關于IL-37免疫抑制作用的研究進展

張 穎 謝曉華?

（301醫院南樓綜合外科 北京 100853）

[前言]人的免疫系統由免疫細胞、免疫組織、免疫器官和免疫分子組成，這些組分的正常運行是人體保持正常免疫應答功能的前提條件。當人體的免疫功能發生缺陷時會導致免疫力低下，進而可因受到外來病原體的侵襲而發生感染，甚至可誘發腫瘤。人體的免疫力若過強也會對自身造成傷害，如引發自身免疫性疾病等。免疫抑制即是指對免疫應答反應的抑制作用。細胞因子是由免疫細胞和某些非免疫細胞在受到刺激后合成、分泌的小分子蛋白質，可通過與靶細胞的受體結合而調控靶細胞的生長、分化及功能。細胞因子的作用廣泛，可以調節免疫應答與細胞生長，并可參與損傷組織的修復。白細胞介素（IL）是由多種細胞產生并可對多種細胞發揮效應的細胞因子。最初的臨床研究發現，白細胞介素由白細胞產生且主要在白細胞間發揮效應，故被稱為白細胞介素。目前，研究人員至少發現了38個白細胞介素，并分別將其命名為IL-1～IL-38。白細胞介素可分為IL-1家族、IL-2家族、趨化因子家族、趨化因子家族C-X-C/α亞族、IL-6家族、IL-10家族與IL-17家族。白細胞介素的功能復雜，在免疫系統中發揮著重要的作用，對免疫細胞的成熟、分化、增殖及其發揮的免疫效應均可起到重要的調節作用，并可對人體內多種生理和病理反應起到調控的作用[1-2]。IL-37是臨床上新發現的一種細胞因子，對炎癥具有較強的抑制作用。IL-37屬于IL-1家族。IL-1家族包括11種細胞因子，均與人體內的炎癥反應密切相關。IL-1家族的細胞因子主要通過調控炎癥和自身免疫性疾病相關基因的表達、誘導磷脂酶A2、干擾素γ、粘附分子等效應蛋白的表達而參與調節免疫應答和炎癥反應。2000年，人們發現了IL-1家族的新成員IL-1H4。2001年，Eleanor Dunn等人將IL-1H4改名為IL-1F7。研究發現，IL-1F7具有免疫抑制的作用，可抑制人體內多種促炎性因子的表達。2010年，IF-1F7被改名為IL-37。IL-37的基因位于人類第二號染色體上，其基因表達的產物共有五個剪切亞型（IL-37a-e）[3-5]。IL-37可表達于外周血單核細胞和樹突狀細胞中，可在與IL-18的α亞基結合后形成復合體而發揮效應，但不會影響IL-18的生理活性。當人體外周血中的單核細胞缺失IL-37后，人體對LPS及IL-1a引起的炎癥反應的敏感性可顯著增強。目前，人們已經發現了IL-37的多種抗炎作用及對免疫應答的抑制作用，但尚未闡明其作用機理、途徑及功能。在本次研究中，筆者主要對IL-37免疫抑制作用的最新研究進展做一綜述。

1 IL-37的分類和分布

IL-37的基因位于人類第二號染色體上，其分子量的大小為17～24kD，其結構與IL-1家族其他成員的結構相似。IL-37可分為IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37d、IL-37e五個亞型。IL-37a的外顯子3編碼一種獨特的N末端，外顯子4、5、6編碼β三葉草二級結構，據推測IL-37a是一種有功能的細胞因子。IL-37b是序列最長的亞型IL-37，其外顯子1、2編碼N末端，包含一種前體結構域，胱天蛋白酶（caspase）-1的酶切位點位于此前體結構域內。在caspase-1的作用下，無活性的前體IL-37b可轉變為有活性的成熟體。外顯子4、5、6編碼12個β鏈，形成三葉草的結構。IL-37c和IL-37e中不具有外顯子4，所以不能形成三葉草的結構，不具有功能活性。IL-37d與IL-37b相比，只缺少外顯子2，因此可編碼三葉草二級結構，可能具有功能活性[6]。IL-37的表達具有特異性。當人體處于正常狀態時，IL-37a僅表達于其腦組織中，IL-37b僅在其腎組織中表達，IL-37c表達于心臟中，IL-37d和IL-37e僅能在骨髓和睪丸中被檢測出來。通常，內源性IL-37在人PBMC中表達的水平較低，但在炎性刺激物和細胞因子的作用下其表達水平可有所提高[7-8]。

2 IL-37的作用機制

在人PBMC中促炎因子IL-18、IL-1β、IFN-γ和TNF能促進IL-37的合成，而IL-4和GM-CSF會抑制IL-37的合成。人類的血漿單核細胞系和肺上皮細胞系在過度表達IL-37b時可抑制促炎因子的合成。當IL-37的表達受到抑制時，促炎因子的合成會大量增加。研究發現，IL-37b的過度表達不僅會抑制促炎因子的合成，還會導致Th2相關的細胞因子IL-13、IL-17和MCP-1的合成增加。可見，IL-37b具有復雜的免疫調節作用。此外，IL-37b也可進入細胞核內與Smad3形成功能復合物，影響基因的轉錄，抑制促炎因子的表達和樹突狀細胞的活化。研究表明，IL-37b能通過3種IL-1R激活抑炎通路，發揮抗炎的作用。Diana等在研究中發現，當THP-1細胞過度表達IL-37b時會使細胞內粘附劑和移位細胞器的功能受到抑制。IL-37b轉基因小鼠的巨噬細胞中促炎因子的合成可受到抑制，并可在表達時發生形態學改變。可見，IL-37也可能通過獨特的方式介導受體后信號的傳導。以上觀點證實，IL-37在經過caspase-1酶切處理后既可轉入細胞核作為核內基因的調節劑，也可分泌到細胞外發揮其功能[9-10]。

3 IL-37的免疫抑制作用

IL-37是最近新發現的免疫抑制因子，其在人體正常組織中的表達廣泛，可通過胞內和胞外途徑發揮免疫抑制的效應。據報道，IL-37在內毒素血癥、類風濕性關節炎、肥胖癥、癌癥等多種疾病的發生發展中均可發揮作用。類風濕性關節炎屬于自身免疫疾病。進行免疫組化染色檢測的結果顯示，健康受試者組織中不表達IL-37b，而類風濕性關節炎患者的組織內IL-37b，呈高度表達，說明IL-37具有免疫抑制的作用。對人外周血PBMC的研究發現，IL-37的合成受到TLR配體脂多糖（LPS）、Pam3CSK4、TGF-β的誘導。IL-37轉基因小鼠的巨噬細胞、人THP-1細胞可以對LPS誘導的IL-1β、IL-6、TNF-α起到抑制作用，使其無法合成。將siRNA中的IL-37敲除后，可導致IL-1β、IL-6和TNF-α呈劑量依賴性增加，可見PBMC中的IL-37具有免疫抑制的作用。研究發現，STAT1-4是促炎細胞因子信號轉導過程中的重要分子，IL-37b能有效抑制磷酸化的STAT1-4發揮其功能。c-Jun能參與IL-1誘導的促炎細胞因子的產生，p38 MAPK在促炎信號轉導的途徑中可起到重要的作用，IL-37b的表達可起到免疫抑制的作用[11-12]。

IL-37在巨噬細胞或上皮細胞中表達時，幾乎可完全抑制致炎性因子的合成。而IL-37若不在血細胞中表達，人體內致炎性因子的合成會顯著增高。研究發現，IL-37可在PBMC中表達，主要存在于胞質中。PBMC在受到GMCSF+IL-4的刺激后會降低IL-37的表達水平，在受到LPS或PMA的刺激后會提高IL-37的表達水平。研究發現，IL-37轉基因小鼠與同野生型小鼠相比，其體內DC的活性和數量較低。在采用LPS進行刺激后，轉基因小鼠DC表面的CD86和MHCII的表達率明顯低于野生型小鼠。可見，IL-37在免疫系統中可發揮免疫抑制的作用。據報道，IL-37可以與IL-18受體α鏈結合，在與其結合后IL-18的活性并不會受到抑制，也不會觸發炎癥反應信號。對人急性髓性白血病細胞系和NKO細胞的研究發現，依賴IL-18的致炎性因子IFN-γ不會受到IL-37的抑制。但進一步的研究證實，IL-37可以與IL-18的天然拮抗劑IL-18結合蛋白形成復合物，從而抑制IL-18誘導生成IFN-γ的能力，起到免疫抑制的作用[13]。

抗炎因子TGF-β的抗炎效應與IL-37的免疫抑制作用有密切的關系。研究發現，當Smad3的活性受到抑制時，IL-37的免疫抑制作用會明顯降低。Grimsby等通過蛋白組學研究證實，IL-37和Smad3可以相互作用。他們首先將FLAG-tagged IL-37b轉染到肺上皮A549細胞上，并利用免疫熒光技術進行觀察，結果發現IL-37b和磷酸化Smad3位于同一位置。Nold等將IL-37轉基因小鼠中的Smad3敲除后，發現IL-17的免疫抑制作用明顯減弱。可見，Smad3對IL-17的免疫抑制作用具有重要的影響。

4 IL-37與發生嚴重創傷失血的關系

嚴重的創傷出血患者其體內致炎性細胞因子的表達可有所升高，其體內抗炎性細胞因子的表達可有所下降。研究發現，人體在發生嚴重的創傷出血時，其體內IL-37表達水平的變化與抗炎性細胞因子TGF-β1表達水平的變化相一致，與致炎性細胞因子IL-6表達水平的變化相反。可見，IL-37在人體發生嚴重的創傷出血時可發揮重要的作用[14]。

5 IL-37與發生肺臟損傷和腎臟損傷的關系

研究發現，肺臟損傷患者血清中IL-37和IL-18表達的水平可明顯提高，推測其血清中IL-37表達水平的提高可能是因前炎癥因子IL-18的表達升高、機體負反饋的機制被啟動而抑制炎癥的過度表達所致。可見，IL-18在肺損傷的修復過程中可起到重要的作用。腎臟損傷患者與肺損傷患者體內IL-37表達水平的變化相一致。研究發現，腎臟損傷患者外周血中IL-37的表達水平可有所升高，其具有修復腎臟損傷的作用[15]。

6 展望

IL-37是臨床上新發現的一種細胞因子。目前的研究結果顯示，IL-37在固有免疫應答方面可發揮重要的調控作用及免疫抑制的作用，其在類風濕性關節炎、肥胖癥、癌癥等多種自身免疫性疾病發生發展的過程中均可發揮重要的作用。但是，目前我們對IL-37的了解仍然較少，IL-37的受體、信號轉導途徑及作用機制尚不明確。在未來的研究中，我們首先要明確IL-37的作用機制、受體及信號轉導途徑，為IL-37在治療自身免疫性疾病方面可發揮的作用提供實驗研究成果的支持。其次，我們應深入研究IL-37與嚴重創傷失血、肺臟損傷及腎臟損傷的關聯性，從而為治療此類損傷性疾病提供更好的方案。

7 結語

IL-37是一種新型的具有免疫抑制作用的細胞因子，具有抑制固有免疫應答和適應性免疫應答的作用，并可抑制促炎性因子的表達。在IL-37表達于PBMC和樹突狀細胞中時，將siRNA中的IL-37敲除可導致IL-1β、IL-6和TNF-α的表達呈劑量依賴性增加。可見，PBMC中的IL-37具有免疫抑制的作用。IL-37可與IL-18的天然拮抗劑IL-18結合蛋白形成復合物，抑制IL-18誘導生成IFN-γ的能力，進而起到免疫抑制的作用。成熟的IL-37可進入細胞核中，因此IL-37在細胞內和細胞外均具有生物活性。IL-37可與Smad3在細胞內形成復合體，發生核易位，調節基因轉錄、細胞代謝、細胞增殖及炎癥因子的表達，抑制樹突狀細胞的活性，進而可發揮免疫抑制的作用。研究發現，IL-37在健康受試者的組織中不表達，在類風濕性關節炎、肥胖癥、肝炎等多種自身免疫性疾病患者的組織中呈高度表達。可見，IL-37在自身免疫性疾病的發生發展中發揮著重要的作用。今后，我們仍需對IL-37進行更深入的研究，以明確其作用機制、受體及信號通路。

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