IL-33與缺血性腦血管病的研究進展

門玉嬌 劉晶瑤

(1滄州市中心醫院神經內科,河北 滄州 061000;2吉林大學第一醫院樂群院區神經內科)

白細胞介素(IL)-33又稱為IL-1F11,是最新發現的IL-1家族的第11位成員〔1,2〕,Schmitz等〔3〕通過計算分析發現,其與IL-1家族成員具有極高的相似性,均具有典型的β-三葉草結構。IL-33是一把雙刃劍,扮演著“雙重因子”的角色,在不同的疾病和模型中或作為常規細胞因子或作為核轉錄因子,發揮致炎或抗炎的作用。IL-33可以與靶細胞上的膜受體結合,介導下游信號通路,或者轉運到靶細胞的細胞核作為DNA結合因子發揮作用。IL-33與其受體復合物結合后,激活的信號傳遞到細胞中,并通過一系列下游信號分子如IL-1相關蛋白激酶、骨髓分化因子88和腫瘤壞死因子(TNF)受體相關因子6激活核因子(NF)-κB和促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)〔4,5〕。T細胞及其亞群在炎癥介導的腦損傷中起著關鍵作用,Th1細胞促進炎癥和隨后的繼發性腦損傷,Th2細胞促進抗炎反應,減少繼發性腦損傷。因此,Th1/Th2平衡可能是治療疾病的線索,IL-33在Th1/Th2平衡中發揮重要作用〔6〕。本文就IL-33在缺血性腦卒中、動脈粥樣硬化(AS)中作用的研究進展進行綜述。

1 IL-33與AS

1.1IL-33在AS動物模型中的研究 AS是一種以動脈纖維化斑塊形成為特征的慢性炎癥性疾病,泡沫細胞的形成是AS發生發展過程中的關鍵環節〔7〕。有研究結果發現〔8〕,在高脂飲食喂養的載脂蛋白E基因敲除(ApoE-/-)小鼠中,IL-33治療顯著減少了AS斑塊中巨噬細胞來源的泡沫細胞的積累。IL-33還通過減少乙酰化和氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)攝取,降低細胞內總膽固醇和酯化膽固醇含量,增強膽固醇外排,減少體外巨噬細胞泡沫細胞的形成。該研究還發現,這些變化與IL-33介導的參與修飾低密度脂蛋白攝取的基因表達減少有關,如CD36〔9〕,同時與參與膽固醇外排的基因增加有關〔10〕,包括載脂蛋白E,這一發現在基因水平闡釋了其作用機制。IL-33還降低了涉及膽固醇酯化和三酰甘油儲存的關鍵基因表達,包括酰基輔酶a:膽固醇酰基轉移酶1和脂肪細胞分化相關蛋白。提示IL-33通過減少巨噬細胞泡沫細胞的形成在AS中發揮保護作用,IL-33可能是一種潛在的AS治療藥物。

IL-33通過ST2發出信號,可以減少高脂飲食的ApoE-/-小鼠中AS的發展〔11〕。IL-33和ST2存在于小鼠和人類的正常和AS血管系統中。實驗〔11〕發現對照組磷酸鹽緩沖液(PBS)治療的小鼠在主動脈竇內出現了嚴重的AS斑塊,而IL-33治療的動物的病變發展顯著減少。IL-33顯著增加了IL-4、IL-5和IL-13的水平,降低了血清γ-干擾素(IFN-γ)的水平提高血清總免疫球蛋白(Ig)A、IgE和IgG1水平,降低IgG2a水平,這與Th1/Th2平衡一致。IL-33處理的小鼠產生顯著升高的抗ox-LDL抗體。與對照組IgG處理的小鼠相比,用可溶性ST2(sST2)治療的小鼠,在ApoE-/-小鼠的主動脈竇內出現明顯更大的AS斑塊。此外,抗IL-5單抗與IL-33聯合使用可防止斑塊縮小,并減少由IL-33誘導的ox-LDL抗體的數量。說明IL-33可能通過誘導IL-5和ox-LDL抗體在AS的發生發展中發揮保護作用〔12〕。

1.2IL-33在晚期AS(aAS)的研究 在aAS患者的研究中得出了不同的結論〔13〕。aAS組與健康對照組相比,嗜中性粒細胞ST2受體表達增加,aAS組血清 IL-33濃度升高。IL-33通過特異性上調aAS組中CD16的表達加劇中性粒細胞胞外陷阱(NET)的形成。與對照相比,IL-33引發了NET,促進巨噬細胞壞死和aAS中AS因子和基質金屬蛋白酶的釋放〔14,15〕。這些發現提示了aAS患者中IL-33/ST2途徑的致病作用,通過加劇NET形成和巨噬細胞壞死,從而促進炎癥因子的釋放和可能對aAS中AS斑塊的不穩定與破裂至關重要的基質金屬蛋白酶的釋放。靶向 IL-33/ST2-NET軸可能是預防aAS斑塊不穩定與破裂及其不良并發癥的新的治療靶點。

1.3IL-33、sST2在急性心肌梗死(AMI)中的研究 AS同為腦卒中和AMI的發病機制之一,有研究在AMI中得到了不完全相同的結果,認為IL-33在人類和小鼠組織中可能具有不同的功能。研究〔16〕納入了AMI的患者(AMI組,50例)和穩定型冠心病患者(CAD組,50例),收集研究對象冠狀動脈血標本,用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)檢測IL-33水平。動物實驗模型中,收集ApoE-/-小鼠的下腔靜脈血液,檢測凝血酶-抗凝血酶復合物(TAT)、三酰甘油、總膽固醇(CHOL)濃度,結果提示,AMI患者冠脈血IL-33通過IL-33/ST2依賴性途徑促進AS的進展,并誘導血栓形成。IL-33可降低AS的ApoE-/-小鼠的血脂來抑制AS的進展〔17〕。研究發現,sST2對于高級別頸動脈狹窄患者的長期不良心血管預后是一個很好的預測指標〔18〕。另一項研究發現,在急性冠脈綜合征患者中血漿sST2水平與AS斑塊穩定性和復雜性相關〔19〕。

2 IL-33在腦卒中的作用

2.1IL-33在急性缺血性腦卒中(AIS)人體中的研究 腦卒中有高發病率、高致殘率的特點,在中老年人群中好發,且有發病日益年輕化的趨勢。有研究〔20〕納入了206例首次AIS患者,且發病后72 h入院。并根據美國國立衛生研究院腦卒中量表(NIHSS)評分評估AIS患者入院時的嚴重程度。使用Barthel指數(BI)確定3個月時的功能結果。研究提示,較低的血清IL-33水平與AIS患者的大梗死體積和較重的腦卒中嚴重程度相關,且IL-33可以作為一種新的獨立預測AIS預后的血清標志物。研究〔21〕發現,與健康對照組相比,AIS患者的血清IL-33水平顯著升高,且血清IL-33水平隨著梗死體積的增加而升高,提示IL-33可能參與了AIS的發病機制及進展。

2.2IL-33在AIS動物模型中的研究 AIS患者外周血中Th17細胞比例與梗死面積呈正相關,提示Th17與腦卒中預后惡化相關〔22〕。動物研究也發現〔23〕,隨著腦缺血進展γδT細胞誘導的Th17細胞及IL-6和轉化生長因子(TGF)-β增加可能會隱藏大量的IL-17,加重延遲期炎癥。因此,神經保護策略既可以增強腦卒中后Th2反應,也可以預防Th1和Th17反應。基于以上理論,Luo等〔6〕通過研究大腦中動脈閉塞(MCAO)腦卒中小鼠模型,發現從短暫腦缺血/再灌注后6 h開始,直到第3天,MCAO程序導致Th1和Th17的免疫反應增強。同時,IL-33的蛋白和mRNA表達水平在MCAO后6 h和72 h顯著下降,在MCAO后24 h沒有下降。此外,IL-33重組小鼠在24 h和72 h缺血性腦損傷和神經功能缺損顯著減輕,而在MCAO后6 h沒有減輕。有理由推斷IL-33處理的MCAO小鼠中樞神經系統炎癥的減少可能至少部分原因是Th細胞從Th1反應(致炎)向Th2反應(抗炎)的誘導免疫轉移,并抑制了Th17免疫反應。該研究認為IL-33在MCAO后發揮保護作用,可能成為AIS治療的新靶點。

2.3配體ST2在動物模型中的研究 ST2作為IL-33的特異性配體,在信息通路中發揮著關鍵的作用。研究〔8〕利用來自ST2-/-小鼠的骨髓源性巨噬細胞,發現IL-33受體ST2在IL-33對巨噬細胞泡沫細胞形成的作用是不可或缺的。另有研究〔24〕發現,MCAO 60 min后,少突膠質細胞和星形膠質細胞中IL-33的表達迅速增加。ST2受體缺乏加重了短暫性MCAO術后3 d的腦卒中及遠端永久性MCAO。ST2缺乏也會加重短暫性MCAO術后7 d后的神經功能障礙。相反的,短暫性MCAO后向腦室內注入IL-33減輕了腦梗死形成。流式細胞術分析顯示,小膠質細胞中ST2的表達水平較高,而在短暫性MCAO后,該表達顯著增強。短暫性MCAO后ST2的缺乏導致了小膠質細胞/巨噬細胞的M1極化標記物表達的增強,減弱了M2極化標記物的表達。體外研究證實〔25〕,IL-33/ST2信號通路增強了IL-10和原代小膠質細胞中M2基因的表達。小膠質細胞上ST2的激活導致了一種保護性表型,提高了神經元對低氧低糖條件下的耐受能力。IL-33激活的小膠質細胞釋放IL-10,同樣的在短暫性MCAO術后將IL-33注入IL-10基因敲除的小鼠腦室內,結果顯示未能提供神經保護作用,提示IL-10在IL-33/ST2通路中發揮重要作用。

2.4IL-33在動物外周免疫中的作用 外周免疫系統在AIS后發揮作用,因此依據針對動物脾臟的研究〔26〕,推斷IL-33在AIS中的長期保護機制可能與其通過抑制Th1反應(降低脾臟IFN-γ的產生)和促進Treg反應(增加IL-4、IL-10和TGF-β的分泌)對脾臟T細胞免疫應答的調節作用部分有關,提示IL-33可能通過調節腦卒中后外周免疫系統,作為治療人類腦卒中的候選治療方法。

2.5藥物等對IL-33/ST2通路的影響 藥物等許多干預因素會影響IL-33/ST2信號通路。有研究者通過動物實驗發現電針聯合誘導多能干細胞來源的小細胞外囊泡通過調節 IL-33/ST2信號通路,抑制小膠質細胞和星形膠質細胞的活化而發揮神經保護作用〔27〕。另有研究表明,來自人類骨髓間充質干細胞通過 IL-33/ST2信號通路抑制星形膠質細胞氧和葡萄糖剝奪誘導的神經元死亡,提示其可能通過調節 IL-33/ST2信號通路來減輕缺血性腦損傷〔28〕。在中醫藥方面,如雷公藤紅素,通過促進IL-33/ST2軸介導的小膠質細胞/巨噬細胞M2極化來改善缺血性腦卒中〔29〕。另外,全身給予Th2細胞促進細胞因子IL-33和IL-4可以減少腦缺血再灌注后的急性腦損傷〔30〕。星形膠質細胞脂肪生成增加梗死周圍區域的IL-33產生,促進腦缺血損傷亞急性期的血腦屏障修復,并改善預后〔31〕。

2.6IL-33與肥胖的關系 目前眾多的研究〔32,33〕表明,肥胖能夠增加患腦卒中的風險。Wood等〔34〕研究發現IL-33基因和受體在白色脂肪組織和人脂肪細胞中的表達。然而近些年來的實驗研究發現有不同的結果。Zeyda等〔35〕的研究顯示,與正常人相比,重度肥胖者(體質量指數>40 kg/m2)的大網膜和皮下脂肪組織中IL-33和ST2的表達均增加,IL-33的表達增加約為3倍,但肥胖癥血清中IL-33濃度在兩組間沒有發現不同。相反,Hasan等〔36〕的研究則顯示,肥胖個體血清中IL-33水平明顯低于正常體質量個體,IL-33濃度與體質量指數和體質量呈負相關。IL-33對肥胖和AS具有保護作用,并且降低IL-33水平可能會增加某些人發生AS和胰島素抵抗的風險。此外,肥胖患者血清sST2水平升高,它通過競爭結合IL-33而阻止ST2L與IL-33的結合,導致保護性通路活性降低。因此,脂肪組織通過IL-33/ST2參與肥胖相關炎癥的發生〔37〕。

綜上,IL-33在促進2型免疫反應方面的有益作用在大量研究中得到證實。但是IL-33在不同的疾病中所起的作用和機制是不同的,目前為止,治療哮喘和特異性皮炎的IL-33抗體已經試用于人類患者,但尚處在藥物臨床試驗階段〔38～40〕。IL-33是否可以安全地系統和長期地使用,能否允許對人類進行療效研究尚需進一步研究證實。另外,它在治療疾病的同時是否會使患者更易患上2型免疫介導的疾病〔41〕,又如IL-33在動物實驗模型中的作用機制是否和人體中完全一致,未來仍需要大量的研究來明確。IL-33/ST2信號傳導通路為神經系統疾病的治療提供了新的靶點,未來仍需進行更多實驗。