IL-33及其受體ST2與支氣管哮喘相關性的研究進展

林瑪麗 蔡旭龍 李秀洪 劉運廣 林 娜

支氣管哮喘(以下簡稱哮喘)是一種由多種炎性細胞浸潤呼吸道，并與其產生的細胞因子相互作用形成的慢性氣道炎癥[1]。哮喘的發病機制復雜，不僅與環境有關，而且與基因表型的多態性也密切相關。Sj?berg等[2]在哮喘模型小鼠中發現，IL-33可誘導氣道高反應性、介導氣道炎癥和重構、激活肥大細胞和產生細胞因子，影響哮喘發作。目前，研究[3]認為Th1/Th2 型免疫應答失衡與哮喘的發生相關，表現為Th1型免疫反應減弱，而Th2 型呈優勢應答。IL-33 及其ST2受體能選擇性在 Th2 細胞、嗜酸粒細胞、成纖維細胞中表達[4]。體內外試驗[5- 6]均證明，IL-33/ST2 信號通路可被抗 ST2 抗體、抗 IL-33抗體等阻斷，從而降低氣道炎癥反應。全基因組關聯分析研究(genome wide association studies，GWAS)發現IL-33基因與哮喘相關[7]。因此，研究IL-33與哮喘的關系意義重大，可為治療哮喘提供新靶點。本文對IL-33及其受體ST2與支氣管哮喘的相關性進行綜述如下。

1 IL-33

1.1 IL-33的分子結構及表達 IL-33主要在氣道上皮細胞及平滑肌細胞中表達，也可在某些組織及器官中表達，是上皮細胞中觸發哮喘發生的電位信號。在小鼠模型中，IL-33的編碼基因位于19號染色體(19qC1)，而人IL-33基因則定位于9號染色體(9p24.1)，小鼠和人IL-33 cDNA分別編碼266和270個氨基酸的多肽,其氨基酸相似性為55%，相對分子量分別為29.9 kDa和30 kDa。IL-33作為IL-1家族的第11位細胞因子，其結構與IL-1α、IL-1β、IL-18相似，其N端為“螺旋-轉角-螺旋”結構模式，存在與DNA結合區域及核心序列，而C端為β-折疊，是IL-1類分子和受體結合的位置[8-9]。IL-33是過敏性氣道疾病的關鍵細胞因子，在黏膜器官的固有免疫和適應性免疫中起著重要作用[10]。相對來說，IL-33在與外界接觸的呼吸道、消化道、皮膚等黏膜系統中呈高表達，因為這些黏膜系統是固有免疫和適應性免疫的啟發部位，也是機體連接外界的物理屏障，而在某些內部臟器(脾臟、胰腺、腎臟、心臟等)中呈低表達[11]。

1.2 IL-33的生物學特性 IL-33是一種多功能因子，既可以作為核因子調控基因轉錄，又可以作為細胞因子參與調節Th2型免疫反應[12]。IL-33可誘導哮喘、變應性鼻炎、特應性皮炎等Th2型免疫炎癥反應，同時也在動脈硬化、肥胖癥、2型糖尿病及心臟重塑等疾病中起防護作用。IL-33除了在巨噬細胞、樹突狀細胞、嗜酸性粒細胞、B細胞、單核細胞和肥大細胞等細胞中表達，還可在某些器官和組織中表達[13]。IL-33主要存在于細胞核內，然而，現有證據表明這一結論可能受熒光標記的融合蛋白影響，事實上在血管內皮細胞和成纖維細胞的細胞核及細胞質中均發現有IL-33[14]。在注射有IL-33的小鼠體內發現IgE水平增高，同時可致其脾臟重量增加，上皮細胞產生增多，和明顯的嗜酸性粒細胞增多[8]。在疾病的發展過程中，IL-33對嗜酸性粒細胞的生物學特性尤為重要，通過全基因組測序，發現IL-33基因rs146597587位點C等位基因在編碼最后1個外顯子之前破壞1個典型剪接受體位點，而使嗜酸性粒細胞計數下降，降低引發哮喘的風險，同樣在歐洲人群中也發現了這一現象[15]。Teufelberger等[16]在過敏性哮喘小鼠模型中發現，金黃色葡萄球菌絲氨酸類蛋白酶D可驅動Th2反應和IgE形成，從而產生IL-33和趨化因子，導致嗜酸性粒細胞增多和氣道杯狀細胞增生，而IL-33的可溶型ST2受體可阻斷細胞活性，顯著降低嗜酸性粒細胞數目。研究[17]表明，某些黏膜組織表面的變應原在許多方面都可相互作用，如TLR2、TLR4、蛋白酶激活受體-2(protease-activated receptor-2，PAR-2)，其中PAR-2可使肺組織中IL-33增加。IL-33可誘導IL-5分泌，IL-33/ST2在肺內的表達機制尚不完全清楚，但在體外，IL-33可激活嗜酸性粒細胞產生趨化因子和促炎性細胞因子，如IL-10、IL-13、IL-9、IL-1α、IL-6等[18]。此外，IL-33也可調節肥大細胞的功能及發育；在體外試驗中，IL-33可誘導肥大細胞產生前炎癥細胞因子，促進人CD34+肥大細胞前體的成熟[13]。Bourgeois等[19]通過小鼠動物實驗發現IL-33直接作用于自然殺傷T細胞后，對γ-干擾素的促分泌效應是IL-4的近15倍，表明IL-33在固有細胞免疫應答中是促炎性因子。IL-4是介導炎癥反應的主要因子，是參與哮喘發生、發展必不可少的炎癥介質，而IL-33在炎癥和細胞結構損傷中可能作為一個“警報素”存在[20]。

1.3 IL-33/ST2介導的信號通路 IL-33作為ST2的配體，在多種細胞中表達，如內皮細胞、表皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞等，且被認為與多種過敏性疾病有關，通過激活肥大細胞，誘導Th2型反應和IgE產生而參與過敏性炎癥的發生發展，抑制 Th1 型細胞因子；而ST2則主要表達于肥大細胞及Th2細胞，也可在嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、自然殺傷細胞中少量表達[21]。ST2因差異剪接主要編碼膜結合型ST2(membrane-bound homolog of sulfotransferase，ST2L)和可溶型ST2，主要存在于肺、肝、腎等多個組織器官中，在炎癥通路中發揮重要作用。一方面，膜表面的ST2L增加，進一步加重炎癥反應；另一方面，可溶型ST2受體則作為誘騙受體結合IL-33，從源頭阻斷IL-33/ST2途徑，從而削弱IL-33/ST2L 信號通路的生物學功能，對炎癥反應起到負向調節作用[22]。Han等[23]研究發現，IL-33及其受體ST2在患有特應性皮炎的人和小鼠上高度表達，同時也發現IL-33在激素抵抗型哮喘患者支氣管黏膜下層高表達， TNF-α聯合刺激γ-干擾素導致人IL-33在成纖維細胞和角質細胞蛋白中表達增加，在T細胞亞群中，ST2L可選擇性表達于活化的Th2細胞，當Th2細胞被激活后，同時分泌可溶型ST2受體,IL-33/ST2L 還可以抑制促炎細胞 Th1 型細胞的功能，減少Th1 型細胞因子的生成。GWAS發現，IL-33和ST2基因存在與哮喘相關的多態性位點[24]。

2 IL-33與哮喘的關系

哮喘是由遺傳易感性與環境因素相互作用形成的一種復雜性的氣道慢性炎癥性疾病，由嗜酸性粒細胞、嗜堿粒細胞和肥大細胞、IgE、Th2細胞因子(IL-4、IL-5、IL-9和IL-13等)介導，當機體吸入或接觸過敏原而誘發氣道炎癥及氣道重塑，屬于過敏性炎癥，且個體之間存在異質性差異[25]。因哮喘的遺傳機制尚不完全清楚，目前研究哮喘基因多態性主要與哮喘易感性、臨床表型和預后及治療效果有關。國內外學者[1-2]應用多種分子生物學方法，對哮喘的候選基因進行了研究，結果發現有上百個候選基因與人類哮喘相關。在基因組水平上的遺傳變異研究中發現，IL-33、白細胞介素1受體1型(IL-1 receptor-like 1，IL1RL1)在哮喘和過敏性疾病中發揮作用[26]。IL-33可誘導Th2型免疫應答，并與其ST2L受體在肥大細胞、嗜堿性粒細胞、嗜酸性粒細胞、樹突狀細胞和Th2細胞中結合并激活，從而增強炎癥反應。Queiroz等[27]測試了可能與哮喘和過敏有關聯的 IL-33和ST2單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，發現IL1RL1 rs1041973 A等位基因在人過敏性疾病中低表達，而IL1RL1基因 rs1041973和rs873022多態性位點在巴西人群的研究中發現， rs873022 T等位基因與血漿中可溶型ST2受體水平降低有關，IL1RL1基因rs1041973和rs16924161兩個位點在巴西哮喘患者中高表達，IL-33基因rs12551256 G等位基因與哮喘呈負相關，結果表明IL1RL1和IL-33 SNPs與過敏和哮喘的遺傳變異標記相關聯，可作為人類哮喘和過敏的保護或危險因素。Chen等[28]對516名中國漢族過敏性哮喘患者及552名漢族正常健康人的基因型和等位基因頻率進行比較，發現IL-33 rs928413 和IL1RL1 rs1558641與哮喘的發展有關，且IL-33 rs928413 G等位基因在哮喘患者中顯著增高，而IL1RL1 rs1558641 G等位基因頻率則顯著降低，這是第一次驗證IL-33和IL1RL1基因與中國漢族人群哮喘的風險相關。IL-33和IL1RL1是哮喘的易感基因位點，且IL-33和IL1RL1構成單一配體受體途徑。Savenije等[29]對荷蘭哮喘兒童的研究中發現，IL-33/IL1RL1通路與哮喘和特異性喘息的發生密切相關，IL1RL1(rs10208293和rs13424006)和晚期喘息的發展相關，IL-33 rs1342326位點與持續性喘息相關，因此推測IL-33/IL1RL1可影響兒童喘息發作及早期哮喘的發展。IL-33編碼受損細胞釋放的細胞因子，而IL1RL1編碼IL-33受體復合物的一部分，在過敏性氣道疾病的人體和小鼠模型中均發現，IL-33在驅動Th2炎癥反應中起核心作用，哮喘的遺傳變異與IL-33/IL1RL1通路相關，因此IL-33是哮喘發病機制的關鍵[7]。Wang等[30]通過meta分析發現，中國漢族哮喘兒童血清IL-33水平較健康對照兒童高，認為IL-33是兒童哮喘早期診斷的可靠生物標志物。IL-33 作為Th2型細胞因子的代表，不僅可以通過生成其他Th2型細胞因子，加重Th2型反應的優勢作答，而且可以增加宿主氣道高反應等機制促進哮喘病情惡化，是反映病情的可靠指標之一。通過對IL-33血清水平的檢測及其多態性的研究，將有利于臨床對支氣管哮喘的診斷及評估，也利于準確判定哮喘病情，因此有進一步研究的必要。

3 展望

哮喘作為一種由多種炎癥介質參與的氣道慢性變態反應性炎癥，其發病機制尚未完全明確，雖然Th1/Th2失衡在哮喘的發生發展中發揮著重要作用，但尚不足以解釋哮喘發病的全部原因，而IL-33/ST2 作為一種較新的信號傳導通道，IL-33 作為一種炎性因子介導哮喘的發生、發展，并與ST2結合發揮生物學效應，從而影響哮喘發生發展。然而，有關IL-33的基本生物學問題及其單核苷酸多態性在哮喘發病機制中的研究尚未完全明確，是否可以通過阻斷IL-33與ST2結合來治療哮喘，有待于進一步研究證實。