白細胞介素-1 受體輔助蛋白在神經精神疾病發病中作用的研究進展

程培培，杜亞松

上海交通大學醫學院附屬精神衛生中心兒少科，上海 200030

白細胞介素-1（interleukin-1，IL-1）通過刺激T淋巴細胞、B 淋巴細胞增殖，誘導產生黏附分子及其他炎癥細胞因子等方式，在啟動免疫炎癥反應的級聯事件中發揮重要作用［1］。IL-1可與白細胞介素-1受體（IL-1 receptor，IL-1R）、白細胞介素-1 受體輔助蛋白（IL-1 receptor accessory protein，IL1RAP）結合形成復合物，募集下游銜接蛋白——髓系分化初級反應蛋白88（myeloid differentiation primary response protein 88， MyD88）， 激活IL-1 受體相關激酶（IL-1 receptor associated kinases，IRAKs） 及其他蛋白激酶，在感染、組織損傷或應激過程中誘導急性期反應、促炎介質的合成［2-3］。研究［4-7］發現，除能夠在炎癥通路中發揮作用外，IL1RAP 還參與了過敏性疾病、病毒性肝炎、髓系白血病、神經膠質瘤等的發病過程，并與疾病的進展及嚴重程度相關。且另有研究［8］顯示，IL1RAP被認為是免疫系統及神經系統之間的重要分子聯系。基于以往研究，本文對IL1RAP在神經精神疾病中作用的最新研究結果進行匯總，以期為探索其相關功能及臨床應用提供更多的支持。

1 IL1RAP 在IL-1 信號轉導通路中的作用機制

1.1 IL-1信號轉導通路

IL-1 家族共有11 種細胞因子，包含促炎因子及抗炎因子，如IL-1α、IL-1β、白細胞介素-1受體拮抗劑（IL-1 receptor antagonist，IL-1Ra）、IL-33、IL-36等；該家族成員擁有相似的結構、分泌模式及受體配體結合方式，參與炎癥及免疫反應的發生。研究［9］顯示，IL-1Ra 與白細胞介素-1 受體Ⅰ型（interleukin-1 receptor Ⅰ，IL-1RⅠ）的緊密結合可阻斷后者與IL-1 的結合。同時，與IL-1α 或IL-1β 不同，IL-1Ra結合IL-1R Ⅰ后可改變該受體的構象，阻斷其與IL1RAP 的結合。當IL-1 刺激細胞后，其可與細胞膜上的IL-1R Ⅰ及IL1RAP 結合，形成IL-1/IL-1R Ⅰ/IL1RAP 復合物［10］；這種三聚體復合物可先募集MyD88 結合受體的細胞內部分，使IRAKs 及依賴于IRAKs形成的中間信號體［如轉化生長因子β 激活激酶1（TGF-β activated kinase-1，TAK1）及轉錄因子NF-κB 抑制劑（inhibitor of NF-κB，IκB）激酶（IκB kinase，IKK）等］發生磷酸化；隨后，激活2 條信號通路：①NF-κB 信號通路。激活后的IKK 可誘導IκBα磷酸化，并通過泛素-蛋白酶體通路使IκBα發生靶向降解。在靜息狀態下，IκBα 將NF-κB 阻隔在細胞質內；在IκBα 發生降解后，NF-κB 可被釋放，并易位進入細胞核，繼而與靶基因啟動子相結合，誘導促炎因子、黏附分子及趨化因子基因的表達。②絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）。研究［3，11］發現，激活后的TAK1 可激活MAPKs， 并引起細胞外信號調節激酶1/2（extracellular signal-regulated kinases 1 and 2，ERK1/2）、P38 及c-Jun 氨基端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）發生磷酸化激活。此外，IL-1 還可以使P38 MAPK發生磷酸化、增加其他生長因子及炎癥細胞因子的分泌，從而促進急性髓系白血病細胞的生長［12］。

1.2 IL1RAP的作用機制

人類IL1RAP基因位于染色體3q28，在Ensembl數據庫有19 個轉錄本，編碼IL1RAP 蛋白［10］。與IL-1RⅠ結構相似，IL1RAP包含3個免疫球蛋白樣區域、1 次跨膜區及Toll/IL-1 受體（Toll/IL-1 receptor，TIR）區域［13］。當IL-1刺激細胞后，其可與IL-1RⅠ的胞膜外區域結合并改變該受體的結構，而后再與IL1RAP結合形成三聚體復合物；此后IL-1RⅠ與IL1RAP 的TIR 區域靠近并結合MyD88，激活IRAKs 及其他蛋白激酶如IKK，使得釋放的NF-κB 易位進入細胞核，繼而與靶基因序列結合，最終促進相關基因的轉錄及表達［3，11］。研究［14］顯示，典型的IL1RAP［又名interleukin-1 receptor accessory protein（IL-1RAcP）］在人體組織中廣泛表達，而其另一種新的可變剪接體IL-1RAcPb主要表達于腦、脊髓中。IL-1RAcP 及IL-1RAcPb 蛋白擁有相同的細胞外N-端結構，但細胞內C-端結構存在差異。對于體外培養的Il1rap基因敲除小鼠的海馬神經元，給予IL-1β 刺激不能使其IκB、P38、Src 發生磷酸化，進而不能釋放NF-κB 易位入細胞核；而對于體外培養的Il-1racpb基因敲除小鼠的海馬神經元，給予IL-1β 刺激則不影響P38 磷酸化［13］。另外，與野生型及Il1rap基因敲除型小鼠相比，Il-1racpb基因敲除小鼠更易受中樞神經系統局部炎癥的刺激，并表現出更嚴重的神經元變性［14］。向野生型小鼠腹腔注射IL-1 或脂多糖，下丘腦-垂體-腎上腺軸可被激活，血清中皮質醇及IL-6水平均有所升高。與對照組野生型小鼠相比，向Il1rap基因敲除小鼠腹腔注射脂多糖可引起血清中皮質醇和IL-6水平顯著升高，而注射IL-1β 后小鼠血清中皮質醇升高不顯著且IL-6 維持在基礎水平［15］。此外，向Il1rap基因敲除小鼠的腦室注射IL-1β 后，小鼠血清中皮質醇升高亦不顯著，IL-6 亦維持在基礎水平［16］。然而，在Il1rap表達缺陷的小鼠淋巴瘤細胞中，過表達外源性Il1rap后，給予小鼠IL-1β 刺激可激活P38、ERK1/2及JNK，而過表達外源性Il-1racpb則不能引起相同的效應［14］。上述結果提示，IL1RAP基因或蛋白表達的改變均能影響IL-1 信號傳遞，IL1RAP 是個體接受IL-1 刺激后進行免疫應答過程中不可缺少的重要成分。

2 IL1RAP在神經系統疾病中的作用

2.1 腦缺血

炎癥因子IL-1α 及IL-1β 被認為是腦缺血后炎癥反應的關鍵參與者；其中，IL-1α 表達在缺血反應早期，與局灶性血腦屏障破壞及神經元死亡密切相關［17］。一項針對體外培養的大鼠海馬神經元的研究［18］發現，給予IL-1β 刺激可引起大鼠海馬神經元中IL-1RⅠ及IL1RAP 蛋白表達升高。在持續夾閉大腦中動脈引發小鼠缺血性腦損傷的條件下，相對假手術組，Il1rapmRNA 水平在野生型小鼠中顯著升高，在Il1r1敲除小鼠中輕度降低；向野生型小鼠腦室內注射IL-1β 可加劇腦缺血損傷，而向其中注射IL-1Ra則能減輕該損傷程度［19］。采用中藥治療腦缺血損傷再灌注小鼠的研究［20］發現，IL1RAP 蛋白在海馬體中表達下調，可影響IL-1與其受體間的相互作用，促進抗炎及抗凋亡反應的發生。上述結果提示，IL1RAP 參與腦缺血后促炎因子尤其是IL-1 觸發的炎癥反應，可加重因血供減少引起的原發性損傷，因此抑制IL1RAP的表達可能有助于減輕腦缺血損傷。

2.2 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一種原發性、退行性的腦變性疾病，主要病理特征為大腦實質中形成老年斑及神經元纖維纏結，其分別由β-淀粉樣蛋白及高度磷酸化Tau 蛋白組成，可導致漸進性認知能力減退［21］。采用正電子發射斷層掃描（positron emission computerized tomography， PET）測量腦β-淀粉樣蛋白縱向負荷變化的全基因組關聯分析（genome-wide association studies，GWAS） 顯示，IL1RAP單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）rs12053868-G 對β-淀粉樣蛋白沉積率影響最大的區域集中在雙側額葉、內側和側頂葉、側顳葉及整個前后扣帶回皮層［22］；該研究進一步發現，IL1RAPSNP rs12053868-G 攜帶者比非攜帶者更有可能從輕度認知功能受損發展為AD，且在磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）檢查中表現出更大的縱向顳葉皮層萎縮，繼而推測IL1RAPSNP rs12053868-G 與加速的認知功能衰退相關，IL-1/IL1RAP 通路可能成為調節β-淀粉樣蛋白沉積的潛在靶點。GWAS 研究［23］發現，IL1RAPSNP rs9877502 與AD 及非AD 人群腦脊液中的Tau 蛋白及磷酸化Tau 蛋白的表達水平相關；對一般人群的子樣本研究發現，IL1RAPSNP rs3773976 與攜帶者的認知水平及其下降程度有輕度關聯，繼而提示IL1RAP與AD 的嚴重程度間具有一定的相關性。最新的一項針對AD 患者、輕度認知障礙人群及健康老年對照者的腦電圖檢查研究［24］發現，IL1RAP風險等位基因（rs10212109，rs9823517，rs4687150）攜帶者表現為腦電活動變慢。既往研究［25］發現，腦電活動變慢與AD 密切相關，提示IL1RAP可能參與了AD 發病前認知能力下降的神經機制。另外，動物研究［18］發現，大鼠腦中IL-1β 水平可隨年齡的增加而升高，繼而可使IL-1RAcP 蛋白水平升高，從而上調IL-1RAcP/IL-1RAcPb 比例，該種變化可增加IL-1β 對突觸可塑性及記憶的損害程度。上述結果均提示，IL1RAP可能參與了AD 的神經病理變化，其表達異常可能與腦認知功能下降有關。

2.3 神經膠質瘤

神經膠質瘤是最常見的中樞神經系統原發性惡性腫瘤，占該惡性腫瘤的80%，其中75%的神經膠質瘤為星形膠質細胞瘤。研究［26］顯示，膠質母細胞瘤是迄今為止最常見的一種星形膠質細胞瘤，也是最具侵襲性的彌漫性膠質瘤。研究［21］發現，中樞神經系統腫瘤（包括惡性及非惡性）的年平均發病率為28.57/10萬。經標準治療后，膠質母細胞瘤患者的2年總體生存率約為25%［22，27］，5 年總體生存率僅為5%［26］。為提高神經膠質瘤患者的臨床治療效果，延長其總體生存時間，探索神經膠質瘤的發生與發展機制顯得尤其重要。研究［28］發現，蛋白酪氨酸磷酸酶受體D（protein tyrosine phosphatase receptor type delta，PTPRD） 基因可調節人神經膠質瘤細胞M059J 和U373 的增殖周期，過表達該受體蛋白可增加S 期（有絲分裂DNA 合成期）細胞的比例、上調IL1RAP的表達，低表達該蛋白則反之；繼而推測，PTPRD可能通過調節IL1RAP 的表達來影響神經突觸和神經分化，促進膠質瘤進展。研究［29］發現，在人類膠質母細胞瘤中IL1RAPmRNA 及IL-33mRNA 的水平均較高。 可溶性 IL1RAP （soluble IL-1 receptor accessory protein，sIL1RAP）是由IL1RAP可變剪接mRNA 編碼，只具有IL1RAP 結構中的細胞膜外的3個免疫球蛋白樣結構；sIL1RAP由細胞分泌，可進入血液和細胞外液中與IL-1/IL-1RⅠ結合，從而抑制后者與跨膜形式的IL1RAP 結合，發揮負性調節IL-1 活性的作用［30］。sIL1RAP 在兒童低級別膠質細胞瘤中表達較高，且在體外培養的U251 細胞中過表達sIL1RAP 可促進其凋亡、抑制由IL-1 引起的細胞增殖；繼而提示，sIL1RAP的表達水平可能是兒童低級別膠質瘤預后的潛在指標之一［31］。上述結果提示，神經膠質瘤患者的IL1RAP 表達存在異常，其可能與該疾病的發生及預后相關。

3 IL1RAP在精神疾病中的作用

3.1 神經發育障礙

在胚胎期及生長早期，細胞因子表達異常可影響正常的腦發育過程，并誘發神經發育障礙，如精神發育遲緩、孤獨癥等。有研究［32］顯示，早產兒外周血中IL-1β 水平的異常升高可能會增加其患有神經發育障礙的風險。相關動物研究［33］顯示，向孕鼠腹腔注射脂多糖可引起子鼠杏仁核內IL-1β、TNF-α 及IL-6水平的持續升高，中央核區容積及細胞數目減少，并使其小膠質細胞及星形膠質細胞發生免疫激活。同時有研究［34］發現，向哺乳期母鼠注射病毒模擬物poly-Ⅰ：C 可減少子鼠海馬體及紋狀體容積。另有研究［35］顯示，IL-1β 可誘導胚胎期小鼠大腦皮層神經元的遷移；采用RNA 干擾技術敲減Il1r1后，其表達下調能抑制上述神經元放射狀遷移。上述研究結果提示，早期免疫激活可能會干擾正常的腦發育過程。

人類白細胞介素-1 受體輔助蛋白類1 （IL-1 receptor accessory protein-like 1，IL1RAPL1）屬于IL-1R 家族，與IL1RAP 存在52%的同源性；研究［36］證實，IL1RAPL1與X 連鎖精神發育遲滯相關。研究［37］發現， IL1RAPL1 與突觸后密度蛋白-95（postsynaptic density protein-95，PSD95）、蛋白酪氨酸磷酸酶δ（protein tyrosine phosphatase δ，PTPδ）等突觸相關蛋白相互作用可調節興奮性突觸的形成，而精神發育遲滯患者攜帶的IL1RAPL1p.C31R 點突變可減少IL1RAPL1 與PTPδ 間的相互作用，進而誘發突觸生成缺陷。采用免疫熒光染色技術對體外培養的大鼠海馬神經元進行分析顯示，IL1RAP 在該神經元胞體中呈強烈及彌散性表達，而在樹突中的表達量較低且沿樹突彌散分布［38］。然而，在培養的胚胎期小鼠皮層神經元中，敲減Il1rap可抑制神經元樹突突起的形成，降低大腦皮層和海馬錐體神經元樹突棘的密度［8］。另外，IL1RAP 可通過跨突觸與PTPδ 相互作用調節突觸形成［8］。以上結果表明，與IL1RAPL1結構及作用相似，IL1RAP通過與PTPδ相互作用調節突觸形成，IL1RAP 表達下降可抑制胚胎期小鼠神經元樹突的生長、降低樹突棘密度，造成突觸形成受損，從而可能影響發育過程中腦的結構及功能。

3.2 精神分裂癥

精神分裂癥是一種復雜、嚴重的精神疾病，全球患病率接近1%。該疾病的核心特征為陽性癥狀（幻覺、妄想）、陰性癥狀（思維貧乏、情感淡漠、社交退縮）及認知障礙［39］。目前，其病因尚未被完全闡明。許多研究［40］顯示遺傳、免疫及環境因素等均與精神分裂癥的發病相關，但由于其機制復雜，至今尚不能用一種病因假說進行解釋。動物模型的研究［41］顯示，圍產期環境因素（如感染、應激、營養缺乏、產科并發癥等）可異常激活母體免疫系統，影響胚胎腦中炎癥因子水平，損害胚胎發育早期腦結構及功能，增加子代患精神分裂癥的風險。研究［42］發現，炎癥反應可能通過影響神經發育、神經可塑性及神經傳遞的機制，導致精神分裂癥的發生并影響病情進展。相關動物研究［43］顯示，分別給予體外培養的胚胎期大鼠皮層神經元不同水平的IL-1β、TNF-α、IL-6或IL-1β+TNF-α 刺激，可不同比例地減少初級樹突、節點或總樹突的長度，抑制樹突發育，降低皮層神經元的復雜度；該結果與精神分裂癥神經影像檢查結果［44］（腦室增大、腦容積減少、腦灰質及白質容積減少）相一致。另一項研究［45］顯示，血清中可溶性TNF-α 及IL-1Ra 的水平與精神分裂癥患者的認知功能均呈負相關，繼而提示炎癥因子水平的異常升高可能會影響精神分裂癥患者的腦功能。一項針對精神分裂癥組和對照組（共1 408 個血液樣本、66 個尸腦樣本）的全基因組甲基化關聯研究［46］證實，精神分裂癥患者中存在IL1RAP甲基化CpG-SNP rs3796293。另外，一項針對精神分裂癥患者的全外顯子組測序研究［47］發現了1例男性患者攜帶IL1RAPp.T509M 新發錯義突變。考慮IL1RAP 在炎癥反應中的作用，IL1RAP 表達異常可能參與了精神分裂癥患者的異常免疫調節過程；然而，對于IL1RAP在精神分裂癥發病機制中的作用仍需要更多的研究加以證實。

4 總結與展望

既往細胞實驗、動物研究及臨床研究均發現IL1RAP與人類神經精神疾病（如AD、精神分裂癥等）存在一定關聯，這可能與IL1RAP參與介導炎癥反應、調節神經發育有關。神經精神疾病的臨床癥狀復雜多樣，發病機制亦不盡相同；目前的研究僅針對某些神經精神疾病中IL1RAP在基因或蛋白水平的異常變化進行描述，具體分子機制尚需要更深入的探索。因此，有關IL1RAP在神經精神疾病過程中的作用機制研究或將是未來疾病早期篩查與干預的方向之一。