IL-33/ST2信號通路與炎癥性腸病的研究進展

吉 挺(綜述)，李學良(審校)

(南京醫科大學第一附屬醫院消化科，南京210029)

ST2在20世紀80年代被發現于小鼠成纖維細胞。因未發現其內源性配體，故功能一直未能完全明確。其后在犬的互補DNA文庫中發現了一個前導肽，命名為白細胞介素(interleukin，IL)33，經過加工可成為成熟蛋白并激活ST2，由此，IL-33/ST2這一信號轉導通路的研究逐漸增多，為實驗室和臨床研究提供了更多思路，在炎癥性疾病、哮喘、自身免疫性疾病、心血管疾病等方面都出現了相關研究。該信號通路在與消化系統疾病，尤其是炎癥性腸病之間聯系的研究仍然較少。該文主要介紹IL-33/ST2信號通路以及其與炎癥性腸病的關系。

1 IL-33/ST2簡介

1.1ST2 ST2在1989年對小鼠成纖維細胞的研究中被發現，屬于Toll樣/IL-1受體超家族成員之一，該超家族成員因胞內結構域Toll/IL-1R(TIR)較多而得名[1]。TIR結構域位于胞質一側，由大約160個氨基酸組成，定位于人類第2號染色體(2q12)，在其中央有5個β片層，周圍有5個α-螺旋。ST2主要有四種亞型，分別為ST2L、sST2、ST2V、ST2LV。ST2L(IL-1RL-1α)又稱跨膜ST2蛋白，它由膜內、跨膜和膜內的三個肽段組成，分別是膜外的免疫球蛋白結構域，跨膜部分和膜內一個TIR胞質結構域組成。sST2(IL-1RL1-b)又稱可溶性ST2蛋白，其結構中無ST2L所具有的免疫球蛋白結構域及跨膜部分，但C端有9個氨基酸組成的特殊序列。ST2V與ST2LV為ST2的另外兩個剪切變體。ST2V膜外的免疫球蛋白結構域比ST2L少一個，此外，其C端被剪切成一個獨特的疏水尾部。ST2LV與ST2L相比，僅具有膜外三個結構域及膜內TIR胞質結構域(圖1)[1]。在小鼠皮膚組織受到紫外線照射或受TNF等促炎因子刺激時，可表達出sST2，與小鼠相比，人類sST2的表達可能更加普遍[2]。有研究表明，ST2主要表達在Th2類淋巴細胞和肥大細胞表面，有些粒細胞(如嗜酸粒細胞和嗜堿粒細胞)也能表達ST2L分子[3-4]。研究ST2功能存在一個主要的障礙，即缺乏特異性的內源性配體。

TIR:Toll樣/IL-1受體

1.2IL-33 IL-1是一個基因家族，它包括IL-1α、IL-1β、IL-18等11個成員。2005年，Schmitz等[5]在犬的互補DNA文庫中發現了一個前導肽，命名為IL-33，屬于IL-1家族的新成員，其相對分子質量是30×103，由270個氨基酸構成，主要定位于人類染色體第9號染色體(9p24)。這種蛋白之前曾經被描述為在內皮細胞的胞核中高表達的高內皮微靜脈核因子，它可以作為ST2的特異性配體并激活ST2，從而為研究ST2信號轉導通路提供了新的方向。IL-33主要由N端的核定位信號，落旋-轉角-螺旋基礎結構以及C端的一個IL-1家族成員共同的結構域組成。IL-33在體內各系統器官的細胞中廣泛分布，這些細胞主要是非造血起源細胞，如內皮細胞、脂肪細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞、支氣管上皮及腸上皮細胞，在血液細胞中表達，主要是巨噬細胞和樹突狀細胞等有呈遞抗原作用的細胞[4]。IL-33需要經過激活才可以發揮其生物學作用。傳統的觀點認為，IL-33前體同IL-1β和IL-18一樣，不含有分泌信號肽的序列，因此它需要經過一種胱天蛋白酶1(caspase-1)裂解，再與溶酶體膜融合，才能成為具有活性的細胞因子釋放到胞外[6]。有研究表明，caspase-1的裂解作用可能激活IL-33，最終也可以使IL-33的作用失活[7]。有學者認為，中性粒細胞組織蛋白酶G和彈性蛋白酶能裂解全長的人IL-331～270，產生成熟的IL-3395～270、IL-3399～270和IL-33109～270。這些幾種成熟的IL-33被中性粒細胞所活化，這些活化后的IL-33活性是原先完整IL-33的10倍(圖2)[1]。

IL：白細胞介素

1.3IL-33/ST2通路 IL-33經過激活之后，可以轉位到靶細胞的細胞膜上與受體相互作用，從而影響其下游的信號轉導通路，還可以轉位到靶細胞的細胞核，作為DNA核因子起作用。活化形式的IL-33在靶細胞膜表面與跨膜ST2受體，即ST2L及IL-1RAcP1(IL-1受體輔助蛋白)組成的受體復合物相結合，經過胞質結構域TIR與胞液形成二聚化，進入胞內，使下游的信號分子骨髓分化因子(MyD88)以及MAL(MyD88樣銜接蛋白)激活。使IL-1相關激酶(IRAK)介導的TRAF6(腫瘤壞死因子相關因子6)活化。之后使下游的絲裂原激活蛋白激酶激活，再分別通過p38、c-Jun氨基端激酶、細胞外信號調節激酶激活，成為核轉錄因子AP-1，或者從TRAF6激活核因子κB激酶復合體抑制物，將復合體中的核因子κB釋放出來。以上四種激活途徑，使IL-33能轉位到細胞核，作為核因子而起作用。如果靶細胞胞外的IL-33和sST2與SIL-1RAcP組成的受體復合物相結合，則不能通過跨膜進入胞內發揮其核因子的作用(圖3)[8]。

IL-33：白細胞介素33； IL-1RACP:白細胞介素1受體輔助蛋白； MyD88：髓樣分化因子88； MAL：MyD88樣銜接蛋白； TRAF6：腫瘤壞死因子受體相關因子6； MAPK：絲裂原活化蛋白激酶；JNK:c-Jun氨基端激酶； AP-1：活化蛋白1； IKK：核因子κB激酶抑制劑； NF-κB：核因子κB

2 IL-33/ST2信號通路和炎癥性腸病的聯系

IL-33/ST2信號通路在一些炎癥相關性疾病中起重要作用，目前研究較為普遍的是哮喘、心血管疾病[9-10]。此外，還有過敏性鼻炎[11]、皮肌炎與多發性肌炎[12]、糖尿病[13]等。該信號通路在與消化系統疾病，尤其是炎癥性腸病之間聯系的研究仍然較少。近年來，Beltrán等[14]、Kobori等[15]、Pastorelli等[16]、Seidelin等[17]、Kakkar等[18]分別研究了IL-33/ST2通路與炎癥性腸病的聯系。

2.1IL-33/ST2在炎癥性腸病的變化 Beltrán等[14]研究了活動期與非活動期的71例潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis，UC)患者，13例克羅恩病(crohn disease，CD)患者和20例健康對照者，炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)患者的血清ST2水平均高于健康對照組；其中，UC患者血清ST2水平與對照組相比顯著升高，分析UC組、CD組和健康對照組的血清ST2中位數組間的差異，CD組與對照組、UC組與對照組、CD組與UC組的比較均有統計學意義；UC患者血清ST2中位數在活動期比非活動期升高，通過反轉錄聚合酶鏈反應分析sST2和ST2L亞型在IBD患者的腸黏膜組織中的表達，觀察到的UC患者的sST2 mRNA聚合酶鏈反應產物比非活動期UC、CD和健康對照組表達增加，ST2L產物在各組之間并未顯示出明顯的差異，此外，UC組患者在活動期和非活動期比較，sST2 mRNA水平在UC活動狀態較高(P=0.0281)，使用了酶聯免疫吸附試驗法測量從活檢組織提取出的ST2蛋白水平，IBD患者腸黏膜ST2水平顯著高于健康對照組；活動期和非活動期UC患者腸黏膜ST2總含量之間無統計學意義；IL-33蛋白總含量組間差異明顯，其中UC組高于對照組、UC組高于CD組；活動期UC患者比較非活動期表現出更高的IL-33水平，經過相關性分析，活動期UC患者血清ST2分別與組織ST2呈正相關(r=0.2374，P=0.0451)，與血清IL-33呈正相關(r=0.2386，P=0.0443)，與組織IL-33呈正相關(r=0.2450，P=0.040)；非活動期UC患者的血清ST2與血清IL-33之間呈負相關(r=-0.5644，P=0.0059)，該項研究首次顯示了ST2和IL-33水平在IBD患者中表達升高，UC結腸黏膜ST2和IL-33的表達高于CD和健康對照組，而從外周血也能反映出這些變化，IBD和對照組外周血中的ST2水平與sST2有關，sST2 mRNA和其蛋白僅在活動期UC的腸道黏膜中顯著升高，sST2水平在UC患者活動期增加，可能是因為UC的炎癥過程中產生的促炎細胞因子增多。目前已有研究表明，IBD患者的成纖維細胞長期暴露于炎性刺激下，可表達sST2而非ST2L[19]。sST2升高可能是因為其對IL-33/ST2信號通路具有一定的調節作用。血清和結腸sST2水平升高與UC的活動程度相符合表明，該蛋白可能通過負反饋機制來控制炎癥。IL-33/ST2信號通路是一個促炎系統，它可以促進IL-5、IL-6、IL-17生成增加，其中IL-17在慢性炎癥腸道疾病中的重要作用較為明確。而這種促炎作用可以被sST2負向調節。許多促炎分子也屬于該受體家族，例如IL-1R就是IL-1系統負反饋調節的一個典型例子。

2.2IL-33的雙重調節作用 在Pastorelli等[16]研究發現，IBD患者的IL-33在核定位，其功能類似于IL-1α或高遷移率族蛋白B1(HMGB1)，當定位到胞核時，有較強的轉錄抑制作用。此外，IL-33可能在核外也有作用，它主要在細胞受到損害發生壞死時被作為一種警戒物質釋放，警告免疫系統存在威脅，并啟動炎癥級聯反應，分泌出Th2相關的細胞因子[20]。這說明IL-33具有雙重調節作用，在某些條件下作為細胞因子、轉錄因子，它可能根據靶細胞上的ST2，而不同程度地影響腸道黏膜。遇到被激活的免疫細胞，IL-33可增強免疫反應，進一步加劇炎性反應的程度。IL-33的促炎作用已經在動物模型中得到證實。在聚糖硫酸鈉誘導潰結的小鼠模型中，IL-33腹腔注射給小鼠，可導致諸如嗜酸性粒細胞和單核細胞浸潤，上皮細胞增生肥大，黏液分泌增多，血清IgA和IgE水平升高這些Th2型應答[21]。Groβ等[22]在該聚糖硫酸鈉潰結小鼠模型中說明了外源性IL-33在可以使Th1型免疫反應向Th2型免疫反應傾斜。隨后Pastorelli等[23]提出，IL-33的作用可能是誘導免疫細胞的聚集和激活到損傷部位，參與炎癥和傷口愈合，它可能通過以上機制作用于腸道上皮細胞和成纖維細胞，誘導上皮細胞增殖和修復，促進傷口愈合。Kobori等[15]研究發現，IL-33可以特異性地表達于活動期UC患者潰瘍性病變下方的肌纖維母細胞中，而CD患者則未見其表達，這表明與CD相比，IL-33在UC患者黏膜損傷/愈合中可能具有一定的功能。當IL-33/ST2信號異常時，上皮細胞增殖/修復受到阻礙，最終可能使腸道出現IBD的慢性炎癥改變并且反復遷延不愈。除了IL-33，ST2也在IBD腸黏膜和血清升高，在非炎癥結腸上皮中ST2表達豐富，但在UC或CD慢性炎癥的上皮細胞，ST2的表達缺失、減少，重新分布。在活動期IBD患者的腸系膜組織中，ST2陽性細胞(抗原遞呈細胞和T細胞)在固有層中清晰可見，ST2在內臟周圍脂肪組織中強烈表達[16]。

2.3IL-33/ST2與腸黏膜各種細胞的可能聯系 最近，García-Miguel試圖對IL-33/ST2通路在IBD腸道黏膜促進炎癥的機制進行更進一步細致的研究，得出結論(表1)[24]。

表1 腸道先天免疫細胞對IL-33刺激的反應

3 研究意義

炎癥性腸病的生物標志物具有的特殊性：需要檢測方便、微創、低成本、快速有效，能夠評估不同個體疾病的發展風險、活動程度，監測療效，對疾病的復發有一定的預測價值。目前，IBD的生物標志物包括血清特異性抗體，如抗中性粒細胞胞質抗體、抗釀酒酵母抗體、C反應蛋白、紅細胞沉降率，糞便中的蛋白，如鈣衛蛋白和乳鐵蛋白。但是，這些標志物往往存在靈敏度或特異度偏低等缺點，不能及時或真實地反映腸道黏膜的損傷情況。sST2蛋白近期已被確定為一個可用于檢測心臟衰竭，自身免疫性疾病和哮喘的可靠的生物學標志物，sST2能否作為一項可靠生物學標志物而用于IBD有待進一步研究[9-10,25]。Díaz等[26]對108例IBD患者(82例UC，26例CD)及43例非IBD健康對照者血清sST2進行分析，根據臨床、內鏡和病理特點分級，活動期患者血清sST2值(235.80 ng/L)顯著高于非活動期(33.19 ng/L)患者，也高于非IBD和HC組；CD患者的血清sST2平均水平為54.17 ng/L，顯著高于HC組；對比活動期和非活動期UC，在截斷值為74.87 ng/L的情況下，靈敏度、特異度以及劃分UC輕重能力的準確度分別為83.33%、83.33%和83.33%；根據受試者工作特征曲線評估其鑒別活動與非活動的能力，AUC值為0.92(0.86～0.97，P<0.0001)；UC患者血清sST2與內鏡(r=0.76，P<0.0001)和組織學評分(r=0.67，P<0.0001)，促炎因子(r=0.69，P<0.0001)，腫瘤壞死因子α(r=0.61，P<0.0001)均明顯正相關；不同程度炎癥腸道中ST2的水平和血清sST2水平也有正相關關系，分別是輕度(r=0.44，P=0.004)、中度(r=0.59，P=0.002)、重度(r=0.82，P=0.002)。這說明sST2水平與疾病嚴重程度與炎性因子相關，可能成為一種用以區分活動期與非活動期UC的生物學標記，并且可以評估疾病的嚴重程度。

4 小 結

IL-33/ST2信號通路介導主要參與了調節Th2細胞反應為主的炎癥過程，是Th2細胞因子生成的關鍵調節通路之一，它可以引起炎癥的組織病理學改變。對IL-33/ST2信號通路機制的詳細研究，有助于研究炎癥性腸病的新治療靶點，比如臨床上應用細胞因子受體阻斷劑(腫瘤壞死因子α)治療IBD并取得了一定成效[27]。此外，它可能有助于對IBD反復遷延不愈機制的研究。IL-33/ST2在炎癥性腸病的作用及作用機制的研究仍相對有限，有待更多詳細的研究進一步發掘其在臨床診療中的價值。

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