白细胞介素-33与儿童支气管哮喘的相关性研究进展

李沛隆，连 杰，林 娜，刘运广

(1.右江民族医学院附属医院儿科，广西 百色 533000；2.右江民族医学院研究生学院，广西 百色 533000)

哮喘是儿童时期最常见的慢性呼吸系统疾病，是一种慢性气道炎症性疾病，伴有嗜酸性粒细胞、T淋巴细胞和肥大细胞浸润及促炎症细胞因子和脂质介质的释放[1]。这种慢性炎症会引起气道高反应性，通常会出现广泛的可逆性气流受限，引起患儿反复发作性的喘息、咳嗽、胸闷或气促等症状。在我国，哮喘的患病率呈明显上升趋势[2]。流行病学调查显示，我国哮喘患者约3 000万人，其中约50%的患者在儿童期发病，严重危害儿童的身心健康，给家庭和社会带来了巨大的心理和经济压力[3]。有研究表明，白细胞介素(interleukin，IL)-33是炎症和纤维化损伤的介质[4]，也被认为是“警报素”的一种[5]。全基因组关联研究证实，编码IL-33和IL-1受体样1(interleukin-1 receptor-1，IL-1RL1)的基因均是哮喘易感位点，IL-33编码细胞受损时释放的细胞因子，而IL-1RL1编码部分IL-33受体复合物[6]。IL-33是支气管哮喘的关键因子，为进一步明确IL-33在哮喘中的作用，并为哮喘的治疗提供新的靶点，本文对IL-33在儿童哮喘中的作用研究进展进行综述。

1 IL-33的特性

IL-33是一种属于IL-1超家族的促炎症细胞因子，在人体内主要存在于与外界接触的消化道、呼吸道等皮肤黏膜系统，高表达于巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、树突状细胞(dendritic cells，DC)、肥大细胞(mast cell，MC)、嗜碱性粒细胞、自然杀伤细胞(natural killer cell，NKC)、肺固有2型淋巴细胞(type-2 innate lymphiod cells，ILC2s)、Th2淋巴细胞和B细胞等免疫细胞，以及上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞等[7]。

IL-33于2003年被首次发现，许多学者研究了其功能和相关复合体与其他免疫调节途径的关系[8]。IL-33作为一种炎症细胞因子，通过与膜结合受体致癌性抑制基因2(suppression of tumorigenicity 2，ST2)蛋白结合形成复合体来发挥作用。IL-33由 N端核结构域和C端IL-1样细胞结构域组成。TOMINAGA[9]研究发现，IL-33通过IL-1样细胞结构域与细胞膜结合。ST2分为跨膜型ST2受体和可溶性ST2[10]。ST2是Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)超家族成员之一，与IL-1相互作用组成受体辅助蛋白(interleukin-1 receptor accessory protein，IL-1RACP),激活骨髓分化因子88(bone marrow differentiation factor 88,MyD88)在TIR区域的适配器蛋白。另外，下游分子活动包括IL-1受体相关激酶(interleukin 1 receptor associated kinase，IL-1RAK)、IRAK4和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)的募集和激活，可诱导炎症细胞因子的产生[11]。可溶性ST2可通过结合IL-33形成诱骗受体复合物而阻断IL-33与跨膜型ST2受体的结合，抑制下游因子的产生，进而对炎症反应起负向调节的作用[12]。

2 IL-33相关信号通路

2.1 IL-33-ST2-p38轴ENDO[13]研究发现，IL-33-ST2信号通路通过调控Th2细胞产生IL-4、IL-5和 IL-13，进而诱导气道过敏性炎症。p38 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路是Th2细胞中IL-33-ST2的中下游靶点，IL-33-ST2-p38信号通路可以直接诱导Th2细胞产生IL-5，进而诱导炎症反应。Th2细胞和嗜酸性粒细胞可通过IL-33-ST2-p38通路产生IL-5和IL-13，参与炎症反应和气道重塑。CANBAZ等[14]研究发现，室内尘螨变应原诱导的气道炎症小鼠中，IL-33可诱导免疫B细胞的活化，进而促进免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)E、IgG的产生。

2.2 IL-33-ST2/核因子-κB(nuclear factor-kappa-B，NF-κB)信号通路在哮喘的发病过程中，中性粒细胞参与了变态反应的发生与进展。但不同功能的中性粒细胞在变态反应中的作用尚需进一步明确，为了分析IL-33诱导的中性粒细胞的特征，以及经IL-33诱导的中性粒细胞在过敏性疾病发病机制中的作用，SUN等[15]进行了研究，结果发现，给予IL-33预处理的中性粒细胞可选择性地产生IL-4、IL-5、IL-9和IL-13，经IL-33诱导的中性粒细胞可优先在细胞表面表达高水平的白细胞介素-1受体2(interleukin-1 receptor 2，IL-1R2)，而静止和脂多糖处理的中性粒细胞则不表达IL-1R2，提示IL-1R2可能被用作中性粒细胞的生物标志物，而细胞表面过表达的IL-1R2更易促进气道变态反应的发生。该研究还发现，IL-33可诱导中性粒细胞极化，并通过IL-33-ST2/NF-κB信号通路来发挥作用，显著促进了经卵原蛋白诱导的过敏性哮喘小鼠肺组织中变态反应的发生[15]。

3 IL-33与哮喘的相关性

3.1 IL-33的多态性与哮喘易感性的相关性有研究发现，IL-33基因的多态性可能对应不同的哮喘表型，因此，检测特应性哮喘的生物标志物愈发必要[16]。一项旨在确定IL33-IL1RL1通路多态性与哮喘及哮喘特异性表型联系的研究对94例哮喘和螨虫过敏的儿童及AVON纵向研究中的 7 247例儿童进行了单核苷酸多态性分析，每个队列均分析8岁时哮喘表型和哮喘的相关性，随后进行meta分析，经多重检测校正后发现，中度发作的喘息与IL-33基因上的2个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP) (rs4742170和rs7037276)、1个IL-1RACP SNP (rs10513854)及1个TRAF6 SNP (rs5030411)相关；晚发性喘息与IL-1RACP基因上的2个SNP (rs10208293和rs13424006)相关；持续性喘息与IL-33基因上1个 SNP (rs1342326)和1个IL1RAP SNP (rs9290936)相关[17]。该研究表明，IL-33基因多态性与哮喘特异性表型有关,从而推测IL-33基因多态性可影响儿童早期喘息和随后哮喘的发生[17]。一项来自欧洲的队列研究发现，IL-33基因位点rs928413和rs1342326与德国儿童哮喘及花粉热的发展有关[18]。

3.2 IL-33与气道高反应性(airway hyperrespon-siveness,AHR)和气道重塑的相关性气道炎症是导致AHR的重要机制，AHR是哮喘发病的重要特征，有研究表明，植物花粉、室内灰尘和某些细菌含有可直接激活NKC的糖脂类物质，且激活的NKC可诱导巨噬细胞及DCs产生IL-33，导致AHR的发生[19]。

在哮喘患者气道中，呼吸道上皮中杯状细胞的增生可引起气道平滑肌的增厚，从而导致气道重塑，而血管生成是气道重塑的重要特征[20]。IL-33可引起气道炎症，但其在气道重塑中的作用尚不明确。SHAN等[21]用IL-33对小鼠鼻腔进行连续性刺激,结果发现，IL-33促进了小鼠气道内多种血管生成因子的表达，从而诱导气道新生血管生成；该研究还发现，IL-33可以双向调节血管生成因子并与内皮素-1、表皮生长因子、胰岛素样生长因子-1的表达密切相关，说明IL-33具有诱导血管生成的能力。体外研究发现，IL-33可促进成纤维细胞合成和分泌细胞外基质蛋白，从而引起气道重塑[22]。

3.3 IL-33水平与哮喘严重程度的相关性IL-33在驱动Th2型炎症中发挥了核心作用，而Th2型炎症是嗜酸性变态反应性哮喘的核心。BESNARD等[23]研究发现，IL-33在体外和体内均可调节DC的功能，IL-33可通过激活DC产生IL-6、IL-1β、TNF、CCL17，并表达高水平的CD40、CD80和CCR7；该研究还发现，IL-33可诱导人肺DC的募集和活化，从而产生Th2细胞因子IL-5和IL-13，且这些细胞因子的水平与哮喘严重程度呈正相关。

CHRISTIANSON等[24]在小鼠模型中发现，哮喘的持续性需要ILC2s和上皮细胞间的多个相互连接的反馈通路。ILC2s可直接诱导上皮细胞产生IL-13，后者直接诱导上皮细胞产生IL-33，建立正反馈回路，同时IL-13可上调IL-33受体，从而建立前馈通路，消除这些回路的任何组成部分均可缓解慢性哮喘，从而控制哮喘的严重程度。

3.4 IL-33与气道过敏的相关性气道过敏与肥大细胞引起的支气管收缩有关，IL-33可通过增加肥大细胞中血清素的合成、储存和分泌来收缩支气管[25]。ZOLTOWSKA等[26]研究发现，在缺乏MC的小鼠中移植缺乏ST2受体的骨髓来源的肥大细胞后，肥大细胞分泌的前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)水平降低，说明IL-33-ST2依赖MCs诱导的PGE2可能对AHR有保护作用；该研究还发现，IL-33/ST2依赖性肥大细胞在气道过敏的发生过程中起保护作用，而不是致病作用。

环境中的抗原刺激气道后通常会导致免疫耐受。患有过敏性气道疾病患者的气道耐受性会降低。CHEN等[27]研究显示，当调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)暴露于IL-33时，Treg会上调经典Th2转录因子GATA3和ST2的表达，进而产生Th2型细胞因子，说明IL-33可使Treg细胞失去抑制效应T细胞的能力，从而引起哮喘的发生。MORITA等[28]研究发现，IL-33是肺上皮细胞接触蛋白酶变应原后产生的，通过激活天然辅助性细胞 (ILC2)来分泌Th2型细胞因子，进而使气道内嗜酸性粒细胞增多；该研究中的体外实验发现，IL-33通过刺激MC表达IL-2，IL-2可促进Treg细胞的生成，从而抑制气道过敏的发生。

4 IL-33与人鼻病毒感染、真菌相关哮喘的研究

人鼻病毒或真菌感染是哮喘发作的常见诱因，也是哮喘加重的主要基础，但目前对人鼻病毒或真菌感染引起哮喘发病的潜在机制知之甚少。JACKSON等[29]研究发现，在鼻病毒感染哮喘患者的气道中IL-33可直接激活T细胞和ILC2s，从而产生大量的Th2型细胞因子，IL-33水平还与病毒载量呈显著正相关。该研究首次发现了病毒诱导的IL-33及其受体是病毒感染与哮喘加重之间的关键机制联系。LYNCH等[30]研究发现，IL-33在调节抗病毒免疫方面发挥着重要作用，并作为一个靶点来减少哮喘的发生和发展。CASTANHINHA等[31]研究发现，儿童真菌致敏引起的严重哮喘(severe bronchial asthma with fungal sensitization,SAFS)与口服类固醇和IL-33水平升高有关，IL-33在真菌引起的哮喘加重中发挥作用，但其具体机制尚有待研究。

5 抗IL-33抗体在小鼠模型中的研究

ALLINNE等[32]在重症气道炎症小鼠中使用了一种抗IL-33的抗体，结果显示，该抗体可明显改善气道重塑、减轻肺部气道炎症的程度。HANANIA等[33]研究证实，抗IL-33代表性药物利克珠单抗可明显改善哮喘患者的病情进展。有研究发现，抗IL-33治疗可明显减少哮喘小鼠支气管和肺泡中炎症细胞的浸润及呼吸道杯状细胞的化生和增生[34]。LEE等[35]在小鼠实验中首次发现，重组ST2蛋白可以减少Th2细胞因子的产生，进而减轻嗜酸性气道炎症的严重程度。

6 总结与展望

综上所述，IL-33 是重要的参与免疫应答调节的Th2 细胞因子，其可同时激活先天性和适应性免疫反应，既可以进行负向调节也可以进行正向调节。近年来，研究人员的注意力已经从单一分子方法转移到结构上的促炎症轴，随着对IL-33/ST2通路的不断研究，IL-33可能会成为哮喘研究的新方向以及哮喘治疗监测的新靶点。IL-33有望成为监测儿童哮喘病情和评估预后的参考指标，将有助于儿童哮喘的针对性治疗。但至今尚无针对人的抗IL-33抗体的研究，还需要多中心合作的大样本人体研究来证明其临床实践效果。