白細胞介素-33與支氣管哮喘發病機制的相關性研究進展

田洪梓，王　迪

醫學信息研究

白細胞介素-33與支氣管哮喘發病機制的相關性研究進展

田洪梓，王迪＊

支氣管哮喘目前被認為是一種氣道的慢性炎癥性疾病，其誘發因素多種多樣，IL-33是作為白介素家族的成員之一，可能參與了這一復雜的炎癥過程，導致了支氣管哮喘的發生和發展。筆者查閱大量文獻發現IL-33和ST2基因多態性可能與支氣管哮喘易感性之間存在一定的相關性，研究IL-33對于明確支氣管哮喘的發病機制具有重要意義。

白細胞介素-33；支氣管；哮喘

支氣管哮喘（簡稱哮喘）是由多種細胞和細胞組分參與的慢性呼吸道炎癥性疾病，包括T淋巴細胞、肥大細胞、嗜堿性粒細胞、嗜酸性粒細胞、樹突狀細胞等，Th1/Th2細胞免疫應答失衡，即Th2細胞數量增加、功能活化，伴隨Th2型細胞因子的大量分泌，是哮喘病理改變的始動和維持因素。近年來研究結果表明，白細胞介素-33（IL-33）可以激活并維持多種參與哮喘發病的免疫細胞的功能，誘導產生Th2型細胞因子，提示其可能在哮喘發病中起到重要作用。本文就IL-33在哮喘領域中的相關研究做一綜述。

1　IL-33及其受體簡介

IL-33是IL-1家族的新成員，其基因序列和結構與IL-1家族成員IL-1β和IL-18相似。人IL-33基因定位于9號染色體（9p24.1）上，小鼠的IL-33基因定位于19號染色體（19qC1）。IL-33的mRNA表達于人和小鼠的多種器官和細胞中；在蛋白水平，IL-33主要表達于肺、胃、中樞神經系統、皮膚和腎臟等器官，在上皮細胞、平滑肌細胞、內皮細胞和成纖維細胞中可以檢測到其蛋白表達［1］。在沒有感染或者炎癥的情況下，IL-33定位于細胞核內，扮演轉錄抑制角色［2］。當組織受損或者細胞壞死時，IL-33被分泌至細胞外，與其受體結合產生促炎效應，但這種分泌機制目前尚不清楚。

IL-1R輔助蛋白（IL-1RAcP）和ST2共同組成IL-33的受體。IL-1RAcP是IL-1家族多個成員（例如IL-1α、IL-1β、IL-1F6、IL-1F8和IL-1F9）的受體組分［3］。ST2是Th2細胞選擇性標記之一，并高度表達于肥大細胞表面。此外，巨噬細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、自然殺傷細胞、自然殺傷T細胞等免疫細胞也表達ST2。ST2有兩種存在形式，一種是跨膜受體表達形式，另一種是可溶性受體（sST2）表達形式，目前認為sST2可能是IL-33的誘餌受體。當IL-33與跨膜受體結合后，IL-1RAcP招募髓樣分化蛋白88（MYD88）和IL-1相關蛋白激酶（IRAK），啟動下游NF-κB和MAPK通路，誘導細胞產生各種促炎細胞因子（例如IL-5、IL-13等），進而產生相應的生物學效應［1］。

2　IL-33對免疫細胞的影響

2.1對Th2細胞IL-33受體ST2選擇性表達于Th2細胞表面，在初始T細胞、Th1細胞、Th17細胞并不表達。體外研究表明，在IL-33存在的前提下，Th2細胞的IL-5、IL-13產生增強；同時，IL-33可以極化初始T細胞并產生IL-5和IL-13［4］。體內研究表明，小鼠腹腔內注射重組人IL-33后出現脾大，鏡下觀察發現肺部有多種免疫細胞浸潤、黏液增加和上皮增生，胸腺、脾、肝和肺中IL-4和IL-5mRNA升高，血清IgE、IL-5和IL-13增高［5］。另外，體外和體內實驗也證實IL-33是Th2細胞的強有力的趨化因子，可以募集Th2細胞到炎癥部位發揮作用［6］。

2.2對肥大細胞人類和小鼠肥大細胞組成性表達ST2，因此肥大細胞是IL-33另一主要靶細胞。IL-33可以促進CD34+肥大細胞前體的成熟，胸腺基質淋巴細胞生成素（TSLP）可以協同促進這一過程［7］。IL-33還能促進人臍帶血來源的肥大細胞生存與黏附，增加其IL-8和IL-13的產生［8］。在隨后的研究中，研究人員發現過敏性哮喘患者外周血CD34+細胞同時表達TSLP和IL-33受體，在特異性抗原致敏后，細胞表面TSLP和IL-33受體的數目發生了增加［9］。此外，IL-33與肥大細胞表面受體結合后可誘導產生多種細胞因子、趨化因子和脂質介質，包括IL-8、IL-5、IL-13、IL-6、IL-1β、TNF-α、GM-CSF、CCL2以及前列腺素D2，體內外實驗也顯示IL-33可以誘導肥大細胞脫顆粒反應。最后，IL-33可能具有使肥大細胞向組織歸巢的作用［8］。

2.3嗜堿性粒細胞與Th2細胞和肥大細胞相比，嗜堿性粒細胞表面的ST2表達相對較少，但IL-3可以刺激ST2表達增多。與IL-33作用于Th2細胞和肥大細胞相似，IL-33可以誘導嗜堿性粒細胞產生Th2型細胞因子（IL-4、IL-13），并能促進CD11b的表達和細胞黏附［10-12］。CD11b的表達增加可以增強嗜堿性粒細胞向CCL11的遷移。此外，盡管IL-33不能直接誘導嗜堿性粒細胞脫顆粒，但它可以協同增強IgE介導的脫顆粒。另外，Kroeger等報道IL-33可以通過增強Akt的活化增加嗜堿性粒細胞的生存［13］。

2.4嗜酸性粒細胞人類外周血嗜酸性粒細胞表面表達的ST2含量極低，但可在細胞內檢測到ST2的mRNA和ST2蛋白的存在。近來有研究表明IL-33可以直接誘導嗜酸性粒細胞產生超氧化物和IL-8，并且可以增強IL-3、IL-5以及GM-CSF介導的IL-8產生［10，14］。另外，IL-33可以通過促進嗜酸性粒細胞CD11b的表達從而增強其黏附能力，同時可以不依賴IL-4、IL-5以及GM-CSF延長嗜酸性粒細胞的生存［15］。這些研究表明IL-33可能通過嗜酸性粒細胞在炎癥部位的累積，進而在某些過敏性疾病的發病機制中發揮作用。

2.5樹突狀細胞 （DCs）早期研究顯示，在GMCSF和IL-4作用下，小鼠骨髓細胞可以分化為骨髓來源DC（BMDCs），同時表達ST2。晚近的研究證實IL-33也可以誘導骨髓細胞向DCs發育［16］。另外，IL-33還能使BMDCs產生IL-6增多，并能增強BMDCs表達MHCⅡ類分子和CD86［17］。在IL-33存在的環境下，初始CD4+T細胞與BMDCs共同孵育6～10 d后，上清液中可檢測出IL-5和IL-13。由于這種背景下產生的細胞因子與IL-5+IL-4-非典型Th2細胞亞群產生的細胞因子相似，因此有學者認為IL-33可能可以誘導初始CD4+T細胞轉變成這種Th2細胞亞群［18］。

3　IL-33和哮喘

人類基因組計劃和HapMap計劃的完成使得利用基因組相關性研究（GWAS）尋找哮喘的易感基因變得更為便利。一項涉及10 365例哮喘患者和16 110名正常對照人群的GWAS近期已經完成，Moffatt等發現IL-33（IL33）、ST2（IL1RL1）的單核苷酸多態性與哮喘之間具有明顯的基因組相關性［19］。類似的結論在其他研究中也得到了印證［20，21］。值得注意的是，雖然這些研究還發現了其他不同基因的單核苷酸多態性與哮喘有關，但唯有這兩個基因始終被列為哮喘的易感基因。因此，IL-33在哮喘的發病機制中可能確實具有重要的地位。

多項研究證實在哮喘患者的血清和肺組織中可以檢測到升高的sST2和IL-33［22-24］。在雞卵蛋白（OVA）誘導產生的小鼠哮喘模型中同樣檢測到了增高的sST2蛋白和IL-33mRNA。另外，通過IL-13和STAT6依賴途徑，小鼠腹膜內和鼻腔內給予IL-33可引起肺部和腸道嗜酸性粒細胞浸潤。這些研究表明IL-33可能在一定程度上參與了哮喘的發病過程。

為了進一步證明IL-33在哮喘發生、發展中的作用，構建IL-33基因敲除小鼠無疑具有重要意義。近來Oboki等成功構建了IL-33基因敲除小鼠，這些小鼠可以正常發育，提示IL-33作為核因子對生長發育沒有影響。與正常小鼠相比，IL-33基因敲除小鼠經OVA致敏后，肺泡灌洗液中嗜酸性粒細胞數量較少，肺部炎癥情況更輕。同樣的，以塵螨浸出物誘導IL-33基因敲除小鼠的氣道炎癥中，肺泡灌洗液里的炎癥細胞明顯減少［25］。另外，早期研究表明吸入木瓜蛋白酶能誘導Rag-2基因敲除小鼠的氣道炎癥，產生嚴重的氣道嗜酸性粒細胞浸潤，但木瓜蛋白酶卻無法誘導IL-33基因敲除小鼠和IL-4、IL-13雙基因敲除小鼠產生氣道炎癥，這個現象說明木瓜蛋白酶誘導的天然氣道炎癥依賴于IL-33，并且在此過程中產生的IL-4、IL-13來源于天然免疫細胞而非T細胞［25］。因此，IL-33在Th2相關的局部氣道炎癥中發揮重要作用。這一觀點得到了近期一項研究的支持，Chang等［26］研究發現A型流感病毒感染小鼠后可以活化NLRP3炎癥體，誘導肺泡巨噬細胞產生大量IL-33，進而活化天然輔助細胞產生IL-13，最終引起小鼠氣道高反應性。

此外，有學者利用抗ST2抗體治療OVA誘導的小鼠氣道炎癥，發現抗ST2抗體可以減輕氣道炎癥；另外還有學者報道抗IL-33抗體可以減輕OVA誘導的小鼠氣道炎癥。這些動物實驗從治療層面證明了IL-33和ST2在哮喘發病機制中的作用。但Hoshino等［27］利用ST2基因敲除的小鼠進行研究時發現，小鼠可以對寄生蟲和過敏原產生正常的Th2反應，骨髓來源肥大細胞的功能和分化也沒有受到影響，因此作者認為ST2對Th2細胞和肥大細胞的功能沒有作用。有意思的是，同樣利用ST2基因敲除小鼠進行短程哮喘模型研究時，Kurowska-Stolarska等卻發現小鼠的氣道炎癥減輕［4］。產生這種截然不同現象的原因可能是短程哮喘模型中肥大細胞起到了更重要的作用。

總之，大量的研究結果提示IL-33和ST2基因多態性與哮喘易感性有關；IL-33可以活化免疫細胞產生Th2型細胞因子，并在一定程度上誘導Th2細胞的分化，進而產生氣道炎癥反應和氣道高反應性等哮喘的典型表現；抗IL-33抗體和抗ST2抗體可以減輕哮喘小鼠的氣道炎癥。這些研究表明IL-33在哮喘的發病機制中可能起到重要作用。目前哮喘的發病率仍然居高不下，探索哮喘發病機制和開發安全有效藥物依然任重道遠，對IL-33表達、分泌和功能的研究將會為哮喘防治提供新的思路和靶點。

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［2016－04－26收稿，2016－05－25修回］

［本文編輯：韓仲琪］

Research progress on the relativity of IL-33 and broncho-asthma

TIAN Hong-zi，WANG Di.Dept.of Respiratory，No.107 Hospital of PLA，Yantai，Shandong 264002，China

Asthma（also named bronchial asthma）is currently considered to be a chronic inflammatory disease of the airway，the factors induced this disease are many among which IL-33 as one of the interleukin family members may participate in the complex process，leading to the occurrence and development of asthma.A large number of studies have found that IL-33 and ST2 gene polymorphisms may be certainly related to the susceptibility of asthma，thus studying IL-33 has important significance for investigating the pathogenesis of asthma.

Interleukin-33；Asthma；Bronchus

R563.2+5

A

10.14172/j.issn1671-4008.2016.11.034

264002山東煙臺，解放軍107醫院呼吸科（田洪梓，王迪）

王迪，Email：531612017@qq.com