白介素-33在阿爾茨海默病中的研究進展

戴莉莉 周 濤 哈斯也提·依不來音

新疆醫科大學第二附屬醫院，新疆 烏魯木齊 830000

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一種中樞神經系統退行性病變，其臨床上起病隱匿、不可逆轉，主要表現為持續進展的認知功能和記憶力的減退，最終導致患者完全喪失生活自理能力。隨著人口老齡化，癡呆已成為老年人的常見病，其中AD占60%～80%，是老年人失能和死亡的主要原因［1］。因AD 發病機制十分復雜，臨床中無有效的治療手段。迄今為止，對于AD 的發病機制仍未明確，其起病原因眾說紛紜，包括β-淀粉樣蛋白（amyloid βprotein，Aβ）淀粉樣假說、tau 蛋白過度磷酸化假說、突觸障礙假說、神經炎癥反應假說、氧化應激假說、基因突變假說、膽堿能假說等。Aβ 組成的老年斑和過度磷酸化tau 蛋白神經原纖維纏結是目前AD 公認的兩個病理特征［2］。除此之外，越來越多的研究表明，神經炎癥在AD 的發展中也起著十分重要的作用。白介素-33（interleukin-33，IL-33）是IL-1 家族的一個成員，可表達于中樞神經系統中的小膠質細胞和星形膠質細胞［3］，通過IL-33/ST2 通路發揮中樞神經炎癥及神經保護作用。隨著研究的不斷深入，發現IL-33 可作為AD 的保護性因素?，F就IL-33 在AD中的研究進展做一綜述。

1 IL-33

1.1 IL-33的發現及命名IL-33 最初是1999 年在一種犬血管痙攣椎動脈中作為克隆體DVS27 被發現的［4］。后來2003 Baekkevold 等［5］首次在人體組織中觀察到內源性IL-33 蛋白，并將其命名為“來自高內皮小靜脈的核因子（NF-HEV）”。2005 年發現IL-33與IL-1 的其他成員具有相似的β-三葉結構，因此IL-33被歸類為IL-1家族的第11個成員，也被命名為IL-1F11［6］。2009年Chapuis 等［7］利用轉錄組和遺傳學技術研究了與AD 有關聯的基因，發現AD 患者腦內的IL-33表達顯著減少，與AD的發生、發展密切相關。

1.2 IL-33的結構及生物學功能人類IL-33基因位于9p24.1 染色體上，編碼270 個氨基酸，而小鼠IL-33基因位于同線染色體19qC1 區域，編碼266 個氨基酸，在氨基酸水平上，人和小鼠的IL-33 有55%是相同的［8］。IL-33 可作為核內細胞因子，具有抑制轉錄作用。在蛋白的N 端區域內，IL-33 含有保守的類似同域蛋白的螺旋-轉角-螺旋，這個區域在體內與異染色質和有絲分裂染色質相聯系，起著轉錄抑制因子的作用［9］。此外IL-33 也可以發揮細胞因子的作用。IL-33 廣泛表達于各種組織，如皮膚、腦、肺、胃、腎、小腸、陰道、淋巴器官等。在中樞神經系統中表達IL-33 的主要細胞包括內皮細胞、星形膠質細胞、少突膠質細胞［10］。當組織損傷、刺激、應激時，IL-33作為一種警報素被釋放［11-12］。該細胞因子以全長或被裂解的形式釋放，但其與IL-1β 不同，不被半胱氨酸天冬氨酸酶-1（cystein asparate protease-1，caspase-1）裂 解，反 而 會 在caspase-1、caspase-3 和caspase-7的作用下失活［13-14］；除此之外，IL-33 還能被中性粒細胞絲氨酸蛋白酶、組織蛋白酶G、彈性蛋白酶、蛋白酶3（recombinant proteinase 3，PR3）、胃促胰酶和類胰蛋白酶裂解，從而產生更高的生物活性［8，10］。

IL-33/ST2 信號通路，是通過白介素-1 受體輔助蛋 白（interleukin-1 receptor accessory proteins，IL-1RAcP）招募并激活骨髓分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）和白介素-1受體相關激 酶4（interleukin-1 receptor-associated kinase 4，IRAK4）、白 介 素-1 受 體 相 關 激 酶1（interleukin-1 receptor-associated kinase 1，IRAK1）和腫瘤壞死因子受體相關因子6（tumor necrosis factor-associated factor 6，TRAF6），進一步誘導IκB-α 和IκB 激酶（IkB kinase，IKK）下游磷酸化，激活核因子-κB（nuclear factor kappa-B ，NF-κB）通路和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK，也叫應激活化蛋白激酶）［15-16］。此外，激活的MyD88 誘導細胞外信號調節激酶（extracellular-regulated kinase，ERK）和p38 絲裂原活化蛋白激酶磷酸化，與JNK 一起構成絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信 號 通 路［8，10，16-17］，最 終 導 致 激 活 蛋 白-1（activator protein 1，AP-1）的激活［18］。細胞內的級聯反應選擇性地激活神經膠質細胞、Th2細胞、肥大細胞、中性粒細胞和巨噬細胞等，觸發炎癥通路。

1.3 IL-33的受體IL-33 的特異性受體是生長刺激表達基因2蛋白（growth stimulation expressed gene 2，ST2，也叫IL-1RL1），屬于TOLL-IL-1受體的超家族成員，存在4 種亞型：跨膜型ST2L、可溶型ST2（sST2）、ST2V 和ST2LV。目前，尚無IL-33 與ST2V 或ST2LV相互作用的文獻報道。因此，與IL-33 結合的受體主要是ST2L和sST2。ST2L是主要的功能受體，但sST2作為誘餌受體可以減少IL-33 與ST2L 的結合，抑制IL-33/ST2 信號通路［19-20］。Saresella 等［13］曾報道IL-33在AD 和輕度認知障礙（mild cognitive impairment，MCI）患者血清中較正常人減少，誘餌受體sST2 在血清中升高，同樣AD及MCI患者sST2高水平表達的結果也被再次被驗證［21］，這說明在AD、MCI 患者中IL-33/ST2L 信號通路可被sST2 所調控。除sST2 外，其他因子也被報道通過調控ST2 抑制IL-33/ST2 信號通路。例如，單個免疫球蛋白結構域IL-1r 相關分子在IL-33刺激下與ST2形成復合物，隨后抑制IL-33介導的信號傳導；另一個負調控因子是Fbox 和富亮氨酸重復蛋白19，介導ST2的泛素化和降解［8］。

ST2 主要表達于CNS 的小膠質細胞和星形膠質細胞，但也表達于肥大細胞、第2 組先天淋巴細胞（innate lymphoid cell 2，ILC2）、調 節 性T 細 胞（regulatory T cells，Treg）、輔助性T 細2（T-helper 2，Th2）、少突膠質細胞、巨噬細胞和神經元等［10，22-23］。ST2 在神經細胞中的表達提示其可能在CNS 的功能調節與疾病發生中發揮著關鍵作用。Xiong 等［24］通過免疫組化方法發現，與健康對照組相比，AD 患者在淀粉樣斑塊和神經纖維纏結附近發現IL-33和ST2水平升高。Wang 等［25］發現ST2 在海馬區高度表達，證明IL-33 在AD 認知功能中的重要作用。IL-33 與表達ST2 的細胞上的受體結合，誘導產生細胞因子、趨化因子和潛在的神經毒性物質，如IL-4、IL-5、IL-13、IL-6、IL-10、IL-1β、腫 瘤 壞 死 因 子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、趨 化 因 子 配 體2（ C-C motif chemokine ligand 2，CCL2）、一氧化氮（nitric oxide，NO）和活性氧（reactive oxygen species，ROS），這些介質在發揮神經炎癥和神經保護中發揮關鍵作用，并與AD 癥狀有關［17］。

2 IL-33與阿爾茨海默病

目前，多項遺傳學研究結果證明IL-33 與AD 有關。一項高加索人群的大型前瞻性研究［7］證實，SIL-33基因中的rs1157505、rs11792633和rs7044343多態性與AD 風險的降低相關，這些多態性與大腦中較少的腦淀粉樣血管病變（cerebral amyloid angiopathy，CAA）相關，這與AD病理密切相關。這些snp 進一步在北方漢族人群［26］及湖南漢族人群［27］中進行了研究，均指出IL-33 單核苷酸多態位點rs11792633 多態性與晚發型阿爾茨海默?。╨ateonset AD，LOAD）風險顯著相關，其等位基因T 及單倍體型TC 可減低LOAD 發生風險。但是針對SIL-33基因rs7044343、rs11792633多態性仍有不同結論，于是一項僅限于歐洲或亞洲人群的薈萃分析［28］證實，IL-33 多態性rs11792633 和rs7044343 與LOAD 風險之間的關聯風險顯著降低。

IL-33 與AD 的相關性也在動物模型及患者中得到證實，可作為潛在的治療靶點［3，29-33］。Nishizaki等［29］報道，在水迷宮試驗（morris water maze，MWM；一種評估空間學習和記憶的行為方法）中，與野生型對照小鼠相比，IL-33 缺陷小鼠的獲得潛伏期明顯延長，提示IL-33 在空間學習和記憶中的作用。IL-33 缺陷小鼠的海馬Schaffer 側支/CA1 長期增強（long-term potentiation，LTP，一種測量海馬記憶的模型）被顯著抑制，而LTP的抑制作用可通過添加IL-33來中和；在髓樣分化因子88（MyD88）缺陷的小鼠中，Schaffer 側支/CA1 LTP 被消除；但在ST2 缺陷小鼠中沒有顯著影響。這些發現表明，IL-33 和MyD88 是LTP 表達的關鍵因子。而IL-33 也可以通過不依賴ST2 的方式激活MyD88 延緩疾病的發展，這已被Nishizaki 等［30］繼續的實驗所證實。進一步在AD 小鼠模型AD 患者中進行研究，發現大腦中IL-33 mRNA 和蛋白水平較低，且IL-33 高表達患者認知功能較好［19］，且IL-33 的表達可保存MCI 或AD 患者的認知功能，降低MCI 進展為AD 的風險［3］。與此相同的是，在不同程度的AD 患者中，IL-33 水平與AD 的嚴重程度呈獨立負相關，且隨病情程度加重，IL-33的水平呈降低趨勢［31］。近年來，IL-33 參與AD 的過程成為研究熱點，發現IL-33 是AD 的保護因素，但具體機制尚不十分清楚。

2.1 IL-33與Aβ Aβ 在神經毒性和神經功能中起著重要作用，其異常沉積會導致患者神經功能失調。當淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）的代謝發生異常時，會被β-分泌酶和γ-分泌酶裂解，形成不溶性的Aβ，最終在腦內大量沉積形成神經炎性斑塊。這種斑塊會導致激酶的激活，從而導致tau蛋白過度磷酸化；可以誘導ROS 增多，損害線粒體，激活細胞凋亡途徑，介導細胞凋亡；還促進了小膠質細胞的激活和局部炎癥反應，產生神經毒性等。這些改變又可促進Aβ 生成增多和異常沉積，產生正反饋的級聯放大效應，最終導致神經元減少，遞質異常，引發AD 癥狀。綜合目前的研究，IL-33 是通過增強抗炎型小膠質細胞的吞噬、清除和降解來消除Aβ的積累［19，33-38］。

2.2 IL-33與tau蛋白研究表明IL-33 會抑制tau蛋白過度磷酸化，發揮神經保護作用。tau 蛋白是一種微管狀神經元蛋白，其參與了微管組裝的聚合和穩定，以維持細胞骨架的完整性。這種結合是由多種激酶磷酸化絲氨酸/蘇氨酸殘基來調節，如糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase3β，GSK-3β）、細胞周期蛋白依賴性激酶5（cyclin-dependent kinase 5，CDK5）、Fyn 激酶、ERK2［32］。在野生型小鼠的海馬切片中，發現淀粉樣蛋白Aβ1-40可顯著降低GSK-3β在Ser9 位點的磷酸化，并增強了tau 蛋白在Ser202/Thr205/Ser396 位點的磷酸化［33］。這表明Aβ1-40 誘導GSK-3β 激活，促進AD 患者大腦中tau 蛋白過度磷酸化。當tau 蛋白過度磷酸化時，使其對微管的親和力降低，與微管分離，形成不溶性原纖維即成對螺旋絲，聚集形成神經纖維纏結并沉積在細胞質中，產生神經毒性作用。這一過程還會導致突觸功能障礙，破壞突觸中的線粒體運輸和功能，并促進小膠質細胞對突觸的吞噬作用［40］。

蛋白激酶B（prtein kinase B，PKB 或Akt）通過一個沿著受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）/胰島素受體底物1（insulin receptor substrat-1，IRS-1）/磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphat idylinositol 3 kinase，PI3K）/磷 酸 肌 醇 依 賴 性 蛋 白 激 酶-1（phosphoinositide-dependent protein kinase-1，PDK1）/Akt軸的主要途徑被激活，通過在Ser9位點磷酸化使GSK-3β 失活。一些證據已經指出了IL-33 誘導的PI3K 激活或Akt 激活相關的途徑［18］。與此相同的是，一項小鼠的基礎研究中表明，IL-33以獨立ST2的MyD88/TRAF6/RIP/PI3K/Akt 通 路 激 活Akt 并 抑 制GSK-3β的激活，從而抑制tau蛋白的磷酸化［30］。

2.3 IL-33與神經炎性神經炎性是機體大腦的一種保護性反應，以清除病變，限制其面積，并保護中樞神經系統。然而，不受控制的或長時間的神經炎癥會導致星形膠質細胞、小膠質細胞、T 細胞、肥大細胞等激活釋放炎性因子及毒性物質，會導致神經元損傷或死亡［41］，這與認知障礙有關［42］。Aβ 和tau蛋白是淀粉樣斑塊（amyloid plaques，APs）和神經纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFTs）的主要成分，這是AD 大腦的兩個核心病理特征，而神經炎癥則被認為是AD 大腦除APs 或NFTs 以外的第三個核心病理特征［43］。神經炎癥在AD 的發病機制中起著十分重要的作用，可與Aβ 和tau 蛋白通路相互作用，進一步導致惡性循環［44］。

IL-33 已被證明可以增強體外培養的小鼠小膠質細胞的吞噬能力，通過誘導小膠質細胞轉化為抗炎型而發揮保護作用的。小膠質細胞來源于單核吞噬細胞，是大腦中的特征性免疫細胞，可被激活為促炎表型（M1）和抗炎表型（M2）［45］。小膠質細胞分化為M1 或M2 表型取決于組織中的細胞因子環境。小膠質細胞在1 型細胞因子和微生物產物（如IFN-γ、IL-2 和LPS）的作用下發展為促炎M1 表型，而抗炎M2表型則由2型細胞因子（包括IL-4、IL-21和IL-13）誘導［45-46］。M1小膠質細胞可促進促炎介質和神經毒性物質的釋放，如TNF-α、IL-1β、IFN-γ、IL-18、IL-6、CCL2、ROS和NO，這些物質與吞噬功能受損有關，導致神經損傷和死亡［45-47］。相反，M2 小膠質細胞可以釋放抗炎介質，如IL-13、IL-4 和IL-10，抑制1 型免疫反應，使吞噬功能增強，從而清除大腦中的細胞碎片，發揮治療作用［48］。

在AD 中，IL-33 促進M2 小膠質細胞的抗炎作用以保護認知［19，35-39］。在APP/PS1 小鼠的大腦皮層中，IL-33 可增加Aβ 周圍吞噬小膠質細胞的數量，IL-1β和IL-6等促炎基因被顯著誘導，且IL-33處理的APP/PS1 小鼠皮層中可溶性Aβ 的數量顯著減少［19］，說明外源性IL-33 通過使小膠質細胞轉化M2 表型并顯著抑制了這些促炎基因的表達，從而防止認知能力下降［35-36］。相反，阻斷IL-33/ST2 通路可導致小膠質細胞轉化為M1 表型，從而增加神經炎癥和損傷［37］。例如IL-33 缺乏導致小鼠神經退行性變和異常tau 蛋白沉積，包括過度磷酸化、PHFs和不溶性tau蛋白，并出現社交新奇認知缺陷等AD 癥狀［38-39］。綜上所述，IL-33 通過將小膠質細胞轉化為M2 表型而具有保留認知功能的治療潛力，M2 表型表現出增強的吞噬作用以增加Aβ和tau蛋白的消除。

此外，IL-33 作為細胞核內因子參與了AD 的抗炎機制。IL-33 可作為轉錄因子與NF-κB 的p65 亞單位結合，阻斷p65 與NF-κB 的結合，負向調控NF-κB的活性，從而抑制NF-κB 下游的促炎信號通路［49］。同樣，一項體外研究發現，重組IL-33 在正常對照組的單核細胞中顯著降低NF-kB 核易位，而在AD 和MCI 患者中未見明顯變化［14］。這些結果說明，這可能是IL-33 抗炎的關鍵機制，在正常人存在而參與神經保護，但在AD、MCI患者中消失。

2.4 IL-33與突觸功能突觸功能障礙表現在多種方面，如突觸喪失、突觸功能降低和突觸可塑性受損，這些都是與認知障礙相關的中樞神經系統損傷和慢性炎癥的結果［50-51］。各種形式的突觸損傷不僅是帕金森病和AD 等晚期神經退行性疾病的標志，也是癡呆癥早期進展的一個特征［51］。在神經炎癥過程中會過度表達細胞因子，如TNF-α、IL-1β、IL-18 和IL-6，以及其他分子如ROS、NO和前列腺素E2，會影響神經遞質釋放和受體后信號轉導機制，最終通過α-鈣調素依賴性蛋白激酶Ⅱ、MAPK 和ERK 通路或直接影響突觸記憶過程影響突觸功能［17］。

IL-33 也影響神經元的突觸可塑性［7，52-53］。突觸可塑性，即神經元改變突觸結構和強度的能力，對于記憶的形成和鞏固非常重要，海馬體中持續的突觸重塑對于學習和記憶的編碼和保留至關重要［17］。通過IL-33 的神經元-小膠質細胞通信是遠期精確記憶所必需的，IL-33 促進小膠質細胞功能以優化經驗依賴的神經回路可塑性，表明IL-33 可能在記憶鞏固中發揮作用［54］。IL-33治療顯著逆轉了APP/PS1小鼠的LTP損傷和記憶缺陷，同時也改善了對新環境的習慣化，證實了IL-33 治療逆轉了APP/PS1 小鼠海馬突觸可塑性的降低和認知缺陷［7，19］。

2.5 其他IL-33 可能影響神經元的修復。在老年小鼠中，星形膠質細胞中IL-33 的表達顯著增加了高達74%，這可能對老年神經元的修復至關重要［17，39］。相反，IL-33 缺陷小鼠在中年時由于修復失敗，會出現一種不受控制的神經元老化激增，并最終在老年時出現神經退行性變和遲發性AD 樣癥狀，其具體表現是大腦皮質和海馬體的tau 蛋白沉積和大量神經元丟失，并伴有認知和記憶損傷［39］。這些發現表明IL-33 在衰老和應激神經元的維持和修復中起著關鍵作用。

IL-33 缺乏也可損害淋巴引流，影響水通道蛋白4（aquaporin 4，AQP4）的功能。AQP4 與AD 的Aβ 和tau 蛋白清除和改善神經元功能有密切關系［54］。研究表明，IL-33 是調節星形膠質細胞中AQP4 表達所必需的，尤其是面向神經元的膜結構域，而IL-33 缺陷小鼠在中年后會表現出星形膠質細胞中面向神經元的膜結構域的AQP4 顯著丟失［55］，這與神經元中tau 蛋白異常的快速積累及其的向外周組織的引流減少一致［56］。因此推測IL-33 可能參與AQP4 在AD中的作用。

3 小結與展望

目前研究顯示，IL-33 可能會通過促進小膠質細胞向抗炎表型的轉化和增強小膠質細胞的吞噬活性以清除Aβ 和tau 蛋白，激活MyD88/TRAF6/RIP/PI3K/Akt 通路并抑制GSK-3β 的活性從而抑制tau 蛋白的磷酸化，維持突觸可塑性、AQP4 的功能及修復神經元等途徑來限制神經損傷和減緩AD 進展，這可能是一種可靠的治療策略。但要確定CNS 組織中IL-33在AD 中的信號機制，還需要進一步的深入研究，為研發AD的靶向藥物提供理論依據。