IL-6信號通路在炎癥性腸病病理機制及治療中作用的研究進展

徐 婷 索朗央珍 張 燕

炎癥性腸病（IBD）是一種腸道慢性非特異性炎癥性疾病，包括克羅恩病（CD）和潰瘍性結腸炎（UC），是由遺傳因素、免疫失調、腸道屏障功能受損和腸道微生物改變共同作用的結果［1］。目前治療IBD的常用藥物包括5-氨基水楊酸鹽、糖皮質激素、免疫抑制劑及生物制劑［2］。可的松等藥物改善病情的同時，其不良反應較多［3］，生物制劑以抗腫瘤壞死因子-α（TNF-α）單抗為主，亦存在感染、喪失應答及耐藥性抗體產生的風險［2］。Bank等［4］分析得出，由TNF-α占主導地位介導的炎性反應對抗TNF-α治療有效，但對體內高表達白細胞介素-6（IL-6）和干擾素-γ（IFN-γ）的IBD患者療效欠佳。因此，提出針對相應炎性因子的靶向治療可能是對抗TNF-α治療無效的補充。

IL-6是一種多效性細胞因子，可調節T細胞活化、分化，抑制T細胞凋亡，促進腫瘤細胞增殖，參與白細胞趨化，加速血栓形成，因此在IBD的慢性炎性反應的持續發展中起關鍵作用。

1 IL-6的概述

1.1 IL-6的分子結構、組織分布及來源

IL-6是由184個氨基酸組成，大小為26 000的糖蛋白，可由多種細胞合成，包括單核細胞、巨噬細胞、淋巴細胞、成纖維細胞、角化細胞、內皮細胞、腸上皮細胞（IEC）和一些腫瘤細胞［5］。除此之外，脂肪細胞可合成IL-6，由內臟脂肪產生的IL-6可占人體總量的30%［6］。生理情況下，IL-1、TNF、干擾素（IFN）、DNA病毒、RNA病毒和細菌內毒素可調節IL-6生成。急性炎性反應時，IL-6的產生主要依賴單核細胞和巨噬細胞，而在慢性炎性反應時，T細胞是IL-6的主要來源。急性炎性反應時，IL-6能強有力地誘導肝細胞產生C-反應蛋白（CRP）、纖維素原、血清淀粉樣蛋白A等肝臟急性期蛋白［7］。

1.2 IL-6信號通路

可與IL-6連接的受體分為兩種，膜連接受體（IL-6Rα鏈）及可溶性受體（sIL-6R）。IL-6／IL-6R α鏈復合物與細胞膜上的gp130（IL-6Rβ鏈）相互作用，引起細胞內信號轉導，稱之為經典途徑；但只有少數細胞表面表達IL-6Rα鏈，而sIL-6R廣泛存在于血清中，且所有體細胞均有gp130表達，故IL-6Rα鏈（-）gp130（＋）細胞可通過血清中的sIL-6R接受IL-6刺激，參與細胞內信號轉導，被稱為反式途徑，此為IL-6 發揮作用的主要途 徑［3，5，7］。IL-6與其受體結合后，激活下游Janus激酶／信號轉導和轉錄激活因子（JAK／STAT）、絲裂原活化蛋白激酶／細胞外信號調節蛋白激酶（MAPK／ERK）和磷脂酰肌醇3激酶／蛋白激酶B（PI3K／AKT）信號通路［3］。

為了防止IL-6依賴的信號通路過度激活，機體內存在天生的負反饋調節機制，其中較重要的就是細胞因子信號轉導抑制因子-3（SOCS3）。SOCS3感知到JAK／STAT通路激活信號后，迅速進入活化狀態，并與JAK結合，抑制STAT的活動，負反饋調節IL-6信號通路介導的生物效應［1，7］。研究發現小分子RNA也可調節IL-6信號通路相關的炎性反應。微小RNA let-7a可通過下調IL-6的分泌來抑制Th17細胞分化，增加Treg細胞數量，改善伴刀豆球蛋白A（ConA）誘導的肝炎［8］。另一項研究表明，微小RNA mmu-miR-7578可調節靶基因Egr1的活性，抑制編碼 TNF-α、核因子-κB（NF-κB）表達的轉錄因子的激活，負向調節IL-6和TNF-α的生成［9］。

2 IL-6在IBD中的表達情況

在IBD 患者的血［10-12］、腸黏膜［13-15］、固有層單核細胞（LPMN）［16-17］、外周血單核細胞［16，18］中IL-6及sIL-6R表達增加，且與CRP的濃度呈現相關性，但上調的IL-6水平與疾病嚴重程度是否相關，與UC、CD哪個相關性更顯著等問題仍存在一些爭議。有研究對36例緩解期CD患者隨訪一年，證實血清IL-6＞20 pg／mL的患者一年內復發率是低水平IL-6組的17倍，認為IL-6可以作為區分CD復發與緩解的可靠指標［19］。

Wine等［20］收集79例接受靜脈滴注糖皮質激素（IVCS）治療的急性重型潰瘍性結腸炎（ASC）患兒的血清，其中23例為IVCS治療無效，測定血清中多種細胞因子的濃度。經單因素分析，僅有IL-6濃度在IVCS有效與無效者之間的差異具有統計學意義，且血清IL-6水平每升高1 pg／mL，ASC患者對于IVCS治療無效的風險增加40%，提示IL-6可作為一個預測患者是否對IVCS治療無效的指標，抗IL-6治療可能成為ASC的新途徑。

Krenke等［21］收集無呼吸系統疾病的IBD患兒呼出氣體的冷凝物，經檢測可知IBD患兒所呼出氣體中IL-6濃度高于正常對照組，在CD與UC之間表達差異無統計學意義，且IL-6濃度與疾病嚴重度、病程長短、治療時限無關。

3 IL-6與IBD的病理機制

3.1 IL-6與T細胞功能

近幾十年，T細胞在慢性黏膜炎性反應中的調節作用逐漸被認識。CD4＋T細胞可被分為Th1、Th2、Th17和Treg細胞。Th1細胞可激活巨噬細胞，清除細胞內的病原菌；Th2細胞可產生IgE，清除細胞外的病原菌；Th17細胞抵御真菌及細胞外細菌侵襲，并與Treg細胞一起調節自身免疫性疾病的發生［22］。CD 與IL-12、IL-18、IL-23及轉化生長因子（TGF）等介導的Th1、Th17細胞活化相關；UC與IL-4、IL-5和IL-13等介導的Th2細胞活化相關［1］。

3.1.1 維持效應性T細胞與調節性T細胞間的平衡 一方面，IL-6上調CD4＋T細胞的SOCS1和SOCS3表達，抑制Th1細胞分化，干擾IFN-γ的產生；另一方面，增加內源性IL-4水平，促進幼稚CD4＋T細胞分化為Th2型細胞，進而促進Th2型細胞因子（IL-4和IL-13）生成，維持Th1／Th2之間的平衡［7］。

IL-6協同TGF-β激活轉錄因子——RAR相關的寡聚受體RORγt和RORα，促進CD4＋T細胞向Th17亞群分化，該過程主要受STAT家族成員STAT1、STAT3、STAT5調節，且IL-6只在 Th17細胞分化初期發揮作用［22］。

除了上述效應T細胞亞群之外，以Foxp3＋為特征的Treg細胞在免疫穩態的維持中發揮關鍵作用。Foxp3與RORγt結合，抑制后者轉錄激活，從而抑制幼稚T細胞向Th17細胞分化；但是IL-6可解除Foxp3對RORγt的抑制，啟動Th17分化，使得Th17／T-reg之間平衡向Th17方向傾斜，導致自身免疫性疾病的發生［22］。

3.1.2 抑制CD4＋T細胞凋亡 除上述對T細胞的調節作用外，IL-6／STAT-3信號通路激活后，可誘導抗凋亡基因Bcl-2及Bcl-xL表達，抑制腸道黏膜固有層CD4＋T細胞凋亡，導致IBD慢性炎性反應持續發展［3，5，16］。

3.2 IL-6與腸上皮細胞增殖

慢性炎性反應被認為是惡性腫瘤的高危因素之一，病程超過30年的CD患者的累積患癌風險為8.3%，UC則高達17.8%［3］。結直腸癌（CRC）患者體內IL-6水平與腫瘤分期、轉移與否以及總生存期等因素相關［7］。研究表明活化的IL-6／STAT3信號通路在體內外可促進結直腸腫瘤細胞增殖。另外，亦有研究證實由IL-6誘導生成的Th17細胞及其促進IEC上的促血管內皮細胞生長因子（VEGF）受體——VEGFR2表達，增加腸道腫瘤細胞VEGF自分泌或旁分泌的作用，參與CRC的生長。IL-6可能通過免疫調節及促進腫瘤生長作用，在體內營造促進腫瘤生成的微環境［3］。在急性腸缺血-再灌注模型中，IL-6／STAT3信號通路可延長腸細胞壽命，降低其遷移率，并促進IEC增生，改善缺血-再灌注后腸道屏障功能［23］。

3.3 IL-6與IBD血栓形成

IBD患者外周血中血小板異常，通常表現為血小板增多，外觀不成熟，活化血小板增多和體內自發性的血小板-白細胞聚集，外周血呈現高凝狀態，血栓形成風險增加。慢性結腸炎動物模型證實慢性炎性反應會增加血栓形成風險［24］。IBD患者靜脈血栓栓塞（VTE）總的發生率為1%～8%，比正常人高出2～4倍，且UC與CD患者之間差異無統計學意義［25］。

Yan等［24］發現IL-6可增強葡聚糖硫酸鈉（DSS）結腸炎小鼠的血小板活化及自發性血小板-白細胞聚集，提示IL-6可能是增加IBD患者血栓形成的重要介質。Senchenkova等［26］的類似研究發現，DSS小鼠體內成熟與未成熟血小板數量增加50%～100%，血小板對凝血酶引起的聚集反應性增加，但血小板壽命無改變，上述現象在IL-6-／-小鼠體內均未出現。將IL-6按50 ng／mL、500 ng／mL、2500 ng／mL分別注入小鼠陰囊內，發現IL-6干預組小鼠提睪肌肌肉小動脈內血流通暢至停止灌注的時間縮短，且在IL-6最高濃度下血栓形成所需的時間最短。IL-6促進血栓形成的機制可能與其增加凝血酶-抗凝血酶Ⅲ復合物形成和F1、F2片段的凝血酶原活性有關［26］。

3.4 IL-6與白細胞趨化、黏附

既往研究證實，IL-6可以調節內皮分子表達，促進中性粒細胞黏附于血管內皮細胞及向炎性部位趨化［5，27-28］，減少白細胞凋亡，延長其壽命，并影響其功能。白細胞趨化的發生與腸黏膜屏障被破壞有關，反過來白細胞黏附后又會加重結腸組織破壞，導致惡性循環［27］。

IL-6對中性粒細胞功能的調節存在爭議，Wright等［29］發現IL-6僅能增加STAT3的活化，增強中性粒細胞向趨化因子IL-8遷移，但不影響中性粒細胞的凋亡率及黏附分子的表達。應用托珠單抗（Tocilizumab，又名 MRA，人源化anti-IL-6R mAb）治療后可引起體內白細胞數量驟減，但在體外并沒有誘導中性粒細胞凋亡或吞噬作用，也不顯著影響細胞表面分子的表達。

4 抗IL-6受體抗體治療前景

4.1 Anti-IL-6R mAb在動物模型中的研究

大量研究表明，gp130-Fc融合蛋白、抗IL-6R抗體均可抑制獲得性T細胞轉移性結腸炎、DSS／TNBS誘導的化學性結腸炎動物的T細胞增生，誘導T細胞凋亡，下調炎性因子，降低黏附分子表達，改善結腸炎的癥狀，還可抑制小鼠自發性結腸炎的發生［5，28，30］。

Terabe等［31］分別給予T細胞性結腸炎小鼠注射anti-IL-6R mAb、anti-TNF mAb、TNFR-Fc，結果顯示經anti-IL-6R mAb和anti-TNF mAb治療的小鼠結腸組織學評分、CD4＋T細胞增殖率均低于結腸炎組，但治療并不影響CD4＋T細胞凋亡率；在各項治療中anti-IL-6R mAb治療組的結腸組織學評分最低，而anti-IL-6R mAb和anti-TNF mAb在DSS誘導的小鼠結腸炎模型中未體現出治療作用。

Okada等［32］對 經 anti-IL-6R mAb（MR16-1）、TNF-αmAb處理后小鼠體內結核分枝桿菌播散程度的差異進行比較，結果顯示MR16-1處理組存活至實驗結束，存活時間為224 d，且與正常對照組相比，結核病情無進展；而TNF-αmAb處理組存活時間為120～181 d，結核分枝桿菌對器官的浸潤較正常對照組嚴重，且該組動物脾臟細胞的抗原特異性應答顯著減弱，提示anti-IL-6R mAb促進結核感染播散的風險與TNF-αmAb相比較小。

4.2 MRA

MRA是人源化抗IL-6R的單克隆抗體，在治療類風濕性關節炎（RA）方面的臨床研究較多，對于經甲氨蝶呤（MTX）及抗TNF-α治療不敏感的RA患者，MRA是安全有效的藥物。單用MRA的效果優于單用MTX，而與MTX連用對抗TNF-α治療失敗的患者療效甚佳。無論是單用還是與MTX連用，該藥安全性均較好，患者均能良好耐受［33］，但仍有使用后引起腸道多發性潰瘍［34］、神經病變及皮膚潰瘍［35］的個案報道。

目前還缺乏有關抗IL-6R在治療腸道疾病中的臨床數據。近10年來僅有2例采用MRA治療IBD的臨床研究。Ito等［36］給予CD活動期（CDAI≥150）患者靜脈注射 MRA，8 mg／kg，每2周1次，共12周，將CDAI降低≥70定為臨床有效標準，CDAI＜150定義為臨床緩解標準。MRA治療組臨床有效率為80%，臨床緩解率為20%；而安慰劑組臨床有效率僅為31%，臨床緩解率為0。同樣劑量，每4周給藥1次，MRA治療組臨床有效率為42%，臨床緩解率為25%。通過問卷調查分析可知，MRA治療組的健康相關生活質量較對照組高［37］。

5 問題與展望

IL-6信號通路參與調節T細胞活動，促進白細胞趨化，加速血栓形成，促進腸上皮細胞增殖，在IBD腸道慢性炎性反應的發生與維持中占有重要的地位。但現有的研究成果仍存在爭議，IL-6濃度是否與疾病的嚴重程度、病變范圍及用藥時限相關，是否能成為鑒別UC和CD，評估緩解與復發，預測治療無效的血清學標志物等問題有待進一步研究。雖有大量動物實驗及個別臨床試驗證實，阻斷IL-6信號通路能有效改善結腸炎的癥狀，下調炎性因子，但臨床應用治療IBD的研究尚處于起步階段。目前MRA已進入中國市場被應用于治療RA，該藥在緩解關節炎性反應方面療效甚佳，但在IBD人群中是否適用，可否作為常規治療無效的補充等問題還有待解決，未來尚需更多臨床研究驗證人源化anti-IL-6R抗體在治療IBD中的安全性、有效性及可靠性。

1 Gyires K，TóthéV，Zádori SZ.Gut inflammation：current update on pathophysiology，molecular mechanism and pharmacological treatment modalities.Curr Pharm Des，2014，7：1063-1081.

2 Perrier C，Rutgeerts P.Cytokine blockade in inflammatory bowel disease.Immunotherapy，2011，11：1341-1352.

3 Waldner MJ，Neurath MF.Master regulator of intestinal disease：IL-6 in chronic inflammation and cancer development.Semin Immunol，2014，1：75-79.

4 Bank S，Andersen PS，Burisch J，et al.Associations between functional polymorphisms in the NF-κB signaling pathway and response to anti-TNF treatment in Danish patients with inflammatory bowel disease.Pharmacogenomics J，2014，14：526-534.

5 Allocca M，Jovani M，Fiorino G，et al.Anti-IL-6 treatment for inflammatory bowel diseases：next cytokine，next target.Curr Drug Target，2013，12：1508-1521.

6 Fain JN，Madan AK，Hiler ML，et al.Comparison of the release of adipokines by adipose tissue，adipose visceral and subcutaneous abdominal adipose tissues of obese humans.Endocrinology，2004，145：2273-2282.

7 Yao X，Huang J，Zhong H，et al.Targeting interleukin-6 in inflammatory autoimmune diseases and cancers.Pharmacol Ther，2014，2：125-139.

8 Zhang Y， Wang X，Zhong M，et al. MicroRNA let-7a ameliorates con A-induced hepatitis by inhibiting IL-6-dependent Th17 cell differentiation.J Clin Immunol，2013，3：630-639.

9 Zhang J，Xie S，Ma W，et al.A newly identified microRNA，mmu-miR-7578，functions as a negative regulator on inflammatory cytokines tumor necrosis factor-alpha andinterleukin-6 via targeting Egrl in vivo.J Biol Chem，2013，6：4310-4320.

10 Gross V，Andus T，Caesar I，et al.Evidence for continuous stimulation of interleukin-6 production in Crohn＇s disease.Gastroenterology，1992，2：514-519.

11 Hyams JS，Fitzgerald JE，Treem WR，et al.Relationship of functional and antigenic interleukin-6 to diease activity in inflammatory bowel disease.Gastroenterology，1993，104：1285-1292.

12 Jones J，Loftus EV Jr，Panaccione R，et al.Relationships between disease activity and serum and fecal biomarkers in patients with Crohn′s disease.Clin Gastroenterol Hepatol，2008，11：1218-1224.

13 Hosokawa T，Kusugami K，Ina K，et al.Interleukin-6 and soluble interleukin-6 receptor in the colonic mucosa of inflammatory bowel disease.J Gastroenterol Hepatol，1999，14：987-989.

14 Reimund JM，Wittersheim C，Dumont S，et al.Increased production of tomour necrosis factor-alpha interleukin-1 beta，and interleukin-6 by morphologically normal intestinal biopsies from patients with Crohn′s diease.Gut，1996，39：684-689.

15 Drastich P，Frolova-Brizova L，Zanvit P，et al.Spontaneous in vitro IL-6 production in various intestinal segments in patients with inflammatory bowel disease.Folia Microbiol，2011，3：185-190.

16 Atreya R，Mudter J，Finotto S，et al.Blockade of interleukin 6 trans signaling suppresses T-cell resistance against apoptosis in chronic intestinal inflammation：evidence in crohn disease and experimental colitis in vivo.Nat Med，2000，6：583-588.

17 Reinecker HC，Steffen M，Witthoeft T，et al.Enhanced secretion of tumour necrosis factor-alpha，IL-6，and IL-1 beta by isolated lamina propria mononuclear cells from patients with ulcerative colitis and Crohn’s disease.Clin Exp Immunol，1993，94：174-181.

18 Suzuki Y，Saito H，Kasanuki J，et al.Significant increase of interleukin 6 production in blood mononuclear leukocytes obtained from patients with active inflammatory bowel disease.Life Sci，1990，47：2193-2197.

19 Louis E，Belaiche J，van Kemseke C，et al.A high serum concentration of interleukin-6is predictive of relapse in quiescent Crohn’s disease.Eur J Gastroenterol Hepatol，1997，9：939-944.

20 Wine E，Mack DR，Hyams J，et al.Interleukin-6 is associated with steroid resistance and reflects disease activity in severe pediatric ulcerative colitis.J Crohns Colitis，2013，11：916-922.21 Krenke K，Peradzyńska J，Lange J，et al.Inflammatory cytokines in exhaled breath condensate in children with inflammatory bowel diseases.Pediatr Pulmonol，2014，49：1190-1195.

22 Kimura A， Kishimoto T.IL-6：regulator of Treg／Th17 balance.Eur J Immunol，2014，40：1830-1835.

23 Jin X，Zimmers TA，Zhang Z，et al.Interleukin-6 is an important in vivo inhibitor of intestinal epithelial cell death in mice.Gut，2010，59：186-196.

24 Yan SL，Russell J，Granger DN.Platelet activation and platelet-leukocyte aggregation elicited in experimental colitis aremediated by interleukin-6.Inflamm Bowel Dis，2014，2：353-362.

25 Magro F，Soares JB，Fernandes D，et al.Venous thrombosis and prothrombotic factors in inflammatory bowel disease.World J Gastroenterol，2014，17：4857-4872.

26 Senchenkova EY，Komoto S，Russell J，et al.Interleukin-6 mediates the platelet abnormalities and thrombogenesis associated with experimental colitis.Am J Pathol，2013，1：173-181.

27 Liu X，Wang J.Anti-inflammatory effects of iridoid glycosides fraction of Folium syringaeleaves on TNBS induced colitis in rats.J Ethnopharmacol，2011，133：780-787.

28 Lee MJ，Lee JK，Choi JW，et al.Interleukin-6induces S100A9 expression in colonic epithelial cells through STAT3 activation in experimental ulcerative colitis.PLoS One，2012，9：e38801.

29 Wright HL，Cross AL，Edwards SW，et al.Effects of IL-6 and IL-6 blockade on neutrophil unction in vitro and in vivo.Rheumatology，2014，7：1321-1331.

30 Yamamoto M，Yoshizaki K，Kishimoto T，et al.IL-6 is required for the development of Th1 cell-mediated murine colitis.J Immunol，2000，9：4878-4882.

31 Terabe F，Fujimoto M，Serada S，et al.Comparative analysis of the effects of anti-IL-6 receptor mAb and anti-TNF mAb treatment on CD4＋T-cell responses in murine colitis.Inflamm Bowel Dis，2011，2：491-502.

32 Okada M，Kita Y，Kanamaru N，et al.Anti-IL-6 receptor antibody causes less promotion of tuberculosis infection than anti-TNF-α antibody in mice. Clin Dev Immunol，2011，2011：404929.

33 Hushaw LL，Sawaqed R，Sweis G，et al.Critical appraisal of tocilizumab in the treatment of moderate to severe rheumatoid arthritis.Ther Clin Risk Manag，2010，6：143-152.

34 Hagiwara K.Tocilizumab-induced intestinal injury.Endoscopy，2011，10：928.

35 Sugiura F，Kojima T，Oguchi T，et al.A case of peripheral neuropathy and skin ulcer in a patient with rheumatoid arthritis after a single infusion of tocilizumab.Mod Rheumatol，2009，2：199-203.

36 Ito H，Takazoe M，Fukuda Y，et al.A pilot randomized trial of a human anti-interleukin-6 receptor monoclonal antibody in active Crohn′s disease.Gastroenterology，2004，4：989-996.

37 Ito H.Treatment of Crohn′s disease with anti-IL-6 receptor antibody.J Gastroenterol，2005，40：32-34.