白細胞介素?38在中樞神經系統疾病中的作用及潛在性機制研究進展

蔡陸威 陶陸陽 高原

蘇州大學基礎醫學與生物科學學院法醫學系（江蘇蘇州 215000）

白介素?38（interleukin?38，IL?38）是最新發現的一種細胞因子［1-2］，在皮膚、肺、脾臟、心臟和胸腺中高表達，而在非活動免疫組織中低表達［3］。IL?38 由多種細胞所分泌，如單核細胞、滑膜細胞和免疫細胞［4-5］。在細胞發生壞死或凋亡條件下，IL?38 通過自分泌、旁分泌或內分泌途徑被分泌到細胞外，結合自身或臨近細胞表面的特異性受體IL?36R 和共同受體IL?1R，募集下游生物學分子而發揮相應的功能。低濃度IL?38可限制Th17細胞產生Th17 細胞因子，增加M2 型巨噬細胞轉化，抑制M1 型巨噬細胞轉化，起到減輕炎癥反應的作用。相反，高濃度IL?38 可通過增加促炎因子IL?6、IL?1β 和TNF?α 發揮促炎損害作用，表明IL?38 功能差異可能跟其濃度依賴性有關［6］。盡管目前對IL?38在生理條件下的生物學特性有了相當理解，但是對于它在病理條件下的作用和潛在性機制仍不明確，尤其是中樞神經系統（central nervous system，CNS）疾病。

CNS 疾病具有高發生率、致殘率和病死率［7-8］。其中炎癥反應在CNS 疾病的發生發展過程中發揮至關重要的作用。新發現的炎癥因子IL?38 在多種疾病發揮重要性作用。一方面，IL?38 在兒童自閉癥中通過減少小膠質細胞的大量增殖和遷移，限制促炎因子IL?1β 和CXCL8 表達改善自閉癥的臨床癥狀［9］。另一方面，在自身性免疫疾病，IL?38可通過增加中性粒細胞和肥大細胞的增殖和遷移加劇炎癥反應。然而，IL?38 在多種CNS 疾病中的作用和潛在性機制仍待探尋。

基于前期大量文獻調研，本綜述將概述IL?38的生物學特征及其在視神經脊髓炎、阿爾茨海默病和缺血性腦卒中的作用和潛在性機制，旨在討論CNS 疾病治療的潛在分子靶點和新治療策略。

1 IL?38 的生物學特性

1.1 IL?38的來源、基因和蛋白分子表達特性IL?38是IL?1 家族中新穎性識別的一種抗炎細胞因子，隸屬于IL?36 亞群。于2001年它的基因被LIN 和GAN 兩個實驗團隊成功克隆，IL?38 被首次確認屬于IL?1 受體家族的成員，并被命名為IL?1HY2 和IL?1F10［10］。IL?38 的基因位于人類染色體2q13?14.1 上，介于兩個拮抗基因IL?1Ra 和IL?36Ra 之間，且與以上兩種拮抗劑的基因同源性分別高達41%和43%，提示這三者具有相類似的抑制劑功能。另外，IL?38 基因主要由5 個外顯子編碼，編碼152 個氨基酸的蛋白質。該蛋白主要由丙氨酸、谷氨酸和亮氨酸等19 種氨基酸組成，最高比例占約9.2%。人IL?38 蛋白也由152 個氨基酸組成，并且它的蛋白質三維結構具有IL?1 家族細胞因子典型的12?β 鏈三葉結構。此外，IL?38 的生物學活性可能需要N 端切割，目前它仍缺乏信號肽和caspase?1 切割位點的依據［3］。

1.2 IL?38 的生物活性大量研究已經證實IL?1家族成員需要切斷N 端氨基才能獲得完全的生物活性，包括但不限于IL?38［11］。先前的研究表明IL?36Ra 想要獲得完全的生物活性，需要caspase?1 切除N 端的第一個蛋氨酸。除了casepase?1 外，組織蛋白酶G、彈性蛋白酶和蛋白酶3，也能切割IL?36亞群細胞因子使其激活［12］。基于IL?38 與IL?36Ra的基因序列存在43% 的高度同源性，不難推測IL?38 的激活可能也需要相應蛋白酶的切割N 端而獲得。研究人員從人重組IL?38 中獲得20?152 序列氨基酸（aa 20?152），而從小鼠重組IL?38 中獲得aa 3?152，結果顯示截短IL?38 可顯著降低IL1RAPL1 依賴的細胞因子產生，而全長IL?38 則產生相反的作用［13］。另外，MORA 等［13］發現，在凋亡細胞條件培養基（apoptotic cell?conditioned medi?um，ACM）上，IL?38（aa 20?152）單獨或者聯合處理顯著減少巨噬細胞上清液中IL?6 和IL?8 表達，相較于IL?38（aa 1?152），表明IL?38 存在切割形式且活性較強，這為探尋IL?38 的蛋白酶或酶切位點提供了新思路和方向。相反，單獨或聯合不同濃度的IL?38 刺激IL?1β 或LPS 誘導人巨噬細胞時，剪切IL?38 在低濃度時顯著降低IL?6 的表達，而IL?38的全長形式在高濃度時則顯著升高IL?6 的表達。因此，IL?38 的成熟形式具有較強的抗炎特性。也就是說，IL?38 在低濃度起抗炎作用；在高濃度起到促炎作用，造成這種現象的主要原因可能是IL?38 的生物活性形式多樣性。盡管目前還沒有發現能切割IL?38 的特異性蛋白酶，但據大多數研究者推測，鈣蛋白酶、基質金屬蛋白酶2（MMP2）、MMP9、組蛋白酶G 和顆粒酶B 極有可能存在識別IL?38 上潛在的剪切位點，比如MMP2 的剪切位點與用來產生人IL?38 的20?152 個氨基酸的A?x?Asp模型一致［11］。然而，IL?38 被切割后相應的成熟形式的生物學活性及生物學活性的強弱還有待進一步研究。

1.3 IL?38 的受體及其生理條件下推定的信號通路傳統認為，IL?38 競爭性結合IL?36R，限制IL?36R 招募IL?1Racp 的能力，阻斷IL?36/IL?36R 下游MAPK（ERK，p38，JNK）、NF?kB和激活蛋白1（AP?1）信號通路，引起負反饋性調節功能［11］。然而，當下認為，IL?38 可以上調膠原誘導性大鼠關節組中沉默調節蛋白1（Sirtuin 1，SIRT1）的表達，而下調缺氧誘導因子（Hypoxia?inducible factor，HIF）1α、髓樣分化因子（myeloid differentiation factor88，Myd88）、NF?κb 及AP?1 的表達。在SIRT1 抑制劑處理下，IL?38 的上述抑炎作用被抑制，表明IL?38 可通過抑制炎癥緩解膠原誘導性大鼠關節損傷，依賴于SIRT1/HIF?1α信號通路［14］。除此之外，IL?38拮抗作用很可能依賴于它募集IL?1R家族的共同抑制性受體，如SIGIRR、TIGIRR1 和/或TIGIRR2。TIGIRR?2是公認的具有抑制促炎細胞因子的功能，且是IL?38 的新穎性受體。低濃度的IL?38 處理有效地阻斷念珠菌誘導的IL?17 反應，而高濃度IL?38 則失去阻止IL?17 表達的能力，且更高濃度IL?38 反向增加它產生［6］。另外，IL?38從凋亡細胞中釋放，與孤兒受體三免疫球蛋白結構域結合IL?1 受體相關2（TIGIRR?2）［15］。那么，IL?38 發揮抗炎的信號機制可能依賴于TIGIRR?2。盡管IL?38 的生物學特性和相關分子機制在生理條件下有一定的理解，但是它在疾病狀態下的作用和潛在性機制仍是空缺，特別是CNS 疾病。

2 IL?38 在中樞神經系統疾病中的推測性作用和潛在性機制

2.1 視神經脊髓炎視神經脊髓炎（Neuromyelitis optica disorder，NMOD）是一種累及視神經和長節段脊髓脫髓鞘疾病。起初NMOD 被認為是多發性硬化。然而，2004年在NMOD 患者的血清中發現一種自身抗體，它可以自由穿透血腦屏障，并特異性地與星形膠質細胞的水通道蛋白（AQP）4 結合，稱為NMO?IgG。NMO?IgG 可引起補體系統激活破壞星形膠質細胞，導致少突膠質細胞的損傷，從而引起炎癥性脫髓鞘病變和壞死［16］，所以NMO?IgG是NMOD 病理發生的基礎。

IL?38 作為一種經典的抗炎因子，可以抑制參與Th17 途徑的趨化因子的分泌［17］。而產生IL?17的Th17 細胞是包括NMOD 在內的自身免疫性疾病的關鍵驅動因素［18］。因此，該研究結果支撐IL?38可能通過限制Th17 炎癥反應抑制NMO 病理改變的假設。一方面，Th17 細胞對AQP4 的表達具有特異性，可以破壞血腦屏障，使抗AQP4 的自身抗體和活化補體通過血腦屏障聚集在病灶多核細胞聚集處。另一方面，Th17 能產生多種促炎細胞因子，特別是IL?17、IL?22 和IL?6。它們都會誘導B細胞分化為產生抗體的漿細胞，從而促進血清AQP4 抗體的產生，干擾神經功能［19］。因此，Th17可能作為NMOD 靶向治療的靶細胞，有效抑制其活性可能是治療NMOD 新的思路。

先前的研究表明IL?38 可通過抑制NF?κB 和MAPK 信號通路阻斷Th17 細胞的分化和功能，并且NF?κB 和MAPK 抑制劑限制IL?38 減少IL?17 表達水平，表明NF?κB 和MAPK 信號通路介導了IL?38 抑制IL?17 的作用［20］。另外，IL?38 能夠顯著提高SIRT1 陽性的表達，同時降低HIF?1α、AP?1、NF?κB 的陽性表達，從而改善炎癥反應中Th17/Treg 失衡［14］。盡管IL?38 在NMOD 中的作用及相應分子機制尚未見報道，但是，筆者推測SIRT1/HIF?1α 或NF?κB、MAPK 信號轉導可能介導IL?38 調節Th17，發揮保護對抗疾病發展的作用。未來有待深入探索IL?38在NMOD中發揮保護作用的具體分子機制，以期為精準治療NMOD患者提供可靠的理論依據。

2.2 阿爾茨海默病阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一種進行性、致命性神經退行性疾病，其臨床特征是智力衰退、行為紊亂和認知功能障礙。然而，AD 的具體分子機制和治療方法仍不確定。眾所周知，AD 的特征性病理變化是大量不溶性斑塊的沉積，這些斑塊由淀粉樣蛋白?β（Aβ）的聚集物和細胞內的神經元纖維纏結組成。炎癥級聯在淀粉樣斑塊發生和發展中起著重要的作用［21-22］。例如，患有類風濕性關節炎（RA）等自身免疫性疾病的患者易發生Aβ 沉積，顯著提高患AD 的風險率［23］。新發現的細胞因子IL?38 在大量炎癥性疾病中起到了抑制炎癥反應的保護作用，暗示IL?38 可能作為一種治療炎性病，像阿爾茨海默病的新藥物或新靶點。

研究表明，IL?38 能顯著下調脂多糖（LPS）刺激的巨噬細胞釋放的IL?1β 和TNF?α 的表達［24］。IL?1β 和TNF?α 是AD 病理發生進展的關鍵誘因［25］。在β?APP 轉基因小鼠腦組織中Aβ 反復激活小膠質細胞，使其過表達IL?1β，引起腦神經的慢性炎癥損傷［26］。而在AD 患者的大腦中，IL?1β受體廣泛表達在星形膠質細胞的表面，當它結合配體IL?1β 后，它們可誘導星形膠質細胞的增殖和激活，大量表達S100 蛋白，促進萎縮性軸突的過度生長。除此之外，它還能誘導星形膠質細胞表達其他Aβ 結合配體，如IL?6、α1?ACT、ApoE 和補體，誘發神經斑塊形成，引起疾病的惡化［27-28］。同樣，TNF?α 也與AD 的病理變化密切相關。健康成年人大腦中TNF?α 的表達水平很低，但它在神經退行性大腦中卻過度表達［29］。TNF?α 通過與受體TNFR1 和TNFR2 結合介導神經元凋亡。研究發現，類風濕關節炎（RA）等自身免疫疾病的患者AD 的風險比正常人高，TNFR1 的表達水平顯著升高，而TNFR2 的表達水平下降［30］，表明TNFR1 是Aβ 誘導的神經元凋亡的重要因子。TNF?α 與神經元細胞膜上的TNFR1 結合，激活死亡域（DD）的活性，并通過核因子NF?κB 與BACE1 啟動子結合觸發信號級聯反應，促進淀粉樣斑塊的形成增強神經變性［31］。因此，筆者推測抑制促炎炎癥因子/NF?κB 信號通路可能對AD 起到一定預防和治療作用。的確，IL?38 能顯著降低促IL?1β 和TNF?α的表達水平，限制AD 的病理性損傷，但是具體的分子機制不清楚［6］。結合以往的研究成果，筆者推測IL?38/NF?κB/BACE1 信號軸可能在抑制促炎癥因子方面發揮重要作用，有望成為理解AD 病理改變的新機制及預防和治療AD 患者的新靶點。

2.3 缺血性腦卒中腦卒中是全球第三大死亡和殘疾的風險因素，分為出血性腦卒中和缺血性腦卒中［32］。其中缺血性腦卒中是由各種內、外因素導致的腦部供血障礙，誘發局部腦組織缺血缺氧壞死和腦部神經功能障礙［33］。大量研究表明，長期持續性炎癥反應會加重病理性損傷，惡化神經功能缺陷；有效減輕炎癥反應能顯著減輕病理性損傷，改善神經功能［34］。IL?38 作為新發現的抗炎細胞因子，在多種中樞神經系統疾病中扮演著至關重要性作用，包括但不限于腦血管疾病。已經有研究表明接受組織纖溶酶原激活劑（tissue?type plasminogen activator，tPA）治療且預后良好的缺血性腦卒中患者血清IL?38 的含量顯著提高，這提示IL?38 可能是缺血性卒中預后的早期可靠預測標志物［35］。然而，IL?38 在缺血性腦卒中的具體作用及其潛在分子機制仍待探明。

最近的權威報道揭示IL?38具有抗血管生成的作用，抑制血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）對血管內皮細胞的影響。例如，在角膜新生血管的小鼠模型中，IL?38 不僅能抑制受損角膜中血管的形成，還能阻止內皮細胞的增殖、遷移和毛細血管的形成［36］。而在膠原性關節炎（CIA）大鼠模型中，大劑量IL?38［5 ng/（g·d）］干預后使VEGF、VEGFR1 和VEGFR2 的表達明顯下降，抑制CIA 大鼠的新生血管形成，依賴于SIRT1/HIF?1α 信號通路介導的［14］。因此，IL?38 能清除腦內缺血性卒中損傷的血管，同時加速血管內皮增殖，修復血管，從而改善腦血管疾病。

IL?38 能有效抑制促炎癥因子，阻斷其對血管內皮的損傷和毒性，這可能是通過IL?38/IL?1R 軸實現的。事實上，應用外源性IL?1Ra 或過量表達內源性IL?1Ra 可明顯減少由缺血、創傷或興奮性毒性引起的腦損傷及由此引起的癲癇發作，而應用IL?1Ra 中和抗體或敲除IL?1Ra 基因可加劇缺血性腦損傷［37］。另外，IL?1R1 在中樞神經系統的各種細胞中廣泛表達，包括神經元、膠質細胞和血管內皮細胞。IL?38 常被用作IL?Ra 的拮抗劑，它可以通過抑制與IL?1R1 的結合來介導抗炎反應。ZHANG 等［38］發現，一種具有類似IL?38 功能特性的新型細胞因子IL?37 在急性缺血性腦卒中后的大腦和血漿中表達增加，作為一種神經保護劑可以防止小鼠的腦部炎癥損傷、運動障礙和肺部感染。基于以上發現，筆者推測IL?38 很有可能發揮IL?1 的拮抗劑作用競爭性結合IL?1R1，通過SIRT1/HIF?1α 等信號通路，下調VEGF 的表達，從而在預防和治療腦卒中方面體現出較強的可行性，但具體作用和分子機制還需要更多的研究來證實。

3 總結與展望

目前關于IL?38 的報道大多局限于皮膚、肺、心臟等器官組織，而對IL?38 在神經系統疾病中的報道較少。盡管本綜述對IL?38 在生理和病理條件下的作用和機制有一定理解（表1），但是仍有大量科學問題待未來實驗數據支撐，如IL?38 的具體成熟形式和活性強弱、其N 端蛋白酶的類型和剪切位點、特異性受體類型和生理狀態下的潛在分子機制以及病理條件下的分子機理。總之，IL?38能有效地同時調控多種促炎因子IL?17、IL?1β、TNF?α、IL?22 和IL?8 的表達變化，那么，IL?38 將有望成為臨床上治療中樞神經系統疾病的新藥物或靶點。

表1 IL?38 在中樞神經系統疾病中的作用Tab.1 The role of IL?38 in central nervous system diseases