IL-33在呼吸道過敏性疾病中的作用研究進展

伏曉 朱瑾 陳漫漫 滕堯樹 余波

呼吸道過敏性疾病由人體吸入過敏原后啟動輔助性T淋巴細(xì)胞（Th）2型免疫反應(yīng)所引起。IL-33是IL-1家族成員之一，生長刺激表達(dá)基因2（ST2）蛋白是IL-33的受體。通常情況下，IL-33主要由機體正常組織細(xì)胞表達(dá)，如上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，但在過敏性炎癥反應(yīng)條件下，其可在免疫細(xì)胞，如肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞（DCs）中被誘導(dǎo)表達(dá)，通過與ST2結(jié)合，IL-33能激活靶細(xì)胞（如Th2細(xì)胞）產(chǎn)生和分泌促進或調(diào)節(jié)局部和全身免疫的多種炎性細(xì)胞因子。IL-33是一種多功能細(xì)胞因子，在多種生物反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，如免疫應(yīng)答的發(fā)展和調(diào)節(jié)、組織穩(wěn)態(tài)的維持、修復(fù)和重塑。動物研究發(fā)現(xiàn)，IL-33/ST2信號通路在過敏原誘導(dǎo)的呼吸道炎癥中起關(guān)鍵作用[1]。因此，深入探究IL-33及其信號通路對于揭示呼吸道過敏性疾病發(fā)病機制、啟發(fā)靶向治療思路具有重要的理論價值和臨床指導(dǎo)意義。本文就IL-33的分子特征、生物學(xué)活性及其在呼吸道過敏性疾病中的表達(dá)和調(diào)控作用綜述如下。

1 IL-33的分子特征

人IL-33基因位于染色體9p24.1上，含有8個外顯子，外顯子1是非編碼的，外顯子2～8編碼IL-33蛋白[2-4]。人IL-33蛋白全長270個氨基酸，分為3個功能域：核結(jié)構(gòu)域、中央結(jié)構(gòu)域和IL-1樣細(xì)胞因子結(jié)構(gòu)域[5]。核結(jié)構(gòu)域（氨基酸1～65）由外顯子2～3編碼并含有染色質(zhì)結(jié)合基序（氨基酸40～58），在正常情況下，染色質(zhì)結(jié)合基序?qū)L-33蛋白定位于細(xì)胞核，并通過與組蛋白H2A-H2B二聚體相互作用將IL-33定位于染色質(zhì)[6]。IL-33的中央結(jié)構(gòu)域（氨基酸66～111）由外顯子4編碼，并含有對嗜中性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞衍生的蛋白酶敏感的蛋白酶切割位點[1]。IL-33的IL-1樣細(xì)胞因子結(jié)構(gòu)域（氨基酸112～270）由外顯子5～8編碼，與靶細(xì)胞上的ST2結(jié)合并介導(dǎo)細(xì)胞因子活化[2]。

2 IL-33的表達(dá)和生物學(xué)活性

IL-33被認(rèn)為是一種“警報蛋白”，可以在細(xì)胞損傷或組織損傷時迅速儲存和釋放，支氣管上皮細(xì)胞和高內(nèi)皮小靜脈的內(nèi)皮細(xì)胞是人體IL-33的主要來源[7-8]。在過敏性哮喘、變應(yīng)性鼻炎和慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的鼻或肺上皮中已經(jīng)觀察到IL-33的表達(dá)上調(diào)。此外，骨髓源性細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、DCs、B細(xì)胞和肥大細(xì)胞在炎癥狀態(tài)時IL-33的表達(dá)增加[1]。且研究發(fā)現(xiàn)，由組織細(xì)胞產(chǎn)生的IL-33在過敏原驅(qū)動的呼吸道炎癥中有著至關(guān)重要的作用[9]。

IL-33能調(diào)節(jié)Th2細(xì)胞的分化和功能。Komai-Koma等[10]發(fā)現(xiàn)IL-33是Th2細(xì)胞的趨化劑。在體外，重組IL-33可增加Th2細(xì)胞比例，且以濃度依賴的方式誘導(dǎo)Th2細(xì)胞形態(tài)學(xué)上的改變，并誘導(dǎo)其遷徙進入膠原基質(zhì)。在體內(nèi)，重組IL-33則吸引ST2＋Th2細(xì)胞轉(zhuǎn)移到IL-33注射部位。因此，IL-33可通過主動募集Th2細(xì)胞到炎癥位點，在維持慢性炎癥中起關(guān)鍵作用。另一方面IL-33的受體ST2選擇性的在Th2細(xì)胞上表達(dá)，ST2與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，在過敏性哮喘患者中可溶性ST2表達(dá)水平升高。IL-33通過其受體激活NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶，誘導(dǎo)IL-4、IL-5和IL-13等Th2細(xì)胞因子的表達(dá)，加重黏膜組織的病理性損傷[2]。在小鼠過敏性哮喘模型中，可溶性ST2預(yù)處理IL-33刺激的脾細(xì)胞能降低IL-4、IL-5和IL-13的產(chǎn)生[11]，這表明，可溶性ST2可抑制過敏性呼吸道炎癥中IL-33誘導(dǎo)的Th2細(xì)胞因子的產(chǎn)生。在呼吸道過敏性疾病中，可溶性ST2在IL-33誘導(dǎo)Th2細(xì)胞因子的信號中作為一種負(fù)向調(diào)節(jié)劑起作用。

IL-33能調(diào)節(jié)肥大細(xì)胞的發(fā)育和功能。在體外，IL-33促進人CD34+肥大細(xì)胞前體的成熟和誘導(dǎo)肥大細(xì)胞產(chǎn)生前炎性細(xì)胞因子和趨化因子[12]。IL-33能誘導(dǎo)小鼠骨髓衍生培養(yǎng)的肥大細(xì)胞以非IgE方式[髓樣分化因子88（My D88）依賴方式]產(chǎn)生 IL-13 和 IL-6，但 IL-33 不誘導(dǎo)和增強這些肥大細(xì)胞脫顆粒。在無免疫球蛋白E（IgE）的條件下，高濃度的IL-33能延長肥大細(xì)胞的生存[13]。IL-33以劑量和時間依賴的方式刺激小鼠肥大細(xì)胞株p815細(xì)胞分泌IL-6，增加IL-6和IL-1β mRNA的表達(dá)，IL-33亦誘導(dǎo)肥大細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β、TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1和前列腺素D2（PGD2）[14]。IL-33能促進人臍帶血來源的肥大細(xì)胞的生存及其黏附到纖連蛋白的能力，并誘導(dǎo)肥大細(xì)胞產(chǎn)生IL-8、IL-13[15]。由此可見，IL-33在肥大細(xì)胞介導(dǎo)的過敏性炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

3 IL-33在呼吸道過敏性疾病中的作用

3.1 IL-33在過敏性哮喘中的作用

3.1.1 IL-33基因型與過敏性哮喘 過敏性哮喘的臨床表現(xiàn)取決于遺傳易感性與環(huán)境因素之間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，IL-33、ST2基因的遺傳變異與過敏性哮喘的發(fā)生有關(guān)[16]。8個IL-33的單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點與過敏性哮喘表型有關(guān)[17]，這些IL-33的SNP位點中有幾個彼此靠得很近，并且比群體中等位基因頻率所預(yù)測的機率更頻繁地被觀察到，這表明IL-33 SNP與過敏性哮喘的發(fā)病密切相關(guān)。

3.1.2 IL-33表達(dá)水平與過敏性哮喘相關(guān)的證據(jù) 過敏性哮喘患者痰和支氣管活組織標(biāo)本的氣道上皮細(xì)胞中，IL-33 mRNA水平均明顯上升。另外，過敏性哮喘患者的血清、痰、支氣管肺泡灌洗（BAL）液、氣道上皮細(xì)胞和黏膜下炎性細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)IL-33蛋白水平升高[1]，表明IL-33表達(dá)水平可能與過敏性哮喘嚴(yán)重程度有關(guān)。

自從在小鼠中發(fā)現(xiàn)Ⅱ型固有淋巴細(xì)胞（ILC2s）以來，人們已經(jīng)在人的外周血和黏膜組織中鑒定出ILC2s[18]。與健康對照組或變應(yīng)性鼻炎組相比較，過敏性哮喘患者外周血和BAL液中IL-33應(yīng)答性ILC2s的數(shù)量增多[1]。此外，與對照組相比，來自過敏性哮喘患者的ILC2s似乎對IL-33更敏感。血液中ILC2s的數(shù)量與組織嗜酸性粒細(xì)胞增多和臨床不穩(wěn)定性哮喘的嚴(yán)重程度相關(guān)。這說明IL-33和ILC2s與過敏性哮喘的發(fā)病有關(guān)。

郭治等[11]在研究血吸蟲卵誘導(dǎo)肺肉芽腫模型和卵白蛋白致敏哮喘小鼠模型中發(fā)現(xiàn)Th2細(xì)胞的生成和活化需要IL-33的參與。在這些模型中，IL-33可促進Th2細(xì)胞的活化，并產(chǎn)生IL-5及少量的IL-4，但不產(chǎn)生IFN-γ。且IL-33通過激活NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路使Th2細(xì)胞極化。

肥大細(xì)胞通過釋放多種細(xì)胞因子在過敏性哮喘中發(fā)揮核心作用。肥大細(xì)胞表達(dá)ST2和IL-1R協(xié)同蛋白（IL-1RAcP）。IL-33與ST2結(jié)合后激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致諸多的細(xì)胞因子、趨化因子、脂質(zhì)調(diào)解劑的表達(dá)，其中包括 IL-8、IL-5、IL-13、IL-6、IL-1β、TNF、重組人粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）、細(xì)胞因子CC配體2（CCL2）和PGD2[19]。IL-33能夠刺激肥大細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子的產(chǎn)生，這可能取決于ST2/IL-1RAcP異源二聚體與干細(xì)胞因子受體（c-Kit）的結(jié)合，這一結(jié)合過程通過多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進細(xì)胞因子的表達(dá)[20]。IL-33和抗胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（TSLP）在促進肥大細(xì)胞活化中具有協(xié)同作用。就其本身而言，IL-33促進CD34+肥大細(xì)胞前體成熟，通過測定胰蛋白酶發(fā)現(xiàn)TSLP可以加速CD34+肥大細(xì)胞前體成熟。CD34+肥大細(xì)胞前體同時存在IL-33和TSLP兩種受體表達(dá)，而且這兩種受體的表達(dá)在抗原刺激后的過敏性哮喘患者中明顯上調(diào)[21]。IL-33可以促進組織中的肥大細(xì)胞通過纖維連接蛋白黏附到基質(zhì)中，促進肥大細(xì)胞在組織的募集。這表明，IL-33可能通過肥大細(xì)胞參與過敏性炎癥反應(yīng)。通過構(gòu)建皮膚及全身過敏反應(yīng)的小鼠模型，郭治等[11]發(fā)現(xiàn)IL-33在T細(xì)胞獨立性過敏反應(yīng)和IgE致敏肥大細(xì)胞依賴性過敏反應(yīng)中，均發(fā)揮了重要的作用；與非致敏的肥大細(xì)胞相比，IgE致敏的肥大細(xì)胞ST2呈高水平表達(dá)，這是過敏性炎癥反應(yīng)至關(guān)重要的一步。

總之，以上研究結(jié)果表明，IL-33可能參與人類過敏性哮喘的病理生理過程，基于IL-33為靶點的藥物或?qū)⑹沁^敏性哮喘治療的理想選擇。

3.2 IL-33在變應(yīng)性鼻炎中的作用 鼻腔上皮細(xì)胞是第一個接觸吸入抗原的部位，在變應(yīng)性鼻炎的先天性免疫中發(fā)揮重要作用。上皮細(xì)胞來源的細(xì)胞因子TSLP、IL-25和IL-33在鼻黏膜組織中調(diào)節(jié)Th2細(xì)胞因子介導(dǎo)的炎癥相關(guān)免疫應(yīng)答[1]。Sakashita等[22]研究發(fā)現(xiàn)日本柳杉花粉過敏癥患者的血清IL-33水平明顯高于健康對照組。Kamekura等[23]研究中發(fā)現(xiàn)變應(yīng)性鼻炎患者的鼻上皮中ST2 mRNA、ST2蛋白和IL-33 mRNA表達(dá)水平持續(xù)升高，并且血清/血漿中的IL-33水平持續(xù)升高。Wang等[24]研究發(fā)現(xiàn)變應(yīng)性鼻炎患者血清和BAL液中IL-33蛋白水平明顯高于正常對照組。這些研究表明IL-33蛋白表達(dá)與變應(yīng)性鼻炎的嚴(yán)重程度相關(guān)。

此外，IL-33可促進人肥大細(xì)胞的成熟和存活并誘導(dǎo)其分泌細(xì)胞因子IL-5和IL-13，這些細(xì)胞因子能促進嗜酸性粒細(xì)胞的活性和效應(yīng)功能[12，15]，而延遲的嗜酸性粒細(xì)胞凋亡是變應(yīng)性炎癥反應(yīng)中嗜酸性粒細(xì)胞增多的中心機制。IL-33、IL-1β和IL-18能明顯提高嗜酸性粒細(xì)胞的存活率，刺激活化的嗜酸性粒細(xì)胞釋放趨化因子CCL2，促進變應(yīng)性炎癥部位嗜酸性粒細(xì)胞的浸潤[22]。此外，CCL2又可通過誘導(dǎo)單核細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞活化和嗜堿性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞的脫顆粒來加速炎性細(xì)胞浸潤，從而促進過敏性炎癥反應(yīng)[24-26]。

體外研究顯示，IL-33可促進Th2/17細(xì)胞因子的表達(dá)[27]。IL-1β和IL-6均可促進Th17淋巴細(xì)胞的分化，其產(chǎn)生的IL-17A和IL-17F可促進白細(xì)胞募集和過敏性炎癥反應(yīng)[28]。脂多糖可激活DCs和巨噬細(xì)胞釋放IL-33，由IL-33誘導(dǎo)增強IL-6、IL-1β和IL-18的表達(dá)，進而增強微生物感染過程中的炎癥反應(yīng)，進一步加重過敏性炎癥反應(yīng)。IL-1β和IL-18，IL-1β和IL-33以及IL-18和IL-33聯(lián)合作用介導(dǎo)的IL-6產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)可以通過旁分泌回路機制放大Th17極化，從而引發(fā)更深入的過敏性炎癥效應(yīng)[22]。Cho等[25]研究發(fā)現(xiàn)IL-33可以加劇Th17細(xì)胞介導(dǎo)的氣道炎癥反應(yīng)。

雖然變應(yīng)性鼻炎患者的外周血ILC2數(shù)量在穩(wěn)定條件下（變態(tài)反應(yīng)季節(jié)外）與對照組沒有差異，但當(dāng)變應(yīng)性鼻炎患者暴露于過敏原時血液ILC2s的數(shù)量增多[29]。在草花粉季節(jié)，季節(jié)性變應(yīng)性鼻炎患者的血液ILC2數(shù)量也明顯增多[30]。

上述發(fā)現(xiàn)表明IL-33與變應(yīng)性鼻炎的發(fā)病有關(guān)。然而，IL-33 SNP與變應(yīng)性鼻炎的關(guān)系報道少見，研究兩者之間的相互關(guān)系或可為揭示變應(yīng)性鼻炎的發(fā)病機制提供新的線索。

4 小結(jié)和展望

綜上所述，IL-33在黏膜的固有免疫和適應(yīng)性免疫以及氣道的穩(wěn)態(tài)和修復(fù)中起重要作用。IL-33是具有多種效應(yīng)的促炎性因子，通過信號通路介導(dǎo)的生物學(xué)活性參與了以Th2細(xì)胞為主的過敏性炎癥反應(yīng)過程，調(diào)節(jié)Th2細(xì)胞因子的生成，同時參與肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞的活化，進而引發(fā)炎癥反應(yīng)中組織的病理性改變。因此，阻斷IL-33活性的生物制劑在呼吸道過敏性疾病治療中具有潛在應(yīng)用價值。目前研究表明，IL-33 SNP與過敏性哮喘有密切關(guān)系，這為呼吸道過敏性疾病發(fā)病機制的研究提供新的方向。