IL-33/ST2信號通路在缺血性腦卒中的作用*

郭爽，肖偉，羅藝

（1.武漢大學中南醫院 檢驗科，湖北 武漢 430071；2.華中科技大學同濟醫學院附屬武漢市中心醫院 腎病內科，湖北 武漢 430014）

缺血性腦卒中是中老年人常見的腦血管疾病，由短暫或持久的腦主動脈血流減少引起，因其損傷機制復雜、發病率和致殘率高，一直是醫學研究的熱點。卒中患者的腦損傷嚴重程度及預后與其腦組織炎癥反應程度密切相關。有研究發現，白細胞介素-33（Interleukin-33，IL-33）及其信號通路在缺血性腦損傷炎癥反應發生機制中占據重要地位[1-3]。探討IL-33及其信號通路在缺血性腦卒中的作用及作用機制，對該疾病診斷和治療預后具有積極的指導意義。

1 IL-33及其受體ST2在CNS中的生成及功能

IL-33也稱IL-1F11和NF-HEV，作為ST2的配體蛋白在2005年被首次發現，屬于白細胞介素-1（Interleukin-1，IL-1）超家族新成員[4]。類似于IL-1家族其他成員，IL-33可作為傳統的細胞因子，通過IL-33/ST2信號通路促進輔助性T細胞（helper T cell，Th）2型免疫反應；同時，IL-33也是一種核蛋白，可參與調控基因轉錄[4-5]。此外，IL-33作為警報素從壞死的細胞釋放以警示組織損傷或應激，是一個多功能蛋白[6]。IL-33是生長刺激表達基因2蛋白受體的唯一特異性配體，其生物學活性的發揮主要依賴于與跨膜型生長刺激表達基因2蛋白受體的結合，另外有一種可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體能夠作為IL-33的誘餌受體結合并中和IL-33，對IL-33/ST2信號通路發揮負性調節[5]。IL-33在人類和齲齒類動物的多組織器官中高表達，而腦和脊髓是其表達量最高的器官之一，這提示了IL-33在調節中樞神經系統（central nervous system，CNS）病理生理學和炎癥應答的過程中可能起著重要作用[4，7]。

IL-33廣泛分布和表達于CNS，利用含有IL-33-LacZ基因的報告菌株進行的原位分析結果顯示，IL-33在許多器官和組織中高表達，如小鼠上皮屏障組織、淋巴器官、腦、胚胎及炎癥組織等[8]。在CNS發育過程中，一直到晚期胚胎腦中才能檢測到微量的IL-33，然而在出生后的發育大腦中即可檢測到高表達的IL-33[9]。在脊髓、胼胝體、海馬、丘腦及小腦可以檢測到高活性的IL-33啟動子[4，8]。IL-33已被證實在多種細胞有表達，如內皮細胞、上皮細胞、成纖維細胞、巨噬細胞、脂肪細胞及平滑肌細胞等[9]。起初認為CNS中的IL-33 mRNA和蛋白僅由內皮細胞和星形膠質細胞生成，小膠質細胞和神經元并不表達IL-33[10]。然而有研究發現，蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后的神經元也可以檢測到IL-33的表達[11]。盡管如此，目前學者仍普遍認為IL-33表達于星形膠質細胞和少突膠質細胞，不表達于神經元和小膠質細胞[12-13]。因此，關于IL-33在CNS表達的細胞定位需要更多的研究來證實。

IL-33的受體生長刺激表達基因2蛋白也稱為跨膜型生長刺激表達基因2蛋白受體、T1、IL-1RL1或DER4，是Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）/IL1R超家族的成員之一。IL-33與跨膜型生長刺激表達基因2蛋白受體和IL-1受體輔助蛋白（Interleukin-1 receptor accessory protein，IL-1RAcP）共同組成的異源二聚體結合而發揮生物學效應，其中IL-1RAcP是所有白細胞介素家族受體共有的部分[14]。生長刺激表達基因2蛋白可由多種免疫細胞生成，如巨噬細胞、T細胞、肥大細胞及CNS細胞[7]。有研究表明，IL-33受體的組成部分包括跨膜型生長刺激表達基因2蛋白受體和IL-1RAcP在CNS膠質細胞，尤其是星型膠質細胞和小膠質細胞均有表達，但神經元僅表達IL-1RAcP，這意味著小膠質細胞和星型膠質細胞可能是IL-33的最早應答者[4]。然而新近有研究提示，在小鼠脊髓神經元和坐骨神經損傷小鼠模型的神經元可以檢測到生長刺激表達基因2蛋白受體的表達[15]。因此，生長刺激表達基因2蛋白在CNS的細胞分布至今仍無確切的定論。YASUOKA等[10]在體外培養的星型膠質細胞中發現，TLR的配體脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）可誘導IL-33表達增加并釋放，并刺激小膠質細胞分泌促炎癥細胞因子如腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、IL-1，起到反饋調節作用。此外，IL-33還被發現能夠增強小膠質細胞的吞噬作用，促進抗炎癥細胞因子和趨化因子生成增多[16]。由此可見，當CNS處于不同生理及病理條件下時，IL-33/ST2的表達特征并非一成不變，這也提示了其效應和功能的多樣性。

目前發現的生長刺激表達基因2蛋白基因編碼≥4種亞型：生長刺激表達基因2蛋白（跨膜型生長刺激表達基因2蛋白受體）、可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體、生長刺激表達基因2蛋白V及跨膜型生長刺激表達基因2蛋白受體V。其中，可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體是分泌到循環中可以被檢測到的可溶性生長刺激表達基因2蛋白，其作為IL-33的誘騙受體負性調節IL-33的生物學功能[17]。在一些Th2型免疫反應相關疾病如哮喘、膿毒癥等可以檢測到升高的血清可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體，被認為是很有價值的炎癥生物學標記，而在一些心血管疾病如動脈粥樣硬化、心力衰竭等亦能觀察到血清可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體表達增多[18]。

2 IL-33及其信號通路參與缺血性腦卒中

缺血性腦卒中是威脅人類健康的臨床常見危急重癥，可以導致腦組織損傷，同時伴隨有炎癥反應的激活，從而引發一系列癥候群。目前臨床上對于急性腦缺血事件的處理仍未獲得理想療效，主要原因是其發病機制極其復雜，至今尚未闡明。多種因素參與缺血性腦卒中的病理過程，其中T淋巴細胞介導的免疫炎癥反應在缺血性腦損傷中發揮著重要作用。在腦缺血后24 h內，T淋巴細胞即可通過受損的血腦屏障進入腦實質和聚集在缺血區，根據亞群的不同發揮著各自效應。其中，Th1和Th17型細胞主要發揮促炎效應，可促進神經元凋亡和膠質增生；而Th2和調節性T細胞（regulatory T cell，Treg）可通過釋放抑炎癥細胞因子減輕腦組織損傷和促進神經再生[19]。臨床研究也證實缺血性腦卒中患者血清中Th1/Th2細胞比例失衡[20]。由此得出猜想：通過免疫干預增強Th2型細胞免疫反應或抑制Th1型細胞免疫反應以維持Th1/Th2細胞平衡可能具有減輕缺血后炎癥反應、促進神經功能恢復的作用。

在一些心血管疾病如動脈粥樣硬化以及Th1型免疫反應介導的炎癥疾病（比如實驗性腸炎），IL-33可促進Th1/Th2平衡向Th2偏移，具有免疫保護作用[21]；在糖尿病小鼠模型，IL-33表達減少可以加劇缺血再灌注誘導的心肌損傷，揭示了其在心肌缺血再灌注中的保護作用[22]。由此可見，作為Th2型免疫反應的關鍵活化分子，IL-33及其信號通路能夠介導T細胞的分化和平衡。在臨床上，動脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的基礎病因之一，以上研究揭示了IL-33及其信號通路參與缺血性腦卒中的炎癥病理過程。

2.1 IL-33及其受體在缺血性腦卒中的表達

在2013年的一項對中國北方人群的基因分型研究中篩選發現，IL-33基因單核苷酸多態性（rs4742170）與缺血性腦損傷的發生發展顯著有關[23]。隨后，有臨床研究發現，急性腦梗死患者血清中IL-33水平顯著升高，且與腦梗死面積相關[24]。IL-33的誘騙受體可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體可被分泌到血清中而容易被檢測到，在腦卒中患者，血清可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體表達水平升高并與癥狀嚴重程度相關[3，25]。可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體在星型膠質細胞和小膠質細胞中高表達，這是兩種參與缺血后炎癥反應的重要細胞類型[10]。因此，可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體被推測是腦卒中的一種新型生物學標記。本實驗室研究團隊在先前的動物實驗中發現，小鼠大腦中腦動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型缺血再灌注后不同時程腦組織中的IL-33及其膜受體生長刺激表達基因2蛋白的mRNA水平呈下降趨勢，提示腦缺血可能抑制了IL-33/ST2介導的Th2型免疫反應[26]。

2.2 IL-33/ST2信號通路在缺血性腦損傷中的作用及機制

起初的研究觀點認為，IL-33/ST2軸可能參與并促進了缺血性腦卒中的炎癥反應[23-24]。然而在近幾年的研究中，觀點更傾向于IL-33對缺血性腦卒中具有神經保護作用[27-28]。本實驗室研究團隊在2015年首次報道了側腦室注射重組IL-33蛋白可以緩解小鼠MCAO模型的神經功能缺失癥狀和腦梗死體積[2]，與上述觀點一致。新近一項研究在生長刺激表達基因2蛋白基因敲除小鼠制備MCAO模型，發現可以加劇梗死灶體積和長時程的神經功能缺失癥狀[13]。

總結以上實驗研究，筆者將IL-33緩解缺血性腦損傷的作用機制概括為以下幾個方面：①研究報道側腦室注射IL-33可以促進小鼠MCAO模型腦組織中的Th2型免疫反應[2]。由此得出結論：IL-33誘導Th1/Th2平衡向Th2偏移，這與IL-33在動脈粥樣硬化中的作用相類似；②IL-33能抑制小鼠腦缺血模型中的Th17型免疫反應，其可能通過調節基因轉錄影響了缺血后Th17/Treg細胞平衡狀態[2]；③除了免疫學機制，IL-33還能夠影響CNS的細胞功能。研究表明，靜脈注射IL-33可以誘導MCAO小鼠缺血旁大腦皮層分泌IL-4和減少星形膠質細胞的活化[25]。體外試驗也發現IL-33可以激活小膠質細胞釋放IL-10，這對于其神經保護效應的發揮是至關重要的[13]；④IL-33/ST2信號通路下調可能誘導缺血后神經元凋亡。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3是細胞凋亡通路中的主要執行基因。研究發現，小鼠MCAO模型缺血再灌注后IL-33隨缺血后時程的表達變化與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3的表達趨勢呈負相關[26]。由此可見，IL-33及其IL-33/ST2軸在缺血性腦損傷進程中的免疫調節機制已逐漸被到認識，即通過翻轉缺血后的腦組織炎癥，從而發揮其腦保護效應。

但是IL-33及其信號通路在缺血性腦損傷中的作用及機制尚未完全闡明。有研究發現，在小鼠腦缺血模型外周給予IL-33還可以誘導脾臟分泌IL-4[25]。外周淋巴器官尤其脾臟是缺血腦組織中淋巴細胞的主要來源，在腦缺血動物模型中已經證實了脾臟切除可以起到緩解缺血性腦損傷的作用[29]。IL-33是Th2細胞的有效趨化劑，那么IL-33是否能夠調節脾臟免疫功能，從而影響T淋巴細胞向缺血腦組織的趨化、浸潤和分布呢？新近還有研究提示，Treg細胞表達細胞因子IL-33的受體生長刺激表達基因2蛋白，且IL-33可通過作用于生長刺激表達基因2蛋白受體促進Treg細胞增殖[30]。在中樞神經系統的原發性炎癥疾病中，Treg細胞被認為是維持免疫穩態，限制疾病進展和促進組織損傷修復的一種重要的保護性細胞[31]。IL-33是如何調節腦缺血后Treg細胞功能及效應的發揮尚不得而知。此外，目前臨床上普遍開展檢測的炎癥標志物如超敏C反應蛋白、血清淀粉樣蛋白A、脂蛋白相關磷脂酶A2和白細胞介素-6等是建立評價卒中發展的危險因子的候選標志物，那么IL-33及其可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體在輔助判斷腦缺血后炎癥反應中是否具有臨床應用價值也是值得關注的一個研究方向。

3 展望

綜上所述，IL-33及其IL-33/ST2信號通路參與缺血性腦卒中的疾病進程，可能通過調節T細胞亞群平衡及神經細胞功能的作用機制，從而緩解缺血性腦損傷的發生、發展。缺血性腦卒中患者升高的血清可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體與疾病嚴重程度呈正相關，而梗死灶面積與血清IL-33水平呈負相關，聯合檢測血清IL-33和可溶性生長刺激表達基因2蛋白受體可能是今后診斷缺血性腦卒中和判斷其預后的一個重要新型生物學標志。此外，IL-33/ST2信號通路可作為一個新靶點運用于缺血性腦卒中或其他神經系統炎癥性疾病的治療和科學研究中，具有廣闊的臨床應用前景。