白细胞介素-33 在肿瘤免疫中的作用

陈永俊 综述，马雁冰 审校

中国医学科学院北京协和医学院医学生物学研究所，云南昆明650118

IL-33 组成性表达于内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞等非造血细胞上［1］，在基质细胞上可诱导性表达。IL-33 在病毒感染、自身免疫病、伤口愈合及纤维化中发挥重要作用［2］。IL-33 有两种结构形态，一种为全长的不成熟状态（iIL-33），另一种为成熟状态（mIL-33）。iIL-33 定位于细胞核中，由270 个氨基酸组成，从N-末端开始，依次为螺旋-转角-螺旋的同源样结构域、染色质结合结构域、核定位信号和IL-1样的细胞因子结构域。iIL-33 的染色质结合结构域能与核小体上H2A 与H2B 的二聚体结合，影响核小体之间的相互作用，促进染色质的压缩；iIL-33 N-末端的第66 ~ 109 位氨基酸能与 NF-κB P65 的Rel同源结构域相互作用，抑制P65 与同源DNA 作用，减弱P65 的反式激活效应，抑制炎症因子的产生［1］；另外，细胞核中的iIL-33 可与其可溶性ST2 受体（soluble suppression of tumorigenicity 2，sST2）的启动子区域结合，促进sST2 的合成［1］。当细胞遇到外界压力时，iIL-33 会释放至细胞外，经中性粒细胞丝氨酸蛋白酶、组织蛋白酶G 或弹性蛋白酶加工成mIL-33，其活性为 iIL-33 的 10~30 倍。随后，mIL-33被靶细胞膜上的异源二聚体受体ST2 识别，激活下游的髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，My-D88），而sST2 可阻断mIL-33 与细胞表面的ST2受体结合，抑制下游效应分子的产生［3］。

机体除了对IL-33 的成熟形态和受体ST2 不同形态产生调控外，还对IL-33 的翻译和蛋白降解失活进行调节。研究发现，在肺部上皮细胞中，microRNA（miRNA）-200b 和-200c［4］、miRNA-487b［5］能够与IL-33 mRNA 3′端的非编码区域（untranslated regions，UTRs）结合，抑制 IL-33 合成，减少 IL-33 的释放量；当细胞发生凋亡时，其核内的IL-33 会被凋亡激活的半胱天冬酶Caspases-3 或Caspases-7 切割失活，逃逸的IL-33 在胞外也会被半胱氨酸氧化酶催化形成2 个二硫键，影响其与靶细胞上ST2 受体结合；为防止IL-33 促发严重的炎症反应，炎症相关的Caspases-1也会对IL-33 进行切割，抑制炎症［6］。本文就IL-33的功能及其在肿瘤免疫中的作用进行综述。

1 IL-33 的功能

IL-33 不仅可作为促炎因子调动机体的免疫应答，还能募集激活免疫抑制性细胞，调节机体免疫，维持免疫系统稳态。细胞处于应激状态时，会释放IL-33 至细胞外与肥大细胞相互作用，促进其分泌巨噬细胞募集因子Csf2 和Ccl3［7］，募集的巨噬细胞到达炎症点，与IL-33 相互作用，提高MHCⅠ、MHCⅡ类分子和肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表达［5］；分泌的 TNF-α 可提高自然杀伤（natural killer，NK）细胞 ST2 受体的表达，NK 细胞与IL-33 相互识别后，可促进NK 细胞增殖和产生干扰素 γ（interferon γ，IFNγ），达到杀伤病毒、肿瘤的作用。同时，IL-33 可诱导天然2 型淋巴细胞（innate lymphoid cells 2，ILC2）分泌 IL-4、IL-5、IL-13，募集嗜酸性粒细胞与IL-33 相互作用，分泌趋化因子5［chemokine（C-C motif）ligand 5，CCL5］［8］。IL-33 除了激活机体的先天性免疫外，还对机体的获得性免疫具有正向作用。IL-33 通过IL-33-ST2-MyD88-STAT1途径促进髓系来源的树突状细胞（dendritic cells，DCs）表达共刺激分子［9］，促进抗原的交叉递呈，激活CD8+T细胞，细胞毒性T 淋巴细胞（cytotoxic T lymphocytes，CTLs）依赖T-bet 或STAT4 瞬时表达ST2 受体与 IL-33 结合，促进 T-bet、抗凋亡蛋白 BCL-2、IFNγ 的表达［10］；激活的ILC2、巨噬细胞、肥大细胞等分泌的IL-4、IL-5 会促进B 细胞的增殖和抗体的产生，促进Th2 型免疫。随着“非我”物质的清除，机体会通过microRNA 及IL-33 的降解和信号通路的阻断（如sST2 可能阻断IL-33 信号通路）来抑制IL-33 的促炎效应，还会激活抑制炎症的免疫细胞来维持机体的稳态，如抑制炎症的2 型巨噬细胞（M2）、髓系来源的抑制细胞（myeloid derived suppressor cells，MDSC）和调节性 T 细胞（regulatory T cells，Treg）等。IL-33会促进巨噬细胞的M2 型极化及MDSC、Treg 的募集。在Treg 中，IL-33 通过MyD88 通路，磷酸化Treg的GATA3，促进GATA3 和RNA 聚合酶Ⅱ募集在叉头盒蛋白 3（forkhead box protein 3，FOXP3）的启动子区域，提高 FOXP3 的表达量［10］。FOXP3 具有转录激活和转录抑制的双重作用，是维持Treg 抑制活性的关键分子，FOXP3 蛋白N-末端的第67 ~ 132 位氨基酸可与组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferases，HATs）和组蛋白脱乙酰基酶（histone deacetylase，HDACs）相互作用［11］，调控细胞的表观遗传，如 FOXP3可与细胞毒性T 淋巴细胞相关蛋白4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4）的启动子区域相结合，促进其乙酰化，从而提高CTLA-4 的表达［12］；另外，FOXP3 可通过 NF-κB 的物理结合，抑制其下游的信号通路，也可与激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）竞争结合活化T 细胞核因子（nuclear factor of activating T cell，NFAT），最终形成的 FOXP3 ／ NFAT 复合体，抑制炎症因子 IL-2 合成［11］。

2 IL-33 在肿瘤免疫中的作用

2.1 促肿瘤发生发展作用 19 世纪，Rudolf Virchow首次提出肿瘤相关的炎症会促使肿瘤的产生。当炎症发生时，会募集许多活化的巨噬细胞和中性粒细胞到达炎症部位，并释放活性氧（reactive oxygen species，ROS）、活性氮（reactive nitrogen species，RNS）等物质，这些物质会氧化周围细胞的DNA 修复酶，增加细胞在进行自我复制过程中出现的DNA 突变、DNA 不稳定、表观遗传修饰错误的频率，诱导细胞产生对凋亡的抵制，导致肿瘤的产生［13］。有实验在研究结直肠癌患者样本时，发现IL-33 的含量与癌症的进展呈正相关，并证明IL-33 与结直肠癌的发病机理有关［14］。AMERI 等［15］对 IL-33 与炎症进程之间的关系进行研究，采用0.5%的1-氟-2，4-二硝基苯（1-Fluoro-2，4-dinitrobenzene，DNFB）进行腹腔注射致敏小鼠，随后1 周内进行3 次0.25% DNFB 的耳部注射，发现IL-33 开始是促进急性炎症的发生，20 d 后，IL-33 会激活 Treg，促进慢性炎症；在人类炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）中，患大肠癌的概率与IL-33 ／ Treg 的含量呈正相关。基于慢性炎症与肿瘤的关系，IL-33 可能在一部分肿瘤中会通过促进慢性炎症的产生抑制肿瘤免疫。

在胃癌中，癌细胞通过TNFR2-NF-κB-IRF-1 途径释放的促炎细胞因子TNF-α 能够诱导肿瘤相关的成纤维细胞分泌IL-33，促进胃癌由细胞上皮向间充质转化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT），从而扩散至其他部位［16］，该现象在神经胶质瘤中也可观察到，外源给予IL-33 会激活肿瘤细胞的JNK 信号通路，提高控制EMT 的关键转录因子，促进神经胶质瘤的转移［17］。IL-33 不仅能促进肿瘤上皮EMT，还能募集免疫抑制细胞和促进肿瘤血管生成。肿瘤组织过表达IL-33 会提高Treg［18］、巨噬细胞、髓系来源MDSC［19］的浸润和诱导抑制性M2 的分化［20］，并促进 MDSC 分泌精氨酸酶 1 抑制 T 细胞上CD3 分子的形成，从而促进肿瘤的逃逸。另外，肿瘤细胞或周围内皮细胞会分泌大量的IL-33，与肿瘤内部的细胞相互作用，刺激其表达血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）［21］、基质金属蛋白酶 2（matrix metalloproteinase 2，MMP2）和MMP9［22］，促进血管的生成，为肿瘤的生长和迁移提供了良好的环境。

2.2 抗肿瘤作用 在肿瘤形成过程中，肿瘤细胞会形成一些肿瘤特异性抗原或增加一些蛋白的表达量，可被机体的免疫系统进行“自我”和“非我”的识别，对肿瘤细胞进行清除。在这些免疫细胞中，CTLs、NK 细胞、自然杀伤 T 细胞（natural killer T cell，NKT）起到了主要作用［23］。随着肿瘤发展，肿瘤细胞与周围的免疫细胞、上皮细胞等营造了一个免疫抑制微环境，一方面，使部分免疫细胞丧失了免疫原性，另一方面，通过细胞因子、免疫细胞之间的相互作用，抑制浸润于肿瘤组织内免疫细胞的活性。因此，打破肿瘤免疫抑制微环境成为探究肿瘤免疫治疗的重要方面。

IL-33 原位于细胞核，具有抑制炎症因子产生、促进染色体折叠等作用，当其在胞外含量增加时，可被机体作为危险信号分子识别，如三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、高迁移率族蛋白 B1（high mobility group protein B1，HMGB1），促进机体的免疫应答［24］。据统计，在一些上皮癌、原位导管癌、严重的宫颈上皮癌［2］、前列腺癌和肾癌［25］的患者中，IL-33的表达量低于正常组织，预示IL-33 在这些肿瘤中，可能起到抑制肿瘤生长的作用。在IL-33 治疗肿瘤的研究中发现，IL-33 主要通过募集先天性免疫细胞浸润肿瘤，激活并维持 CTLs、NK［26］、嗜酸性粒细胞等的细胞毒性［27］来促进肿瘤免疫。QI 等［8］发现，在小鼠乳腺癌模型中，外源注射IL-33 能刺激嗜酸性粒细胞和CD8+T 细胞产生CCL5，募集NK 细胞至肿瘤微环境中，从而被IL-33 激活杀伤肿瘤；在黑色素瘤中，IL-33 会刺激肿瘤分泌趋化因子，间接募集嗜酸性粒细胞的瘤内密集，刺激嗜酸性粒细胞与肿瘤细胞相互接触并脱颗粒，达到抑制肿瘤增殖和转移的效果［27］。除了激活免疫系统以外，IL-33 还会促进肿瘤细胞的死亡，在非小细胞肺癌中发现，低转移的肿瘤细胞通过自分泌IL-33 激活p38 MAPK 和mTOR 途径促进癌细胞的胀亡，而高转移的癌细胞不表达 IL-33 和 ST2［28］。

3 展 望

IL-33 在肿瘤免疫中具有双重作用，但作用机理尚未明确，可能与肿瘤的组织起源、IL-33 的剂量、肿瘤微环境、IL-33 的来源等有关。研究发现，结直肠癌［29］、胃癌［30］中的 IL-33 含量比正常组织高，且 IL-33的含量与这些肿瘤的恶性程度呈正相关；在4T1 乳腺癌中，IL-33 含量也比正常组织高，但外源给予或4T1 过表达 IL-33 均可抑制肿瘤的生长［26］，这可能是由于IL-33 呈剂量依赖或是肿瘤之间形成的免疫微环境不同。在IL-33 调节的机体免疫中，Treg 与Th2 细胞在稳定表达的 IL-7 ／ IL-15 刺激下，依赖于GATA-3 ／STAT5 进行组成性表达ST2，而仅有 T-bet 分子的Th1 和CTLs 不能表达ST2，无法与IL-33 发生作用［10］，缺乏刺激分子可能是肿瘤微环境影响IL-33效应的原因。在淋巴细胞性脉络膜脑膜炎病毒研究中发现，IL-33 能增强 CTLs 和 NK 细胞的活力［31］；在小鼠4T1 乳腺癌和B16-F10 黑色素瘤模型中，IL-33 也表现了同样效应［26］。表明在结直肠癌、胃癌等肿瘤微环境中，IL-7 及IL-15 等细胞因子可能通过促进Treg 及 Th2 细胞的 ST2 表达，与 CTLs 及 Th1 细胞竞争，使肿瘤免疫偏向了促肿瘤生长的Th2 型。

SLEDZINSKA 等［32］发现，当外源给予高剂量IL-2 时，可减弱Treg 的抑制效果，促进CD4+T 细胞获得细胞毒性，并提高IFNγ 和颗粒酶B 的表达；从过继转基因的B16-F10-CD4+T 细胞中发现，当用CD34 和 CD137 激动剂处理后，IL-33 和 IL-2 会促进CD4+T 细胞分泌Th1 型细胞因子IFNγ，促进CTLs 激活杀伤黑色素肿瘤，该杀伤效果无肿瘤特异性［33］；IL-2 不仅是 CTLs 和 NK 细胞产生 IFNγ 的刺激剂，还可刺激巨噬细胞向抑制肿瘤1 型巨噬细胞（M1）分化，逆转M2 型分化［34］。表明IL-2 可能具有与IL-33 协同促进Th1 型免疫，调节肿瘤免疫微环境的作用。基于CD4+T 细胞的分化与所处环境相关，IL-33 与其他细胞因子协同可能通过改造肿瘤免疫微环境，提高 CTLs 和 NK 细胞 ST2 表达，抑制 Th2 型免疫来促进肿瘤免疫。关于IL-2 或其他细胞因子（IL-12、IL-15）与IL-33 协同打破结直肠癌等肿瘤组织的微环境及其机制有待进一步研究。