白细胞介素-37在心血管疾病中的作用及其分子机制的研究进展

李慧敏，杨超

(暨南大学第二临床医学院 深圳市人民医院心外科，广东 深圳 518020)

心血管疾病是一类严重危害人类健康的疾病，发病率高且长期预后不良。欧洲一项流行病调查显示，心血管疾病的发病率逐年上升[1]。心血管疾病的发病过程与炎症反应和免疫系统密切相关[2]。白细胞介素(interleukin,IL)-37是IL-1家族中第七位发现的成员，与其他家族成员一样，在诸多炎症介导的疾病中发挥抗炎作用。近年来，关于IL-37对免疫调节及其抗炎的相关分子机制的研究大多集中于炎症性疾病和自身免疫性疾病[3]。心血管疾病特别是慢性心血管疾病的本质是慢性炎症性疾病，众多炎症因子及炎症介质参与其中。而IL-37作为抗炎因子也可作用于心血管疾病，且在抑制炎症作用及免疫应答方面有许多新发现。研究表明，在心血管疾病中，IL-37可抑制炎症反应的信号通路及相关免疫受体，抑制炎症及调节免疫应答[4]。此外，IL-37可作为一种潜在的临床抗炎因子或相关抗炎基因治疗的位点，未来有望应用于心血管疾病领域，通过调节免疫应答从而抑制炎症反应，改善心血管疾病的预后。现就IL-37在心血管系统病变中的作用及其相关分子机制予以综述，为临床细胞因子治疗或基因治疗提供靶点。

1 IL-37概述

1.1结构及分布 人类IL-37基因位于第2号染色体，这一基因片段含有6个编码外显子，而根据这6个外显子的可变剪切，IL-37可分成5种亚型：IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37d和IL-37e[3]。其中，IL-37b含有第1、2、4、5和6外显子，并有一个完整的外显子末端，共含有218 个氨基酸。IL-37b在所有亚型中的分子量最大，也是目前最重要的一种功能亚型，大部分研究均着重研究IL-37b的功能[3]。IL-37b基因结构中第4外显子可编码一种β-三叶草二级结构蛋白，IL-37a和IL-37d的基因结构中同样含有第4外显子，因此IL-37a、IL-37d也具有类似IL-37b的抗炎功能，而IL-37c和IL-37e的基因结构中不含有第4外显子，所以一般认为IL-37c、IL-37e无抗炎功能。IL-37分子是一种未成熟的前体肽，可以通过体内裂解半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1，使每个亚型从无活性的前体肽状态转变为活性状态，且所有亚型之间可以相互调节形成相对稳定的状态。研究表明，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1的相关裂解位点位于第一个外显子的氨基酸残端(D20和E21)[5]。因此，IL-37在未受到炎症刺激时，检测细胞内外的相关表达水平较低，受到炎症刺激时表达水平明显升高。目前研究已在人体组织(包括肺、肝、胸腺、骨髓、子宫、睾丸、淋巴结、胎盘和肿瘤组织)和人体细胞株系(包括角质细胞、自然杀伤细胞、单核细胞、活化的B淋巴细胞)中检测到IL-37表达[6]。IL-37的不同亚型在体内的表达具有明显组织特异性。其中，IL-37d和IL-37e仅在睾丸和骨髓中表达，而肾脏中仅有IL-37c表达，脑中仅有IL-37a表达，在心脏中仅有IL-37b表达。许多研究基于小鼠体内无IL-37的基因序列，常用IL-37转基因小鼠作为动物模型，与野生型小鼠形成对照，从而研究IL-37 的抗炎症作用[6-7]。

1.2生物学功能 作为一种新型的抗炎因子，IL-37 的具体生物学功能尚未明确，目前研究大多集中于感染性疾病、免疫系统疾病或炎症主要介导疾病。McNamee等[8]通过小鼠腹腔注射脂多糖构建结肠炎模型，比较IL-37转基因小鼠和野生型小鼠的感染程度，结果显示IL-37的表达可显著预防感染性休克。Li等[9]研究表明面对微生物刺激时，小鼠体内的IL-37表达水平显著升高，其可通过改变细菌的细胞膜通透性发挥抗病毒、中和内毒素、调节肿瘤细胞以及抑制自身免疫等作用。在炎性肠病发病过程中，上皮细胞分泌的IL-37可通过减少树突状细胞细胞膜表面的CD86和主要组织相容性复合物Ⅱ的表达，抑制黏膜组织中T细胞和树突状细胞活化，对炎性肠病起保护作用。这表明在炎症性疾病中，IL-37起到抗炎及调节免疫应答的作用。在自身免疫性疾病中，IL-37同样可以通过抑制树突状细胞的活化和巨噬细胞分化，减少巨噬细胞和树突状细胞分泌的促炎细胞因子[10]。此外，有研究通过基因敲除IL-37在外周血细胞和人肾小球上皮细胞的表达，结果显示IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和IL-1β等相关促炎因子表达水平上调，炎症反应明显增强[11]。以上研究结果均提示，IL-37可作为相关免疫系统及炎症反应的抑制剂，通过抑制炎症反应的信号通路及相关免疫受体发挥抗炎作用。

2 IL-37与心血管系统病变

2.1IL-37与动脉钙化 动脉粥样硬化的本质是炎症反应，而动脉粥样硬化通常伴随动脉钙化，一定程度上后者是前者早期的发病表现，因此炎症反应可能在两者之间充当桥梁作用。研究表明，动脉钙化与骨骼的生长发育及代谢相同，是主动调节的过程，该过程与慢性炎症反应密切相关[12]。此外，临床研究发现，若人体外周血中促炎因子[C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)、TNF-α等]水平显著升高，提示发生冠状动脉钙化的风险增加[13]。另有研究表明，在动脉钙化的患者体内血浆IL-37水平明显升高，且与年龄、空腹血糖、碱性磷酸酶、促炎因子(如IL-6、TNF-α、CRP)和钙化分数均呈正相关[14]。同时，促炎因子TNF-α和IL-6也能促使成骨细胞样细胞的分化，加剧动脉钙化的过程，在这个过程中骨保护素能在一定程度上抑制血管钙化。而有学者通过使用载脂蛋白E基因敲除的糖尿病小鼠构建动脉粥样硬化模型，测量小鼠动脉钙化程度以及体内IL-37水平与骨保护素水平的关系发现，与对照组相比，腹腔注射IL-37组小鼠的动脉钙化面积明显减小，且IL-37水平与骨保护素水平呈正相关，而给予抗骨保护素抗体后，IL-37对动脉钙化小鼠的保护作用则明显降低[15]。一项体外实验也证实了骨保护素与IL-37相关，在冠状动脉粥样硬化患者体内骨保护素水平升高，可能是人体对动脉粥样硬化的局部代偿反应，而患者体内的IL-37水平同样受到骨保护素影响，IL-37水平与骨保护素水平呈正相关[16]。以上研究表明，IL-37在动脉粥样硬化小鼠中的功能至少部分取决于骨保护素。

2.2IL-37与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是一种血管内膜的慢性炎症改变，是冠心病的基础病理过程。在冠状动脉病变的基础上发生的冠状动脉供血急剧减少或中断，会使相应的心肌急性缺血导致急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)[17]。因此，在AMI中，炎症反应是非常重要的过程。目前有临床研究发现，IL-37在AMI患者体内的水平明显升高[14,18]。一项关于AMI的研究表明，与稳定型心绞痛组和健康对照组相比，急性冠状动脉综合征组患者的血清IL-37、IL-18和IL-18结合蛋白水平明显升高，IL-37、IL-18和IL-18结合蛋白的水平与CRP、N端脑钠肽前体和左心室舒张末期直径呈正相关，与左心室射血分数呈负相关，但均与冠状动脉狭窄程度无关，说明IL-37与AMI的炎症反应有关[19]。针对急性ST段抬高型心肌梗死的患者，在经皮冠状动脉介入治疗12、24和48 h后患者血液中的IL-37、IL-18和IL-18结合蛋白水平均低于健康对照者[20]。这说明经皮冠状动脉介入治疗后，AMI患者症状缓解的同时IL-37水平下降。

核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是介导细胞炎症反应的主要转录因子，包含趋化因子和细胞因子的表达。细胞膜表面的Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)在脂多糖的刺激下被激活，并与细胞内衔接子相互作用进一步激活NF-κB。活化的NF-κB通过转入细胞核内启动炎症因子基因的转录[21]。有研究显示，IL-37通过激活人冠状动脉内皮细胞细胞膜表面的TLR2，下调NF-κB和细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1，ICAM-1)的表达，且可能通过抑制NF-κB的激活降低ICAM-1的表达，从而抑制炎症反应[4]。此外，过度炎症反应也可激活TLR，导致心功能失常。研究发现，在老年内毒素血症小鼠模型中，小鼠心脏微血管内皮细胞中IL-37的表达抑制了脂多糖诱导的单核细胞趋化蛋白-1和ICAM-1的生成，从而抑制NF-κB的激活，进而抑制炎症反应并改善左心室功能[22]。Xu等[23]研究发现在AMI模型小鼠中，腹腔注射重组人IL-37蛋白后，IL-37可以通过抑制髓过氧化物酶表达，有效抑制NF-κB信号转导途径的活化，从而在AMI小鼠中发挥抗炎作用。以上研究表明，小鼠心功能失常时IL-37可通过NF-κB信号通路起到抗炎及保护心功能的作用。

2.3IL-37与心肌缺血再灌注损伤 缺血再灌注损伤是指局部组织缺血后，血液再灌注所引起的组织器官功能障碍和结构损伤。IL-1家族与缺血再灌注损伤过程有密切联系，有动物实验表明敲除IL-1α/IL-1β可有效减少因缺血再灌注而引起的炎症反应[24]。IL-37同样属于IL-1家族的一员,Wu等[25]发现，对心肌缺血再灌注模型小鼠予尾静脉注射重组人IL-37蛋白，可以有效减轻心肌缺血再灌注损伤，与对照组相比，实验组小鼠的心肌梗死面积减小，肌钙蛋白T表达水平明显降低，心脏功能明显改善，说明IL-37可以有效减少促炎细胞因子和趋化因子的表达，减少中性粒细胞浸润，延缓心肌细胞凋亡和减少氧自由基的产生，且IL-37能有效抑制TLR4的表达和NF-κB的激活，增加抗炎细胞因子IL-10的表达。Wu等[25]还通过体外实验发现，当IL-10信号通路被特异性抗IL-10R抗体阻断时，IL-37对心肌缺血再灌注损伤的保护作用显著降低，表明IL-37对心肌缺血再灌注的保护作用至少部分取决于IL-10信号通路的表达。心肌缺血再灌注损伤后，心功能失常严重可造成慢性心力衰竭。目前国内外对IL-37与慢性心力衰竭的报道较少。近年有临床研究发现，在慢性心力衰竭患者体内血浆IL-37水平升高，且IL-37水平与高敏CRP、N端脑钠肽前体及肌钙蛋白T水平呈正相关，与左心室射血分数呈负相关[26]，说明IL-37可能参与慢性心力衰竭过程，但该研究样本量较小，尚需进一步试验验证。

2.4IL-37与高血压 原发性高血压的具体发病机制尚不明确，目前认为是由遗传因素和环境因素综合作用的结果。原发性高血压的病因包括已知的相关高危因素，如家族遗传病史、高钠饮食、肥胖、精神压力和内分泌系统调节等，可影响全身血管，尤其可造成全身细小血管硬化，而在这个过程中炎症反应起重要作用[27]。目前仅有研究提示原发性高血压患者血浆中的促炎因子(CRP、IL-6等)水平升高，但具体机制尚不清楚。作为新发现IL-1家族中的抗炎因子，IL-37参与了机体炎症刺激条件下的免疫调节和抗炎作用。针对在原发性高血压条件下IL-37的表达水平是否升高或降低，需进一步研究明确。此外，能明确病因的高血压称为继发性高血压，如先兆子痫是一种以高血压和蛋白尿为特征的妊娠期疾病，属于继发性高血压的一种，而产妇全身性炎症反应是先兆子痫的特征。一项关于先兆子痫中IL-1家族因子表达的研究显示，在子痫前期胎盘内IL-37水平升高，这可能是由于缺氧引起[28]。但是考虑到先兆子痫是由多种因素引起的综合征，因此很难在体外对其进行建模，而研究中采用BeWo滋养细胞作为低氧损伤模型不足以完全模拟发病过程，故明确IL-37和高血压之间的关系尚需进一步研究。

3 IL-37与临床治疗

目前临床提出了使用新的靶向治疗方案进行相关疾病的精准治疗，在充分明确相关细胞因子的功能及其在人类疾病中的作用后，可采用中和某些特定细胞因子或抑制相关细胞因子表达的信号通路从而起治疗作用，如使用某种抗炎因子在炎症反应中抑制促炎因子释放缓解炎症反应，或使用托珠单抗通过抑制促炎因子IL-6与受体结合，阻止下游通路传导、减缓非ST段抬高型心肌梗死患者的心肌炎症反应等[29-30]。Yin等[31]发现，IL-37基因(rs3811047片段)的单核苷酸多态性与冠心病有关，其中rs3811047基因片段的次要等位基因与IL-37的表达水平降低有关，由于IL-37参与抗炎作用，与单核苷酸多态性rs3811047片段相关的IL-37表达水平降低会引起炎症反应并增加动脉粥样硬化和冠心病的发生风险，说明IL-37可能是冠心病的易感基因，且IL-37基因中rs3811047片段的表达是冠心病的遗传危险因素[31]。但是，迄今为止对IL-37其他片段进行的心血管疾病研究较少，且无进一步临床试验证实IL-37 片段对心血管疾病有治疗作用。因此，未来需要更多的研究及临床试验，以评估IL-37是否能用作细胞因子治疗或基因靶向治疗，这对心血管疾病的治疗具有重要意义。

4 小 结

IL-37在心血管疾病的炎症反应及免疫调节中具有重要作用，一方面其可通过骨保护素减缓动脉钙化进程，另一方面可抑制NF-κB炎症信号通路的激活起到抗炎及保护心功能的作用。此外，IL-37还可以抑制促炎细胞因子(IL-6、TNF-α和IL-18等)表达，并上调抑炎细胞因子(IL-10)表达，从而调节心血管疾病中的免疫应答反应。目前，关于IL-37在心血管疾病中作用的研究大多集中于动脉钙化、动脉粥样硬化和心肌缺血再灌注损伤，而慢性心力衰竭和高血压的相关研究较少，仍需进一步研究。另外，IL-37相关基因片段可能是冠心病的易感基因，其为未来心血管疾病的细胞因子治疗和基因靶向治疗提供了新思路。