IL-33/ST2信号通路在肝脏疾病中的作用及其机制的研究进展

白杨，雷家慧，关飞

华中科技大学同济医学院基础医学院病原生物学系，湖北 武汉 430030

白介素33(interleukin-33,IL-33)是IL-1家族的成员，它广泛分布于全身多个组织器官。生理情况下，IL-33作为一种核内蛋白，表达于上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞和平滑肌细胞等部位。当细胞受损或坏死时，IL-33被动分泌到胞外，通过与其受体癌性抑制基因2(suppression of tumorigenicity 2,ST2)结合启动宿主免疫系统、诱导免疫应答、发挥内源性警报素的作用[1]。近年来研究[2]证明，肝脏疾病中，IL-33及其受体ST2的表达水平均升高，IL-33/ST2信号通路通过维持炎症和组织再生之间的平衡，促进损伤愈合和组织修复，在免疫性疾病中发挥关键作用。本文主要对IL-33/ST2信号通路在肝脏疾病中的作用及机制作一综述。

1 肝脏疾病状态时IL-33表达情况

作为人体最大的器官，肝脏在自身代谢方面有着不可替代的作用。肝脏一旦发生疾病将严重影响身体健康。许多学者已证明，IL-33表达水平在脂肪肝、肝炎、肝纤维化、肝硬化和肝癌等多种肝脏疾病中均升高。

1.1IL-33与脂肪性肝病 IL-33在脂肪性肝脏疾病中的研究主要集中于非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)。NAFLD通过肥胖和胰岛素抵抗促进肝脏炎性和纤维化发展，使肝脏从肝脂肪变性发展为非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)和纤维化。此过程中，IL-33/ST2信号通路可参与肝脏NASH和纤维化的重塑[3]。在小鼠高脂饮食饲养引起NAFLD疾病模型中，IL-33 mRNA以及蛋白水平相比对照组小鼠均升高，IL-33的表达主要来源于受损的肝脏细胞。在此模型上对小鼠给予外源性IL-33，可减轻饮食引起的肝脂肪变性，但加剧肝纤维化。NASH的临床患者也表现出肝脏的IL-33 mRNA以及蛋白水平的升高[4]。

1.2IL-33与肝炎 初期肝损伤时，IL-33作为警示蛋白由受损的肝实质细胞、肝窦内皮细胞以及肝血管内皮细胞快速释放，促进肝脏炎症反应；随后，肝脏中巨噬细胞、肝星状细胞(hepatic stellate cell,HSC)也可以合成和释放IL-33，进一步介导肝脏免疫应答[5]。病毒性肝炎中，如乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)和丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)感染后，患者外周血和肝脏中的IL-33表达水平升高[6-7]；经过抗病毒治疗后，IL-33的表达水平明显下降。此外，腺病毒(adenovirus,Ad)诱导的肝炎模型中，在感染的第一周，就检测到肝细胞高表达IL-33，且其表达程度与肝脏的损伤程度密切相关[8]。与病毒性肝炎一致，自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis,AIH)中，IL-33在肝细胞中迅速合成，患者血清IL-33水平高于健康对照。在对AIH小鼠给予外源性IL-33后，小鼠血清中谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)和谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)比值下降[9]。此外，在实验性药物性肝炎的模型中，肝脏IL-33的升高早于炎症高峰期，并伴随着细胞因子IL-4、IL-7和IL-17的分泌[10]。

1.3IL-33与肝纤维化 肝纤维化是慢性肝病发展成肝硬化的必经阶段，主要由于肝星状细胞的活化、细胞外基质(extracellular matrix ,ECM)的合成与降解失衡，导致ECM的过度增生和沉积所致[11]。大量研究证实，在小鼠和人类的肝脏纤维化中，IL-33表达水平上调，IL-33在肝纤维化中的主要来源是HSC，而活化的HSC是损伤的肝组织中最主要的胶原生成细胞[12]。此外，也有学者[13]认为IL-33本身表达的升高就足以驱动大量胶原纤维的表达，引起ECM的沉积，而且在IL-33基因缺陷的小鼠中，肝纤维化的程度得到明显改善。

除上述疾病外，其他肝脏疾病中也出现IL-33的高表达。在肝癌中，IL-33在肝癌细胞和癌周组织中均高表达[14]。有证据[15]表明，IL-33表达水平的改变可能意味着癌症患者生存期的延长。在寄生虫感染的肝病模型中，如血吸虫感染的小鼠，IL-33参与肝脏虫卵肉芽肿形成的病理过程[16]；利什曼原虫感染小鼠肝脏中，升高的IL-33可以抑制1型辅助性T细胞(T helper 1 cell,Th1)免疫反应[17]。此外，在肝脏缺血再灌注模型中，IL-33的上调也可以减轻肝脏损害[18]。

2 肝脏疾病状态时受体ST2的表达情况

ST2有三种不同的亚型：跨膜型ST2(ST2 ligand,ST2L)、分泌型ST2(soluble ST2,sST2)和多变型ST2(ST2 variant form,ST2V)[19]。ST2L具有膜锚定形式，主要在免疫细胞，如2型辅助性T细胞(T helper 2 cell,Th2)、调节性T细胞(Regulatory T cell,Treg)、2型固有淋巴细胞(innate lymphoid cell type 2,ILC2)、树突状细胞(dendritic cells,DC)、肥大细胞、巨噬细胞中表达[20]。肝脏疾病中IL-33主要通过与免疫细胞表面的ST2L结合介导免疫反应。如在NAFLD疾病模型中，高脂饮食小鼠肝脏IL-33可与ST2高表达的巨噬细胞和Treg细胞结合，减轻肝脏脂肪病变[4]。在HBV病毒感染模型中，IL-33可与高表达ST2的ILC2结合，使肝脏炎症趋于慢性化[21]。

sST2是中和IL-33的诱骗受体(decoy receptor)，因其缺乏ST2L所有的跨膜结构域和胞质成分，可分泌到胞外与IL-33结合中断其信号转导[22]。慢性HCV感染中，自发消退的患者IL-33表达水平和健康对照一样，低于慢性患者，但是自发消退患者血清中sST2明显高于健康对照组，证明sST2可能作为诱骗受体中断IL-33/ST2L信号通路的转导[23]。此外，有临床研究[24]证明，sST2的血浆水平与HBV相关的慢加急性肝衰竭的严重程度和死亡率有关，推测sST2浓度升高可能表明肝细胞癌的预后差；而且，HBV感染的肝纤维化患者血清中sST2表达水平高于非纤维化患者，推测外周循环中升高的sST2可作为肝纤维化的生物学标志。

3 IL-33/ST2信号通路在肝脏疾病中的作用及机制

3.1IL-33/ST2信号通路促进Th2型免疫应答 在肝脏疾病中，IL-33既可以直接通过与Th2细胞表面的ST2结合，活化Th2细胞使其分泌细胞因子IL-4、IL-5、IL-13，调节肝脏免疫应答[25]；也可以作为一种前炎性细胞因子，与ILC2、Treg、DC、巨噬细胞、肥大细胞等表面的ST2L受体结合，使整个免疫环境朝着Th2型免疫应答的方向转变[26-27]。IL-33与ST2L结合后，募集下游的信号分子，如髓样分化因子88(Myeloid differentiation factor 88,MyD88)、IL-1受体相关激酶1(IL-1 Receptor-associated kinase 1,IRAK-1)、IL-1受体相关激酶4(IL-1 Receptor-associated kinase 4,IRAK-4)和TNF受体相关因子6(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)，激活核因子κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)和丝裂原活化激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等，使细胞外信号调节激酶1/2(Extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK 1/2)和p38丝裂原活化蛋白激酶激活，增加细胞因子的分泌，引起Th2型免疫应答[28]。

3.2IL-33/ST2信号通路活化ILC2 目前研究表明，ILC2在肝脏疾病中具有促进Th2型免疫、加剧肝纤维化以及参与组织保护和修复反应等作用。在病毒性肝炎中，ILC2表面的ST2L受体与肝细胞损伤坏死释放的IL-33结合，并激活MAPK和NF-κB信号转录途径，释放IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子，使病毒性肝炎趋向慢性化[21]。作为Th2型细胞因子的IL-13通过IL-4受体α链转导信号，或转录激活蛋白6信号通路启动HSC的活化和分化，激活的HSC通过增生和分泌ECM参加肝脏纤维化的形成[28]。此外，在胆道闭锁动物模型中，活化的ILC2s分泌IL-13促进胆管上皮细胞增殖及上皮修复[29]。在免疫性肝炎中，IL-33诱导ILC2释放双向调节蛋白(amphiregulin,AREG)，减轻肝脏病理损伤，促进组织修复[30]。

3.3IL-33/ST2信号通路活化Treg Treg是机体内负反馈调控免疫反应的T细胞，具有特异性转录插头蛋白3(Forkhead box protein 3,Foxp3)，主要功能是抑制CD4+T细胞及多种细胞参与的免疫应答，产生免疫耐受，使机体处于免疫稳态。研究[31]表明，IL-33对Treg的活化依赖于MyD88，IL-33与Treg表面的ST2结合后激活MyD88，可使Foxp3+Treg在体内大量扩增。

早期炎症反应中，IL-33可以直接诱导Treg表面ST2受体水平上调，分泌高水平的免疫抑制型细胞因子IL-10和转化生长因子-β(transforming growth factor-beta,TGF-β)，从而发挥Treg的免疫抑制作用[32]；但是过度的免疫抑制作用，会引起病原体逃逸，造成持续感染[33]。在ConA诱导的免疫性肝炎中，IL-33可以同时特异性地扩增ST2+Foxp3+Treg和ST2+ILC2两种细胞群，但最终表现出以ST2+Foxp3+Treg为主的免疫抑制效应，这种作用结果可能是IL-33/ST2信号通路活化Treg的作用大于其促进Th2型免疫应答的作用所致[34]。同时，有学者指出，在免疫性肝炎中，由IL-33诱导的Treg也可能表现出Th2细胞的倾向性，通过表达GATA3，与ILC2协同作用，发挥Th2型免疫效应[35]。在体外IL-33的诱导下，炎症部位ST2+Treg表达Th2型细胞因子IL-5和IL-13升高，这种变化与Treg表达的Th2型转录因子GATA3有关[36]。IL-33对Th2型免疫反应的促进作用，主要通过激活和募集GATA3到Foxp3启动子区域直接调控Foxp3的表达，使Treg失去免疫抑制作用，发挥Th2型免疫反应[36]。

在肝纤维化和肝硬化中，IL-33通过和ST2+Treg结合可能发挥双向调节作用。一方面，活化的Treg可以促进纤维化发生。慢性丙型肝炎中，纤维化的部位大量聚集Treg，产生细胞因子IL-8，作用于HSC引起纤维化相关因子和胶原的表达上调[37]。此外，纤维化的发展与Treg发挥类似Th2细胞的作用有关，IL-33的上调激活ST2+Foxp3+Treg，使其分化为Th2样细胞，促进纤维化的产生[38]。另一方面，Treg通过分泌细胞因子IL-10发挥抗纤维化作用。在胆管结扎的大鼠模型中，抑制Treg作用可导致IL-10的表达降低，肝脏纤维化的加重，并伴随着大量炎症细胞浸润[39]。在自身免疫性肝炎和丙型肝炎等肝脏炎性疾病中，Treg释放的细胞因子IL-10和TGF-β1作用于肝星状细胞，发挥抑制免疫效应的作用，保护肝细胞并拮抗肝细胞损伤和肝纤维化。但是TGF-β1的分泌与肝脏的脂肪变性和纤维化呈正相关，提示Treg在慢性肝病中可能发挥双向作用[39]。

不同疾病模型中，IL-33活化的Treg在组织损伤修复方面的功能有所差异。目前研究认为，此修复机制主要表现在两个方面：一是Treg可以通过自身分泌TGF-β以及AREG促进组织损伤修复；二是Treg分泌的AREG进一步促进组织内具有生物活性的TGF-β 的低水平释放，诱导组织的持续再生[40]。虽然相关研究[41-42]证明，在肝脏疾病中，IL-33可以诱导大量ST2+Treg产生并使其增殖活化，但是IL-33促进Treg发挥组织修复作用的具体机制尚不清楚，有待深入研究。

3.4IL-33/ST2信号通路活化其他免疫细胞 依据功能不同，肝脏中的巨噬细胞可分为促进炎症的M1型巨噬细胞和抑制炎症的M2型巨噬细胞[43]。IL-33/ST2 通路诱导Th2型细胞分泌相关细胞因子(IL-4、IL-13、IL-10等)，活化巨噬细胞由M1型转变为M2型。M2型巨噬细胞可加强机体清除病原体的能力，并在炎症反应后期发挥抗炎作用，促进组织修复和纤维化[44]。纤维化阶段，IL-33/ST2通路诱导大量的Th2型细胞因子IL-13产生，IL-13使巨噬细胞极化为M2型，M2型巨噬细胞进一步释放TGF-β和IL-13，通过诱导成纤维细胞分化和刺激细胞外基质成分(如胶原)的产生，加速纤维化的进展[45-46]。同时，炎症反应中巨噬细胞本身就是IL-33的重要来源，因此，巨噬细胞可以通过释放IL-33和IL-13对纤维化的发展形成正向反馈调节机制[47]。此外，在肝损伤修复阶段，M2型巨噬细胞释放IL-10等抗炎细胞因子，发挥Th2型免疫抑制作用，加速组织重塑、诱导血管生成[48]。

DC是典型的抗原提呈细胞，在机体免疫应答中起着重要作用，DC主要促进CD4+T细胞的分化方向[49]。DC表面表达ST2受体，Rank等研究发现IL-33通过激活DC，促进CD4+T细胞向Th2型细胞分化，并释放IL-5和IL-13等炎性细胞因子。此外，Matta等[50]研究证明，IL-33通过活化DC，促进CD4+Foxp3+ST2+Treg的扩增。因此，IL-33主要通过DC介导从而发挥Th2型免疫应答。

肝脏疾病中，IL-33高表达的区域总能发现较多数量的肥大细胞，IL-33/ST2通路可以调控肥大细胞的增殖、存活及凋亡[27]。研究[51-52]发现，肝脏炎症中，IL-33在一定的条件下促进肥大细胞脱颗粒，释放IL-4、IL-5、IL-13，发挥免疫调控作用。肝纤维化过程中，肥大细胞既可以参与抗肝纤维化的Th2极化反应，产生IL-4和IL-10，也可以通过刺激TGF-β、血小板衍生生长因子、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等，促进肝纤维化的发生[53]。但是，不同肝脏疾病中IL-33活化肥大细胞的具体作用机制不明确，仍需进一步阐明。

4 结 语

综上所述，IL-33/ST2信号通路在肝脏疾病中高表达，是至关重要的免疫调节通路。肝脏损伤发生时，受损的肝实质细胞、肝窦内皮细胞、肝血管内皮细胞、肝脏巨噬细胞以及HSC等快速释放大量的IL-33，随后IL-33与免疫细胞(如Th2、Treg、ILC2、DC等)表面的膜受体ST2L结合活化免疫细胞，活化的免疫细胞通过分泌相应的细胞因子(IL-5、IL-13、IL-10等)而发挥免疫效应。目前研究证实，IL-33/ST2信号通路在肝脏疾病中的作用主要包括调控免疫应答，促进肝脏纤维化以及促进损伤组织修复等。尽管关于此信号通路在肝脏疾病中的研究已经有很多报道，但不同疾病模型中，其具体作用机制不尽相同。因此，研究不同肝脏疾病模型中IL-33/ST2信号通路如何与下游免疫细胞结合及结合后不同的免疫调控机制，未来可以为肝脏疾病的临床治疗提供新的依据。