IL-33在常見呼吸系統疾病中的研究進展

魯菲菲，蔣敬庭，周軍

·綜述·

IL-33在常見呼吸系統疾病中的研究進展

魯菲菲，蔣敬庭，周軍

白細胞介素 33（interleukin-33，IL-33）是 2005年Schmitz 等［1］通過序列分析計算發現的 IL-1 家族的新成員，其廣泛表達于多種組織，通過人類及小鼠 cDNA 序列分析可知 IL-33mRNA 在胃、肺、脊髓、腦和皮膚呈高表達，而在淋巴組織、脾臟、胰腺、腎臟及心臟低表達［2］。細胞水平上主要表達于正常人體的第一道防御系統，如上皮細胞及內皮細胞的細胞核［3］，亦可誘導表達于感染的髓系細胞和組織基質細胞［4］。近年研究發現 IL-33 通過促進 Th2 型免疫反應與哮喘、肺損傷、肺纖維化、慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）、肺癌等呼吸系統疾病的發展密切相關。因此，IL-33 可能是上述疾病的潛在治療靶點。本文就 IL-33 在呼吸系統相關疾病中的作用機制及意義進行綜述。

1 IL-33 的結構與功能

人類 IL-33 的基因位于 9 號染色體（9p24.1），其分子羧基端和 IL-1 家族的其他成員有共同的特有的結構域，該結構域由 12 股 β 鏈構成三葉草形折疊結構，這是 IL-1類分子和其受體結合的位置［5］。而在分子的氨基端，存在著螺旋-轉角-螺旋的結構，這一結構能與核內異染色質結合從而進行核內定位，并且通過促進核小體之間的相互作用發揮轉錄抑制的功能［6-7］。IL-33 以其基因編碼的前體形式分泌，該前體是由 270 個氨基酸組成的多肽，相對分子量約30 kD，早期認為該前體被半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 1（caspase-1）剪切加工成為成熟的蛋白后釋放［1］。但是近期研究證實，全長的 IL-331-270與其受體結合后具有生物活性，而通過 caspase-1 剪切加工的蛋白 IL-331-178及 IL-33179-270則沒有生物活性［8］。在一些研究中發現，在機體受炎癥刺激或損傷時，通過中性粒細胞絲氨酸蛋白酶、組織蛋白酶 G及彈性蛋白酶等可以將全長 IL-331-270加工為它的成熟形式 IL-3395-270、IL-3399-270和 IL-33109-270并釋放［9］。IL-33 受體是一個由跨膜型 ST2 受體（ST2L）和 IL-1 受體輔助蛋白（IL-1RAcP）共同組成的異源二聚體［10］。ST2 屬于 IL-1受體超家族，在 IL-33 被發現前一直被認為是孤兒受體，其編碼基因位于人類 2 號染色體，轉錄加工后可得三種亞型：可溶型 ST2（sST2）、跨膜型 ST2（ST2L）及變異型 ST2（ST2V）［11］。ST2 在多種細胞中均有表達，如淋巴細胞、樹突狀細胞、NK 細胞、NKT 細胞、嗜堿性粒細胞、嗜酸性粒細胞以及肥大細胞，由此介導多種炎癥反應［12］。

IL-33 具有雙重作用。一方面作為細胞因子，IL-33 與ST2L 受體復合物結合后，募集信號分子如髓樣分化因子 88（myeloid differentiation factor，MyD88）、IL-1 相關激酶 1（IL-1 receptor associated kinase，IRAK1）、IL-1 相關激酶 4（IRAK4）及 TNF 受體相關因子 6（TNF receptor associated factor，TRAF6），促進核因子 NF-κB 磷酸化并激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs），如 p38、JNK、ERK1/2，從而使 IL-4、IL-5、IL-13 分泌增加，促進 Th2 型免疫應答的發生［1-2］，在炎癥性疾病中發揮著重要作用。Gao 等［13］通過建立兩種小鼠腫瘤模型發現，IL-33 通過增強 I 型免疫反應中各成分的表達，如 CD8+T細胞、NK 細胞、IFN-γ、穿孔素及顆粒酶等，以及誘導腫瘤抗原特異性 CD8+T 細胞的表達，協同調節性 T 細胞的耗竭由此引起腫瘤微環境改變，抑制腫瘤的生長和轉移。而在另一些研究中，IL-33 則促進腫瘤的生長及轉移［14-16］。另一方面如前文所述，IL-33 作為一種核因子，可以與核內異染色質結合進行核內定位并通過促進核小體之間的相互作用發揮轉錄抑制的功能。

2 IL-33 與呼吸系統疾病

大量研究證實 IL-33 信號參與支氣管哮喘、肺損傷、慢性阻塞性肺疾病、肺纖維化等疾病的發生及發展。IL-33表達的高低與呼吸系統疾病的嚴重程度存在一定的相關性，而給予 IL-33 信號阻斷劑可抑制其病理進程，提示 IL-33信號對肺部疾病的發展有重要調節作用。

2.1 哮喘

哮喘是由多種細胞及細胞因子參與的氣道慢性炎癥性疾病，IL-33 在其中發揮著重要作用。哮喘患者血清 IL-33水平明顯高于健康人群［17］。當患者寄生蟲、病毒感染或暴露于過敏原時，肥大細胞活化，通過分泌絲氨酸蛋白酶產生成熟形式的 IL-33，高效激活 II 型固有淋巴細胞（group-2 innate lymphoid cells，ILC2s），釋放大量 Th2 型細胞因子如 IL-5 和 IL-13，從而促進 Th2 型免疫反應，并可迅速誘導氣管收縮［18-20］，同時也抑制了 Th1 型細胞因子的分泌［21］。另外，IL-33 亦可通過 ST2R-ERK 途徑促進杯狀細胞分泌趨化因子 CXCL8/IL-8 增強哮喘患者的氣道炎癥［22］，并且可以通過作用于成纖維細胞促進氣道重塑［23］。

研究表明，抗 IL-33 抗體、ERK1/2 抑制劑、PKA 抑制劑、抗腫瘤壞死因子（TNF）-α 治療能抑制 IL-33 的產生，但仍需在實驗和大量臨床研究進行藥理學評估來證實［24］。雖然維生素 D 可直接作用于 Th2 淋巴細胞促進 Th2 細胞因子分泌［25］，但一定濃度的維生素 D 能夠增強上皮細胞和淋巴細胞表達 sST2，進而抑制 IL-33 的促炎作用［26］。因此，針對 IL-33 在哮喘發病機制中的作用，選擇 IL-33/ST2 通路中不同靶點進行阻斷抑制，有可能成為治療哮喘的一個新的有效方法。同時血清 IL-33 水平與哮喘嚴重程度相關［23］，揭示IL-33 在哮喘嚴重程度的診斷中也可以作為一項有力的依據。

2.2 肺損傷

肺損傷在病理生理學方面主要表現為肺泡漏氣，肺泡上皮間質內皮通透性增加及炎癥介質釋放［27-28］。在通過高壓通氣構建的小鼠呼吸機相關肺損傷（ventilator-induced lung injury，VILI）模型中［29］，IL-33 相關的炎性反應較對照組小鼠增加，IL-33 受體 ST2 在肺部呈高表達，且 ST2L 在胞質中表達降低而在膜表面表達增多。另有研究發現，IL-33/ST2 通路的激活對博來霉素誘導的纖維化肺損傷的形成有著重要的促進作用［30-31］。IL-33 的表達可以保存肺泡結構完整性，避免細胞凋亡，最大程度減少炎性細胞浸潤，抑制肺損傷［32］。由此可見，IL-33 在肺損傷的發生發展中發揮著重要的促進作用，干預 IL-33 的表達或通路可以作為治療肺損傷的一個新方法。

2.3 肺纖維化

Yanaba 等［33］發現在特發性肺纖維化急性加重的患者體內，血清 sST2 水平升高。Tajima 等［34］構建了博來霉素誘導的小鼠肺纖維化模型，發現 IL-4、IL-5、IL-1β 及 TNF-α的 mRNA 水平在第 7 天顯著增加，而 IFN-γ 的 mRNA表達則沒有增加，ST2 和 TGF-β1 的 mRNA 表達在 7～21 d 間顯著增加，且在第 14 天達到峰值；此外，IL-1β、TNF-α 和 IL-4 協同增強了人成纖維細胞 A549 細胞系和人 II 型肺泡上皮細胞 WI38 細胞系 ST2 的 mRNA 表達水平。這些結果表明，sST2 可能參與了肺纖維化的炎癥過程，其基因表達水平升高促進了纖維化肺組織的 Th2 型免疫應答。因此，抑制 IL-33/ST2 通路的激活可以作為治療肺纖維化的方法。

2.4 慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是以 NKT 細胞、單核細胞和 M2 型巨噬細胞為主的先天免疫，通過促進 IL-13 產生，引起氣道黏液分泌和氣道高反應性［35-39］。在這一機制中還存在上游調控因子參與免疫效應細胞的慢性活化，調節IL-13 的產生，其中比較重要的調控因子即 IL-25、TSLP 和IL-33，而 IL-33 對于 IL-13 依賴性的肺部疾病有著更為明顯的作用。研究發現，在人類及小鼠中，IL-33 均由肺上皮干細胞產生［40-41］。

研究表明，IL-33 選擇性地高表達于病毒感染誘導的小鼠 COPD 模型和人類 COPD 重癥者［42］。在小鼠模型中，IL-33 主要表達于氣道漿液細胞和肺泡 II 型細胞，這表明一個祖細胞群對于 IL-33 的長期表達和 IL-13 依賴性疾病有重要意義。在人類 COPD 重癥患者中，IL-33 亦選擇性高表達于肺組織，且與 IL-13 及黏蛋白基因表達水平相關，并引起氣道黏液產生。對比 COPD 重癥組與健康對照組，發現 IL-33 定位于 COPD 重癥者增生的氣道基底細胞的細胞核；對氣道基底細胞進行體外分析，仍舊發現 IL-33 在COPD 組中核表達增加，且表達 IL-33 的細胞群多能性增加并通過三磷酸腺苷調節釋放 IL-33。由此可見，IL-33/ST2通路在病原體激活時，可以通過肺上皮干祖細胞存儲和釋放的 IL-33，驅動下游的 IL-13 和氣道黏液的產生，引起慢性阻塞性肺疾病。另外有研究發現［43］，血清中 IL-33 水平在COPD 急性發作期患者中顯著低于合并有慢性肺心病患者和健康人群對照組，同時也低于其穩定期血清 IL-33 水平。另外，血清中 IL-33 水平與大氣道功能（FEV1）和小氣道功能（FEF50 和 MMEF75/25）呈正相關，但與中心氣道阻力呈負相關，因此，外周血 IL-33 水平可以作為 COPD 患者肺功能的指標。該研究認為，COPD 急性發作期 IL-33 水平下降從而下調 Th2 細胞功能同時增強 Th1 細胞的功能。通過這些研究，我們發現 IL-33 與 COPD 的發生發展密切相關，然而，具體的作用機制仍待進一步研究。

2.5 肺癌

肺癌目前是人類癌性死亡的主要原因，其靶向藥物治療已經成為一個研究熱點和臨床難題。研究發現，IL-33 可以通過活化 CD8+T 細胞和 NK 細胞誘導腫瘤微環境改變，從而抑制腫瘤生長和轉移［13-44］。但另有研究認為，IL-33/ST2軸通過促進免疫抑制性細胞及固有淋巴細胞在瘤內積累促進乳腺癌的生長和轉移［14］，在胃癌、大腸癌的侵襲轉移中也有促進作用［15-16］。因此，IL-33 在腫瘤中可能存在雙重作用。在肺癌中通過對比健康組、肺良性疾病對照組、非小細胞肺癌組的血清 IL-33 水平，發現 IL-33 可以作為非小細胞肺癌的一項診斷和預后判斷依據［45］。然而，Naumnik 等［46］發現 IL-33 在非小細胞肺癌患者中的表達與健康人群及肺結節病沒有差異。因此，IL-33 在肺癌中的作用機制還有待研究。

3 展望

呼吸系統疾病的治療目前臨床上可選用抗生素、抗膽堿藥、糖皮質激素及支氣管舒張藥等藥物，但長期使用可能引起不同程度的毒副作用且療效下降。因此，尋找新的治療靶點進行新型藥物的開發有著重要意義。IL-33 參與了 COPD、哮喘、肺損傷、肺纖維化及肺癌等疾病的發生發展，抑制IL-33 相關信號的表達能減少炎癥因子分泌，對多種呼吸系統疾病具有潛在的治療作用，并且在肺功能的檢查、哮喘嚴重程度分級方面也有一定意義。然而，IL-33 及相關信號通路在 COPD、肺癌等疾病中的作用機制還不明確，進一步闡明其作用機制并作為呼吸系統疾病治療靶點的研究對其臨床應用具有重要意義。

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10.3969/j.issn.1673-713X.2015.06.017

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周軍，Email：zhouyfan@126.com

2015-06-08