IL-33及其受体ST2与支气管哮喘相关性的研究进展

林玛丽 蔡旭龙 李秀洪 刘运广 林 娜

支气管哮喘(以下简称哮喘)是一种由多种炎性细胞浸润呼吸道，并与其产生的细胞因子相互作用形成的慢性气道炎症[1]。哮喘的发病机制复杂，不仅与环境有关，而且与基因表型的多态性也密切相关。Sjöberg等[2]在哮喘模型小鼠中发现，IL-33可诱导气道高反应性、介导气道炎症和重构、激活肥大细胞和产生细胞因子，影响哮喘发作。目前，研究[3]认为Th1/Th2 型免疫应答失衡与哮喘的发生相关，表现为Th1型免疫反应减弱，而Th2 型呈优势应答。IL-33 及其ST2受体能选择性在 Th2 细胞、嗜酸粒细胞、成纤维细胞中表达[4]。体内外试验[5- 6]均证明，IL-33/ST2 信号通路可被抗 ST2 抗体、抗 IL-33抗体等阻断，从而降低气道炎症反应。全基因组关联分析研究(genome wide association studies，GWAS)发现IL-33基因与哮喘相关[7]。因此，研究IL-33与哮喘的关系意义重大，可为治疗哮喘提供新靶点。本文对IL-33及其受体ST2与支气管哮喘的相关性进行综述如下。

1 IL-33

1.1 IL-33的分子结构及表达 IL-33主要在气道上皮细胞及平滑肌细胞中表达，也可在某些组织及器官中表达，是上皮细胞中触发哮喘发生的电位信号。在小鼠模型中，IL-33的编码基因位于19号染色体(19qC1)，而人IL-33基因则定位于9号染色体(9p24.1)，小鼠和人IL-33 cDNA分别编码266和270个氨基酸的多肽,其氨基酸相似性为55%，相对分子量分别为29.9 kDa和30 kDa。IL-33作为IL-1家族的第11位细胞因子，其结构与IL-1α、IL-1β、IL-18相似，其N端为“螺旋-转角-螺旋”结构模式，存在与DNA结合区域及核心序列，而C端为β-折叠，是IL-1类分子和受体结合的位置[8-9]。IL-33是过敏性气道疾病的关键细胞因子，在黏膜器官的固有免疫和适应性免疫中起着重要作用[10]。相对来说，IL-33在与外界接触的呼吸道、消化道、皮肤等黏膜系统中呈高表达，因为这些黏膜系统是固有免疫和适应性免疫的启发部位，也是机体连接外界的物理屏障，而在某些内部脏器(脾脏、胰腺、肾脏、心脏等)中呈低表达[11]。

1.2 IL-33的生物学特性 IL-33是一种多功能因子，既可以作为核因子调控基因转录，又可以作为细胞因子参与调节Th2型免疫反应[12]。IL-33可诱导哮喘、变应性鼻炎、特应性皮炎等Th2型免疫炎症反应，同时也在动脉硬化、肥胖症、2型糖尿病及心脏重塑等疾病中起防护作用。IL-33除了在巨噬细胞、树突状细胞、嗜酸性粒细胞、B细胞、单核细胞和肥大细胞等细胞中表达，还可在某些器官和组织中表达[13]。IL-33主要存在于细胞核内，然而，现有证据表明这一结论可能受荧光标记的融合蛋白影响，事实上在血管内皮细胞和成纤维细胞的细胞核及细胞质中均发现有IL-33[14]。在注射有IL-33的小鼠体内发现IgE水平增高，同时可致其脾脏重量增加，上皮细胞产生增多，和明显的嗜酸性粒细胞增多[8]。在疾病的发展过程中，IL-33对嗜酸性粒细胞的生物学特性尤为重要，通过全基因组测序，发现IL-33基因rs146597587位点C等位基因在编码最后1个外显子之前破坏1个典型剪接受体位点，而使嗜酸性粒细胞计数下降，降低引发哮喘的风险，同样在欧洲人群中也发现了这一现象[15]。Teufelberger等[16]在过敏性哮喘小鼠模型中发现，金黄色葡萄球菌丝氨酸类蛋白酶D可驱动Th2反应和IgE形成，从而产生IL-33和趋化因子，导致嗜酸性粒细胞增多和气道杯状细胞增生，而IL-33的可溶型ST2受体可阻断细胞活性，显著降低嗜酸性粒细胞数目。研究[17]表明，某些黏膜组织表面的变应原在许多方面都可相互作用，如TLR2、TLR4、蛋白酶激活受体-2(protease-activated receptor-2，PAR-2)，其中PAR-2可使肺组织中IL-33增加。IL-33可诱导IL-5分泌，IL-33/ST2在肺内的表达机制尚不完全清楚，但在体外，IL-33可激活嗜酸性粒细胞产生趋化因子和促炎性细胞因子，如IL-10、IL-13、IL-9、IL-1α、IL-6等[18]。此外，IL-33也可调节肥大细胞的功能及发育；在体外试验中，IL-33可诱导肥大细胞产生前炎症细胞因子，促进人CD34+肥大细胞前体的成熟[13]。Bourgeois等[19]通过小鼠动物实验发现IL-33直接作用于自然杀伤T细胞后，对γ-干扰素的促分泌效应是IL-4的近15倍，表明IL-33在固有细胞免疫应答中是促炎性因子。IL-4是介导炎症反应的主要因子，是参与哮喘发生、发展必不可少的炎症介质，而IL-33在炎症和细胞结构损伤中可能作为一个“警报素”存在[20]。

1.3 IL-33/ST2介导的信号通路 IL-33作为ST2的配体，在多种细胞中表达，如内皮细胞、表皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等，且被认为与多种过敏性疾病有关，通过激活肥大细胞，诱导Th2型反应和IgE产生而参与过敏性炎症的发生发展，抑制 Th1 型细胞因子；而ST2则主要表达于肥大细胞及Th2细胞，也可在嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、自然杀伤细胞中少量表达[21]。ST2因差异剪接主要编码膜结合型ST2(membrane-bound homolog of sulfotransferase，ST2L)和可溶型ST2，主要存在于肺、肝、肾等多个组织器官中，在炎症通路中发挥重要作用。一方面，膜表面的ST2L增加，进一步加重炎症反应；另一方面，可溶型ST2受体则作为诱骗受体结合IL-33，从源头阻断IL-33/ST2途径，从而削弱IL-33/ST2L 信号通路的生物学功能，对炎症反应起到负向调节作用[22]。Han等[23]研究发现，IL-33及其受体ST2在患有特应性皮炎的人和小鼠上高度表达，同时也发现IL-33在激素抵抗型哮喘患者支气管黏膜下层高表达， TNF-α联合刺激γ-干扰素导致人IL-33在成纤维细胞和角质细胞蛋白中表达增加，在T细胞亚群中，ST2L可选择性表达于活化的Th2细胞，当Th2细胞被激活后，同时分泌可溶型ST2受体,IL-33/ST2L 还可以抑制促炎细胞 Th1 型细胞的功能，减少Th1 型细胞因子的生成。GWAS发现，IL-33和ST2基因存在与哮喘相关的多态性位点[24]。

2 IL-33与哮喘的关系

哮喘是由遗传易感性与环境因素相互作用形成的一种复杂性的气道慢性炎症性疾病，由嗜酸性粒细胞、嗜碱粒细胞和肥大细胞、IgE、Th2细胞因子(IL-4、IL-5、IL-9和IL-13等)介导，当机体吸入或接触过敏原而诱发气道炎症及气道重塑，属于过敏性炎症，且个体之间存在异质性差异[25]。因哮喘的遗传机制尚不完全清楚，目前研究哮喘基因多态性主要与哮喘易感性、临床表型和预后及治疗效果有关。国内外学者[1-2]应用多种分子生物学方法，对哮喘的候选基因进行了研究，结果发现有上百个候选基因与人类哮喘相关。在基因组水平上的遗传变异研究中发现，IL-33、白细胞介素1受体1型(IL-1 receptor-like 1，IL1RL1)在哮喘和过敏性疾病中发挥作用[26]。IL-33可诱导Th2型免疫应答，并与其ST2L受体在肥大细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞、树突状细胞和Th2细胞中结合并激活，从而增强炎症反应。Queiroz等[27]测试了可能与哮喘和过敏有关联的 IL-33和ST2单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，发现IL1RL1 rs1041973 A等位基因在人过敏性疾病中低表达，而IL1RL1基因 rs1041973和rs873022多态性位点在巴西人群的研究中发现， rs873022 T等位基因与血浆中可溶型ST2受体水平降低有关，IL1RL1基因rs1041973和rs16924161两个位点在巴西哮喘患者中高表达，IL-33基因rs12551256 G等位基因与哮喘呈负相关，结果表明IL1RL1和IL-33 SNPs与过敏和哮喘的遗传变异标记相关联，可作为人类哮喘和过敏的保护或危险因素。Chen等[28]对516名中国汉族过敏性哮喘患者及552名汉族正常健康人的基因型和等位基因频率进行比较，发现IL-33 rs928413 和IL1RL1 rs1558641与哮喘的发展有关，且IL-33 rs928413 G等位基因在哮喘患者中显著增高，而IL1RL1 rs1558641 G等位基因频率则显著降低，这是第一次验证IL-33和IL1RL1基因与中国汉族人群哮喘的风险相关。IL-33和IL1RL1是哮喘的易感基因位点，且IL-33和IL1RL1构成单一配体受体途径。Savenije等[29]对荷兰哮喘儿童的研究中发现，IL-33/IL1RL1通路与哮喘和特异性喘息的发生密切相关，IL1RL1(rs10208293和rs13424006)和晚期喘息的发展相关，IL-33 rs1342326位点与持续性喘息相关，因此推测IL-33/IL1RL1可影响儿童喘息发作及早期哮喘的发展。IL-33编码受损细胞释放的细胞因子，而IL1RL1编码IL-33受体复合物的一部分，在过敏性气道疾病的人体和小鼠模型中均发现，IL-33在驱动Th2炎症反应中起核心作用，哮喘的遗传变异与IL-33/IL1RL1通路相关，因此IL-33是哮喘发病机制的关键[7]。Wang等[30]通过meta分析发现，中国汉族哮喘儿童血清IL-33水平较健康对照儿童高，认为IL-33是儿童哮喘早期诊断的可靠生物标志物。IL-33 作为Th2型细胞因子的代表，不仅可以通过生成其他Th2型细胞因子，加重Th2型反应的优势作答，而且可以增加宿主气道高反应等机制促进哮喘病情恶化，是反映病情的可靠指标之一。通过对IL-33血清水平的检测及其多态性的研究，将有利于临床对支气管哮喘的诊断及评估，也利于准确判定哮喘病情，因此有进一步研究的必要。

3 展望

哮喘作为一种由多种炎症介质参与的气道慢性变态反应性炎症，其发病机制尚未完全明确，虽然Th1/Th2失衡在哮喘的发生发展中发挥着重要作用，但尚不足以解释哮喘发病的全部原因，而IL-33/ST2 作为一种较新的信号传导通道，IL-33 作为一种炎性因子介导哮喘的发生、发展，并与ST2结合发挥生物学效应，从而影响哮喘发生发展。然而，有关IL-33的基本生物学问题及其单核苷酸多态性在哮喘发病机制中的研究尚未完全明确，是否可以通过阻断IL-33与ST2结合来治疗哮喘，有待于进一步研究证实。