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IL-1信号通路参与全身型幼年特发性关节炎发病机制的研究进展

2018-01-17王耀华

中日友好医院学报 2018年1期
关键词:单核细胞安慰剂关节炎

赵 铁,王耀华

(1.中日友好医院 药学部,北京 100029;2.河北大学附属医院 药剂科,河北保定 071000)

全身型幼年特发性关节炎(systemic juvenile idiopathic arthritis,sJIA)是一组以全身症状为主要临床表现的幼年特发性关节炎,是根据国际风湿病学会联盟(ILAR)划分的7种幼年特发性关节炎中最特殊的一组罕见[1]、多基因、异质性、病情危重、预后较差的疾病。临床表现为发热、皮疹、脾脏增大、淋巴结肿大,实验室检查异常,有10%患者伴发巨噬细胞活化综合征。sJIA的发病机制至今不完全清楚。细胞因子及其相关的基因突变等因素,以及环境的诱发被认为与sJIA的发生密切相关。近年来,随着IL-1抗体成功应用于sJIA的治疗,人们才逐渐认识到sJIA可能更倾向于是一种自身炎症性疾病[2],而非自身免疫性疾病。本文将重点关注和总结IL-1信号通路在sJIA发病中的重要作用,发现未解决的问题,为sJIA的研究提供新的思路。

1 IL-1的功能及调节

IL-1家族对炎症和宿主防御具有重要的作用。目前IL-1家族包括11个促炎和抗炎细胞因子,按照发现的顺序命名从IL-1F1~IL-1F11,分别对应我们常见的命名IL-1α、IL-1β、IL-1 受体拮抗剂 (IL-1Ra)、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β、IL-36γ、IL-36 受体拮抗剂(IL-36Ra)、IL-37和 IL-38[3]。IL-1α和IL-1β是2种促炎症细胞因子,在多种不同类型细胞(主要来源为单核/巨噬细胞)中分别以前体分子pro-IL1α和pro-IL1β的形式合成。pro-IL1α是有生物活性的,需要被钙蛋白酶裂解而产生更小的成熟蛋白。相反,pro-IL1β是无生物活性的,需要被细胞凋亡蛋白酶(caspase-1)裂开从而产生活性。pro-IL1α主要结合在细胞膜上,而pro-IL1β被分泌出细胞外,因此代表IL-1细胞外的主要形式[4]。IL-1有Ⅰ和Ⅱ型2种跨膜受体,IL-1β需要同时与IL-1RⅠ和IL-1RAcp[5]结合才能启动信号转导。IL-1RⅡ是一种诱骗受体,与IL-1β结合将导致其被中和。这三个受体分子IL-1RⅠ、IL-1RⅡ和IL-1RAcp可以从细胞膜上脱落以溶解的形式出现 (sIL-1RⅠ、1RⅡ和-1RAcp)。

IL-1是一种具有多效作用的蛋白质,可调节其本身及IL-6等细胞因子的表达。IL-1可作用于骨髓,刺激粒细胞生成,引起外周血中性粒细胞升高。大脑中IL-1通过受体激活下丘脑的体温调节中枢引起发热,IL-1也可激活内皮细胞引起皮疹和IL-6产生[4]。IL-1除了驱动全身炎症,还可通过诱导卵泡抑素相关蛋白1刺激软骨和骨的破坏。

已知IL-1的产生和生物活性受到多个水平的调节,包括转录、翻译、裂解和释放等。IL-1α和IL-1β的转录由一系列刺激因素诱发,包括细菌、病毒产物、细胞因子。Caspase-1激活是由一种多蛋白复合物-炎症小体介导[6]的。但是,其激活机制至今不明。炎症小体激活导致procaspase-1转变成caspase-1,在该酶作用下,pro-IL-1β裂解为成熟的 IL-1β[4]。成熟IL-1β的释放还需要由核苷酸P2X7受体提供的第二个信号,该受体是由人cathelicidin家族抗菌肽LL37或ATP激活,导致细胞内钾离子外流。钾外流使得磷脂酰胆碱特异性磷脂酶C活化,从而升高细胞内游离钙浓度以激活磷脂酶A[7],并最终引起溶酶体胞吐和IL-1β分泌。IL-1β释放后它的生物学效应受到一系列抑制分子的调节,包括 IL-Ra,sIL-1RⅠ,-1RⅡ和1RAcp。上述任何步骤失调都可能导致IL-1β生物利用度升高及其介导的炎症发生。

2 IL-1在sJIA中作用的研究

IL-1在自身炎症性疾病中的重要作用已得到广泛认同,但由于sJIA曾经一直被视为自身免疫性疾病,IL-1与其相关性未受到广泛关注。2004年Verbsky等[8]第一次观察到2例sJIA患者在接受重组IL-1受体拮抗剂-阿那白滞素治疗后获得的显著效果。2005年Pascual等[9]报道了9例其他疗法无效的难治性患儿在给予阿那白滞素后临床症状和炎症指标获得了显著的改善,其中7例完全缓解,另外2例部分缓解,并通过实验证明患者血清可以引起健康人大量固有免疫基因的转录,包括IL-1α和IL-1β,并且外周血单核细胞(PBMCs)在炎性刺激后可以产生过量的IL-1β。这项研究掀起了IL-1及其抑制剂在sJIA中作用的研究热潮。

后又有多个零星的和系统的临床观察和实验室研究确证了 IL-1通路在sJIA中的重要作用[10~13]。2011年,Quartier等[10]招募了24例患者开展了为期1个月的多中心、双盲、安慰剂对照的临床试验,结果显示阿那白滞素治疗组和安慰剂组反应率有显著差别,分别为67%和8%。不久后,有2项关于卡纳单抗(anti-IL-1β)的临床研究也得到了令人鼓舞的结果[12]。在第一项RCT试验中,经过15d卡纳单抗治疗43例2~19岁患者获得了84% 的ACR 30和 67%的 ACR 50,61%的 ACR 70,42%的 ACR 90及33%的完全缓解率;而安慰剂组的ACR 30反应仅为10%。第二项撤药试验中,100例接受卡纳单抗治疗32周的患者随机进入撤药阶段或安慰剂组,结果显示,继续接受治疗组74%无复发,而安慰剂组25%无复发。撤药期结束时50例继续接受卡纳单抗治疗的患者中31例(62%)达到非活动状态,相比而言,安慰剂组50例患者中仅为17例(34%)。

虽然IL-1抑制产生了良好的临床疗效,但一些临床试验的结果仍然值得我们思考。一项多中心、回顾性临床研究[14]显示46例早期接受阿那白滞素治疗的sJIA患者,全身症状快速缓解,关节炎也得到一定改善的比例>90%,获得完全反应的占60%左右,这其中包括8例仅接受阿那白滞素单药治疗的患者。2014年的一项前瞻性研究[13]结果也显示,85%的新发sJIA患者在接受阿那白滞素治疗3个月后可达到aACR 90或非活动性,这一比例在单纯接受阿那白滞素治疗的患者中也达到了75%。大多数对阿那白滞素治疗有反应的患者(73%)1年内可停止治疗,疾病活动度在随访过程中仍然持续缓解。临床研究均提示,越早开始IL-1抑制剂治疗可能越有利于sJIA对该药的反应及结果的改善,为IL-1抑制剂作为sJIA临床一线用药提供了关键证据。Gattorno等[11]通过考察22例sJIA患儿对阿那白滞素治疗的反应结合临床症状及实验室指标认为sJIA可以分为2个亚组,一组效果明显,1周内快速改善关节炎及C反应蛋白水平,另一组无效或对关节炎及C反应蛋白的改善仅为一过性。反应组和非反应组之间区别主要是关节炎程度及绝对中性粒细胞计数,在响应组中前者表现更轻,后者则水平更高。提示阿那白滞素可能对全身症状和实验室炎性指标为主的患者比关节炎表现为主的患者疗效更好。

一些实验室的证据支持IL-1的作用[15~18]。一项临床基础研究[15]显示,在卡纳单抗治疗15d达到aACR50反应的sJIA患者,d3的基因表达谱与其基线水平存在明显差异,这其中包括 IL-1β、IL-1受体 (IL1-R1和 IL1-R2)、IL-1受体配件蛋白 (IL1-RAcp)和 IL-6等炎症分子。这些基因的基线表达更高的患者治疗反应越强烈。另外2项研究没有发现PBMCs中IL-1基因表达上调,但发现了IL-1触发的下游信号通路分子的基因表达是上调的[17,18]。

3 “悬而未决”问题给我们的启示

尽管IL-1在sJIA发病中的作用已经证实,IL-1血清水平与sJIA相关性仍有很大争议。个别研究认为血清IL-1β升高[19],一些研究认为血清IL-1β并不升高[20]。近年来更多研究表示IL-1β的浓度低于检测限,无法检测到或不易检测[11,21]。值得注意的是,在一些自身炎症性疾病[如familial cold autoinflammatory syndrome (FCAS)、NLRP12-autoinflammatory disease(NLRP12AD)等]中,PBMCs 体外自发或刺激试验IL-1β释放是增加的,但体内血清或血浆水平的升高往往仍然不显著或检测不到[22]。这是否暗示IL-1β在体内有特殊的动力学过程。有报道称IL-1β可能结合到大分子蛋白,比如b-2-巨球蛋白、补体及sIL-1II受体[23]。但是,体外试验中过多释放的IL-1是可以被检测到的,这说明与IL-1β结合的蛋白可能随着IL-1β释放也反馈性的增加释放入血的量或者“容纳或吸附”IL-1的“容器或载体”可能不在血中,而是在某个器官或组织中,它们的“承载量”始终多于IL-1β,并作为IL-1β与IL-1R的特异性结合外的另一种主要的结合形式。Lachmann等[24]报道了一种新的检测方法,利用卡纳单抗与IL-1β形成的复合物测定体内IL-1β的释放量,发现自身炎症性疾病Cryopyrin相关周期性综合征 (cryopyrin-associated periodic syndromes,CAPS)患者体内IL-1释放是健康对照组的5倍。这种方法得到的结果与体外试验一致,给一直以来关于CAPS是IL-1释放增加介导产生的疾病这一假说提供了直接的证据,同时也说明了体内IL-1水平是可以检测的,但是目前还没有该方法在sJIA中应用,以及在其他体液,比如滑膜液中应用的报道。希望通过该方法可以证实sJIA患者体内IL-1β释放的真实情况。

体外试验中也出现了争议的结果。多数报道sJIA中PBMCs[11,25]体外自发或刺激试验IL-1β释放是不增加的,仅Pascual等[21]的研究报道是增加的。Pascual等报道豆蔻酰佛波醇乙酯(phorbolmyristate acetate,PMA)刺激sJIA患者PBMCs释放IL-1多于健康人。但是,Gattorno等[11]报道多种刺激(包括 PMA)下,sJIA患者 PBMCs中 pro-IL-1β增加,但细胞外IL-1β释放并不增加,甚至比健康人低。Gattorno推测可能sJIA的IL-1β仅在特定的位置释放,并且被局部的微环境所控制。Jager等[18]发现sJIA患者关节滑膜液中IL-1水平远高于血浆中,而在单关节和多关节型JIA中血浆IL-1β水平要更高,这可能部分支持Gattorno的假说。Macaubas等[25]报道脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激下sJIA单核细胞内IL-1β高于健康对照组,但是释放出的IL-1β却显著低于健康对照组。这与抑制2IL-1β抑制能够显著改善sJIA患者临床表现相矛盾。Macaubas等[25]推测,sJIA中IL-1β可能来源于其他细胞,比如中性粒细胞[26]、B细胞或者内皮细胞[27];另一种可能是sJIA包含pro-IL-1β的单核细胞可能被吸引到炎症部位,并以诸如细胞凋亡的形式死亡,释放出的pro-IL-1β进一步以不依赖caspase-1的机制裂解产生IL-1β[28]。此外,也不排除体外试验条件下单核细胞行为与体内情况不同而引起IL-1β释放减少。有趣的是,阿那白滞素可升高sJIA患者PBMCs中ATP受体-P2RX7的表达[10]。P2RX7受体介导单核细胞中激活caspase-1的自分泌ATP刺激[29]。阿那白滞素治疗使P2RX7升高暗示IL-1会抑制该受体。事实上,Allantaz等[16]发现的12个基因之一-氯化物细胞内通道2(CLIC-2)可以准确区分sJIA患者,氯化物通过对P2RX7的影响可以抑制IL-1β分泌[30]。因此有必要评价这个受体在sJIA患者单核细胞表面的表达水平。综上,我们注意到sJIA患者PBMCs分泌IL-1β减少,而IL-1β的mRNA表达却增加,单核细胞内pro-IL-1β增加,而且与IL-1β产生和分泌有关的通路上的关键基因发生异常,而阿那白滞素能够促进P2RX7的表达,这些现象是否暗示单核细胞IL-1β分泌减少与细胞内促进pro-IL-1β分解及IL-1β分泌相关的一系列蛋白异常表达有关,IL-1β抑制剂能够有效改善这种现象,是否说明IL-1自身调节的反馈环路中有许多尚待发现的机制。

4 小结

IL-1在sJIA的发病中起到关键作用,但有争议问题有待深入研究。总结和分析这些问题,推动相关的研究,将有利于以IL-1为突破口,深入揭示sJIA的发病机制,开发有效治疗手段,制订最佳的治疗方案。IL-1β抑制剂对sJIA的疗效确切,但仍有部分患者对IL-1β抑制剂反应欠佳,这可能提示sJIA的异质性,也为sJIA的疾病分层及发病机制研究提供了新的思路和线索。鉴于IL-1β抑制剂治疗sJIA效果显著及其明显优势,强烈建议我国药企尽快开展IL-1β抑制剂进口注册或仿制研究工作,为我国sJIA患儿带来福音。

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