白細胞介素6、白細胞介素15與疾病相關性的研究進展

林宗斌 馮喜英 久太 劉洪千

常見的細胞因子白細胞介素6(interleukin-6, IL-6)、IL-15是免疫調節細胞因子家族的成員[1]，屬于先天性免疫系統的細胞因子，在組織修復、調控B細胞、參與炎癥反應、活化自然殺傷細胞(natural killer cell, NK)中起著重要的作用，是一類參與T細胞反應，具有治療潛力的多功能因子。IL-6、IL-15在T細胞反應誘導及維持治療方面具有巨大潛力，在免疫治療中至關重要[2]，現就其功能及臨床特性進行綜述。

一、 IL-6、IL-15概述

1. IL-6生物活性： IL-6是一種由T細胞和巨噬細胞分泌的白細胞介素，既是一種促炎細胞因子，又是一種抗炎的肌氨酸，是發熱和急性期反應的重要介質，能夠穿過血腦屏障[3]，并在下丘腦內啟動前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)的合成，從而參與人體的溫度調節。其次，在肌肉和脂肪組織中，IL-6可刺激能量變化，導致體溫升高。IL-6可以由巨噬細胞分泌，以響應特定的微生物分子，這種模式稱為病原體相關分子模式(pathogen associated molecular patterns, PAMPs)。這些PAMPs結合了一組重要的先天免疫系統的檢測分子，稱為模式識別受體(pattern-recognition receptors, PRRs)，其中包括了toll樣受體(toll like receptors, TLRs)。這些結合受體存在于細胞表面和細胞的間隔內，誘導細胞內信號級聯，從而產生炎性細胞因子。IL-6作為抗炎細胞因子可通對腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和IL-1產生抑制作用，對IL-1和IL-10產生活化作用[4]。在急性炎癥期蛋白合成時，IL-6可在骨髓中產生中性粒細胞，并促進B細胞的生長，對調節T細胞產生拮抗作用。有研究發現，當心理壓力增大時，人體產生應激激素，如皮質醇，可以觸發IL-6進入血液循環[5]。

2. IL-6信號表達: IL-6信號通過細胞表面類型Ⅰ細胞因子受體復合物(CD126)和信號轉導元件gp130(也稱為CD130)參與組成。CD126是幾種細胞因子的常用信號傳感器，包括白血病抑制因子(leukaemia inhibitory factor, IF)、纖毛神經營養因子(ciliary neurotrophic factor, CNF)、腫瘤抑制素M(OSM)、IL-11和心臟滋養素-1(cardiac trophotrophin-1)，并在大多數組織中都有廣泛的表達。當IL-6與受體相互作用時，它會觸發gp130和IL-6R蛋白形成復合物，從而激活受體。這些復合物聚集了gp130的細胞內區域，通過某些轉錄因子、Janus激酶(Janus kinases, JAKs)和信號轉導及轉錄激活因子(signal transduction and activator of transcription, STATs)啟動信號傳導級聯[6]。

目前，研究IL-6使用gp130(也稱為IL-6信號傳感器(IL6ST)在信號復合體中參與細胞因子形成可能是較為有價值的一項研究。其他通過含有gp130的受體信號的細胞因子是IL-11、IL-27、ciliary神經營養因子(ciliary neurotrophic factor, CNTF)、cardiotrophin-1 (cet -1)、心肌細胞樣細胞因子(Cardiomyocyte like cytokines, CLC)、白血病抑制因子(leukaemia inhibitory factor, LIF)、腫瘤抑制素M、卡波西肉瘤相關的皰疹病毒白細胞介素6樣蛋白(KSHV-IL6)[7]。這些細胞因子通常被稱為IL-6，或gp130利用細胞因子[8]。

IL-6并非萬能，許多神經元細胞對IL-6的刺激無反應，但神經元細胞的分化和存活可以通過硅-6r的作用介導。硅-6r/IL-6復合物可以刺激神經細胞的生長，促進神經元的存活，因此，在神經再生過程中，硅-6r/IL-6可能是較為重要的。除了上述的膜結合受體，一種以可溶形式存在的IL-6R (sIL-6R)已經從人的血清和尿液中得到純化。

3. IL-15的生物活性： IL-15是包括IL-2，IL-4，IL-7，IL-9，IL-15和IL-21的α-螺旋束家族在內的多種細胞因子，主要由髓系細胞和其他細胞類型參與表達。IL-15的生物學活性主要由IL-15Rα復合物介導，由同一細胞產生，并‘反式’呈遞給表達IL-15Rβγc的應答細胞，例如IL-15依賴性淋巴細胞亞群的穩態，就是通過組織環境中非造血細胞的IL-15的反式呈遞來調節。IL-15受體(IL-15R)復合物由3個亞基組成：配體結合IL-15Rα鏈(CD215)、β鏈(CD122；也被IL-2使用)和常見的γ鏈。IL-15通過其受體(IL-15Rα)的α-部分(也稱為IL-15反式表達)完成IL-15Rα反式遞呈的獨特要求，表明IL-15信號傳導的生物效應即使在IL-15的可用水平下也受到嚴密調控。然而，巨噬細胞和樹突細胞衍生的IL-15Rα介導不同CD8(+)T細胞亞群的穩態，也顯示了IL-15Rα組織特異性缺失。這些特征擴大了IL-15的信號傳導，可改善抗腫瘤活性，增強對腫瘤細胞的殺傷率。肝細胞和巨噬細胞中的特異性IL-15Rα表達，對維持NK和自然殺傷T細胞(natural killer t cell, NKT)在肝臟中的穩態具有重要作用[9]。

4. IL-15與基因多態性： IL-15在誘導T、B和NK細胞的分化及增殖過程中，可將含有成人IL-15序列的DNA片段克隆到pPICZaA載體中，產生具有N-末端的α因子信號序列，并結合在c-Myc標簽的融合蛋白-末端。有實驗發現，將轉化得到的IL-15質粒整合到巴斯德畢赤酵母菌株X-33的基因組中，可鑒定出具有高水平重組人IL-15(rhIL-15)所產生的重組酵母轉化體[10]。而IL-15與基因片段轉化形成的2 μgIL-15/sIL-15Rα質粒所產生的多重水動力遞質可產生許多有益效果，包括減輕體重和脂肪量，減輕脂肪肝，改善肥胖中的葡萄糖體內平衡和胰島素敏感性[11]。在體育鍛煉期間，IL-15可從骨骼肌釋放相關的肌動蛋白，并介導運動過程中許多積極的生理效應[12]。與骨胳肌相連的脂肪組織，在核糖核酸酶保護實驗中被用來驗證IL-15受體三個子單元(γc,β和α)在小鼠體內的復雜表達，結果表明IL-15對脂肪組織代謝的影響可能是直接的[13]。

二、IL-6與IL-15之間的關系

IL-6與IL-15在人體內均分布廣泛，在血清和血漿樣品中均可測量，并對人體產生一定的影響。IL-6和IL-15均可在腫瘤微環境中產生并對癌癥發病機制或在抑制疾病進展中起重要作用，在某些疾病的分子表達方面，均呈現負反饋的現象。目前已有研究表明IL-15、IL-6均可與T細胞產生相應的免疫作用，甚至在某種程度上呈現出有利于Th2應答的發展，并在多生物細胞之間的通訊中起重要作用，例如炎癥因子水平升高可損傷血管內皮功能，促進血小板聚集，加重高血凝狀態。他們參與調節復雜的細胞過程，如增殖、分化，在炎癥和免疫反應過程中扮演重要角色。腫瘤細胞中IL-6、IL-15途徑的激活可以在某種程度上對腫瘤細胞產生一定的阻斷效應，并在治療期間提供存活優勢[14]。在IL-15、IL-6受體對分化的脂肪細胞抑制時，可反映其對介導轉運囊泡的刺激，及對胰島素依賴型rab4a進行再分配。這種改變可能與促進炎癥相關的胰島素抵抗機制有關。

三、 IL-6、IL-15與疾病的關系

IL-6及其受體(IL-6R)的多態性與骨密度有關，成骨細胞可分泌IL-6刺激破骨細胞形成。轉移性軟骨肉瘤經人類ELISA試驗，發現JJ012軟骨肉瘤細胞中IL-66的表達比C28軟骨細胞低86倍。許多血管的tunica介質中的平滑肌細胞也會產生IL-6作為促炎細胞因子。IL-6作為抗炎細胞因子的功效是通過對TNF-α和IL-1的抑制作用，以及IL-1和IL-10的活化起作用[15]。然而，IL-4和IL-15基因多態性與妊娠期糖尿病的發展有關，可能導致妊娠引起的胰島素抵抗和糖耐量異常的發展[16]。

在腫瘤研究中，通過功能喪失研究顯示，敲減circRNA_100782下調microRNA-124(miR-124)靶基因IL6R及參與的信號轉導，轉錄激活因子3(STAT3)可抑制細胞增殖。 miR-124的過表達也通過減少IL-6R和STAT3的表達來抑制BxPC3細胞增殖。與單獨的CIK細胞相比，IL-15-IRES-TK轉導的CIK細胞顯示出對腫瘤生長更強的抑制。腫瘤形態觀察和生長指標也顯示IL-15轉染的CIK細胞比未轉染的CIK細胞對腫瘤組織具有更強的細胞毒性。同時，IL-15-IRES-TK轉染可提高CIK細胞對胃癌的作用[17]。

IL-6-174G>C多態性通過反轉錄形成為IL-6，并誘導膠質瘤細胞中IL-6的表達影響非編碼RNA AS-IL-6的抗抑郁治療結果。AS-IL-6的消耗抑制了膠質瘤細胞的侵襲能力，而用重組IL-6處理細胞則逆轉了這種作用。有研究發現，在缺血后腦部炎癥的情況下， IL-15支持外周免疫系統中多種淋巴細胞譜系的存活，并介導星形膠質細胞在神經元存活中發揮關鍵作用，但相關的星形膠質細胞衍生的缺血性腦損傷介質仍有待確定[18]。而IL-6和IL-6R高表達與間充質亞型和IDH-野生型膠質瘤顯著相關，是預測生存質量差的因子之一。通過敲減IL-6R可減少體外細胞增殖、侵襲以及神經球形成，可抑制體內腫瘤發生。而IL-6R過表達或IL-6刺激增強，則促進膠質瘤細胞的侵襲和生長。在TCGA數據庫搜索，顯示IL-6和IL-6R表達與NFAT1的表達相關。在神經膠質瘤細胞中，NFAT1增強IL-6R和IL-6的啟動子活性，并上調IL-6R和IL-6的表達[19]。

四、IL-6、IL-15與肺部疾病的關系

IL-6在肺部疾病中通常有以下幾種途徑起作用： 由T細胞和巨噬細胞分泌，可刺激免疫反應，直接損傷血管內膜，影響血管通透性，造成血管內皮細胞與血細胞的黏附性增強；抑制血栓調節因子系統，促進凝血，引起炎性遞質釋放，特別是組織損傷炎癥期IL-6的反應較為明顯，目前有研究證實，IL-6在小鼠實驗中證明對肺炎鏈球菌的活性具有抵抗作用[20]。

在肺癌臨床試驗中，激活免疫細胞polyI：C和抗IL6組合，通過IL-6/JAK2 / STAT3信號傳導可增強polyI：C介導的抗癌活性。通過TLR3介導的胱天蛋白酶3/8途徑誘導細胞凋亡，可觸發炎性細胞因子的分泌。在肺腺癌中經常發生致癌KRAS突變，由IL-6激活的信號傳導途徑促進Kras驅動的肺腫瘤發生在IL-6家族細胞因子中，表現為IL-6在肺中呈現上調的趨勢。因此，通過IL-6或Stat3的遺傳消融，肺STAT3活性的歸一化抑制了模型中肺癌的程度。相關研究，揭示了可溶性IL-6受體(Sil-6R)(IL-6反式信號轉導的關鍵驅動因子)在肺中的升高，并通過用抗IL-6R抗體或抑制劑sgp130Fc干預阻斷這種機制改善了肺癌發病機制。臨床上，肺腺癌或患者血清中IL-6和sIL-6R的表達顯著增加[21]。

在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary, COPD)的發病機制中，通過抑制前列腺素2(prostaglandin 2)的產生導致血管收縮起重要作用。IL-6的釋放和其反應性轉錄因子STAT3的活化，其通過COPD型的腫瘤增強效應進一步擴增氣道炎癥。這些發現表明K-ras突變型肺癌發生過程中這種炎癥途徑通過COPD增強。有實驗表明，運用小鼠模型可發現腫瘤細胞內在的STAT3活化，腫瘤細胞增殖。通過改變腫瘤和抗腫瘤免疫細胞的相對比例，將肺微環境重新導向抗腫瘤表型，IL-6在此過程中發揮了阻斷作用[22]。

與IL-6有所不同的是，在動物模型中，通過將rIL-15遞送至肺可下調控促炎細胞因子的表達，并改善過敏原誘導的AHR，從而緩解氣道阻力。這些觀察結果在多西環素誘導的CC10-IL-15轉基因小鼠中進一步得到了驗證。將多西環素暴露的曲霉菌種提取物作用于CC10-IL-15轉基因小鼠，表現出促炎細胞因子(IL-4，IL-5和IL-13)水平降低及杯狀細胞增生減少。與非暴露于強力霉素的CC10-IL-15轉基因小鼠相比，暴露于強力霉素小鼠氣道阻塞(包括AHR和氣道阻力)程度減弱。IL-15在氣道阻塞的保護與誘發過程中，產生IFN-γ和IL-10，其調節性與CD4 CD25 Foxp3-T細胞相關。此外，人類IL-15激動劑(ALT-803)在實驗性哮喘模型中可改善氣道阻力和順應性[23]。

受IL-15與基因的相互作用，在慢性空洞性肺曲霉病中，由單核細胞衍生的巨噬細胞在用煙曲霉刺激時，患者的巨噬細胞表現出無限制的升高趨勢，且發現與IL-15相作用的單核苷酸多態性(SNP)與 IL-1B，IL-1R均發生作用，從而影響IL-15基因在疾病中的易感性[24]。

五、臨床治療的進展

免疫療法已被證明是一種有前途的治療方式，可通過協助免疫系統克服腫瘤免疫抑制性環境來達到改善膠質母細胞瘤患者的臨床效果。有研究顯示，激活免疫系統中幾種效應組分的白介素因子，可作為膠質細胞瘤免疫治療的候選手段[25]。

在免疫治療中，過繼性細胞轉移(adoptive cell metastasis, ACT)是治療癌癥比較有前景的方法。生物活性IL-15in活體構成IL-15鏈與IL-15受體α鏈(IL-15Rα)的穩定復合物，稱為異二聚體IL-15(hetIL-15)。有研究發現，hetIL-15管理并改善淋巴再生主機的過繼性細胞轉移的結果[26]。但治療中，隨著機體的宿主淋巴細胞減少，可能對人體造成有害影響。

盡管有臨床潛力和近期的進展，但持續性的實體腫瘤的免疫治療并不常見。由于IL-6、IL-15具有擴展NK細胞、NKT細胞和CD8(+) T細胞數量的作用，并參與細胞毒理過程，因此在評估癌癥免疫治療方面仍具有巨大潛力。盡管CD8(+) T細胞大量浸潤，發生免疫反應，但在短期治療原位PyMT小鼠乳腺腫瘤中，一種具有半衰期及活動性IL15α-Fc可溶性IL-15受體結合(IL-15cx)物對其是無效的。進一步研究發現，對浸潤腫瘤的CD8(+) T細胞表達的衰竭、組織記憶和腫瘤特異性分子進行誘導，可能使特定亞群的分子靶點能夠產生細胞因子抵抗，進而可提高IL-2/15輔助細胞因子治療的療效[27]。

六、展望

縱觀疾病發展的歷史，IL-15從20余年前發現至今以來研究逐漸深入并展現出在腫瘤治療中的卓越前景，目前對其研究已涵蓋了篩查、預防、檢測、治療、預后等方面，并已經在基礎研究逐步向臨床研究轉化。IL-6、IL-15是治療慢性炎性疾病的主要新靶點之一。單克隆抗體療法與專門定制針對IL- 6的靶點治療法，由于沒有考慮體內復雜的相互作用，這可能影響IL-6細胞支持作用以及抗炎的再生性能。接受抗IL-6r mAb tocilizumab治療的患者體重增加，甘油三酯和膽固醇水平升高，這表明當細胞因子在很長一段時間內被阻斷，需要謹慎。

此外，對單個細胞因子的阻滯在炎癥部位是可取的，但在非靶點處可能具有破壞性。因此，未來的治療策略應該考慮到細胞因子在復雜人體網絡中的作用，應該在局部而不是系統地抑制。重組人IL-15治療已經進入了一個新的時代，然而其危險性和毒性仍然不容忽視，如何發揮IL-6、IL-15的參與功能，保證其安全性和在臨床上推廣仍是任重道遠的事情。