白细胞介素-33及其介导的哮喘发病机制新进展

刘 飞 雷后兴

白细胞介素-33及其介导的哮喘发病机制新进展

刘 飞 雷后兴

白细胞介素-33；哮喘；气道炎症；气道重塑支气管哮喘（简称哮喘）是由多种细胞，包括炎性细胞（嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞等）、气道结构细胞（气道平滑肌细胞及上皮细胞等）和细胞组分共同参与的气道慢性炎症性疾病。自2005年研究发现白细胞介素-33（IL-33）为

IL-1家族中的新成员，通过IL-33/ST2信号途径介导哮喘的发病机制，对深入探索哮喘的发病机制迈出新的台阶，并为哮喘的临床治疗带来一番新的生机。笔者就IL-33及其参与哮喘的发病机制及近几年研究新进展，特别是在介导气道炎症、气道重塑方面作一综述。

1 IL-33的结构、表达和生物活性

1.1 IL-33 与受体（IL-33 receptor，IL-33R）ST2 2005年，Schmitz等[1]运用计算机数据分析IL-1家族时，识别了一种受体ST2（曾被认为是孤儿受体，目前属于IL-1家族受体成员之一）的配体，因此将其命名为一种新的炎症因子：IL-33。IL-33的基因位于人类第9号染色体（9p24.1），编码270个氨基酸序列，分子量为30kDa。而鼠类IL-33基因位于第19号染色体（19qC1），编码 266个氨基酸序列，分子量为29.9kDa，且人鼠IL-33在氨基酸水平，55%是完全相同的[2]。IL-33，以无活性的 full length IL-331-270 的形式释放，被中性粒细胞分泌的丝氨酸蛋白酶、组织蛋白酶G和弹性蛋白酶裂解，产生成熟的IL-33片段（IL-3395-270、IL-3399-270、IL-33109-270），这些成熟形式比full length IL-33的生物活性高出0～10 倍左右[3]。

IL-33R是由ST2和IL-1受体辅助蛋白（IL-1RAcP）组成的复合物。ST2在1989年首次被提出，属于IL-1受体家族的成员。人类ST2基因存在多样性，该基因通过差异拼接，至少编码3种蛋白质亚型，分别是：可溶性 ST2（soluble ST2，sST2）、跨膜形式ST2（transmembrane ST2）和变异性 ST2（variant ST2）。Erin等[4]提出ST2基因多态性的特点倾向于哮喘患者气道上皮细胞的sST2基因存在缺损。sST2因缺乏跨膜结构域和胞内结构，作为一种诱饵受体，阻断IL-33/ST2信号传导通路，负性调节IL-33水平[5]。研究发现[6-7]，哮喘患者血清和痰诱导液中IL-33与sST2水平均明显高于正常对照组，这一现象与sST2负性调节IL-33的观点相悖。目前对sST2的作用机制尚存争议，有待进一步科学研究。而跨膜形式的ST2，是IL-33结合的主要受体形式，IL-33通过结合ST2启动膜表面IL-33/ST2信号传导通路发挥生物活性作用。

1.2 IL-33的表达与分泌 运用实时定量PCR技术分析人和鼠类IL-33cDNA库时发现，IL-33mRNA在多种组织中表达，但受到一定细胞类型的限制。Moussion等[8]通过结合运用人类组织微阵列技术和IL-33单克隆、多克隆抗体，发现IL-33广泛表达于正常人体组织的血管内皮细胞、成纤维细胞以及与环境直接接触的上皮细胞，如皮肤角质层细胞、胃上皮细胞、扁桃腺隐窝及唾液腺上皮细胞。Liew等[2]发现IL-33表达主要集中在肺脏，其次是中枢神经系统、皮肤及淋巴结等组织，巨噬细胞、纤维母细胞、平滑肌细胞、上皮细胞及内皮细胞等细胞中也有表达，且人鼠中无明显差异。

IL-33虽广泛表达于多器官多细胞中，但其主要表达在活化的Th2型淋巴细胞和肥大细胞[1]，同时也构成性存在于内皮细胞和上皮细胞的细胞核内。Moussion等[8]和 Lefrancais等[9]推测IL-33可能作为一种新奇的危险信号或警报器，当上皮细胞受到外界刺激溶解破坏，释放大量的IL-33，趋化中性粒细胞释放丝氨酸蛋白酶、组织蛋白酶G和弹性蛋白酶，激活IL-33，向机体的免疫系统发出警报，并激活下游的Th2型淋巴细胞及肥大细胞，分泌IL-5、6及IL-13等炎症因子，启动机体一系列免疫反应。Oh等[10]进一步研究发现，IL-33显著表达于受损的上皮细胞，最终介导Th2型免疫反应，可能是通过谷氨酰胺转移酶-2（transglutaminase 2，TG2）调节。至于 IL-33作为一种警报器，如何启动和调节下游的免疫反应机制目前仍缺乏足够的证据。

1.3 IL-33的生物活性 IL-33作为IL-1家族中的成员之一，表达广泛，特别是在受损的内皮细胞和上皮细胞、活化的Th2细胞和肥大细胞，参与介导多器官多疾病的发病机制，如脓毒症和创伤[11]、类风湿性关节炎[12]、系统性红斑狼疮[13]、动脉粥样硬化和过敏性疾病[14]等，其生理作用被称之为一把“双刃剑”。IL-33mRNA最初被发现于寄居在小鼠肠道内的Trichuris muris鞭虫内，通过趋化固有免疫细胞、中性粒细胞等到达炎症部位，激活胸腺基质淋巴细胞生成素，增强了Th2细胞介导的抗寄生虫免疫反应。此外，IL-33通过阻断G蛋白偶联受体介导的Toll样受体信号途径，抑制败血症的发生与发展[11]。与此相反，IL-33通过介导Th2型免疫反应，参与机体多种自身免疫性疾病和过敏性疾病如哮喘，其具体机制目前尚不清楚，但越来越多的研究让人们逐步认识到，IL-33作为一种炎症介质，刺激Th2型淋巴细胞分泌多种炎症因子，使免疫反应向Th2型免疫反应倾斜。

2 IL-33与气道炎症和气道重塑

2.1 IL-33与气道炎症 许多研究已证明IL-33参与介导哮喘气道炎症，且在IL-33参与介导使免疫反应向Th2型免疫反应倾斜这一观点中达成共识。但具体的免疫学机制仍待进一步研究。Louten等[15]指出，内源性IL-33通过促进Th2型炎症因子的生成，增强机体Th2型免疫反应。Stolarski等[16]研究发现，IL-33直接刺激CD117+造血祖细胞使其向嗜酸性粒细胞分化，增加肺内嗜酸性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、IL-33、TGF-β、CCL3、CCL17HE、CCL24 等细胞及炎症介质的水平，从而增强嗜酸性粒细胞介导的炎症反应。并更进一步表明IL-33诱导嗜酸性粒细胞增殖很有可能或者至少部分是由于IL-33以自分泌的方式介导骨髓中CD+117造血前体细胞产生IL-5的结果。而IL-5是肺内募集嗜酸性粒细胞的最主要的炎症介质。另外，用抗ST2抗体/抗IL-33抗体阻断IL-33/ST2信号途径[17]，可使气道炎症反应下降，哮喘相应症状也减轻，更进一步说明IL-33参与哮喘的气道炎症。

Tjota等[18]研究发现，过敏原特异性抗体IgG与抗原提呈细胞表面的受体结合成IgG免疫复合物（IgG-ICS），通过依赖IL-33，增强肺内Th2型免疫反应。Stolarska等[19]推测IL-33/ST2信号通路可能通过激活选择性活化的巨噬细胞（AAM）并促进其分化，从而在气道炎症中发挥重要的作用。

近年来，国内外一些研究亦证实了IL-33参与哮喘气道炎症[20-21]。他们分别收集哮喘患者的支气管灌洗液（bonchoalveolar lavage fluid，BALF）及外周血血清，发现哮喘患者的BALF与血清中IL-33的表达与分泌均较正常对照组升高（前者升高更显著），且IL-33升高水平与哮喘的严重程度呈正相关性。

2.2 IL-33与气道重塑 气道炎症、气道高反应及气道重塑构成哮喘的基础病理生理变化。其中，气道重塑是气道慢性持续性炎症和上皮细胞损伤的结果。气道重塑的病理生理改变包括上皮下纤维化、细胞外基质的沉积、杯状细胞增生和黏液腺肥大、平滑肌细胞的增生与肥大等，最终导致气道狭窄、肺功能下降及气道的不可逆性损害。

目前研究表明，多种炎症细胞如嗜酸性粒细胞、T细胞、肥大细胞、上皮细胞、巨噬细胞、纤维细胞及细胞因子如 TGF-β[22]、IL-5[23]、IL-25[24]、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）[25]、胸腺基质淋巴细胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TLSP）等均参与哮喘气道重塑的发病机制。IL-33，作为IL-1家族中的新成员，不仅参与哮喘气道炎症，在气道重塑中亦发挥重要的调节作用。

根据IL-33具有前纤维化的这一功能，Bianchetti等[26]提出假设并证实：在哮喘发作的任何阶段，IL-33通过趋化和扩增循环血中的纤维细胞，对哮喘气道结构的重塑发挥重要的调节功能。此外，Mizutani等[27]通过反复腹腔注射OVA（特异性IgE单克隆抗体mAb）致敏小鼠（逐步致敏共7次），发现与第4次致敏的小鼠相比，第7次被OVA致敏的小鼠肺内出现了明显的气道炎症和重塑，且IL-33的表达水平较第4次致敏水平显著增高。当分别在第4、5、6、7次致敏小鼠中用抗IL-33抗体和抗ST2单克隆抗体处理小鼠时，发现在第7次处理后的小鼠肺内，气道炎症和气道重塑明显被抑制。同时，发现肺内IL-33+ST2+的肺泡巨噬细胞及ST2+CD4+T细胞相应增多，若在第4次致敏小鼠的过程中用2-氯腺苷（肺巨噬细胞抑制剂）处理后，在进行第7次致敏后小鼠的气道炎症和气道重塑明显受到抑制，且IL-33的表达也较前明显降低。因此得出：肺泡巨噬细胞可能通过释放IL-33，参与了IgE介导的气道炎症和气道重塑的结论。

Saglani等[28]研究发现，IL-33主要是通过促进气道纤维母细胞中胶原蛋白的分泌从而增加其基底膜的厚度而不是增加气管平滑肌的数量，参与介导哮喘的气道重塑。并在此基础上提出，严重哮喘患者存在糖皮质激素不敏感的原因可能与IL-33分泌胶原蛋白相关。目前对IL-33介导气道重塑方面的研究仍屈指可数，待更进一步的探索研究。

3 展 望

作为IL-1家族中的新成员之一，IL-33通过介导Th2型免疫反应参与哮喘的发病机制，但具体机制尚不明朗，特别是IL-33作为危险信号如何启动机体一系列免疫反应，仍待更深入的科学研究。哮喘气道慢性炎症、气道高反应及气道重塑是导致患者气道不可逆性损伤的主要病理生理变化。如果能在疾病早期预防或终止引起这系列的病理生理变化的免疫机制，对于哮喘患者特别是哮喘儿童改善疾病预后，提高生活质量带来新的生机。IL-33作为一种参与哮喘的气道炎症、气道重塑等过程的重要炎症介质，阻断IL-33/ST2信号通路将有望成为哮喘控制、治疗及预后的新策略。

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（收稿：2014-08-27 修回：2014-09-14）

浙江省医药卫生科技计划项目（No.2014KYB317）

温州医科大学附属第六医院（浙江省丽水市人民医院）儿科（丽水 323000）

雷后兴，E-mail：zjleihx@163.com