白细胞介素6、白细胞介素15与疾病相关性的研究进展

林宗斌 冯喜英 久太 刘洪千

常见的细胞因子白细胞介素6(interleukin-6, IL-6)、IL-15是免疫调节细胞因子家族的成员[1]，属于先天性免疫系统的细胞因子，在组织修复、调控B细胞、参与炎症反应、活化自然杀伤细胞(natural killer cell, NK)中起着重要的作用，是一类参与T细胞反应，具有治疗潜力的多功能因子。IL-6、IL-15在T细胞反应诱导及维持治疗方面具有巨大潜力，在免疫治疗中至关重要[2]，现就其功能及临床特性进行综述。

一、 IL-6、IL-15概述

1. IL-6生物活性： IL-6是一种由T细胞和巨噬细胞分泌的白细胞介素，既是一种促炎细胞因子，又是一种抗炎的肌氨酸，是发热和急性期反应的重要介质，能够穿过血脑屏障[3]，并在下丘脑内启动前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)的合成，从而参与人体的温度调节。其次，在肌肉和脂肪组织中，IL-6可刺激能量变化，导致体温升高。IL-6可以由巨噬细胞分泌，以响应特定的微生物分子，这种模式称为病原体相关分子模式(pathogen associated molecular patterns, PAMPs)。这些PAMPs结合了一组重要的先天免疫系统的检测分子，称为模式识别受体(pattern-recognition receptors, PRRs)，其中包括了toll样受体(toll like receptors, TLRs)。这些结合受体存在于细胞表面和细胞的间隔内，诱导细胞内信号级联，从而产生炎性细胞因子。IL-6作为抗炎细胞因子可通对肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和IL-1产生抑制作用，对IL-1和IL-10产生活化作用[4]。在急性炎症期蛋白合成时，IL-6可在骨髓中产生中性粒细胞，并促进B细胞的生长，对调节T细胞产生拮抗作用。有研究发现，当心理压力增大时，人体产生应激激素，如皮质醇，可以触发IL-6进入血液循环[5]。

2. IL-6信号表达: IL-6信号通过细胞表面类型Ⅰ细胞因子受体复合物(CD126)和信号转导元件gp130(也称为CD130)参与组成。CD126是几种细胞因子的常用信号传感器，包括白血病抑制因子(leukaemia inhibitory factor, IF)、纤毛神经营养因子(ciliary neurotrophic factor, CNF)、肿瘤抑制素M(OSM)、IL-11和心脏滋养素-1(cardiac trophotrophin-1)，并在大多数组织中都有广泛的表达。当IL-6与受体相互作用时，它会触发gp130和IL-6R蛋白形成复合物，从而激活受体。这些复合物聚集了gp130的细胞内区域，通过某些转录因子、Janus激酶(Janus kinases, JAKs)和信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription, STATs)启动信号传导级联[6]。

目前，研究IL-6使用gp130(也称为IL-6信号传感器(IL6ST)在信号复合体中参与细胞因子形成可能是较为有价值的一项研究。其他通过含有gp130的受体信号的细胞因子是IL-11、IL-27、ciliary神经营养因子(ciliary neurotrophic factor, CNTF)、cardiotrophin-1 (cet -1)、心肌细胞样细胞因子(Cardiomyocyte like cytokines, CLC)、白血病抑制因子(leukaemia inhibitory factor, LIF)、肿瘤抑制素M、卡波西肉瘤相关的疱疹病毒白细胞介素6样蛋白(KSHV-IL6)[7]。这些细胞因子通常被称为IL-6，或gp130利用细胞因子[8]。

IL-6并非万能，许多神经元细胞对IL-6的刺激无反应，但神经元细胞的分化和存活可以通过硅-6r的作用介导。硅-6r/IL-6复合物可以刺激神经细胞的生长，促进神经元的存活，因此，在神经再生过程中，硅-6r/IL-6可能是较为重要的。除了上述的膜结合受体，一种以可溶形式存在的IL-6R (sIL-6R)已经从人的血清和尿液中得到纯化。

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-螺旋束家族在内的多种细胞因子，主要由髓系细胞和其他细胞类型参与表达。IL-15的生物学活性主要由IL-15Rα复合物介导，由同一细胞产生，并‘反式’呈递给表达IL-15Rβγc的应答细胞，例如IL-15依赖性淋巴细胞亚群的稳态，就是通过组织环境中非造血细胞的IL-15的反式呈递来调节。IL-15受体(IL-15R)复合物由3个亚基组成：配体结合IL-15Rα链(CD215)、β链(CD122；也被IL-2使用)和常见的γ链。IL-15通过其受体(IL-15Rα)的α-部分(也称为IL-15反式表达)完成IL-15Rα反式递呈的独特要求，表明IL-15信号传导的生物效应即使在IL-15的可用水平下也受到严密调控。然而，巨噬细胞和树突细胞衍生的IL-15Rα介导不同CD8(+)T细胞亚群的稳态，也显示了IL-15Rα组织特异性缺失。这些特征扩大了IL-15的信号传导，可改善抗肿瘤活性，增强对肿瘤细胞的杀伤率。肝细胞和巨噬细胞中的特异性IL-15Rα表达，对维持NK和自然杀伤T细胞(natural killer t cell, NKT)在肝脏中的稳态具有重要作用[9]。

4. IL-15与基因多态性： IL-15在诱导T、B和NK细胞的分化及增殖过程中，可将含有成人IL-15序列的DNA片段克隆到pPICZaA载体中，产生具有N-末端的α因子信号序列，并结合在c-Myc标签的融合蛋白-末端。有实验发现，将转化得到的IL-15质粒整合到巴斯德毕赤酵母菌株X-33的基因组中，可鉴定出具有高水平重组人IL-15(rhIL-15)所产生的重组酵母转化体[10]。而IL-15与基因片段转化形成的2 μgIL-15/sIL-15Rα质粒所产生的多重水动力递质可产生许多有益效果，包括减轻体重和脂肪量，减轻脂肪肝，改善肥胖中的葡萄糖体内平衡和胰岛素敏感性[11]。在体育锻炼期间，IL-15可从骨骼肌释放相关的肌动蛋白，并介导运动过程中许多积极的生理效应[12]。与骨胳肌相连的脂肪组织，在核糖核酸酶保护实验中被用来验证IL-15受体三个子单元(γc,β和α)在小鼠体内的复杂表达，结果表明IL-15对脂肪组织代谢的影响可能是直接的[13]。

二、IL-6与IL-15之间的关系

IL-6与IL-15在人体内均分布广泛，在血清和血浆样品中均可测量，并对人体产生一定的影响。IL-6和IL-15均可在肿瘤微环境中产生并对癌症发病机制或在抑制疾病进展中起重要作用，在某些疾病的分子表达方面，均呈现负反馈的现象。目前已有研究表明IL-15、IL-6均可与T细胞产生相应的免疫作用，甚至在某种程度上呈现出有利于Th2应答的发展，并在多生物细胞之间的通讯中起重要作用，例如炎症因子水平升高可损伤血管内皮功能，促进血小板聚集，加重高血凝状态。他们参与调节复杂的细胞过程，如增殖、分化，在炎症和免疫反应过程中扮演重要角色。肿瘤细胞中IL-6、IL-15途径的激活可以在某种程度上对肿瘤细胞产生一定的阻断效应，并在治疗期间提供存活优势[14]。在IL-15、IL-6受体对分化的脂肪细胞抑制时，可反映其对介导转运囊泡的刺激，及对胰岛素依赖型rab4a进行再分配。这种改变可能与促进炎症相关的胰岛素抵抗机制有关。

三、 IL-6、IL-15与疾病的关系

IL-6及其受体(IL-6R)的多态性与骨密度有关，成骨细胞可分泌IL-6刺激破骨细胞形成。转移性软骨肉瘤经人类ELISA试验，发现JJ012软骨肉瘤细胞中IL-66的表达比C28软骨细胞低86倍。许多血管的tunica介质中的平滑肌细胞也会产生IL-6作为促炎细胞因子。IL-6作为抗炎细胞因子的功效是通过对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基因多态性与妊娠期糖尿病的发展有关，可能导致妊娠引起的胰岛素抵抗和糖耐量异常的发展[16]。

在肿瘤研究中，通过功能丧失研究显示，敲减circRNA_100782下调microRNA-124(miR-124)靶基因IL6R及参与的信号转导，转录激活因子3(STAT3)可抑制细胞增殖。 miR-124的过表达也通过减少IL-6R和STAT3的表达来抑制BxPC3细胞增殖。与单独的CIK细胞相比，IL-15-IRES-TK转导的CIK细胞显示出对肿瘤生长更强的抑制。肿瘤形态观察和生长指标也显示IL-15转染的CIK细胞比未转染的CIK细胞对肿瘤组织具有更强的细胞毒性。同时，IL-15-IRES-TK转染可提高CIK细胞对胃癌的作用[17]。

IL-6-174G>C多态性通过反转录形成为IL-6，并诱导胶质瘤细胞中IL-6的表达影响非编码RNA AS-IL-6的抗抑郁治疗结果。AS-IL-6的消耗抑制了胶质瘤细胞的侵袭能力，而用重组IL-6处理细胞则逆转了这种作用。有研究发现，在缺血后脑部炎症的情况下， IL-15支持外周免疫系统中多种淋巴细胞谱系的存活，并介导星形胶质细胞在神经元存活中发挥关键作用，但相关的星形胶质细胞衍生的缺血性脑损伤介质仍有待确定[18]。而IL-6和IL-6R高表达与间充质亚型和IDH-野生型胶质瘤显著相关，是预测生存质量差的因子之一。通过敲减IL-6R可减少体外细胞增殖、侵袭以及神经球形成，可抑制体内肿瘤发生。而IL-6R过表达或IL-6刺激增强，则促进胶质瘤细胞的侵袭和生长。在TCGA数据库搜索，显示IL-6和IL-6R表达与NFAT1的表达相关。在神经胶质瘤细胞中，NFAT1增强IL-6R和IL-6的启动子活性，并上调IL-6R和IL-6的表达[19]。

四、IL-6、IL-15与肺部疾病的关系

IL-6在肺部疾病中通常有以下几种途径起作用： 由T细胞和巨噬细胞分泌，可刺激免疫反应，直接损伤血管内膜，影响血管通透性，造成血管内皮细胞与血细胞的黏附性增强；抑制血栓调节因子系统，促进凝血，引起炎性递质释放，特别是组织损伤炎症期IL-6的反应较为明显，目前有研究证实，IL-6在小鼠实验中证明对肺炎链球菌的活性具有抵抗作用[20]。

在肺癌临床试验中，激活免疫细胞polyI：C和抗IL6组合，通过IL-6/JAK2 / STAT3信号传导可增强polyI：C介导的抗癌活性。通过TLR3介导的胱天蛋白酶3/8途径诱导细胞凋亡，可触发炎性细胞因子的分泌。在肺腺癌中经常发生致癌KRAS突变，由IL-6激活的信号传导途径促进Kras驱动的肺肿瘤发生在IL-6家族细胞因子中，表现为IL-6在肺中呈现上调的趋势。因此，通过IL-6或Stat3的遗传消融，肺STAT3活性的归一化抑制了模型中肺癌的程度。相关研究，揭示了可溶性IL-6受体(Sil-6R)(IL-6反式信号转导的关键驱动因子)在肺中的升高，并通过用抗IL-6R抗体或抑制剂sgp130Fc干预阻断这种机制改善了肺癌发病机制。临床上，肺腺癌或患者血清中IL-6和sIL-6R的表达显着增加[21]。

在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary, COPD)的发病机制中，通过抑制前列腺素2(prostaglandin 2)的产生导致血管收缩起重要作用。IL-6的释放和其反应性转录因子STAT3的活化，其通过COPD型的肿瘤增强效应进一步扩增气道炎症。这些发现表明K-ras突变型肺癌发生过程中这种炎症途径通过COPD增强。有实验表明，运用小鼠模型可发现肿瘤细胞内在的STAT3活化，肿瘤细胞增殖。通过改变肿瘤和抗肿瘤免疫细胞的相对比例，将肺微环境重新导向抗肿瘤表型，IL-6在此过程中发挥了阻断作用[22]。

与IL-6有所不同的是，在动物模型中，通过将rIL-15递送至肺可下调控促炎细胞因子的表达，并改善过敏原诱导的AHR，从而缓解气道阻力。这些观察结果在多西环素诱导的CC10-IL-15转基因小鼠中进一步得到了验证。将多西环素暴露的曲霉菌种提取物作用于CC10-IL-15转基因小鼠，表现出促炎细胞因子(IL-4，IL-5和IL-13)水平降低及杯状细胞增生减少。与非暴露于强力霉素的CC10-IL-15转基因小鼠相比，暴露于强力霉素小鼠气道阻塞(包括AHR和气道阻力)程度减弱。IL-15在气道阻塞的保护与诱发过程中，产生IFN-γ和IL-10，其调节性与CD4 CD25 Foxp3-T细胞相关。此外，人类IL-15激动剂(ALT-803)在实验性哮喘模型中可改善气道阻力和顺应性[23]。

受IL-15与基因的相互作用，在慢性空洞性肺曲霉病中，由单核细胞衍生的巨噬细胞在用烟曲霉刺激时，患者的巨噬细胞表现出无限制的升高趋势，且发现与IL-15相作用的单核苷酸多态性(SNP)与 IL-1B，IL-1R均发生作用，从而影响IL-15基因在疾病中的易感性[24]。

五、临床治疗的进展

免疫疗法已被证明是一种有前途的治疗方式，可通过协助免疫系统克服肿瘤免疫抑制性环境来达到改善胶质母细胞瘤患者的临床效果。有研究显示，激活免疫系统中几种效应组分的白介素因子，可作为胶质细胞瘤免疫治疗的候选手段[25]。

在免疫治疗中，过继性细胞转移(adoptive cell metastasis, ACT)是治疗癌症比较有前景的方法。生物活性IL-15in活体构成IL-15链与IL-15受体α链(IL-15Rα)的稳定复合物，称为异二聚体IL-15(hetIL-15)。有研究发现，hetIL-15管理并改善淋巴再生主机的过继性细胞转移的结果[26]。但治疗中，随着机体的宿主淋巴细胞减少，可能对人体造成有害影响。

尽管有临床潜力和近期的进展，但持续性的实体肿瘤的免疫治疗并不常见。由于IL-6、IL-15具有扩展NK细胞、NKT细胞和CD8(+) T细胞数量的作用，并参与细胞毒理过程，因此在评估癌症免疫治疗方面仍具有巨大潜力。尽管CD8(+) T细胞大量浸润，发生免疫反应，但在短期治疗原位PyMT小鼠乳腺肿瘤中，一种具有半衰期及活动性IL15α-Fc可溶性IL-15受体结合(IL-15cx)物对其是无效的。进一步研究发现，对浸润肿瘤的CD8(+) T细胞表达的衰竭、组织记忆和肿瘤特异性分子进行诱导，可能使特定亚群的分子靶点能够产生细胞因子抵抗，进而可提高IL-2/15辅助细胞因子治疗的疗效[27]。

六、展望

纵观疾病发展的历史，IL-15从20余年前发现至今以来研究逐渐深入并展现出在肿瘤治疗中的卓越前景，目前对其研究已涵盖了筛查、预防、检测、治疗、预后等方面，并已经在基础研究逐步向临床研究转化。IL-6、IL-15是治疗慢性炎性疾病的主要新靶点之一。单克隆抗体疗法与专门定制针对IL- 6的靶点治疗法，由于没有考虑体内复杂的相互作用，这可能影响IL-6细胞支持作用以及抗炎的再生性能。接受抗IL-6r mAb tocilizumab治疗的患者体重增加，甘油三酯和胆固醇水平升高，这表明当细胞因子在很长一段时间内被阻断，需要谨慎。

此外，对单个细胞因子的阻滞在炎症部位是可取的，但在非靶点处可能具有破坏性。因此，未来的治疗策略应该考虑到细胞因子在复杂人体网络中的作用，应该在局部而不是系统地抑制。重组人IL-15治疗已经进入了一个新的时代，然而其危险性和毒性仍然不容忽视，如何发挥IL-6、IL-15的参与功能，保证其安全性和在临床上推广仍是任重道远的事情。