAHS可以诱发全身性炎症，被描述为一种低度的慢性炎症性疾病。

3 IL-33与OSAHS的研究进展

研究表明，慢性炎症状态会增加组织IL-33的含量，而IL-33可能与持续的炎症信号协同作用，从而进一步促进炎症和组织损伤〔9〕。故IL-33作为警报蛋白间接增加IL-1、IL-6、C反应蛋白等炎症因子的表达，促进了慢性炎症性疾病的发展。OSAHS是一种慢性疾病，且与慢性低度全身性炎症高度相关〔1〕。研究发现OSAHS组的血浆IL-33和sST2明显高于对照组，而水平在中度和严重OSAHS中相似，表明IL-33是引起血清水平升高的炎症介质之一〔29〕。另有相关研究发现唾液中的IL-33浓度在OSAHS组明显高于对照组，这强调了IL-33在OSAHS患者中对全身性炎症的贡献〔30〕。其实无论OSAHS严重程度如何，OSAHS都可能对IL-33水平产生激活作用。故IL-33及其受体sST2可能与OSAHS的全身炎症有关〔29〕。

肥胖是OSAHS的危险因素〔1〕。过多的中央脂肪组织也会导致OSAHS的全身炎症水平〔26〕。研究发现IL-33在人脂肪细胞和前脂肪细胞中均有表达，脂肪量增加导致脂肪组织内的缺氧可能是诱发炎症相关脂肪因子的关键诱因，前脂肪细胞暴露于低氧环境会导致IL-33基因表达适度增加〔31〕，因此OSAHS患者的脂肪组织提供了广泛的IL-33来源。在非肥胖OSAHS患者中，没有发现全身炎症指标显著增加，但也不能排除OSAHS本身确实会激活促炎途径。目前，脂肪细胞在OSAHS中所发挥的作用尚不完全清楚，需要进一步研究，尤其是关注所选遗传标记和动物模型的mRNA表达〔1〕。

慢性间歇性缺氧为OSAHS的主要特征。有人提出OSAHS的慢性间歇性缺氧比稳定缺氧更易诱发炎症，因为缺氧和复氧的周期与缺血再灌注损伤相似，而缺血再灌注损伤会促进明显的氧化应激〔26〕。研究发现，呼吸道暴露于缺氧状态会上调肺结构细胞(特别是肺动脉内皮细胞)的IL-33/ST2表达〔32〕，通过激活下游缺氧诱导因子(HIF)/血管内皮生长因子(VEGF)信号传导促进低氧性肺血管重构。人肺动脉内皮细胞组成性表达IL-33及其受体ST2，而缺氧会上调其表达〔33〕。Yang等〔34〕研究发现，缺氧诱导显著促进IL-33和sST2的表达，并促进细胞凋亡。间歇性缺氧会导致全身性炎症，也可能影响IL-33的产生〔1〕，但是这种关系的机制尚不清楚，需进一步研究。

综上，IL-33作为一种新近发现的细胞因子，其通过跨膜形式的ST2受体发挥其促炎性生物学功能。OSAHS作为一种低度的慢性炎症性疾病，已成为严重的健康问题。目前有关IL-33/ST2信号通路在OSAHS中的研究很少，IL-33在OSAHS中介导的作用及相关机制尚不清楚。肥胖作为OSAHS公认的危险因素，脂肪组织提供了OSAHS患者IL-33来源，但其在OSAHS中所发挥的作用尚不完全清楚。缺氧亦会影响IL-33的产生，相关机制仍不清楚。因此，在今后的研究中需探索IL-33/ST2信号通路在OSAHS发生和发展中的机制，为疾病诊治提供新思路。