白细胞介素-1 受体相关激酶与消化系统疾病相关性的研究进展①

邓 晓 王朝霞

(中国医科大学深圳市儿童医院消化科，深圳 518038)

消化系统疾病是严重危害身心健康的一类常见病和多发病。消化道症状包括腹泻、便秘、呕吐、便血、消化道出血等，轻度症状常对患者的日常生活带来极大的不便，对儿童更为严重，不仅影响患儿的生长发育，而且对其心理健康有极大的负面影响，重度消化系统症状甚至危及生命。消化系统器官可对人体代谢、免疫和内分泌功能产生影响，与人体其他系统互相作用，因此消化系统疾病具有一定复杂性，难治性的特点。近年来随着对IRAK家族研究的深入，其与消化系统疾病关系的探讨受到广泛关注，现将相关文献综述如下。

1 IRAKs家族

白介素-1 受体相关激酶(interleukin-1 receptor associator kinase，IRAK)是一类细胞内激酶，在TLR和IL-1R介导的信号传导通路中发挥不同的调节作用。但信号通路的异常激活可能会导致免疫功能紊乱，引起多种慢性炎症性疾病或自身免疫性疾病。既往研究表明，IRAKs与肿瘤性疾病、代谢性疾病、心血管疾病和炎症性疾病密切相关[1-4]。IRAKs家族包括IRAK-1、IRAK-2、IRAK-M(IRAK-3)和IRAK-4，它们在N端均含有一个死亡阈(death domain，DD)，在中部有含丝氨酸和苏氨酸的激酶结构域(kinase domain，KD)，除IRAK-4 之外，其他成员都含有一个长的C端结构(C-terminal domain)[5]。DD是一个重要结构，可以与其他含有DD的蛋白相互作用，其中最重要的是衔接蛋白髓样分化因子88(MyD88)[6]。KD是IRAKs发挥激酶活性的重要结构，C末端结构是与下游信号分子肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNF receptor associated factor 6，TRAF6)结合部位[2]。最新研究认为IRAK-1、IRAK-2、IRAK-4在TLR/IL-1R 介导的信号通路中发挥正向调控作用，IRAK-M起负向调控作用(图1)。

图1 IRAK家族成员间相互调控作用

1.1IRAK-1 人IRAK-1基因位于染色体Xq28，编码蛋白相对分子质量为90 000。IRAK-1可表达于人体多数器官，主要表达在肾上腺、气管和骨骼肌。TLR 和IL-1R 家族成员均为含有共同的细胞内TIR结构域的跨膜蛋白。当IL-1及其同源受体或病原体相关分子模式或脂多糖与TLR的结合可引发由髓样复合体介导的免疫和炎症反应[7-8](图2)。IRAK-1在核转录因子kB(NF-κB)激活中起着重要的激酶作用[9-10]。最主要的MyD88被迅速募集到受体上，随后IRAK-1、IRAK-4 通过DD与M0yD88相互作用，也被募集到受体上形成MyDD小体(myddosome)。同时IRAK-1的上游激酶IRAK-4启动其最初的磷酸化，从而使IRAK-1在三个连续步骤中发生自磷酸化级联反应[11]。IRAK-1首先在Thr209处被磷酸化，引起蛋白质的构象变化[2,11]。第二步是在Thr387磷酸化，直到该残基被磷酸化后，IRAK-1才具有完全活性。有数据表明，Thr209或Thr387不仅是IRAK-1自磷酸化的位点也可能是IRAK-4引发IRAK-1磷酸化的位点。第三步是进行自身磷酸化，使IRAK-1从MyDD小体中释放出来。随后磷酸化的IRAK-1与TRAF6相互作用，结合TAK-1结合蛋白-1(TAB-1)，然后结合转化生长因子-b激活的激酶(TAK-1)和TAB-2，迅速诱导IRAK-1泛素化和降解，剩余的复合物易位到细胞质中，并与泛素连接酶(如泛素结合酶13(UBC-13)和泛素结合酶E2变体1(UEV-1a)结合，导致TRAF-6的泛素化和降解。从而激活TAK-1、kB激酶(IKK)复合物(IKKa，IKKb和IKKg)以及有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)通路，这些通路最终导致促炎症细胞因子的上调。虽然已有研究发现IRAK-1激酶活性对于IL-1R介导的NF-κB活化并非必不可少，但其可以作为衔接蛋白MyD88，IRAK-4和Tollip结合在一起，对于IL-1R介导的NF-κB活化至关重要[12-14]。

图2 IRAKs在MyDD小体中的功能

IRAK-1另一个潜在的关键作用涉及活化IL-1的产生[15]。活化的IL-1β产生于一种称为炎症小体的胞浆中，位于单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞[16-17]。在已知类型的炎症小体中，核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nod-like receptor protein 3，NLRP3)对各种应激信号的反应最强，与自身免疫性疾病密切相关[18]。而早期，同时激活TLR和NLRP3是由IRAK1调控的，并且TLR和NLRP3的激活对促炎症细胞因子的分泌至关重要[19]。因此，IRAK-1还通过IL-1β在先天免疫中发挥作用。

1.2IRAK-2 人IRAK-2基因位于染色体3p25.3-3p24,编码蛋白相对分子质量为65 000。IRAK-2在人体各种细胞中均有广泛表达。IRAK-2最初被认为是一种“假激酶”，因为其催化域中一个关键的天门冬氨酸残基被天冬酰胺取代，而且与IRAK-1和IRAK-4不同，IRAK-2不能自磷酸化[20-22]。早期人们认为IRAK-2和IRAK-3均无激酶活性，在TLR和IL-1R介导的信号通路中发挥负性调节作用，通过抑制IRAK-4/IRAK-1与MyD88的结合，阻断IRAK-1向TRAF6传递信号[21，23]。但最新研究发现IRAK-2具有一个功能性ATP结合位点，与经典途径中的IRAK-1相似，可作为IRAK-4下游的一个信号传递分子，在NF-κB活化的晚期发挥举足轻重的作用[24]。尽管IRAK-4-IRAK-1被公认为是依赖MyD88的TLR信号通路中的主要途径，但既往研究发现IRAK-1在一些干扰素调节因子及NF-κB的激活上未必不可或缺[25]。但IRAK-2在激活NF-κB信号通路中有着不可替代的作用。研究通过利用痘病毒A52蛋白能够与IRAK-2和TRAF6结合，而其突变体AA52只能结合IRAK-2的特性，从而证明了IRAK-2不仅参与IL-1R、TLR介导的NF-κB的激活，还在P38通路的激活中起到了重要的作用[25]。

目前对IRAK-2与其他的信号传导通路的研究少见，尽管最新的研究证实IRAK-2可与TRAF6和MyD88相互作用并激活NF-κB信号通路[26]。但其与炎症性疾病间的关系尚存在许多难以解释的问题，如何利用IRAK-2在信号通路中的调节作用，为临床疾病提供阻断炎症发生发展的治疗方法，仍需更深一步的研究。

1.3IRAK-M 人IRAK-M的基因由12个外显子组成，位于染色体12q14.1～12q15。它编码的蛋白质相对分子质量为68 kD，含有596个氨基酸残基。IRAK-M与家族中其他成员不同的是它仅在单核/巨噬细胞中表达[6]。与其他IRAK蛋白类似，可以与MyD88和TRAF6形成复合物，阻止IRAK-1和IRAK-2从MyDD小体中解离，抑制其与TRAF-6的相互作用并中断下游炎症级联反应,因此IRAK-M被认为在TLR/IL-1R信号通路中起负性调控作用[27-28]。

最近的研究表明，IRAK-M可能通过诱导第2波NF-κB激活来促进抗炎作用。IRAK-M通过与MyD88-IRAK-4相互作用形成IRAK-M Myddosome，介导TLR7诱导的依赖MEKK3的第2波NFkB激活[27]。但是，IRAK-M依赖性途径仅诱导在转录后水平上不受调控的基因(包括抑制分子SOCS-1，SHIP-1，A20和IkBa)的表达，从而对炎症反应产生总体抑制作用[28]。

IRAK-M还可能通过抑制TLR介导的丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)活化来负向调节转录因子AP-1的激活。合成的TLR2配体Pam3CSK4可诱导MAP激酶p38、细胞外信号调节激酶(ERK)1/2和c-Jun氨基末端激酶(JNK)的激活，进而激活AP-1[29]。此外，KOBAYASHI等[24]还发现，IRAK-M能选择性地减弱p38，而不是JNK或ERK1/2。IRAK-M可抑制CpGDNA和LPS诱导的p38和ERK1/2激活，能抑制JNK的CpG DNA活化。以上结果提示IRAK-M可能通过抑制多个MAP激酶来抑制AP-1的激活，这可能是IRAK-M通过抑制多个MAP激酶而抑制AP-1活化的可能机制。已有证据表明IRAK-M在许多疾病中承担着关键角色包括病毒性和细菌性肺炎，一些自身免疫性疾病，如系统性红斑狼疮，ANCA血管炎等。

1.4IRAK-4 人IRAK-4基因位于染色体12p11.22,编码蛋白相对分子质量为52 000。人IRAK-4表达于多种组织,但主要分布于肝和肾脏。IRAK-4兼具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性和酪氨酸激酶活性，它是所有MyD88依赖性NF-κB激活和通过TLR 7、8和9诱导IFNa表达必不可少的成员[30]。当TLR/IL1-R 与配体结合后，IRAK-4、IRAK-1通过死亡域与MyD88相互作用，先后被募集到受体上，形成MyDD小体，从而启动一系列信号级联反应，导致促炎细胞因子产生。IRAK-4还可以通过磷酸化IRAK-1，使IRAK-1 激活，在信号级联反应中发挥重要作用[31]。

据报道，IRAK-4在小鼠中靶向缺失后，IL-1R和TLRs诱导的细胞因子反应和下游信号通路出现严重缺陷[32]，表明它在天然免疫中起关键的作用。由于基因缺失/突变而导致IRAK-4缺陷的人类患者对IL-1、IL-18或外源性MyD88依赖的TLR配体的反应受损[33]。IRAK-4介导的信号对于JNK、NF-JKB和p38MAPK的下游激活是必不可少的，所有信号都在细胞因子和炎症反应中发挥作用[32,34]。这些结果均表明IRAK4参与了自身免疫性疾病的发生发展。

2 IRAKs家族与常见消化系统疾病

2.1IRAKs家族与酒精性肝病 酒精性肝病(alcoholic liver disease,ALD)在全球肝病中占有很大比例，是一类由于大量饮酒引发的肝脏疾病。常见的ALD包括酒精性脂肪肝、酒精性肝硬化，甚至炎症相关性肝癌[35-38]。在过去的几十年里，国内外对酒精性肝病进行了大量的研究，但其确切的发病机制并没有得到证实，因此缺乏有效的治疗方法。此外，既往研究表明先天免疫在包括ALD在内的各种肝脏疾病中起着不可或缺的作用[39]。WANG等[40]通过采用野生型和IRAK-M缺陷B6小鼠建立急性酒精性肝损伤小鼠模型发现，缺乏IRAK-M的小鼠更容易受到酒精诱导的肝损伤，并伴有炎症、肠道通透性增强和肠道菌群改变。

2.2IRAKs家族与炎症性肠病 炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)是一种肠道非特异性慢性炎症,主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(crohn disease，CD)。其病因及发病机制仍未完全明确,但国内外普遍认为是IBD与环境、遗传、免疫等因素共同作用密不可分,其中免疫功能紊乱是近年来研究热点。随着对IRAK家族的研究愈发深入，既往多项研究发现其与炎症性肠病的发生发展具有千丝万缕的联系。SHIBOLET等[41]通过构建IRAK-M缺陷小鼠模型，发现其被沙门氏菌攻击后组织学的炎症改变更为严重,证明IRAK-M在调节肠道炎症中起着一定的作用。WEERSMA等[42]的研究发现在NOD2突变患者中,IRAK-M的表达受损,导致肠道炎症的损伤加重。胃肠道中的巨噬细胞在维持肠道免疫功能起重要作用，当肠道免疫功能出现紊乱时,可导致IBD的发生。当TLR配体受到较强刺激时,巨噬细胞可通过下调TLR信号通路中关键的衔接蛋白MyD88和TRAF6,以及上调负性调节因子如IRAK-M、锌指蛋白A20 来抑制免疫反应[43]。综上，可推断IRAK-M不仅在抑制胃肠道炎症起重要作用，在调节肠道免疫功能中也处于举足轻重的地位。

2.3IRAKs家族与炎症相关消化系统肿瘤

2.3.1结直肠癌 结直肠癌(colorectal cancer，CRC)作为世界第三大常见恶性肿瘤，获得了国内外广泛关注。同时，CRC也是引起肿瘤相关死亡主要因素之一。CRC的发病危险因素包括遗传因素、生活方式、饮食习惯以及炎症性肠病。炎症是结肠炎相关癌症和散发性CRC发展的关键因素，影响着CRC发生、进展及转移的所有阶段。与非结肠炎患者相比，炎症性肠病患者发生CRC的风险增加，并且这种风险与病变范围，病程和严重程度密切相关。手术化疗和生物治疗等多种手段是目前治疗CRC的主要方法，旨在缩小肿瘤、控制生长和抑制转移。而CRC肿瘤患者的生存期不能得到有效提高主要在于难以早期发现和预后较差。既往研究发现表皮生长因子受体，P13K-Akt48，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，TGFβR,Smad449等细胞因子与CRC密切相关[44-46]。因此，明确导致CRC发生发展的作用机制有利于提高CRC患者的生存期。刘兢文等人[47]在研究内质网应激与CRC调控机制时发现IRAK-2可以作为肿瘤抑制因子，对抗肿瘤基因Smurfl1在CRC形成中的作用。这一发现无疑为治疗CRC打开了一种全新的思路。先前有研究显示IRAK-M不仅在活动期UC和CD病人中表达增加，而且在结肠炎相关肿瘤患者中表达升高[48]。IRAK-M及其他编码PRPs的负性调控基因(包括A20，NLRP12,NLRP12,NLRX1,Tollip，SOCS1,PPARa，和SIGIRR)的表达增加，可能是机体尝试控制过度炎症以及保持机体在炎症性肠病和CRC病程进展中的免疫稳态。但是这些负性调控因子在IBD及其相关肿瘤中的作用不可一概而论，因为其在肿瘤进展中的作用像一把双刃剑，能够抑制机体对于外来入侵物过度、不可控制的炎症反应，同时，这些负性调控因子的过度表达也可能介导了肿瘤微环境的免疫抑制，促进肿瘤细胞的免疫逃逸。刁娜等人[49]通过构建AOM/DSS诱导的炎症相关CRC模型，证实了IRAK-M缺陷对于AOM/DSS诱导的肠炎相关CRC有保护作用，能够显著抑制小鼠肠道慢性炎症及肿瘤的形成与进展。

2.3.2肝细胞癌 肝细胞癌(hepatocellular carcin-oma,HCC)是我国常见的恶性肿瘤之一，常与病原体感染引起的慢性炎症相关，具有高发病率和高死亡率，高转移性和高复发性,治疗困难、预后较差等特点。影响炎症相关性肝癌发生发展最重要的危险因素包括慢性炎症和抑癌基因的失活。因此能否筛选出一些兼具抑炎抑癌双重功能的基因,通过靶向免疫细胞和肿瘤细胞内相同的信号通路分子从而影响炎症相关肝细胞癌的发生发展，成为近年来的研究热点。国外有研究发现IRAK-1作为先天免疫中重要的一员，在HCC中的表达可能是诊断和预后的指标。LI等[50]报道发现在临床肝癌标本中IRAK-1存在过度表达。YE等人[51]同样发现 IRAK-1在肝硬化、癌旁和肝癌组织中表达增加，并且IRAK-1阳性表达率与肿瘤大小和有无转移显著相关。最新的临床研究发现肿瘤抑制因子丝氨酸/苏氨酸激酶4(serine/threonine-protein kinase 4,STK4)作为肝细胞癌众多肿瘤抑制因子之一，可通过调节TLR介导的巨噬细胞炎症反应，从而保护机体免受慢性炎症相关肝癌的侵袭。LI等人[52]通过构建小鼠肝癌模型研究发现在STK4抑制TLR4/9诱导的促炎细胞因子的分泌过程中，可以通过与IL-1受体相关激酶1结合并磷酸化，导致IRAK-1在巨噬细胞中的表达明显降低。STK-/-小鼠比对照组小鼠产生更多的肿瘤细胞，但IRAK-1/4抑制剂治疗可将肝脏肿瘤数量减少到与对照组相似的水平。因此，巨噬细胞STK4可能通过IRAK-1对炎症诱导的肝癌具有保护作用，其缺陷可通过抑制IRAK-1而减轻，由此可以推断IRAK-1有可能成为阻断炎症相关肝癌的新的治疗靶点。

3 总结

IRAK家族是TLR/IL1-R 介导的信号通路的重要调控因子，通过与上下游信号分子间的相互作用，正向或负向调节信号的传导，是介导固有免疫重要的一环。在消化系统疾病中，酒精性肝病，炎症性肠病，炎症相关肿瘤等疾病的发生发展都与自身免疫及炎症反应密切相关。由于目前这些疾病的发病机制尚不完全明确，很多患者存在病情控制欠佳、易反复等问题，这对患者家庭、社会造成沉重的压力。深入研究IRAK家族每一位成员的功能及调控机制将有助于揭示相关消化系统疾病的发生机制，可能成为消化系统疾病新的治疗靶点，为其治疗提供理论依据和新思路。