IL-10对脑内免疫平衡的调控作用及机制的进展①

常诗晨 张雪竹

(天津中医药大学第一附属医院，天津 300193)

IL-10是免疫抑制分子，通过限制对病原体的免疫应答，在炎症和自身免疫性疾病的发生发展中起着重要的调控作用[1,2]。目前，已发现IL-10在炎性肠病、慢性感染、肿瘤和神经退行性疾病等多种疾病中作用关键[3-5]。

最初认为IL-10仅由Th2细胞分泌[6]，后来发现其来源广泛，Th1细胞、CD8+T细胞、B细胞、调节性B细胞、巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞等多种免疫细胞及一些非免疫细胞(如上皮细胞)均能产生IL-10[7]。不同细胞分泌IL-10的调控机制也十分复杂，涉及遗传调控、转录调控、信号通路调控、转录后调控等，这些调控过程的失衡都导致IL-10功能的异常。因此，了解不同细胞对IL-10表达的调控机制对设计免疫干预策略是非常必要的。

1 中枢神经系统中的免疫应答

以往认为中枢神经系统是免疫豁免区，但近年来研究发现中枢神经系统内部存在先天免疫系统[8]。先天免疫系统是宿主抵御病原体或其他异物入侵的第一道防线[9]。先天免疫细胞表面表达多种模式识别受体(Pattern recognition receptor，PRR)，PRR通过识别病原相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMP)和损伤相关分子模式(Damage related molecular pattern,DAMP)，激活先天免疫系统，引起一系列细胞内级联反应，并诱导促炎或抗炎的细胞因子产生[10]。PAMP是一类或一群特定的微生物病原体及其产物共有的某些高度保守的分子结构(如LPS、LTA、细菌DNA、病毒RNA/DNA等)。PRR识别PAMP后启动免疫应答以清除病原体[11]。DAMP是组织、细胞损伤后释放的内源性物质，被PRR识别后，激活先天免疫系统并引起炎症，导致组织进一步损伤，同时调节获得性免疫极化方向，对组织愈合、修复或重构进行调控[11]。PRR不仅能监视病原体保护宿主；还能识别宿主自身组分，引起组织损伤及多种自身免疫性疾病[10]。

2 小胶质细胞是中枢内最重要的免疫细胞

中枢神经系统中存在多种先天免疫细胞，包括小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元、内皮细胞等，其中小胶质细胞最为重要。这些细胞表面都表达PRR[12,13]。

小胶质细胞起源于卵黄囊衍生的原始巨噬细胞群，在发育早期迁移至大脑并成熟，因此在抗原表型、形态、功能等方面与外周巨噬细胞更为相似，而区别于其他神经细胞以及单核巨噬细胞[14,15]。正常情况下小胶质细胞能够自我更新，通过分泌细胞因子、趋化因子、活性氧、活性氮等调节脑内微环境[16]。脑损伤后小胶质细胞被激活，一方面通过吞噬坏死细胞、分泌GDNF和BDNF等神经营养因子促进组织修复[17,18]；另一方面通过增殖、抗原呈递、募集外周免疫细胞浸润、分泌IL-1β等致炎因子启动脑内炎症级联反应，引起继发损害并抑制损伤后的神经修复[19]。

小胶质细胞发挥组织损害或修复的功能与其活化状态密切相关。正常情况下，小胶质细胞处于静息态[20]，当病原体入侵或组织损伤时，小胶质细胞被激活[21]。根据表面标志及分泌细胞因子的不同，小胶质细胞可分为M1和M2两种极化类型[22]。脂多糖(LPS)、IFN-γ、坏死神经元、淀粉样蛋白β等可刺激小胶质细胞向M1型极化，并分泌TNF-α、IL-6、IL-1β、趋化因子、一氧化氮以及前列腺素等细胞毒性物质，加重炎症反应，导致神经元凋亡[22,23]。而IL-4、IL-13、IL-10等能促使小胶质细胞向M2型极化，表达IL-10、肝素结合凝集素、抵抗素样分子家族成员FIZZ1、精氨酸酶1等抗炎因子和神经营养因子，加速坏死组织的吞噬并促进损伤修复[22,23]。脑损伤后M1和M2型小胶质细胞同时存在，早期多为M2型，但随着损伤加重，更多小胶质细胞转变为M1型，分泌大量致炎因子，导致损伤加剧[19,24]。此外，通过损伤的血脑屏障浸润至脑组织的外周免疫细胞，也引起脑内的特异性免疫应答，并激活胶质细胞，协同产生更多的炎症介质，恶化神经损伤[19]。如巨噬细胞生成TNF-α，能增强小胶质细胞的吞噬能力，促进炎症因子分泌[25]；浸润性T细胞能改变周围细胞因子水平，进而影响小胶质细胞向M1型或M2型极化[25]。

越来越多的研究发现，活化的小胶质细胞与帕金森病、多发性硬化、阿尔兹海默病等多种神经退行性疾病密切相关[26-28]。骨髓型巨噬细胞对小胶质细胞数量和功能的维持没有任何作用。甚至在实验性自身免疫性脑炎(EAE)等炎性疾病中，即使外周巨噬细胞浸润至脑，这些巨噬细胞也仅维持其自身的转录并参与疾病进程，并不形成内源性小胶质细胞[29]。

3 小胶质细胞是中枢神经系统内IL-10的重要来源

Toll样受体(Toll like receptors，TLRs)属于模式识别受体，存在于多种免疫细胞和免疫效应细胞表面，能特异识别PAMP。TLRs与其配体结合后可激活多种信号途径，促进细胞因子产生，调节机体免疫应答，发挥抗感染免疫功能，并能诱导获得性免疫产生[30]。神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞和内皮细胞表面均表达TLRs，因此均具有促进炎症反应的能力。

TLR信号是胶质细胞分泌细胞因子和趋化因子反应的上游开关。小胶质细胞表面高表达TLR2、TLR3、TLR4和TLR9，这些TLRs与配体(肽聚糖、LPS、polyI∶c和CpG DNA等)结合后，诱导小胶质细胞产生IL-10等细胞因子[31,32]。如TLR3与配体结合后能诱导强烈的炎症反应，并促进小胶质细胞分泌高水平IL-10、IL-12、TNF-α、IL-6和IFN-γ；TLR4促使小胶质细胞分泌IL-10的水平与TLR3相当，但分泌其他因子则非常少；TLR2主要诱导小胶质细胞产生IL-6和IL-10，且与TLR3及TLR4途径有协同效应[33,34]。

TLRs介导小胶质细胞分泌IL-10的过程还可以被其他分子进一步调控。如腺苷能通过TLR2和TLR4促进小胶质细胞分泌更多的IL-10，并抑制促炎因子的产生[35]。LPS通过TLR4激活细胞内的MAPK/ERK和NF-κB通路，促进通路上的激酶磷酸化及NF-κB入核，从而诱导多种炎症因子转录[36]。小胶质细胞受到LPS等刺激后释放大量的ATP，ATP能激活小胶质细胞膜上的嘌呤受体，不仅诱导小胶质细胞产生IL-10，还能激活TLR4相关的MEK、ERK等信号通路，促进MCP-1等趋化因子的转录，提高小胶质细胞的吞噬能力，从而抑制炎症反应的强度[37]。谷氨酸和前列腺素E2能通过TLR4促进LPS刺激的小胶质细胞分泌IL-10[38,39]，维生素B1衍生物(Benfotiamine)和Mycoepoxydiene能抑制MAPK/ERK信号通路，同时抑制NF-κB入核，因此下调TLR4介导的小胶质细胞产生促炎细胞因子，并上调IL-10的表达[40,41]。内源性大麻素和某些抗炎药物能促进活化的小胶质细胞分泌IL-10[42]。

此外，细胞因子也能通过影响小胶质细胞分泌IL-10而调控炎性反应。如Ⅱ型肿瘤坏死因子受体(TNFR2)与受TLR4介导产生的TNF相互作用能上调IL-10的分泌[43]，但此过程可被IFN-γ阻断。也有研究表明，IFN-γ能促进小胶质细胞表达IL-10[44]。

小胶质细胞还可通过不依赖PRR的模式产生IL-10。如醋酸格拉默是一种治疗复发缓解型多发性硬化的免疫调节剂，可诱导小胶质细胞分泌IL-10[45]，白藜芦醇通过增强小胶质细胞分泌IL-10、控制炎症反应，进而缓解缺氧损伤[46]。

体内研究证实中枢神经系统中存在IL-10。采用LPS对小鼠进行外周或脑室注射，可经TLR4诱导小胶质细胞产生IL-10[47]。在兴奋性毒素休克、多发性硬化、EAE、大脑中动脉闭塞、阿尔兹海默病和帕金森病等多种神经退行性疾病患者和动物模型脑内，也发现IL-10高表达[48-51]。脑损伤后存在多种分子调控机制影响IL-10的分泌，但大多需要TLR相关的信号通路参与。如阿尔兹海默病脑内的IL-10就需要TLR4介导产生[52]。与体外研究结果类似，抗炎药物能诱导IL-10的产生，如具有抗炎效果的阿托伐他汀能上调脑出血动物模型体内IL-10的表达，并抑制小胶质细胞活化、降低TNF水平[53]。

4 IL-10对维持中枢神经系统免疫稳定的重要作用

IL-10介导的免疫调节过程对维持中枢神经系统免疫稳定具有重要意义。研究表明，在神经性疼痛、多发性硬化、阿尔兹海默症和帕金森病的患者或动物模型中，IL-10低表达或信号传导障碍与疾病进程关系密切[48-51]。

Jak/STAT通路是介导IL-10发挥抗炎作用的关键信号通路。IL-10与其受体结合后激活Jak1/STAT3，STAT3与IL-10基因启动子结合后诱导其分泌[54]；IL-10通过抑制促炎因子释放、抑制主要组织相容性复合体Ⅱ(MHCⅡ)呈递抗原到T细胞等启动抗炎性级联反应，调节机体免疫应答[55]。此外，IL-10还可激活PI3K/Akt/Caspase-3通路，增强抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-x1等表达，减少神经元凋亡[56]。IL-10不仅能抑制小胶质细胞生成促炎症因子，从而降低星形胶质细胞的反应性[57]，IL-10还能促进星形胶质细胞分泌TGF-β，减弱了小胶质细胞的活化[58]，IL-10还能促进神经元存活和神经再生修复[59]。因此，IL-10是将小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元联系起来的重要桥梁。

基于IL-10在中枢免疫调节中的重要作用及许多神经变性疾病中IL-10表达或信号传导出现障碍，研究者试图从调节IL-10入手治疗神经退行性疾病。这些方法包括给予重组IL-10、IL-10重组病毒载体、诱导IL-10分泌的激动剂、增强能产生IL-10的调节性T和B细胞生成等[60,61]。但目前所得到的研究结果还有相互矛盾之处。

有些研究结果认为IL-10对神经变性疾病具有改善作用。如采用IL-10和IL-13共培养小胶质细胞，能促进其分泌活化素A，这是一种具有神经保护作用的TGF-β超家族成员，能促进少突胶质细胞分化[62]。调节性T细胞分泌IL-10能诱导小胶质细胞M2极化，并改善脑出血症状[63]。永久闭塞性脑缺血中给予IL-10能降低局部炎症反应[57]。腺病毒载体介导人IL-10降低了MPTP引起的帕金森小鼠的神经变性作用[64]。

但某些研究结果却不支持上述结论。在阿尔兹海默病中，炎症刺激小胶质细胞表达吞噬受体，清除β-淀粉样蛋白。然而将IL-10施用于淀粉蛋白前体小鼠的大脑，却导致小胶质细胞对β-淀粉样蛋白吞噬减少、β-淀粉样蛋白堆积[65]。在脑淀粉样变性小鼠中，缺失IL-10会激活小胶质细胞吞噬β-淀粉样蛋白，减少脑中β-淀粉样蛋白的沉积[66]。提示过多IL-10对阿尔兹海默病是有害的。

此外，针对同一疾病的不同研究结果也不尽相同。如在多发性硬化动物模型中，颅内给予IL-10能改善症状，从外周给药则无效[67]；相比于IL-10重组蛋白，基因治疗更为有效[68]；发病前增加IL-10产生的疗效优于发病后[67]。这种疗效差异可能与给药途径、制剂类型、药物介入时间等有关。

上述结果提示，通过调节IL-10水平以使中枢免疫系统重新恢复平衡，可能是新的神经保护治疗策略。但IL-10抗炎反应的复杂生物学效应也促使我们从功能、时间及空间上重新分析其引起的免疫应答的变化规律。因此有必要深入了解IL-10的细胞来源和调控机制。

5 中枢神经系统调控IL-10的分子机制

迄今为止，中枢神经系统调控IL-10分泌的分子机制仍不明确。在施用吗啡大鼠脑内的小胶质细胞中，发现IL-10基因的甲基化水平是IL-10 mRNA转录的重要调节因素[69]。

小胶质细胞和星形胶质细胞通过多种细胞内信号级联反应调控IL-10的产生。如细胞外调节激酶-丝裂原活化蛋白激酶(ERK/MAPK)和p38 MAPK通路能激活下游PRR并促进骨髓细胞产生IL-10[70]。在某些IL-10激活剂存在的条件下，ERK通路还可通过激活TLR4通路诱导小胶质细胞产生IL-10[34]。ERK通路能通过激活TLR3而促进星形胶质细胞产生IL-10[71]。目前，关于p38 MAPK信号通路对IL-10的调控作用仍有争论。如腺苷能激活小胶质细胞内的p38 MAPK通路，活化的p38 MAPK可进一步诱导IL-10分泌[72]。但另有研究发现，LPS抑制大鼠原代小胶质细胞中p38 MAPK通路活性，导致IL-10分泌增多[73]。上述矛盾的结果可能与两项研究使用的细胞模型和刺激剂不同，与激活小胶质细胞内不同的信号通路有关。

酪氨酸激酶Syk也与诱导巨噬细胞和树突状细胞分泌IL-10有关。体内注射肾上腺素和血脑屏障的瞬时开放可促进IL-10分泌，而该过程与Syk激活有关[74]。蛋白激酶R(PKR)、c-JunN末端激酶(JNK)和NF-κB等信号分子能通过调控TLR3促进星形胶质细胞产生IL-10[75]。HIV膜蛋白通过PI3K通路诱导星形胶质细胞和神经元表达IL-10[76]。总之，多种途径可调控小胶质细胞和星形胶质细胞分泌IL-10，体现了其分泌调控机制的复杂性。

在转录因子水平，已经发现肌细胞增强因子2D(MEF2D)在激活小胶质细胞表达IL-10中发挥重要作用。小胶质细胞活化后在TLR4介导下表达MEF2D增加，MEF2D与IL10基因启动子区中的MEF2位点结合，进而诱导IL-10转录[77]。转录因子CREB也被证实能诱导IL-10转录[78]。

细胞因子转录后调控机体免疫系统对外来刺激的快速反应、维持促炎/抗炎细胞因子的平衡至关重要的。对巨噬细胞和树突状细胞的研究发现，IL-10 mRNA的稳定性受某些microRNAs(miR)介导的转录后调控[79]。TLR4介导中枢神经细胞产生IL-10的过程也受miR介导转录后调控[80]。抑制miR-4661-3p表达，可导致LPS激活的小胶质细胞分泌IL-10增多[81]。过表达miR-181导致LPS激活的星形胶质细胞产生更多的IL-10[82]。

中枢神经细胞中还存在多种负反馈机制抑制IL-10的产生。如糖原合酶激酶(GSK)-3能抑制TLR4介导的小胶质细胞分泌IL-10，同时增加促炎细胞因子的产生[83]。采用化学抑制剂或siRNA抑制GSK-3后，小胶质细胞恢复了在TLR4介导下产生IL-10的能力，同时伴随促炎因子水平的降低[84]。此外，阻断GSK-3可诱导ERKs和p38 MAPK信号通路，再次证实MAPKs信号通路具有促进IL-10生成的作用[85]。

6 小结

小胶质细胞对维持脑内稳态具有重要意义，但超出某一阈值时，其介导的免疫反应可能从最初的保护性反应转变为损伤性反应。激活小胶质细胞是否有利于病原体清除，或是由外周免疫细胞承担这一任务，是目前仍不明确、亟待解决的问题。IL-10具有很强的调节炎症反应的能力，因此深入了解脑内IL-10生成的分子机制及IL-10对炎症反应的调控机制十分必要，这将有助于促进以调控IL-10为靶点的神经变性疾病药物的开发。