IL-38的生物學特性及其在肺部疾病中作用的研究進展*

徐唯傑， 馬 俊， 李明才

（1寧波大學醫學院，浙江寧波315211；2上海市肺科醫院，上海200003）

白細胞介素38（interleukin-38，IL-38）是IL-1家族（IL-1 family，IL-1F）中最新發現的細胞因子，隸屬于IL-36亞家族。它最早由兩個獨立科研小組于2001年發現的，分別被命名為IL-1HY2和IL-1F10［1-2］。IL-38的編碼基因位于人類染色體2q13-14.1上，編碼IL-1受體拮抗劑（IL-1 receptor antagonist，IL-1Ra）和IL-36Ra的基因之間［2］。IL-38與IL-1Ra和IL-36Ra有41%和43%的序列同源性［2］，研究者推測三者均來源于IL-1F受體拮抗劑祖先基因［3］，并在功能上與IL-1Ra、IL-36Ra和IL-37同歸于IL-1F抑制劑［4］。IL-38主要在健康人皮膚、脾臟、扁桃體、胸腺、心臟、胎盤和胎肝中表達［1-2］，在無特殊功能免疫組織中表達水平很低［5］。IL-38與類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）、系統性紅斑狼瘡、銀屑病、克羅恩病、心血管疾病、化膿性皮炎、肥胖、糖尿病等疾病有關［6-7］，在不同疾病中表達水平各不相同［8］。

1 IL-38的生物學特征

1.1 IL-38的激活 IL-38激活機制尚不明確。研究者通過對IL-1F及IL-36亞家族的研究成果推測并進行實驗以明確［4］。損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）和病原相關模式分子（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）引起炎癥級聯反應使核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）活化、造血細胞產生核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體及IL-1β前體（pro-IL-1β），胱天蛋白酶1（caspase-1）剪切pro-IL-1β使其成熟。細胞外蛋白酶如胃促胰酶、彈性蛋白酶、組織蛋白酶G和caspase-8也可活化pro-IL-1β。

IL-36在IL-1F的高度保守序列A-x-Asp基序前裂解 9個氨基酸后完全成熟［9］，連接 IL-36R（IL-1Rrp2）并招募共同受體白細胞介素1受體輔助蛋白（interleukin-1 receptor accessory protein，IL-1RAcP/IL-1R3），激活NF-κB信號。胞外組織蛋白酶S、組織蛋白酶G、彈性蛋白酶和蛋白酶-3也參與IL-36的成熟［9］，caspase-1、-3、-7 調節 IL-36 表達［10］。IL-37 有caspase-1切割位點，caspase-1和IL-1β共同作用使IL-37發揮抗炎作用［11］。計算機模擬發現組織蛋白酶K、彈性蛋白酶2和基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）剪切促IL-37成熟［11］。

根據上述認知，研究者在IL-38研究中有如下發現。IL-38本身不表現細胞核定位序列及caspase-1切割位點共有序列［1］。重組人 IL-38（recombinant human IL-38，rhIL-38）在凋亡細胞培養條件下，在N端第一個A-x-Asp基序前被裂解9個氨基酸可產生rhIL-38 20-152（截短型IL-38）并具有抗炎活性，MMP2的裂解位點符合截短型IL-38的A-x-Asp模型［12］。但IL-38在何具體位點被哪些酶裂解仍未明確。研究者預測MMP2、MMP9、組織蛋白酶G和顆粒酶B是IL-38剪切酶。有學者認為鈣蛋白酶處理自然分泌的IL-38前體；IL-38分泌后在中性粒細胞胞外陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs）形成進程（NETosis）中被胃促胰酶、顆粒酶B和中性粒細胞彈性蛋白酶剪切而活化［8］。鈣蛋白酶與顆粒酶B還出現在細胞凋亡中。凋亡細胞核中有調控基因轉錄的IL-1α，說明IL-38在凋亡細胞中可表現核定位序列。

當巨噬細胞暴露于存在天然或截短rhIL-38的凋亡細胞介質中時，IL-6和IL-8的產生受抑表明凋亡細胞培養基中存在可以剪切IL-38的蛋白酶［12］。除了凋亡細胞，壞死THP-1細胞也釋放大量截短型IL-38［4］，因此IL-38在凋亡和壞死環境中均可產生生物學效應。炎癥致死細胞外泌體和溶酶體微粒中存在IL-1β，損傷肺泡上皮細胞釋放的微粒中存在IL-36α［10］，而隸屬于IL-1F、IL-36亞家族的IL-38由于缺乏信號肽無法進行蛋白質跨膜轉移［13］，因此作者推測IL-38以微粒形式釋放。IL-37b通過突變防止成熟IL-37形成二聚體增加其抗炎作用并參與自身調節［14］，IL-38與IL-37相似在低濃度下均有較高抗炎作用，說明IL-38也可能以二聚體方式進行活性調節。

在凋亡和壞死兩種環境下探索IL-38的產生、成熟、釋放和調節機制，明確剪切位點和作用蛋白酶對闡明IL-38生物學作用最后應用于臨床醫療至關重要。

1.2 IL-38的受體 IL-1受體家族是包括Toll樣受體（Toll-like receptors，TLR）的Toll-白細胞介素受體（TIR）超家族的一個亞群。其中IL-1R1、IL-1R6（又名IL-36R或IL-1Rrp2）和IL-1R10（又名IL-1RAPL1）可結合 IL-38［1，12，15］。

IL-1R1在多數免疫細胞表面存在，是IL-1α和IL-1β的受體，與IL-1結合后招募共受體IL-1R3（IL-1RAcP），IL-1Ra拮抗共受體招募。IL-38對IL-1R1的親和力低于 IL-1Ra或 IL-1β［12］，IL-1R1 不是 IL-38發揮生物學效應必需的［1］，因此IL-1R1為候選受體。

IL-1R6（IL-36R）在人類細胞中廣泛存在，與IL-38結合后發揮類似IL-36Ra的拮抗IL-36R作用，增加IL-36表達［16］。IL-36R可促進CD4+T細胞的Th1分化但對Th17細胞通路的作用不明顯；IL-36可導致Th17細胞極化［17］；IL-38可減少Th17分泌但不影響Th1通路。所以，IL-38通過結合IL-36R影響Th17通路但不影響Th1通路可能性不高。同時，人類巨噬細胞上是否表達IL-1R6存在異議，而不表達IL-1R6 的 THP-1 細胞可與 IL-38 反應［12，18-19］。因此，IL-36R和IL-38的相互作用并不明確，IL-36R不是IL-38的必需受體。

IL-38的第3個潛在受體是在大腦中表達的IL-1R10（IL-1RAPL1）。IL-1RAPL1可在凋亡條件培養基中的巨噬細胞中過表達，IL-38結合IL-1RAPL1抑制IL-6分泌［12］，機制可能是IL-38與IL-1RAPL1抑制了IL-1β或凋亡介導的巨噬細胞c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）活化。IL-38可與IL-1R3（IL-1RAcP）、IL-1R1或IL-36R互相作用，且IL-1R家族均有共受體，IL-1RAPL1是否有共受體目前未知。IL-38可減少LPS誘導的巨噬細胞分泌促炎細胞因子［12］，但其是否和IL-37一樣抑制受體從而抗炎還未知。

因此，IL-38可能拮抗2種常見的促炎受體（IL-1R1/IL-1RAcP或IL-36R/IL-1RAcP），IL-38也可能拮抗由IL-1RAPL1和未知共受體組成的受體鏈。但由于很多機制并不清晰，所以如何將IL-38用于臨床作為抗炎藥物需要進一步研究。

1.3 IL-38的受體信號 IL-38和IL-36Ra結構相似。IL-36Ra抑制IL-1RAcP募集阻斷IL-36R的信號傳導。IL-38是否有類似作用并阻斷IL-1RAcP募集尚未明確［14］。

IL-37與IL-18R結合招募單免疫球蛋白IL-1受體相關分子（single immunoglobulin interleukin-1 receptor-related molecule，SIGIRR）導致低濃度IL-37拮抗LPS誘導的TNF產生而高濃度IL-37誘導產生大量TNF；低濃度IL-38阻斷念珠菌誘導的IL-17反應（1～10μg/L范圍）更有效，高濃度IL-38誘導產生更多IL-17，IL-38和IL-37有相似特征性劑量-反應曲線［16］。研究者發現IL-38可招募IL-1R家族抑制性輔助受體：SIGIRR、三免疫球蛋白IL-1相關受體1（three immunoglobulin domain containing IL-1 receptor related 1，TIGIRR1）和（或）TIGIRR2［14］。IL-38可結合IL-36R后招募SIGIRR為共受體；凋亡細胞釋放的IL-38也可與TIGIRR2結合（過去命名為IL-1RAPL1，現命名為IL-1R9），拮抗炎癥細胞因子的誘導作用［15］。IL-38是第一個被發現的TIGIRR2配體。

2 IL-38與肺部相關疾病的研究進展

2.1 IL-38在肺部腫瘤中的作用 IL-38在多種組織發生的腫瘤的腫瘤細胞中高表達。但是在肺癌的研究中，有學者認為肺癌組織中IL-38高表達，并可通過改變宿主免疫力和腫瘤微環境導致腫瘤發展［20］。也有學者認為IL-38在非小細胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）的組織中幾乎不表達，在鄰近的正常組織中含量升高［20］。作者認為在不同病理分型的肺癌和肺部轉移腫瘤組織中，IL-38的表達各不相同，需要進行詳細病理分型并進行統計學研究。這間接符合Boutet等［7］的觀點即IL-38在不同疾病中的表達各不相同。IL-38在不同組織發生的腫瘤細胞中的作用可能不同。

另外，IL-38表達與多種腫瘤的TNM分期、淋巴結轉移及患者預后相關。IL-38的上調（或下調）還與NSCLC分期和分化程度相關，是NSCLC患者無病生存和總體生存的獨立預后指標［21］。土耳其學者發現高血清IL-1Ra患者的中位無進展生存期和中位總生存期遠低于低血清IL-1Ra患者，證明IL-1Ra水平與NSCLC進展、生存率存在相關性，而前文已經說明IL-1Ra和IL-38間有必然聯系。以上結果說明，IL-38水平和肺癌的發生發展、轉移、預后相關，IL-38可以作為一個潛在的腫瘤分期指標。

在肺腺癌中程序性細胞死亡配體1（programmed cell death ligand 1，PD-L1）陽性病例IL-38高表達［21］。表明IL-38可通過促凋亡而抑制腫瘤發展。IL-38在NSCLC細胞中過表達，抑制β-連環蛋白（β-catenin）抑制腫瘤細胞遷移、侵襲、增殖和集落形成，并使癌細胞對化療藥物敏感［22］。肺轉移性腫瘤患者肺組織中IL-38、趨化因子（C-X-C基序）配體1［chemokine（C-X-C motif）ligand 1，CXCL1］及 IL-8水平高于原發性肺癌。小鼠模型中，IL-38促進肺部形成轉移灶并加劇中性粒細胞浸潤，CXCL1及IL-8抑制劑顯著抑制肺組織中IL-38對絲裂原激活蛋白激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MEK）、細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）磷酸化影響，證明IL-38可能通過上調CXCL1、IL-8及MEK、ERK的磷酸化水平募集中性粒細胞，促腫瘤轉移［23］。

2.2 IL-38在哮喘中的作用 哮喘是慢性支氣管炎癥疾病，過敏性哮喘是最常見形式，特征包括慢性氣道炎癥，氣道重塑，氣道高反應性（airway hyperresponsiveness，AHR）和血清過敏原特異性IgE濃度升高。有學者發現哮喘急性發作期痰上清中IL-38水平低于緩解期水平及健康人，IL-38水平與肺功能水平負相關可反應哮喘嚴重程度［24］。也有研究報道過敏性哮喘患兒血清IL-38高表達，具有臨床意義［25］。這可能是由于成人和嬰兒免疫系統差異及檢測標本種類的不同導致的。

IL-38是IL-36R的部分拮抗劑，可抑制IL-36γ誘導的外周血單個核細胞中CXCL8的產生，抑制炎癥［13］。Th1、Th2、和 Th17介導的免疫反應可導致組織炎癥［26］。IL-38抑制巨噬細胞釋放促炎介質，降低Th17活化，使體內IL-17和IL-22含量下降發揮抗炎作用［12］。同時，IL-38可調節氣道炎癥標志物Treg，調節Th17/Treg平衡以維持外周耐受和免疫穩態［25-26］。TGF-β抑制Th1和Th2發育，促Th17發育導致炎癥性免疫反應，外源性IL-38可降低TGF-β水平而抑制炎癥［27］。低濃度IL-38還可抑制病毒感染相關的 Th1趨化因子 CXCL10［27］。

IL-38在支氣管上皮細胞和嗜酸性粒細胞中抑制了信號轉導級聯反應，減少上皮細胞和嗜酸性粒細胞內信號轉導和轉錄激活因子1（signal transducer and activaror of transcription 1，STAT1）、STAT3、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途徑和NF-κB信號通路，從而抑制炎癥細胞因子、趨化因子和黏附分子的產生［27］。例如，IL-38抑制細胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）黏附上皮細胞，避免激活嗜酸粒細胞，調節氣道炎癥［28］。IL-38還升高POU2AF1基因表達增強氣道防御能力［29］。此外，IL-38在小鼠模型中上調RGS13表達抑制肥大細胞脫顆粒而抑制過敏反應［30］。因此，IL-38對哮喘有抑制作用。

2.3 IL-38在間質性肺疾病中的作用 目前科研工作者常將間質性肺病（interstitial lung disease，ILD）、特發性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）、常見型間質性肺炎（usual interstitial pneumonia，UIP）和特發性間質性肺炎（idiopathic interstitial pneumonia，IIP）概念混淆。IPF是發生于成人、不明原因的并持續進展的纖維化性致死性肺疾病，占ILD約20%。UIP可發生于各種原因導致的ILD，更多是影像學和組織學概念，是各種疾病所致肺纖維化的不可逆階段。有學者認為IPF早期受損肺組織刺激炎癥細胞產生［31］，持續炎癥加速肺成纖維細胞增生并轉化為肌成纖維細胞，細胞外基質過度積累導致肺纖維化［32］。因此，IL-38在肺間質性疾病中的研究應該分為炎癥和纖維化兩部分。

用IL-38處理博來霉素誘導的肺纖維化小鼠肺組織可使抗纖維化因子IFN-γ增多，并抑制巨噬細胞產生參與肺纖維化發病機制的TNF-α［33-34］，炎癥細胞浸潤和細胞外基質及膠原沉積明顯改善。巨噬細胞炎癥蛋白2（macrophage inflammatory protein-2，MIP-2）促進纖維素增生及細胞外基質沉積［35］。IL-38表達與大鼠肺組織中MIP-2表達及肺纖維化程度負相關［36］，注射地塞米松可增加大鼠血清及肺組織中的IL-38水平可使肺組織炎癥及纖維化程度緩解。IL-38可抑制NF-κB活性，而NF-κB可調節MIP-2基因的轉錄［37］。因此，作者推測IL-38通過抑制NF-κB通路活性，降低MIP-2表達從而緩解肺間質纖維化。

IL-38蛋白在正常肺泡組織中表達不明顯，在80%（4/5）IPF加重患者及100%（10/10）藥物誘導的ILD中過表達，且僅局限于II型增生性肺細胞中［38］。IL-38蛋白在彌漫性肺泡損傷區的II型增生性肺細胞過表達與炎癥活動性及再生改變有關［39］。IL-38在表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）-酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitors，TKIs）誘導的ILD患者肺內II型肺細胞中高表達，提示抗腫瘤藥物可導致IL-38過表達。IL-38蛋白在IPF患者肺組織炎癥活躍區表達較強，在纖維化區表達不明顯［38］，與其他研究者觀點不一致［40］。這可能是因為ELISA檢測IPF和藥物誘導ILD患者血清和支氣管肺泡灌洗液中未發現IL-38蛋白，提示IL-38蛋白過表達可能僅局限于肺組織或ELISA檢測技術原因導致，也可能是IL-38蛋白半衰期過短導致［38］。研究者未發表資料顯示小鼠體內重組IL-38蛋白半衰期為43～85 min。

如前所述，IL-38在肺間質炎癥及纖維化過程中發揮作用，抗腫瘤藥物導致IL-38高表達為肺間質纖維化的藥物研究提供了新思路。

3 總結和展望

IL-38屬于IL-1F的IL-36亞家族成員。對IL-38的研究均建立于目前已知相關細胞因子基礎上。IL-38通過細胞凋亡途徑在細胞內外產生生物學效應。IL-38釋放無需信號肽，其釋放形式、成熟所需的酶切位點和必需酶仍未知，活細胞釋放的截短型IL-38具有更佳的生物學功能。IL-38和IL-37具有類似的特征性劑量-反應曲線，低濃度情況下產生的生物學效應更明顯，且均可通過避免二聚體形成而增強自身生物效應。IL-1R1、IL-1R6（IL-36R或IL-1Rrp2）和IL-1R10（IL-1RAPL1）是IL-38的受體，IL-38通過結合它們發揮生物學效應。研究者觀點更多傾向于IL-38抑制炎癥發生。但是上述受體在何種細胞上存在、如何發揮生物學效應、發揮何種生物學效應依然存在爭論，因此將其作用于臨床發揮抗炎作用需要進一步進行其機制研究。

IL-38可表達于多種免疫性疾病和腫瘤等患者組織細胞，在不同組織部位的腫瘤中表達不同。肺部腫瘤中，IL-38高表達，并與腫瘤的發生發展、轉移和預后相關，可作為潛在腫瘤分期指標。IL-38還可促腫瘤轉移，證明其在疾病中并非只是作為“正向”的一個抗炎物質存在。IL-38在過敏性哮喘中低表達，參與該疾病的免疫調節機制，通過各種途徑抑制炎癥細胞因子、趨化因子和黏附分子的產生，總體起到抑制疾病發生的作用。IL-38在肺間質病中可抑制炎癥，并減緩纖維化進程。地塞米松和EGFR-TKI可調高IL-38表達，提示通過藥物和IL-38互相作用機制的研究可以尋找治療肺間質纖維化的藥物。

在IL-38的機制研究中，許多研究者發現IL-38和細胞免疫在人類體內的作用機制有必然聯系。而抗結核免疫主要是細胞免疫，包括致敏的T淋巴細胞和被激活的巨噬細胞。因此，在將來的工作中，將IL-38與結核病的診療相關聯可能是一種新的研究方向。

IL-38的研究目前尚處于起始階段，研究者對IL-38的產生、成熟、作用等各機制研究還不深入。通過對其結構、功能、受體復合物、與IL-1F成員關系、相關藥物和其作用關系等方面的深入研究進一步闡明IL-38在人體內的作用機制，加深研究者對相關疾病的理解，為這些疾病的治療提供新思路和新靶點。