IL-33在呼吸道過敏性疾病中的作用研究進展

伏曉 朱瑾 陳漫漫 滕堯樹 余波

呼吸道過敏性疾病由人體吸入過敏原后啟動輔助性T淋巴細胞（Th）2型免疫反應所引起。IL-33是IL-1家族成員之一，生長刺激表達基因2（ST2）蛋白是IL-33的受體。通常情況下，IL-33主要由機體正常組織細胞表達，如上皮細胞、成纖維細胞和內皮細胞，但在過敏性炎癥反應條件下，其可在免疫細胞，如肥大細胞、樹突狀細胞（DCs）中被誘導表達，通過與ST2結合，IL-33能激活靶細胞（如Th2細胞）產生和分泌促進或調節局部和全身免疫的多種炎性細胞因子。IL-33是一種多功能細胞因子，在多種生物反應中發揮關鍵作用，如免疫應答的發展和調節、組織穩態的維持、修復和重塑。動物研究發現，IL-33/ST2信號通路在過敏原誘導的呼吸道炎癥中起關鍵作用[1]。因此，深入探究IL-33及其信號通路對于揭示呼吸道過敏性疾病發病機制、啟發靶向治療思路具有重要的理論價值和臨床指導意義。本文就IL-33的分子特征、生物學活性及其在呼吸道過敏性疾病中的表達和調控作用綜述如下。

1 IL-33的分子特征

人IL-33基因位于染色體9p24.1上，含有8個外顯子，外顯子1是非編碼的，外顯子2～8編碼IL-33蛋白[2-4]。人IL-33蛋白全長270個氨基酸，分為3個功能域：核結構域、中央結構域和IL-1樣細胞因子結構域[5]。核結構域（氨基酸1～65）由外顯子2～3編碼并含有染色質結合基序（氨基酸40～58），在正常情況下，染色質結合基序將IL-33蛋白定位于細胞核，并通過與組蛋白H2A-H2B二聚體相互作用將IL-33定位于染色質[6]。IL-33的中央結構域（氨基酸66～111）由外顯子4編碼，并含有對嗜中性粒細胞和肥大細胞衍生的蛋白酶敏感的蛋白酶切割位點[1]。IL-33的IL-1樣細胞因子結構域（氨基酸112～270）由外顯子5～8編碼，與靶細胞上的ST2結合并介導細胞因子活化[2]。

2 IL-33的表達和生物學活性

IL-33被認為是一種“警報蛋白”，可以在細胞損傷或組織損傷時迅速儲存和釋放，支氣管上皮細胞和高內皮小靜脈的內皮細胞是人體IL-33的主要來源[7-8]。在過敏性哮喘、變應性鼻炎和慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的鼻或肺上皮中已經觀察到IL-33的表達上調。此外，骨髓源性細胞如巨噬細胞、DCs、B細胞和肥大細胞在炎癥狀態時IL-33的表達增加[1]。且研究發現，由組織細胞產生的IL-33在過敏原驅動的呼吸道炎癥中有著至關重要的作用[9]。

IL-33能調節Th2細胞的分化和功能。Komai-Koma等[10]發現IL-33是Th2細胞的趨化劑。在體外，重組IL-33可增加Th2細胞比例，且以濃度依賴的方式誘導Th2細胞形態學上的改變，并誘導其遷徙進入膠原基質。在體內，重組IL-33則吸引ST2＋Th2細胞轉移到IL-33注射部位。因此，IL-33可通過主動募集Th2細胞到炎癥位點，在維持慢性炎癥中起關鍵作用。另一方面IL-33的受體ST2選擇性的在Th2細胞上表達，ST2與炎癥反應密切相關，在過敏性哮喘患者中可溶性ST2表達水平升高。IL-33通過其受體激活NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶，誘導IL-4、IL-5和IL-13等Th2細胞因子的表達，加重黏膜組織的病理性損傷[2]。在小鼠過敏性哮喘模型中，可溶性ST2預處理IL-33刺激的脾細胞能降低IL-4、IL-5和IL-13的產生[11]，這表明，可溶性ST2可抑制過敏性呼吸道炎癥中IL-33誘導的Th2細胞因子的產生。在呼吸道過敏性疾病中，可溶性ST2在IL-33誘導Th2細胞因子的信號中作為一種負向調節劑起作用。

IL-33能調節肥大細胞的發育和功能。在體外，IL-33促進人CD34+肥大細胞前體的成熟和誘導肥大細胞產生前炎性細胞因子和趨化因子[12]。IL-33能誘導小鼠骨髓衍生培養的肥大細胞以非IgE方式[髓樣分化因子88（My D88）依賴方式]產生 IL-13 和 IL-6，但 IL-33 不誘導和增強這些肥大細胞脫顆粒。在無免疫球蛋白E（IgE）的條件下，高濃度的IL-33能延長肥大細胞的生存[13]。IL-33以劑量和時間依賴的方式刺激小鼠肥大細胞株p815細胞分泌IL-6，增加IL-6和IL-1β mRNA的表達，IL-33亦誘導肥大細胞產生IL-1β、TNF-α、單核細胞趨化蛋白-1和前列腺素D2（PGD2）[14]。IL-33能促進人臍帶血來源的肥大細胞的生存及其黏附到纖連蛋白的能力，并誘導肥大細胞產生IL-8、IL-13[15]。由此可見，IL-33在肥大細胞介導的過敏性炎癥反應中發揮重要的調控作用。

3 IL-33在呼吸道過敏性疾病中的作用

3.1 IL-33在過敏性哮喘中的作用

3.1.1 IL-33基因型與過敏性哮喘 過敏性哮喘的臨床表現取決于遺傳易感性與環境因素之間的相互作用。研究發現，IL-33、ST2基因的遺傳變異與過敏性哮喘的發生有關[16]。8個IL-33的單核苷酸多態性（SNP）位點與過敏性哮喘表型有關[17]，這些IL-33的SNP位點中有幾個彼此靠得很近，并且比群體中等位基因頻率所預測的機率更頻繁地被觀察到，這表明IL-33 SNP與過敏性哮喘的發病密切相關。

3.1.2 IL-33表達水平與過敏性哮喘相關的證據 過敏性哮喘患者痰和支氣管活組織標本的氣道上皮細胞中，IL-33 mRNA水平均明顯上升。另外，過敏性哮喘患者的血清、痰、支氣管肺泡灌洗（BAL）液、氣道上皮細胞和黏膜下炎性細胞中發現IL-33蛋白水平升高[1]，表明IL-33表達水平可能與過敏性哮喘嚴重程度有關。

自從在小鼠中發現Ⅱ型固有淋巴細胞（ILC2s）以來，人們已經在人的外周血和黏膜組織中鑒定出ILC2s[18]。與健康對照組或變應性鼻炎組相比較，過敏性哮喘患者外周血和BAL液中IL-33應答性ILC2s的數量增多[1]。此外，與對照組相比，來自過敏性哮喘患者的ILC2s似乎對IL-33更敏感。血液中ILC2s的數量與組織嗜酸性粒細胞增多和臨床不穩定性哮喘的嚴重程度相關。這說明IL-33和ILC2s與過敏性哮喘的發病有關。

郭治等[11]在研究血吸蟲卵誘導肺肉芽腫模型和卵白蛋白致敏哮喘小鼠模型中發現Th2細胞的生成和活化需要IL-33的參與。在這些模型中，IL-33可促進Th2細胞的活化，并產生IL-5及少量的IL-4，但不產生IFN-γ。且IL-33通過激活NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶信號轉導通路使Th2細胞極化。

肥大細胞通過釋放多種細胞因子在過敏性哮喘中發揮核心作用。肥大細胞表達ST2和IL-1R協同蛋白（IL-1RAcP）。IL-33與ST2結合后激活下游信號轉導，導致諸多的細胞因子、趨化因子、脂質調解劑的表達，其中包括 IL-8、IL-5、IL-13、IL-6、IL-1β、TNF、重組人粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）、細胞因子CC配體2（CCL2）和PGD2[19]。IL-33能夠刺激肥大細胞相關細胞因子的產生，這可能取決于ST2/IL-1RAcP異源二聚體與干細胞因子受體（c-Kit）的結合，這一結合過程通過多種信號轉導通路促進細胞因子的表達[20]。IL-33和抗胸腺基質淋巴細胞生成素（TSLP）在促進肥大細胞活化中具有協同作用。就其本身而言，IL-33促進CD34+肥大細胞前體成熟，通過測定胰蛋白酶發現TSLP可以加速CD34+肥大細胞前體成熟。CD34+肥大細胞前體同時存在IL-33和TSLP兩種受體表達，而且這兩種受體的表達在抗原刺激后的過敏性哮喘患者中明顯上調[21]。IL-33可以促進組織中的肥大細胞通過纖維連接蛋白黏附到基質中，促進肥大細胞在組織的募集。這表明，IL-33可能通過肥大細胞參與過敏性炎癥反應。通過構建皮膚及全身過敏反應的小鼠模型，郭治等[11]發現IL-33在T細胞獨立性過敏反應和IgE致敏肥大細胞依賴性過敏反應中，均發揮了重要的作用；與非致敏的肥大細胞相比，IgE致敏的肥大細胞ST2呈高水平表達，這是過敏性炎癥反應至關重要的一步。

總之，以上研究結果表明，IL-33可能參與人類過敏性哮喘的病理生理過程，基于IL-33為靶點的藥物或將是過敏性哮喘治療的理想選擇。

3.2 IL-33在變應性鼻炎中的作用 鼻腔上皮細胞是第一個接觸吸入抗原的部位，在變應性鼻炎的先天性免疫中發揮重要作用。上皮細胞來源的細胞因子TSLP、IL-25和IL-33在鼻黏膜組織中調節Th2細胞因子介導的炎癥相關免疫應答[1]。Sakashita等[22]研究發現日本柳杉花粉過敏癥患者的血清IL-33水平明顯高于健康對照組。Kamekura等[23]研究中發現變應性鼻炎患者的鼻上皮中ST2 mRNA、ST2蛋白和IL-33 mRNA表達水平持續升高，并且血清/血漿中的IL-33水平持續升高。Wang等[24]研究發現變應性鼻炎患者血清和BAL液中IL-33蛋白水平明顯高于正常對照組。這些研究表明IL-33蛋白表達與變應性鼻炎的嚴重程度相關。

此外，IL-33可促進人肥大細胞的成熟和存活并誘導其分泌細胞因子IL-5和IL-13，這些細胞因子能促進嗜酸性粒細胞的活性和效應功能[12，15]，而延遲的嗜酸性粒細胞凋亡是變應性炎癥反應中嗜酸性粒細胞增多的中心機制。IL-33、IL-1β和IL-18能明顯提高嗜酸性粒細胞的存活率，刺激活化的嗜酸性粒細胞釋放趨化因子CCL2，促進變應性炎癥部位嗜酸性粒細胞的浸潤[22]。此外，CCL2又可通過誘導單核細胞、T淋巴細胞、NK細胞、嗜酸性粒細胞活化和嗜堿性粒細胞、肥大細胞的脫顆粒來加速炎性細胞浸潤，從而促進過敏性炎癥反應[24-26]。

體外研究顯示，IL-33可促進Th2/17細胞因子的表達[27]。IL-1β和IL-6均可促進Th17淋巴細胞的分化，其產生的IL-17A和IL-17F可促進白細胞募集和過敏性炎癥反應[28]。脂多糖可激活DCs和巨噬細胞釋放IL-33，由IL-33誘導增強IL-6、IL-1β和IL-18的表達，進而增強微生物感染過程中的炎癥反應，進一步加重過敏性炎癥反應。IL-1β和IL-18，IL-1β和IL-33以及IL-18和IL-33聯合作用介導的IL-6產生的協同效應可以通過旁分泌回路機制放大Th17極化，從而引發更深入的過敏性炎癥效應[22]。Cho等[25]研究發現IL-33可以加劇Th17細胞介導的氣道炎癥反應。

雖然變應性鼻炎患者的外周血ILC2數量在穩定條件下（變態反應季節外）與對照組沒有差異，但當變應性鼻炎患者暴露于過敏原時血液ILC2s的數量增多[29]。在草花粉季節，季節性變應性鼻炎患者的血液ILC2數量也明顯增多[30]。

上述發現表明IL-33與變應性鼻炎的發病有關。然而，IL-33 SNP與變應性鼻炎的關系報道少見，研究兩者之間的相互關系或可為揭示變應性鼻炎的發病機制提供新的線索。

4 小結和展望

綜上所述，IL-33在黏膜的固有免疫和適應性免疫以及氣道的穩態和修復中起重要作用。IL-33是具有多種效應的促炎性因子，通過信號通路介導的生物學活性參與了以Th2細胞為主的過敏性炎癥反應過程，調節Th2細胞因子的生成，同時參與肥大細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞的活化，進而引發炎癥反應中組織的病理性改變。因此，阻斷IL-33活性的生物制劑在呼吸道過敏性疾病治療中具有潛在應用價值。目前研究表明，IL-33 SNP與過敏性哮喘有密切關系，這為呼吸道過敏性疾病發病機制的研究提供新的方向。