IL-6在眼部炎性疾病中的作用

涂園園,朱曼輝

0 引言

白細胞介素-6(interleukin-6, IL-6)是由單核細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞及其他細胞類型產生的多效性細胞因子。它在宿主抵御環境壓力(如損傷和感染)中起著核心作用。在非感染性炎癥中,來自受損或垂死細胞的危險相關分子模式刺激Toll樣受體產生IL-6;而在感染性炎癥中,單核細胞和巨噬細胞在具有不同病原相關分子模式的Toll樣受體的刺激下迅速產生IL-6[1]。IL-6與IL-6受體(interleukin-6 receptor, IL-6R)結合介導信號轉導。IL-6R以兩種形式存在,分別是跨膜受體蛋白和可溶性形式(soluble IL-6R, sIL-6R)。IL-6與跨膜形式IL-6R結合,產生的IL-6/IL-6R復合物與糖蛋白130(glycoprotein 130,gp130)結合形成IL-6、IL-6R和gp130組成的六聚體結構,啟動細胞內信號轉導(經典信號通路)。除此之外,IL-6還可與sIL-6R偶聯,gp130將發生二聚化和活化,從而導致Janus激酶家族酪氨酸激酶(JAKs)的激活,使gp130發生磷酸化(反式信號通路)[2]。近年來研究表明,IL-6在眼部炎癥和血管生成中發揮重要作用,本文就IL-6在眼部炎性疾病中的相關研究進行綜述,以期深入、系統地了解IL-6在眼部疾病中的作用。

1 IL-6在眼表疾病中的作用

1.1IL-6與干眼干眼是一種常見的以淚膜和眼表功能失調為特征的疾病。根據疾病的嚴重程度將其分為輕度、中度和重度。目前普遍認為炎癥是干眼病理過程的主要潛在機制,并且炎癥也是當前許多治療方案的靶標[3]。干眼患者結膜印跡細胞樣本及高滲應激誘導的人角膜上皮細胞中IL-6、IL-8、IL-17A、IL-17F、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)及基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)均表達升高[4]。其中IL-6被證實與干眼患者眼表疾病指數評分呈負相關,且隨著癥狀的加重,IL-6表達升高[5],表明IL-6在干眼中的重要作用。在Sle1.Yaa小鼠(自發性狼瘡小鼠)的繼發性干燥綜合征(Sj?gren syndrome,SS)中,可見小鼠唾液腺中局灶性淋巴細胞浸潤,而IL-6敲除后,淋巴細胞浸潤得以減輕,表明IL-6促進Sle1.Yaa小鼠的腺體炎癥[6]。與健康人相比,SS患者血清中IL-6、甲殼質酶蛋白-40(chitinase protein 40,YKL-40)和TNF-α顯著上調,且IL-6與YKL-40、TNF-α均具有顯著相關性[7]。Zhou等[8]將間充質干細胞來源的外泌體作為滴眼劑,發現外泌體通過抑制炎癥和改善小鼠和人角膜上皮恢復,從而緩解移植物抗宿主病相關干眼。機制研究表明,外泌體中miR-204可直接靶向IL-6R,從而抑制IL-6/IL-6R/STAT3信號通路,調節巨噬細胞從促炎的M1型向免疫抑制的M2型轉化。該研究揭示了miR-204作為IL-6/IL-6R通路的上游調節基因,在移植物抗宿主病相關干眼中發揮顯著療效,同時也側面證實IL-6/IL-6R通路在干眼發病機制中具有促進作用。瞼板腺功能障礙(meibomian gland dysfunction, MGD)以腺管阻塞和/或腺分泌物的性或量變化為特征,MGD是蒸發型干眼的主要原因。Li等[9]研究發現,與無MGD的干眼患者相比,MGD組干眼患者淚液中IL-6、TNF-α的表達顯著升高,且IL-6的表達與角膜染色評分呈負相關。由此可見,IL-6促進干眼的發生且與疾病嚴重程度相關。

1.2IL-6與角膜炎細菌、真菌、病毒等微生物侵入角膜引發的炎癥性病變稱感染性角膜病,是各種感染性角膜炎癥的總稱。感染性角膜病是我國和其他發展中國家的主要致盲眼病之一,占角膜盲的首位。IL-6在細菌、真菌及病毒性角膜炎中均被檢測到表達增多[10-12],IL-6參與調節角膜感染后的炎癥反應,同時影響微生物的增殖[13]。在小鼠金黃色葡萄球菌感染性角膜炎中,Hume等[13]發現與野生型小鼠相比,IL-6基因敲除小鼠[IL-6(-/-)]的角膜有更廣泛的浸潤和更嚴重的上皮侵蝕。IL-6(-/-)小鼠中可以提取到4倍于野生型小鼠的細菌數。重組IL-6的應用改善了該感染性角膜炎小鼠的預后,降低了野生型和IL-6(-/-)小鼠的臨床評分,眼部細菌計數也顯著減少。銅綠假單胞菌是一種可引起角膜嚴重感染甚至致盲的機會性致病菌。Cole等[14]探討了IL-6在銅綠假單胞菌角膜炎中的作用。他們發現, IL-6(-/-)野生型小鼠有更嚴重的臨床體征和更多的細菌負荷。盡管IL-6(-/-)小鼠全眼有更多的中性粒細胞浸潤,但角膜中央的中性粒細胞并未對感染做出反應,可能是由于角膜中細胞間黏附分子(ICAM)-1的表達減少。

人單純皰疹病毒(herpes simple virus, HSV)引起的角膜感染稱為單純皰疹病毒性角膜炎,其臨床特點是多次發作使角膜混濁逐漸加重,最終導致失明。角膜組織被認為是HSV-1建立潛伏感染的部位,HSV感染中,IL-6導致病毒存活和角膜神經退化[12]。在病毒的LAT啟動子中有IL-6反應元件,這可能是IL-6誘導轉錄因子的結合位點。LAT啟動子中缺乏IL-6反應元件的病毒構建體比其野生型的重新激活率更低[15]。此外,結膜下給予IL-6中和抗體可部分保存HSV-1感染小鼠的角膜神經結構和敏感性[12]。在病毒重新激活前8～12h用抗IL-6單克隆抗體預處理角膜可以降低眼部病毒再活化的頻率[16]。以上結果證實,在角膜炎的發生發展中,IL-6引起的炎癥反應對誘導角膜急性免疫防御機制及清除病原體具有重要意義。但在單純皰疹病毒性角膜炎中,過度產生的IL-6導致角膜神經退化及病毒反復感染。由此可見,IL-6的促炎作用偏向保護作用還是致病作用,取決于感染的微生物種類。

1.3IL-6在葡萄膜炎中的作用Perez等[17]證實活動期中間或后葡萄膜炎患者玻璃體中IL-6表達較對照組顯著升高。Murray等[18]檢測了16例Fuchs異色性睫狀體炎和8例弓形蟲葡萄膜炎患者房水和血清中IL-6的表達情況,發現上述兩種葡萄膜炎患者房水中IL-6表達升高,而血清中并未發現顯著升高的IL-6。表明在葡萄膜炎患者房水中發現的IL-6是局部產生的,而不是由于血清滲漏。人白細胞抗原-B27(human leukocyte antigen B27,HLA-B27)相關葡萄膜炎占所有急性前葡萄膜炎病例近50%[19]。HLA-B27相關葡萄膜炎患者淚液樣本中IL-6、IL-10及IL-6/IL-10比值較非HLA-B27葡萄膜炎升高。根據疾病活動性將HLA-B27相關葡萄膜炎患者分為靜止期組和活動期組。與靜止期組相比,活動期組中IL-6表達升高;同樣,與非HLA-B27葡萄膜炎相比,即使在靜止期,HLA-B27相關葡萄膜炎患者淚液中IL-6水平也更高[19]。IL-6或許可以作為葡萄膜炎發作期的一個潛在標志物。除此之外,IL-6還在一些特殊類型的葡萄膜炎,如白塞病、小柳原田綜合征、特發性葡萄膜炎患者房水中表達也是升高的[20-22]。

實驗性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis,EAU)是人類葡萄膜炎的嚙齒動物模型,該模型在葡萄膜炎發病機制、藥物治療等方面應用廣泛。多項研究表明,EAU是由自身反應性Th1細胞和Th17細胞介導的,而IL-6被認為是誘導原始T細胞結合TGF-β向Th17早期分化的關鍵因素[23]。Th17細胞進一步產生IL-6、IL-17、TNF-α,刺激成纖維細胞、內皮細胞和巨噬細胞產生趨化因子來維持炎癥反應,最終導致組織損傷和慢性炎癥[24]。IL-6缺陷的小鼠不能誘導Th17細胞,并且這些小鼠的EAU評分在整個時間進程中都是降低的。全身應用重組抗IL-6受體抗體可改善EAU對抗原特異性Th17分化/擴增的干擾,IL-6阻斷可抑制急性Th17反應并改善慢性/難治性眼內炎癥[25]。

臨床研究和實驗研究均表明IL-6與葡萄膜炎密切相關。而且,IL-6受體的人源化單克隆抗體托珠單抗(Tocilizumab,TCZ)也被證實對治療巨大淋巴細胞增生癥相關葡萄膜炎、鳥槍彈樣脈絡膜視網膜病變、白塞病和難治性特發性葡萄膜炎有效[23,26-27]。此外,回顧研究表明,TCZ對于葡萄膜炎引起的黃斑水腫也具有很好的控制作用[28]。

2 IL-6在玻璃體視網膜病變中的作用

2.1 糖尿病視網膜病變糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病引起的最常見的眼部并發癥。研究表明,炎癥反應與DR的發生發展密切相關[29]。IL-6是一種在DR患者血清、房水和玻璃體中表達均升高的多效性細胞因子,是DR發病的重要因素[30-32]。IL-6在DR患者房水中的表達明顯高于無糖尿病對照組和無DR組[33]。伴有增殖性DR患者的血漿IL-6濃度高于無DR、輕度DR及重度DR患者[30]。由此可見,IL-6與DR嚴重程度呈正相關。Lu等[34]研究發現,IL-6的表達升高與rs 1800795 GC和rs 1800796 GG兩種基因型有關。

IL-6被認為在視網膜血管系統中具有有害作用。既往研究表明,升高的IL-6通過下調緊密連接蛋白ZO-1和occludin的表達增加血管內皮細胞的通透性,導致視網膜血管滲漏[35]。相反地,在神經視網膜中,IL-6被證實對視網膜脫離誘導的光感受器細胞死亡和高糖誘導的Müller細胞死亡中具有保護作用[36-37]。Coughlin等[37]首次證實IL-6經典信號通路通過VEGFA信號轉導保護人Müller細胞免受葡萄糖毒性作用。在高糖條件下,Müller細胞持續且適度地釋放IL-6,從而導致VEGFA產生增加。VEGFA最初對Müller細胞是起保護作用的。但是,由于Müller細胞貫穿視網膜全層且與視網膜脈管系統緊鄰,大量產生的VEGFA最終將導致血管完整性的破壞,發揮有害作用。上述結果對于靶向IL-6的藥物開發具有重要意義,因為嚴格的抗IL-6療法可能會進一步降低DR中的神經視網膜功能。

2.2 年齡相關性黃斑變性年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration,ARMD)是導致老年人不可逆性中心視力喪失最常見的視網膜退行性疾病[38]。研究表明,氧化應激和炎癥是促進ARMD發生和進展的早期病理事件[39]。早期ARMD的臨床特征是drusen-視網膜下色素上皮細胞碎片沉積。這些沉積物的形成是視網膜組織和視網膜色素上皮(pigment epithelium,RPE)處理活性氧化物持續暴露的有效性隨年齡增長而下降的結果,炎癥被認為可以加速這一過程[40]。根據ARMD的臨床表現和病理改變不同將其分為兩型:干性和濕性。其中,濕性ARMD又稱新生血管性ARMD,與免疫學改變和炎癥密切相關[41]。

IL-6作為一種強大的促炎細胞因子,被證實在ARMD患者的房水和血清中呈升高趨勢[42-43]。IL-6房水水平與6mm內黃斑體積呈正相關。通過進一步篩選3mo內最后一次玻璃體內注射貝伐珠單抗的脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)患者房水中IL-6的表達,發現IL-6表達水平與黃斑最大厚度和1、3、6mm內黃斑體積仍存在顯著相關性[44]。在動物ARMD模型中,Kim等[45]和Izumi-Nagai等[46]分別采用小鼠視網膜下注射人脂質過氧化氫和激光誘導的方式構建小鼠ARMD模型。結果發現ARMD小鼠視網膜及RPE-脈絡膜復合體中IL-6的mRNA及蛋白表達均增高。阻斷IL-6受體或敲除IL-6顯著抑制了CNV的形成。此外,IL-6受體中和可抑制炎癥相關分子,包括單核細胞趨化蛋白、細胞間黏附分子-1、血管內皮生長因子的體內和體外表達,以及CNV處巨噬細胞的浸潤[46]。由此可見,IL-6或許可以作為ARMD治療的潛在靶點。

2.3IL-6在眼眶病中的作用甲狀腺相關眼病(thyroid-associated ophthalmopathy, TAO),又稱Graves眼病(Graves ophthalmopathy,GO)或甲狀腺眼病,是最常見的自身免疫性眼眶病[47]。活動期TAO患者淚液中IL-1β、IL-6、IL-8的表達較非活動期TAO和無癥狀對照組增多[48]。與無眼病的Graves病(Graves disease,GD)患者相比,IL-6濃度在GD伴眼病患者的血清中顯著升高。在47例甲狀腺疾病病程長于1a的眼病患者中,有22例患者的血清IL-6水平較病程短的患者高。放射碘和藥物治療均不能降低IL-6的血清濃度[49],提示IL-6是GO炎癥過程中的重要因素。IL-6的可溶性受體sIL6-R在GD患者血清中表達增多,且GD活動期炎性TAO患者血清sIL-6R濃度高于非活動期或無TAO患者。甲巰咪唑治療后,sIL6-R濃度可降至正常水平,而對IL-6表達沒有影響[50]。sIL-6R的細胞釋放可能受到甲狀腺機能亢進的影響,其方式與IL-6不同。

TCZ作為針對IL-6受體的人源化單克隆抗體,已獲批用于治療類風濕性關節炎、全身性幼年特發性關節炎和Castleman病[51]。隨機試驗表明,TCZ可有效減少類固醇耐藥病例的眼眶炎癥,并有較小的疾病修飾作用[52]。目前,TCZ在治療對類固醇治療無效的活動、嚴重的GO中顯示出其有效性及安全性。隨著更多臨床試驗的開展,TCZ或許可以在不久的將來運用到GO的臨床治療中。

3 結語

綜上所述,IL-6在眼部炎性疾病中發揮雙重作用:(1)IL-6不僅可以保護角膜組織免受細菌感染,還可以抑制高糖對Müller細胞的毒性作用;(2)IL-6促進眼部的炎癥反應及異常新生血管生成從而損害眼部組織。IL-6在眼部結膜、角膜、葡萄膜、視網膜和眼眶等部位的炎癥過程中發揮重要作用。近年來,靶向IL-6信號通路的藥物如TCZ被證實可以抑制眼部炎癥,TCZ針對葡萄膜炎和甲狀腺眼病的相關臨床試驗正在進行中。通過TCZ或其他化學藥物和療法阻斷IL-6信號通路將有助于攻克與眼病相關的并發癥。