白介素18的研究進展

梁寧，王業富

（武漢大學生命科學學院病毒學國家重點實驗室，湖北武漢 430000）

白介素-18（IL-18）是近年來新發現的一類細胞因子，是由日本科學家Okamura于1995年首次在中毒性肝損傷小鼠肝臟提取物中純化出來的一類物質，具有誘導生成γ干擾素的功能，因而其最開始被命名為促γ干擾素誘導因子。白介素-18不僅在巨噬細胞中有表達，在單核細胞、小腸表皮細胞等等細胞中都可以實現表達。人IL-18由194個氨基酸構成，其分子量約有20 kDa。進一步研究發現，該細胞因子不僅可以誘導γ干擾素產生，同時也與其他細胞因子協作，發生各類免疫反應，從而達到對機體的保護作用。因此，IL-18在對抗炎性疾病尤其糖尿病、腫瘤上有很大的研究價值。

1 IL-18與腫瘤

IL-18可以結合多種物質，通過多種途徑發揮抗癌作用，是現在研究的熱點所在。IL-18的抗癌效果是通過自然殺傷細胞（NK）和CD4+所完成的。有研究表明，IL-18有明確的腫瘤抑制作用，在小鼠移植腫瘤細胞的前7天和后7天每天投喂1 μg白介素-18，連續7 d，可觀察到腫瘤的生長速率明顯被抑制，且小鼠癌癥的發病率由對照組的60%下降到20%；接種前7天至接種后14天給予IL-18治療，可進一步觀察到小鼠癌細胞增殖被完全抑制；將上述試驗中未發病的小鼠再次移植癌細胞，發現15只小鼠里面有13只會抑制腫瘤生成，防癌率達87%，由此可見白介素-18可抑制癌癥的發生[1]。

另外，白介素誘導γ干擾素產生的同時，還可以提高患者體內T細胞以及NK細胞的表達水平，上調腫瘤細胞中FasL的表達，這可以幫助腫瘤細胞避免機體內的免疫監視。

2 IL-18與糖尿病

2型糖尿病病人體內白介素-18的含量與其病情程度息息相關。代謝綜合征的特征是中樞性肥胖、胰島素抵抗、高血糖、高甘油三酯、低高密度脂蛋白，會增加患2型糖尿病的風險[2]。由于IL-1β有介導肥胖誘導的炎癥、增加胰島素抵抗和摧毀β細胞的能力，因而炎性小體（NLRP3）、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1（caspase 1）以及IL-1β在2型糖尿病的病理揭示方面起著重要的作用。IL-18在人體中的含量升高，意味著2型糖尿病病人的病情加重[3]。

有實驗通過對比2型糖尿病患者與健康體檢者血清中的IL-18含量，發現2型糖尿病患者血清中IL-18的含量顯著高于健康組，說明IL-18與2型糖尿病的產生、發展相關并且IL-18可作為糖尿病早期診斷的一個指標[4]。IL-18通過細胞中的信號傳導與轉錄激活因子（STAT3）的磷酸化作用，以及活化肌肉中的腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），從而增加了IL-18對胰島素的敏感性；IL-18與瘦素類似，是一種控制食物攝入以及能量平衡的脂肪細胞因子，盡管肥胖和2型糖尿病患者體內IL-18含量水平高，但是通過其體內外周血單核細胞（PBMC）含量發現IL-18對STAT3介導的干擾素γ（IFNγ）產生的刺激作用降低了IL-18受體蛋白的表達；另外，血清中升高的IL-18水平導致IL-18的基因多態性可與胰島素抵抗以及代謝綜合征聯系起來；肥胖個體的內臟脂肪組織（而非皮下脂肪組織）比體型消瘦對照組，能夠產生更多的IL-18，并且在經歷肥胖癥治療手術后，血清IL-18濃度下降；還有學者的研究表明，高血糖患者體內由于發生強烈的過氧化物反應，導致IL-18的含量急劇升高，從而加重患者體內免疫激活反應[5]。綜上，IL-18這種細胞因子在糖尿病的發病機理的研究中起著很大的作用，因此值得關注并進行更深入的研究。

3 IL-18與其他疾病

IL-18在許多疾病的病理研究、臨床診治中都起著十分重要的作用。如在乳腺癌的術后治療中，IL-18通過細胞毒性T細胞誘導的抗癌免疫中，有助于預測接受乳腺癌手術治療患者的預后[6]；在缺血性中風的治療中，IL-18的水平有助于判斷缺血性中風的發展與嚴重程度，可以作為早期檢測缺血性中風的重要參考[7]；有學者在研究心臟肥大導致心力衰竭的病癥時發現，IL-18通過IL-18R的上調表達導致心肌細胞肥大；在系統性紅斑狼瘡的發病機制中，IL-18在機體內含量升高導致的細胞因子間失衡，也是該病的發病標志[8]；IL-18的表達也與自身免疫性甲狀腺疾病有關，IL-18的彌散表達誘導組織相容的白細胞抗原表達，導致病情發作；病患血清中的干擾素γ、IL-18的表達量在重癥肌無力患者中頗高，如果使用外援IL-18治療，則會加重病患的病情；IL-18在心衰中可以作為病情的檢測指標，當心衰加重時，IL-18在病患體內濃度升高，經過治療心衰程度好轉以后，濃度會隨之降低[9]。

4 IL-18的工業化表達

細胞因子的發現與人類疾病掛鉤，但是只有大量獲得純度高的細胞因子才能讓其在臨床治療上真正起到作用。IL-18在抗腫瘤免疫、抗病毒、抗過敏等方面起著很明顯的作用，所以IL-18可以作為生物多肽類藥物在多種疾病的治療中發揮作用[10]。

目前，最常見的用來表達IL-18的表達系統就是大腸桿菌表達系統。選擇大腸桿菌作為醫藥類蛋白的生產系統有如下優勢：（1）遺傳背景透徹；（2）大腸桿菌生長速度快；（3）目前有專門的發酵技術并且實驗操作簡單容易；（4）具備高水平表達外援蛋白的能力。在構建大腸桿菌表達系統時，所插入的IL-18基因需要根據大腸桿菌的喜好進行優化，原因在于不同種類生物中的tRNA含量不同，密碼子的使用頻率與細胞中的tRNA含量有關，tRNA含量越高使用頻率越高，真核生物的密碼子和大腸桿菌密碼子使用頻率有很大差異，選擇在大腸桿菌中不常出現的密碼子即稀有密碼子，往往表達效率不高，并且如果在大腸桿菌系統內目的基因片段含有兩個連續的稀有密碼子，表達過程中往往會出現副產物，原因是連續的稀有密碼子可以造成翻譯過程的提前終止。因此在進行大腸桿菌表達時，要將密碼子按照大腸桿菌的偏好進行轉化以提高表達效率[11]。

另外在表達過程中，培養條件也是必須考慮的因素。培養條件包括培養基的成分、pH、誘導溫度、誘導劑濃度、誘導時間。總體上講，選擇營養全面的培養基，合適的pH、誘導溫度、誘導劑濃度、誘導時間，是大量獲得表達產物的關鍵。

誘導溫度對于外源基因在大腸桿菌中的表達起著決定性作用。有些外源基因不可以在高溫條件下表達，溫度過高會導致產物形成包涵體，因此大多數外源基因都采用低溫進行誘導表達，延長表達時間，以提高產量。另外，培養條件應確保大腸桿菌處于對數生長期（OD600=0.6），有利于提高外源基因表達的效率，菌種的狀態過早或過老，都不利于產量的提高，表達效率也不會提高。

影響外源基因在大腸桿菌中表達的因素很多，且這些因素互相關聯、互相牽制，僅僅對一個條件進行優化往往不能得到提高產量的最優解，應對各種不同的影響因素進行控制實驗，探究其對表達產量的影響，綜合各種因素對整個表達過程進行優化才能對實際工業生產產生實質作用，提高效率和產量。

5 結語

IL-18的研究在近年來不斷加快，其結構、生物學活性等信息都有大量報道，其工業化表達以及純化也有進展。隨著進一步的深入研究，IL-18的研究會在疾病病理的揭示以及疾病的診治方面發揮更重要的作用。