IL-33在呼吸道过敏性疾病中的作用研究进展

伏晓 朱瑾 陈漫漫 滕尧树 余波

呼吸道过敏性疾病由人体吸入过敏原后启动辅助性T淋巴细胞（Th）2型免疫反应所引起。IL-33是IL-1家族成员之一，生长刺激表达基因2（ST2）蛋白是IL-33的受体。通常情况下，IL-33主要由机体正常组织细胞表达，如上皮细胞、成纤维细胞和内皮细胞，但在过敏性炎症反应条件下，其可在免疫细胞，如肥大细胞、树突状细胞（DCs）中被诱导表达，通过与ST2结合，IL-33能激活靶细胞（如Th2细胞）产生和分泌促进或调节局部和全身免疫的多种炎性细胞因子。IL-33是一种多功能细胞因子，在多种生物反应中发挥关键作用，如免疫应答的发展和调节、组织稳态的维持、修复和重塑。动物研究发现，IL-33/ST2信号通路在过敏原诱导的呼吸道炎症中起关键作用[1]。因此，深入探究IL-33及其信号通路对于揭示呼吸道过敏性疾病发病机制、启发靶向治疗思路具有重要的理论价值和临床指导意义。本文就IL-33的分子特征、生物学活性及其在呼吸道过敏性疾病中的表达和调控作用综述如下。

1 IL-33的分子特征

人IL-33基因位于染色体9p24.1上，含有8个外显子，外显子1是非编码的，外显子2～8编码IL-33蛋白[2-4]。人IL-33蛋白全长270个氨基酸，分为3个功能域：核结构域、中央结构域和IL-1样细胞因子结构域[5]。核结构域（氨基酸1～65）由外显子2～3编码并含有染色质结合基序（氨基酸40～58），在正常情况下，染色质结合基序将IL-33蛋白定位于细胞核，并通过与组蛋白H2A-H2B二聚体相互作用将IL-33定位于染色质[6]。IL-33的中央结构域（氨基酸66～111）由外显子4编码，并含有对嗜中性粒细胞和肥大细胞衍生的蛋白酶敏感的蛋白酶切割位点[1]。IL-33的IL-1样细胞因子结构域（氨基酸112～270）由外显子5～8编码，与靶细胞上的ST2结合并介导细胞因子活化[2]。

2 IL-33的表达和生物学活性

IL-33被认为是一种“警报蛋白”，可以在细胞损伤或组织损伤时迅速储存和释放，支气管上皮细胞和高内皮小静脉的内皮细胞是人体IL-33的主要来源[7-8]。在过敏性哮喘、变应性鼻炎和慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的鼻或肺上皮中已经观察到IL-33的表达上调。此外，骨髓源性细胞如巨噬细胞、DCs、B细胞和肥大细胞在炎症状态时IL-33的表达增加[1]。且研究发现，由组织细胞产生的IL-33在过敏原驱动的呼吸道炎症中有着至关重要的作用[9]。

IL-33能调节Th2细胞的分化和功能。Komai-Koma等[10]发现IL-33是Th2细胞的趋化剂。在体外，重组IL-33可增加Th2细胞比例，且以浓度依赖的方式诱导Th2细胞形态学上的改变，并诱导其迁徙进入胶原基质。在体内，重组IL-33则吸引ST2＋Th2细胞转移到IL-33注射部位。因此，IL-33可通过主动募集Th2细胞到炎症位点，在维持慢性炎症中起关键作用。另一方面IL-33的受体ST2选择性的在Th2细胞上表达，ST2与炎症反应密切相关，在过敏性哮喘患者中可溶性ST2表达水平升高。IL-33通过其受体激活NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶，诱导IL-4、IL-5和IL-13等Th2细胞因子的表达，加重黏膜组织的病理性损伤[2]。在小鼠过敏性哮喘模型中，可溶性ST2预处理IL-33刺激的脾细胞能降低IL-4、IL-5和IL-13的产生[11]，这表明，可溶性ST2可抑制过敏性呼吸道炎症中IL-33诱导的Th2细胞因子的产生。在呼吸道过敏性疾病中，可溶性ST2在IL-33诱导Th2细胞因子的信号中作为一种负向调节剂起作用。

IL-33能调节肥大细胞的发育和功能。在体外，IL-33促进人CD34+肥大细胞前体的成熟和诱导肥大细胞产生前炎性细胞因子和趋化因子[12]。IL-33能诱导小鼠骨髓衍生培养的肥大细胞以非IgE方式[髓样分化因子88（My D88）依赖方式]产生 IL-13 和 IL-6，但 IL-33 不诱导和增强这些肥大细胞脱颗粒。在无免疫球蛋白E（IgE）的条件下，高浓度的IL-33能延长肥大细胞的生存[13]。IL-33以剂量和时间依赖的方式刺激小鼠肥大细胞株p815细胞分泌IL-6，增加IL-6和IL-1β mRNA的表达，IL-33亦诱导肥大细胞产生IL-1β、TNF-α、单核细胞趋化蛋白-1和前列腺素D2（PGD2）[14]。IL-33能促进人脐带血来源的肥大细胞的生存及其黏附到纤连蛋白的能力，并诱导肥大细胞产生IL-8、IL-13[15]。由此可见，IL-33在肥大细胞介导的过敏性炎症反应中发挥重要的调控作用。

3 IL-33在呼吸道过敏性疾病中的作用

3.1 IL-33在过敏性哮喘中的作用

3.1.1 IL-33基因型与过敏性哮喘 过敏性哮喘的临床表现取决于遗传易感性与环境因素之间的相互作用。研究发现，IL-33、ST2基因的遗传变异与过敏性哮喘的发生有关[16]。8个IL-33的单核苷酸多态性（SNP）位点与过敏性哮喘表型有关[17]，这些IL-33的SNP位点中有几个彼此靠得很近，并且比群体中等位基因频率所预测的机率更频繁地被观察到，这表明IL-33 SNP与过敏性哮喘的发病密切相关。

3.1.2 IL-33表达水平与过敏性哮喘相关的证据 过敏性哮喘患者痰和支气管活组织标本的气道上皮细胞中，IL-33 mRNA水平均明显上升。另外，过敏性哮喘患者的血清、痰、支气管肺泡灌洗（BAL）液、气道上皮细胞和黏膜下炎性细胞中发现IL-33蛋白水平升高[1]，表明IL-33表达水平可能与过敏性哮喘严重程度有关。

自从在小鼠中发现Ⅱ型固有淋巴细胞（ILC2s）以来，人们已经在人的外周血和黏膜组织中鉴定出ILC2s[18]。与健康对照组或变应性鼻炎组相比较，过敏性哮喘患者外周血和BAL液中IL-33应答性ILC2s的数量增多[1]。此外，与对照组相比，来自过敏性哮喘患者的ILC2s似乎对IL-33更敏感。血液中ILC2s的数量与组织嗜酸性粒细胞增多和临床不稳定性哮喘的严重程度相关。这说明IL-33和ILC2s与过敏性哮喘的发病有关。

郭治等[11]在研究血吸虫卵诱导肺肉芽肿模型和卵白蛋白致敏哮喘小鼠模型中发现Th2细胞的生成和活化需要IL-33的参与。在这些模型中，IL-33可促进Th2细胞的活化，并产生IL-5及少量的IL-4，但不产生IFN-γ。且IL-33通过激活NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶信号转导通路使Th2细胞极化。

肥大细胞通过释放多种细胞因子在过敏性哮喘中发挥核心作用。肥大细胞表达ST2和IL-1R协同蛋白（IL-1RAcP）。IL-33与ST2结合后激活下游信号转导，导致诸多的细胞因子、趋化因子、脂质调解剂的表达，其中包括 IL-8、IL-5、IL-13、IL-6、IL-1β、TNF、重组人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、细胞因子CC配体2（CCL2）和PGD2[19]。IL-33能够刺激肥大细胞相关细胞因子的产生，这可能取决于ST2/IL-1RAcP异源二聚体与干细胞因子受体（c-Kit）的结合，这一结合过程通过多种信号转导通路促进细胞因子的表达[20]。IL-33和抗胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）在促进肥大细胞活化中具有协同作用。就其本身而言，IL-33促进CD34+肥大细胞前体成熟，通过测定胰蛋白酶发现TSLP可以加速CD34+肥大细胞前体成熟。CD34+肥大细胞前体同时存在IL-33和TSLP两种受体表达，而且这两种受体的表达在抗原刺激后的过敏性哮喘患者中明显上调[21]。IL-33可以促进组织中的肥大细胞通过纤维连接蛋白黏附到基质中，促进肥大细胞在组织的募集。这表明，IL-33可能通过肥大细胞参与过敏性炎症反应。通过构建皮肤及全身过敏反应的小鼠模型，郭治等[11]发现IL-33在T细胞独立性过敏反应和IgE致敏肥大细胞依赖性过敏反应中，均发挥了重要的作用；与非致敏的肥大细胞相比，IgE致敏的肥大细胞ST2呈高水平表达，这是过敏性炎症反应至关重要的一步。

总之，以上研究结果表明，IL-33可能参与人类过敏性哮喘的病理生理过程，基于IL-33为靶点的药物或将是过敏性哮喘治疗的理想选择。

3.2 IL-33在变应性鼻炎中的作用 鼻腔上皮细胞是第一个接触吸入抗原的部位，在变应性鼻炎的先天性免疫中发挥重要作用。上皮细胞来源的细胞因子TSLP、IL-25和IL-33在鼻黏膜组织中调节Th2细胞因子介导的炎症相关免疫应答[1]。Sakashita等[22]研究发现日本柳杉花粉过敏症患者的血清IL-33水平明显高于健康对照组。Kamekura等[23]研究中发现变应性鼻炎患者的鼻上皮中ST2 mRNA、ST2蛋白和IL-33 mRNA表达水平持续升高，并且血清/血浆中的IL-33水平持续升高。Wang等[24]研究发现变应性鼻炎患者血清和BAL液中IL-33蛋白水平明显高于正常对照组。这些研究表明IL-33蛋白表达与变应性鼻炎的严重程度相关。

此外，IL-33可促进人肥大细胞的成熟和存活并诱导其分泌细胞因子IL-5和IL-13，这些细胞因子能促进嗜酸性粒细胞的活性和效应功能[12，15]，而延迟的嗜酸性粒细胞凋亡是变应性炎症反应中嗜酸性粒细胞增多的中心机制。IL-33、IL-1β和IL-18能明显提高嗜酸性粒细胞的存活率，刺激活化的嗜酸性粒细胞释放趋化因子CCL2，促进变应性炎症部位嗜酸性粒细胞的浸润[22]。此外，CCL2又可通过诱导单核细胞、T淋巴细胞、NK细胞、嗜酸性粒细胞活化和嗜碱性粒细胞、肥大细胞的脱颗粒来加速炎性细胞浸润，从而促进过敏性炎症反应[24-26]。

体外研究显示，IL-33可促进Th2/17细胞因子的表达[27]。IL-1β和IL-6均可促进Th17淋巴细胞的分化，其产生的IL-17A和IL-17F可促进白细胞募集和过敏性炎症反应[28]。脂多糖可激活DCs和巨噬细胞释放IL-33，由IL-33诱导增强IL-6、IL-1β和IL-18的表达，进而增强微生物感染过程中的炎症反应，进一步加重过敏性炎症反应。IL-1β和IL-18，IL-1β和IL-33以及IL-18和IL-33联合作用介导的IL-6产生的协同效应可以通过旁分泌回路机制放大Th17极化，从而引发更深入的过敏性炎症效应[22]。Cho等[25]研究发现IL-33可以加剧Th17细胞介导的气道炎症反应。

虽然变应性鼻炎患者的外周血ILC2数量在稳定条件下（变态反应季节外）与对照组没有差异，但当变应性鼻炎患者暴露于过敏原时血液ILC2s的数量增多[29]。在草花粉季节，季节性变应性鼻炎患者的血液ILC2数量也明显增多[30]。

上述发现表明IL-33与变应性鼻炎的发病有关。然而，IL-33 SNP与变应性鼻炎的关系报道少见，研究两者之间的相互关系或可为揭示变应性鼻炎的发病机制提供新的线索。

4 小结和展望

综上所述，IL-33在黏膜的固有免疫和适应性免疫以及气道的稳态和修复中起重要作用。IL-33是具有多种效应的促炎性因子，通过信号通路介导的生物学活性参与了以Th2细胞为主的过敏性炎症反应过程，调节Th2细胞因子的生成，同时参与肥大细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞的活化，进而引发炎症反应中组织的病理性改变。因此，阻断IL-33活性的生物制剂在呼吸道过敏性疾病治疗中具有潜在应用价值。目前研究表明，IL-33 SNP与过敏性哮喘有密切关系，这为呼吸道过敏性疾病发病机制的研究提供新的方向。