白细胞介素-18在糖尿病肾病中的介导作用

周茜 狄红杰 刘超 殷立平

1南京中医药大学第二附属医院，江苏省第二中医院内分泌科 210017; 2南京中医药大学附属中西医结合医院内分泌科 210028; 3南京中医药大学第二附属医院，江苏省第二中医院肾内科 210017

糖尿病肾病(DN)是终末期肾病的主要原因，据估计，高达40%的糖尿病患者会出现肾脏微血管病变[1]。DN的病理生理机制包括氧化应激、肾素-血管紧张素系统异常激活、转化生长因子-β(TGF-β)激活、蛋白激酶C(PKC)激活、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)活化等。这些因子中有许多是参与DN发生、发展的炎性介质，白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-18、TNF-α和巨噬细胞趋化蛋白-1等炎性介质是DN发病的重要因素。其中，IL-18在炎性过程中的作用比其他细胞因子更具有特异性。现就其在DN中的作用作一综述。

1 IL-18的生理学和生物学特性

IL-18是干扰素γ诱导因子，属于IL-1细胞因子家族，具有种属特异性。人IL-18基因位于染色体11q22.2-q22.3，由7个外显子组成，cDNA全长约1.1 kb，编码相对分子质量约18 000的含193个氨基酸的单链蛋白。IL-18基因有两个启动子，分别位于1号外显子和2号外显子上游，它们均有基础性表达，且均可被脂多糖诱导。IL-18主要由单核巨噬细胞、辅助性T细胞(Th)1型、B细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)等产生，具有强大的促炎特性。研究发现，IL-18在NK细胞和T细胞中诱导干扰素γ活性并引起炎性级联反应，可促进干扰素γ的表达。此外，IL-18可诱导细胞对微生物感染的防御反应，是细胞免疫应答的主要组成部分。

IL-18具有促炎性反应、调节免疫等生物学活性。并能诱导T细胞、NK细胞产生干扰素γ，促进T细胞和NK细胞的增殖。IL-18对T细胞表达细胞因子有显著影响，重组的IL-18可刺激T细胞和外周单核细胞产生大量的干扰素γ，该因子除可以诱导干扰素γ外，还可促进T细胞的增殖，对T细胞参与的免疫应答进行调控，其在Th1和Th2细胞免疫调节中均发挥重要作用，是Th1和Th2细胞分化的重要决定因子[2]。大量研究已经证实，IL-18在糖尿病相关疾病的发生、发展中起重要作用。

2 IL-18与DN

IL-18在不同类型的肾细胞中表达，如管状和上皮细胞、闰细胞、肾小管间质细胞、肾小球和肾小管细胞等。针对糖尿病患者的肾组织活检发现，IL-18在近端肾小管上皮细胞中表达高于正常人，同时这些患者血清IL-18水平也高于正常人[3]。因此研究者普遍认为IL-18水平升高与DN相关，可作为DN发病的主要预测标志物。无论在1型还是2型糖尿病患者中，尿液和血清中IL-18水平与肾损伤进展以及早期肾功能障碍呈正相关，IL-18与尿白蛋白排泄程度呈正相关。

3 IL-18在DN中的介导作用

3.1 促进黏附分子表达 早先的研究发现，黏附分子在DN细胞损伤中发挥重要作用[1]。黏附分子是细胞表面的一种特殊细胞蛋白，负责与周围细胞或细胞外基质结合，因此，这些分子在维持组织结构和完整性方面具有关键作用。细胞内黏附分子如细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、E选择素和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)，是位于细胞表面属于免疫球蛋白超家族的诱导糖蛋白，它们在DN发展过程中招募巨噬细胞或诱导肾组织纤维化。研究表明，IL-18在黏附分子的上调中起关键作用，其在内皮细胞中上调ICAM-1、VCAM-1和E选择素，并通过核因子-κB和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)募集白细胞[4]。Bhat等[5]证明内皮细胞依赖性IL-18释放，显著增加ICAM-1和VCAM-1的mRNA表达，从而募集巨噬细胞并引发相关的炎性反应。Stuyt等[6]认为IL-18选择性刺激人单核细胞中的细胞内黏附分子，其可被IL-18结合蛋白阻断。还有研究者认为IL-18上调ICAM-1而不依赖于人单核细胞中的其他炎性细胞因子，如IL-12、TNF-α和(或)干扰素γ[7]。

3.2 上调TNF-α 炎性因子TNF-α具有免疫调节特性，与许多炎性疾病如DN有关。该细胞因子由活化的单核细胞产生和释放，也可由淋巴细胞、嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、NK细胞和肥大细胞产生。研究发现，TNF-α通过与1型和2型受体结合，通过多种信号通路和分子途径产生免疫反应，诱导细胞凋亡或坏死。已有研究表明，TNF-α在肾小球和肾小球系膜细胞、近端肾小管上皮细胞和基底膜中表达，其上调对肾脏细胞具有直接毒副作用，可引发氧化应激(通过NADPH氧化酶刺激)，改变内皮通透性，并在肾病进展期间诱导白蛋白尿。此外，它可诱导细胞凋亡和坏死，从而导致肾细胞死亡，这是DN病理生理过程中的一个关键环节。IL-18的表达与TNF-α上调之间存在密切关系，IL-18是TNF-α表达的有效诱导剂，不依赖于其与TNF受体的相互作用。相关研究表明，IL-18在内毒素诱导的肝细胞损伤中诱导TNF-α依赖性肝毒性，而抗IL-18治疗可逆转这些作用[8]。在小鼠模型中抑制IL-18表达或释放，可改善TNF-α依赖性结肠炎[9]。亦有数据表明，IL-18诱导TNF-α生物活性，并对TNF-α诱导的炎性疾病产生直接刺激作用。

3.3 增加IL-1β分泌 IL-1β在DN发病中也具有重要作用，属于IL-1炎性细胞因子超家族，是一种由活化的单核细胞和巨噬细胞分泌而成的促炎细胞因子。IL-1β分泌主要限于循环白细胞，因此它主要通过激活内皮细胞、C反应蛋白、中性粒细胞以及所有类型的肾细胞，参与全身炎性反应。高血糖可诱导浸润性巨噬细胞在糖尿病患者肾组织中释放大量IL-1β，后者在DN发病过程中具有关键作用。IL-18和IL-1β分泌之间有着密切的关系，IL-18显著增加IL-1β分泌，增强其在糖尿病肾脏组织中的作用。IL-18通过诱导干扰素γ或核因子-κB和PI3K途径上调IL-1β。还有研究表明，IL-18显著上调活化NK细胞中的IL-1β，并且IL-18可通过Toll样受体途径，诱导IL-1β的表达[10]。

3.4 增加TGF-β表达 有研究发现，DN患者中往往伴随着TGF-β上调[1]。TGF-β是一种调节性促炎细胞因子，由活化的白细胞释放，在不同的组织包括肾脏中发挥广泛的作用。TGF-β可作为促纤维化因子，通过增强基质合成和抑制基质降解，诱导系膜扩张和肾小球硬化。研究证实，DN中TGF-β过度表达，而延缓DN进展的干预治疗与TGF-β表达下降有关[11]。 IL-18产生和TGF-β表达具有双重相互作用，IL-18可以直接或通过诱导干扰素γ，增加TGF-β的表达[12]。

3.5 通过核因子-κB途径发挥作用 核因子-κB在免疫应答和炎性疾病如DN发生、发展中的重要作用已经被广泛认可。研究发现，IL-18通过核因子-κB途径调节T淋巴细胞功能，可通过核因子-κB依赖途径诱导IL-1、TNF-α和IL-6等的表达，从而调节炎性反应[13]。

3.6 诱导干扰素γ分泌 IL-18是干扰素γ活性的有效刺激物，通常被称为干扰素γ诱导剂，其表达上调可导致炎性级联反应。干扰素γ主要由活化的单核细胞、巨噬细胞、NK细胞以及不同系的活化T淋巴细胞分泌，是DN中涉及的许多炎性反应的有效上游事件，并且是其他炎性细胞因子如TNF-α、核因子-κB和IL-1家族激活或释放的主要介质[14]。患有肾功能衰竭的糖尿病患者血清干扰素γ水平升高，表明它可能通过其在炎性反应中的作用，在DN的发病中起作用[15]。因此IL-18诱导干扰素γ分泌也被认为是DN发展的另一种重要机制。

3.7 引发细胞凋亡 研究表明，IL-18可以诱导促凋亡标志物如p53蛋白、BAX、BCL2、TNF-α和Fas配体等，并引发或增加细胞凋亡和细胞损伤。据报道，DN患者血清IL-18水平与细胞凋亡诱导的肾损伤呈正相关[16]。而另有报道，IL-18通过增强caspase依赖性细胞凋亡，促进DN进展[17]。因此，IL-18依赖性细胞凋亡在DN细胞损伤中起重要作用。

3.8 增加氧化应激 氧化应激参与大多数炎性疾病如DN的发生、发展。IL-18活化可导致自由基产生增加和氧化损伤，在缺血/再灌注-氧化应激诱导的肾组织损伤中起重要作用。Roland等[18]研究表明，IL-18水平与氧化应激呈正相关。另一些研究还发现，自由基的产生与较高的IL-18表达水平有关。因此，IL-18促进DN发生、发展的另一种机制是IL-18活化，从而诱导了氧化应激的产生。

4 针对IL-18表达的DN治疗策略

Elsherbiny等[19]研究发现，在糖尿病大鼠中采用5′-(N-乙基甲酰胺基)-腺苷治疗可通过下调IL-18以及抑制TNF-α和ICAM-1表达，预防部分肾功能衰竭。Luo等[20]研究表明，前列地尔治疗通过抑制糖尿病小鼠肾小球细胞中的IL-18表达，改善肾功能和预防DN。Yang等[21]报道，血栓调节蛋白的凝集素样结构区通过下调NLRP3-炎性小体和IL-18依赖性的炎性反应，对糖尿病动物肾功能衰竭产生潜在影响。最新报道，藏红花素(藏红花中提取的一种草本抗氧化剂)通过改善IL-18的表达以及抑制细胞凋亡和氧化应激，显著改善肾功能[22]。研究者们同样还发现，过氧化物酶体增殖物活化受体-α激动剂可通过抑制肾组织中IL-18的表达，减少白蛋白尿和预防DN[2]。

5 总结

有越来越多的证据表明，IL-18参与炎性反应，并通过各种不同的分子途径促进DN的发生、发展。IL-18的表达或释放通常导致炎性级联反应，而这又增加了炎性疾病如DN的风险。此外，IL-18活化可导致氧化应激，其增强可导致肾组织损伤。且IL-18是细胞凋亡的有效诱导物，可导致肾组织损伤增加。然而目前治疗DN的方法并不是很理想，故IL-18在炎性反应过程中的作用为防治DN提供了新的方向。