白細胞介素-37在心血管疾病中的作用及其分子機制的研究進展

李慧敏，楊超

(暨南大學第二臨床醫學院 深圳市人民醫院心外科，廣東 深圳 518020)

心血管疾病是一類嚴重危害人類健康的疾病，發病率高且長期預后不良。歐洲一項流行病調查顯示，心血管疾病的發病率逐年上升[1]。心血管疾病的發病過程與炎癥反應和免疫系統密切相關[2]。白細胞介素(interleukin,IL)-37是IL-1家族中第七位發現的成員，與其他家族成員一樣，在諸多炎癥介導的疾病中發揮抗炎作用。近年來，關于IL-37對免疫調節及其抗炎的相關分子機制的研究大多集中于炎癥性疾病和自身免疫性疾病[3]。心血管疾病特別是慢性心血管疾病的本質是慢性炎癥性疾病，眾多炎癥因子及炎癥介質參與其中。而IL-37作為抗炎因子也可作用于心血管疾病，且在抑制炎癥作用及免疫應答方面有許多新發現。研究表明，在心血管疾病中，IL-37可抑制炎癥反應的信號通路及相關免疫受體，抑制炎癥及調節免疫應答[4]。此外，IL-37可作為一種潛在的臨床抗炎因子或相關抗炎基因治療的位點，未來有望應用于心血管疾病領域，通過調節免疫應答從而抑制炎癥反應，改善心血管疾病的預后。現就IL-37在心血管系統病變中的作用及其相關分子機制予以綜述，為臨床細胞因子治療或基因治療提供靶點。

1 IL-37概述

1.1結構及分布 人類IL-37基因位于第2號染色體，這一基因片段含有6個編碼外顯子，而根據這6個外顯子的可變剪切，IL-37可分成5種亞型：IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37d和IL-37e[3]。其中，IL-37b含有第1、2、4、5和6外顯子，并有一個完整的外顯子末端，共含有218 個氨基酸。IL-37b在所有亞型中的分子量最大，也是目前最重要的一種功能亞型，大部分研究均著重研究IL-37b的功能[3]。IL-37b基因結構中第4外顯子可編碼一種β-三葉草二級結構蛋白，IL-37a和IL-37d的基因結構中同樣含有第4外顯子，因此IL-37a、IL-37d也具有類似IL-37b的抗炎功能，而IL-37c和IL-37e的基因結構中不含有第4外顯子，所以一般認為IL-37c、IL-37e無抗炎功能。IL-37分子是一種未成熟的前體肽，可以通過體內裂解半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1，使每個亞型從無活性的前體肽狀態轉變為活性狀態，且所有亞型之間可以相互調節形成相對穩定的狀態。研究表明，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1的相關裂解位點位于第一個外顯子的氨基酸殘端(D20和E21)[5]。因此，IL-37在未受到炎癥刺激時，檢測細胞內外的相關表達水平較低，受到炎癥刺激時表達水平明顯升高。目前研究已在人體組織(包括肺、肝、胸腺、骨髓、子宮、睪丸、淋巴結、胎盤和腫瘤組織)和人體細胞株系(包括角質細胞、自然殺傷細胞、單核細胞、活化的B淋巴細胞)中檢測到IL-37表達[6]。IL-37的不同亞型在體內的表達具有明顯組織特異性。其中，IL-37d和IL-37e僅在睪丸和骨髓中表達，而腎臟中僅有IL-37c表達，腦中僅有IL-37a表達，在心臟中僅有IL-37b表達。許多研究基于小鼠體內無IL-37的基因序列，常用IL-37轉基因小鼠作為動物模型，與野生型小鼠形成對照，從而研究IL-37 的抗炎癥作用[6-7]。

1.2生物學功能 作為一種新型的抗炎因子，IL-37 的具體生物學功能尚未明確，目前研究大多集中于感染性疾病、免疫系統疾病或炎癥主要介導疾病。McNamee等[8]通過小鼠腹腔注射脂多糖構建結腸炎模型，比較IL-37轉基因小鼠和野生型小鼠的感染程度，結果顯示IL-37的表達可顯著預防感染性休克。Li等[9]研究表明面對微生物刺激時，小鼠體內的IL-37表達水平顯著升高，其可通過改變細菌的細胞膜通透性發揮抗病毒、中和內毒素、調節腫瘤細胞以及抑制自身免疫等作用。在炎性腸病發病過程中，上皮細胞分泌的IL-37可通過減少樹突狀細胞細胞膜表面的CD86和主要組織相容性復合物Ⅱ的表達，抑制黏膜組織中T細胞和樹突狀細胞活化，對炎性腸病起保護作用。這表明在炎癥性疾病中，IL-37起到抗炎及調節免疫應答的作用。在自身免疫性疾病中，IL-37同樣可以通過抑制樹突狀細胞的活化和巨噬細胞分化，減少巨噬細胞和樹突狀細胞分泌的促炎細胞因子[10]。此外，有研究通過基因敲除IL-37在外周血細胞和人腎小球上皮細胞的表達，結果顯示IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和IL-1β等相關促炎因子表達水平上調，炎癥反應明顯增強[11]。以上研究結果均提示，IL-37可作為相關免疫系統及炎癥反應的抑制劑，通過抑制炎癥反應的信號通路及相關免疫受體發揮抗炎作用。

2 IL-37與心血管系統病變

2.1IL-37與動脈鈣化 動脈粥樣硬化的本質是炎癥反應，而動脈粥樣硬化通常伴隨動脈鈣化，一定程度上后者是前者早期的發病表現，因此炎癥反應可能在兩者之間充當橋梁作用。研究表明，動脈鈣化與骨骼的生長發育及代謝相同，是主動調節的過程，該過程與慢性炎癥反應密切相關[12]。此外，臨床研究發現，若人體外周血中促炎因子[C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)、TNF-α等]水平顯著升高，提示發生冠狀動脈鈣化的風險增加[13]。另有研究表明，在動脈鈣化的患者體內血漿IL-37水平明顯升高，且與年齡、空腹血糖、堿性磷酸酶、促炎因子(如IL-6、TNF-α、CRP)和鈣化分數均呈正相關[14]。同時，促炎因子TNF-α和IL-6也能促使成骨細胞樣細胞的分化，加劇動脈鈣化的過程，在這個過程中骨保護素能在一定程度上抑制血管鈣化。而有學者通過使用載脂蛋白E基因敲除的糖尿病小鼠構建動脈粥樣硬化模型，測量小鼠動脈鈣化程度以及體內IL-37水平與骨保護素水平的關系發現，與對照組相比，腹腔注射IL-37組小鼠的動脈鈣化面積明顯減小，且IL-37水平與骨保護素水平呈正相關，而給予抗骨保護素抗體后，IL-37對動脈鈣化小鼠的保護作用則明顯降低[15]。一項體外實驗也證實了骨保護素與IL-37相關，在冠狀動脈粥樣硬化患者體內骨保護素水平升高，可能是人體對動脈粥樣硬化的局部代償反應，而患者體內的IL-37水平同樣受到骨保護素影響，IL-37水平與骨保護素水平呈正相關[16]。以上研究表明，IL-37在動脈粥樣硬化小鼠中的功能至少部分取決于骨保護素。

2.2IL-37與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是一種血管內膜的慢性炎癥改變，是冠心病的基礎病理過程。在冠狀動脈病變的基礎上發生的冠狀動脈供血急劇減少或中斷，會使相應的心肌急性缺血導致急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)[17]。因此，在AMI中，炎癥反應是非常重要的過程。目前有臨床研究發現，IL-37在AMI患者體內的水平明顯升高[14,18]。一項關于AMI的研究表明，與穩定型心絞痛組和健康對照組相比，急性冠狀動脈綜合征組患者的血清IL-37、IL-18和IL-18結合蛋白水平明顯升高，IL-37、IL-18和IL-18結合蛋白的水平與CRP、N端腦鈉肽前體和左心室舒張末期直徑呈正相關，與左心室射血分數呈負相關，但均與冠狀動脈狹窄程度無關，說明IL-37與AMI的炎癥反應有關[19]。針對急性ST段抬高型心肌梗死的患者，在經皮冠狀動脈介入治療12、24和48 h后患者血液中的IL-37、IL-18和IL-18結合蛋白水平均低于健康對照者[20]。這說明經皮冠狀動脈介入治療后，AMI患者癥狀緩解的同時IL-37水平下降。

核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是介導細胞炎癥反應的主要轉錄因子，包含趨化因子和細胞因子的表達。細胞膜表面的Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)在脂多糖的刺激下被激活，并與細胞內銜接子相互作用進一步激活NF-κB。活化的NF-κB通過轉入細胞核內啟動炎癥因子基因的轉錄[21]。有研究顯示，IL-37通過激活人冠狀動脈內皮細胞細胞膜表面的TLR2，下調NF-κB和細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1，ICAM-1)的表達，且可能通過抑制NF-κB的激活降低ICAM-1的表達，從而抑制炎癥反應[4]。此外，過度炎癥反應也可激活TLR，導致心功能失常。研究發現，在老年內毒素血癥小鼠模型中，小鼠心臟微血管內皮細胞中IL-37的表達抑制了脂多糖誘導的單核細胞趨化蛋白-1和ICAM-1的生成，從而抑制NF-κB的激活，進而抑制炎癥反應并改善左心室功能[22]。Xu等[23]研究發現在AMI模型小鼠中，腹腔注射重組人IL-37蛋白后，IL-37可以通過抑制髓過氧化物酶表達，有效抑制NF-κB信號轉導途徑的活化，從而在AMI小鼠中發揮抗炎作用。以上研究表明，小鼠心功能失常時IL-37可通過NF-κB信號通路起到抗炎及保護心功能的作用。

2.3IL-37與心肌缺血再灌注損傷 缺血再灌注損傷是指局部組織缺血后，血液再灌注所引起的組織器官功能障礙和結構損傷。IL-1家族與缺血再灌注損傷過程有密切聯系，有動物實驗表明敲除IL-1α/IL-1β可有效減少因缺血再灌注而引起的炎癥反應[24]。IL-37同樣屬于IL-1家族的一員,Wu等[25]發現，對心肌缺血再灌注模型小鼠予尾靜脈注射重組人IL-37蛋白，可以有效減輕心肌缺血再灌注損傷，與對照組相比，實驗組小鼠的心肌梗死面積減小，肌鈣蛋白T表達水平明顯降低，心臟功能明顯改善，說明IL-37可以有效減少促炎細胞因子和趨化因子的表達，減少中性粒細胞浸潤，延緩心肌細胞凋亡和減少氧自由基的產生，且IL-37能有效抑制TLR4的表達和NF-κB的激活，增加抗炎細胞因子IL-10的表達。Wu等[25]還通過體外實驗發現，當IL-10信號通路被特異性抗IL-10R抗體阻斷時，IL-37對心肌缺血再灌注損傷的保護作用顯著降低，表明IL-37對心肌缺血再灌注的保護作用至少部分取決于IL-10信號通路的表達。心肌缺血再灌注損傷后，心功能失常嚴重可造成慢性心力衰竭。目前國內外對IL-37與慢性心力衰竭的報道較少。近年有臨床研究發現，在慢性心力衰竭患者體內血漿IL-37水平升高，且IL-37水平與高敏CRP、N端腦鈉肽前體及肌鈣蛋白T水平呈正相關，與左心室射血分數呈負相關[26]，說明IL-37可能參與慢性心力衰竭過程，但該研究樣本量較小，尚需進一步試驗驗證。

2.4IL-37與高血壓 原發性高血壓的具體發病機制尚不明確，目前認為是由遺傳因素和環境因素綜合作用的結果。原發性高血壓的病因包括已知的相關高危因素，如家族遺傳病史、高鈉飲食、肥胖、精神壓力和內分泌系統調節等，可影響全身血管，尤其可造成全身細小血管硬化，而在這個過程中炎癥反應起重要作用[27]。目前僅有研究提示原發性高血壓患者血漿中的促炎因子(CRP、IL-6等)水平升高，但具體機制尚不清楚。作為新發現IL-1家族中的抗炎因子，IL-37參與了機體炎癥刺激條件下的免疫調節和抗炎作用。針對在原發性高血壓條件下IL-37的表達水平是否升高或降低，需進一步研究明確。此外，能明確病因的高血壓稱為繼發性高血壓，如先兆子癇是一種以高血壓和蛋白尿為特征的妊娠期疾病，屬于繼發性高血壓的一種，而產婦全身性炎癥反應是先兆子癇的特征。一項關于先兆子癇中IL-1家族因子表達的研究顯示，在子癇前期胎盤內IL-37水平升高，這可能是由于缺氧引起[28]。但是考慮到先兆子癇是由多種因素引起的綜合征，因此很難在體外對其進行建模，而研究中采用BeWo滋養細胞作為低氧損傷模型不足以完全模擬發病過程，故明確IL-37和高血壓之間的關系尚需進一步研究。

3 IL-37與臨床治療

目前臨床提出了使用新的靶向治療方案進行相關疾病的精準治療，在充分明確相關細胞因子的功能及其在人類疾病中的作用后，可采用中和某些特定細胞因子或抑制相關細胞因子表達的信號通路從而起治療作用，如使用某種抗炎因子在炎癥反應中抑制促炎因子釋放緩解炎癥反應，或使用托珠單抗通過抑制促炎因子IL-6與受體結合，阻止下游通路傳導、減緩非ST段抬高型心肌梗死患者的心肌炎癥反應等[29-30]。Yin等[31]發現，IL-37基因(rs3811047片段)的單核苷酸多態性與冠心病有關，其中rs3811047基因片段的次要等位基因與IL-37的表達水平降低有關，由于IL-37參與抗炎作用，與單核苷酸多態性rs3811047片段相關的IL-37表達水平降低會引起炎癥反應并增加動脈粥樣硬化和冠心病的發生風險，說明IL-37可能是冠心病的易感基因，且IL-37基因中rs3811047片段的表達是冠心病的遺傳危險因素[31]。但是，迄今為止對IL-37其他片段進行的心血管疾病研究較少，且無進一步臨床試驗證實IL-37 片段對心血管疾病有治療作用。因此，未來需要更多的研究及臨床試驗，以評估IL-37是否能用作細胞因子治療或基因靶向治療，這對心血管疾病的治療具有重要意義。

4 小 結

IL-37在心血管疾病的炎癥反應及免疫調節中具有重要作用，一方面其可通過骨保護素減緩動脈鈣化進程，另一方面可抑制NF-κB炎癥信號通路的激活起到抗炎及保護心功能的作用。此外，IL-37還可以抑制促炎細胞因子(IL-6、TNF-α和IL-18等)表達，并上調抑炎細胞因子(IL-10)表達，從而調節心血管疾病中的免疫應答反應。目前，關于IL-37在心血管疾病中作用的研究大多集中于動脈鈣化、動脈粥樣硬化和心肌缺血再灌注損傷，而慢性心力衰竭和高血壓的相關研究較少，仍需進一步研究。另外，IL-37相關基因片段可能是冠心病的易感基因，其為未來心血管疾病的細胞因子治療和基因靶向治療提供了新思路。