白细胞介素-22/白细胞介素-22结合蛋白在心血管疾病中的研究进展

2023-08-09童艳丽齐长永刘正霞鲁翔

心血管病学进展 2023年7期

童艳丽齐长永刘正霞鲁翔

(1.南京医科大学第二附属医院老年医学实验室,江苏南京 210003;2.南京医科大学医药实验动物中心,江苏南京 211112)

心血管疾病是威胁人类身体健康的主要原因,2019年因心血管疾病导致的死亡人数占全球死亡人数的1/3[1]。越来越多的研究表明,炎症与心血管疾病的发生发展密不可分。白细胞介素(interleukin,IL)-22于2000年被发现,在炎症中起着“双刃剑”的作用[2],大量研究[3]证实,IL-22与心血管疾病的发生发展密切相关。可溶性受体IL-22结合蛋白(IL-22 binding protein,IL-22BP)可中和IL-22[4],但在心血管疾病中的作用尚不明确。现就IL-22/IL-22BP在心血管疾病中的研究进展做一综述。

1 IL-22和IL-22BP的生物学特性

细胞因子IL-22于2000年被发现,最初被命名为IL-10相关T细胞衍生因子。根据其初始名称可知,IL-22显示出与IL-10的高度同源性,因此被纳入IL-10细胞因子家族[5]。IL-22主要由淋巴细胞产生,如辅助性T细胞(helper T cell,Th)1、Th17、Th22、CD8+T细胞、γδT细胞、自然杀伤细胞、淋巴组织诱导细胞和3型固有淋巴细胞[6],作用于非免疫细胞,如角质形成细胞、肝细胞、肠细胞和成纤维细胞等[4]。IL-22信号通过异二聚体跨膜受体传递,该受体由IL-10R2亚基和IL-22R1亚基组成,IL-22对IL-22R1具有高亲和力,但对IL-10R2几乎无亲和力[7]。IL-22先与IL-22R1结合,形成的IL-22-IL-22R1复合物进一步结合IL-10R2以传导下游信号。IL-22与受体结合产生的复合物通过活化酪氨酸蛋白激酶,从而诱导信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription,STAT)1、STAT3及STAT5的磷酸化[8]。IL-22也可诱导丝裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)3大通路[p38、细胞外信号调控的激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和c-Jun氨基端蛋白激酶]的激活[9]。

一般来说,在上皮细胞的急性损伤中,IL-22通过诱导抗菌肽产生及上皮细胞增殖在组织修复中发挥重要作用。然而,慢性炎症可导致IL-22信号转导失调,造成明显的组织损伤和肿瘤的发展[2]。因此,调控IL-22的表达水平对疾病的发展有一定的影响[5]。

可溶性受体IL-22BP可结合并中和IL-22。与IL-22一样,IL-22BP主要由免疫细胞产生,如树突状细胞、嗜酸性粒细胞和CD4+T细胞等[4]。IL-22BP与IL-22结合的位点与IL-22R1重叠,因此,它直接干扰了IL-22和IL-22R1之间的结合。此外,IL-22与IL-22BP的亲和力比IL-22R1的亲和力高20～1 000倍[10]。一些研究[9]表明,IL-22BP与IL-22结合能有效抑制IL-22的功能。Huber等[11]在研究肠道疾病时发现,IL-22BP在生理环境中高度表达,在上皮屏障受损时下调。在健康的啮齿类动物中,与胸腺、心脏、膀胱和肝脏等其他组织相比,IL-22BP在脾脏和肠系膜淋巴结中的含量最高,在小肠和结肠中也大量存在[12]。

2 IL-22与IL-22BP的作用机制

心血管疾病的发生发展机制与许多病理生理因素密切相关,如炎症反应、血管生成、血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)的增殖和迁移等。

黏附分子可促进单核细胞和白细胞黏附到活化的内皮细胞并诱导血管炎症[13]。IL-22与其受体结合后,可诱导细胞产生多种黏附分子和趋化因子参与炎症反应,如细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)[14]。一氧化氮合酶磷酸化可抑制基质金属蛋白酶-9的作用,从而下调ICAM-1和VCAM-1的表达。STAT3磷酸化可激活Ras同源基因家族成员A,重排微丝和微管,并抑制内皮细胞一氧化氮合酶磷酸化,从而促进ICAM-1和VCAM-1的表达[15]。此外,STAT1和STAT5在调节黏附分子和趋化因子的表达中充当促炎信号。这表明IL-22信号分子可通过激活STAT磷酸化,从而参与血管炎症的形成。

IL-22R1在巨噬细胞中广泛表达。研究[16]表明,IL-22与促炎巨噬细胞表型密切相关。Ye等[17]研究结果表明IL-22的缺失可诱导心肌巨噬细胞向抗炎表型转变,其潜在机制涉及MAPK/Fizz3通路。Toll样受体4信号通路在炎症调节中起着重要作用,Toll样受体4缺乏会诱导肺泡巨噬细胞向抗炎表型分化,同时伴有IL-22表达水平降低[13]。此外,Gan等[18]发现STAT分子(如STAT1和STAT5)可驱动巨噬细胞向促炎表型分化。IL-22/IL-22R1复合物是STAT信号分子的关键激活剂。因此,IL-22/IL-22R1复合物可通过调节STAT信号分子诱导巨噬细胞向促炎表型转化。

缺血性损伤后,IL-22及IL-22R1的表达水平在内皮细胞中显著增加[19]。研究表明,IL-22可促进后肢缺血小鼠血管的形成。向培养的人脐静脉内皮细胞中加入重组IL-22(recombinant IL-22,rIL-22),人脐静脉内皮细胞中STAT3磷酸化表达明显增强,细胞活力与内皮血管形成能力也有所提高。加入STAT3抑制剂后会减弱IL-22诱导的内皮细胞存活和内皮血管形成能力[19]。这些研究表明,STAT3是IL-22/IL-22R1复合物诱导血管生成所需的重要信号分子。

Rattik等[20]发现小鼠的VSMC中存在IL-22R1。与载脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)基因敲除(ApoE-/-)小鼠相比,双基因敲除(ApoE-/-/IL-22-/-)小鼠的动脉中与VSMC收缩相关基因(α-肌动蛋白、黏着蛋白和钙调蛋白)的表达增加。VSMC凋亡会导致血管重构及炎症加剧[21]。早期研究[22]表明,IL-22可通过STAT3、核因子-κB和MAPK依赖性途径增强气道和肺部平滑肌细胞的增殖和迁移,并防止平滑肌细胞凋亡。总的来说,IL-22是调节VSMC增殖和迁移的重要细胞因子。

IL-22BP主要通过抑制IL-22与其受体结合来发挥生理功能,但还无相关文献报道IL-22BP的具体作用机制。

3 IL-22与心血管疾病

3.1 IL-22与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化被认为是一种进行性的血管壁慢性炎症性疾病,IL-22可调控动脉粥样硬化斑块中的复杂炎症反应[13]。早期研究[23]发现血清IL-22与心血管疾病的发病率独立相关,IL-22可保护内皮细胞免受葡萄糖和溶血磷脂酰胆碱诱导的损伤。一项研究[24]表明,IL-22和IL-22R1在小鼠动脉粥样硬化斑块中表达,并且在ApoE-/-小鼠中表达水平增加。在ApoE-/-小鼠模型中,与腹腔注射磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffered saline,PBS)的小鼠相比,腹腔注射rIL-22小鼠的主动脉斑块面积明显增加。随后,研究者使用抗IL-22单克隆抗体(IL-22 monoclonal antibody,IL-22 mAb)阻断ApoE-/-小鼠中的IL-22,与对照组相比,使用了抗IL-22 mAb的小鼠主动脉根部斑块的面积显著减少。Rattik等[20]也在实验中发现,与ApoE-/-小鼠相比,双基因敲除(ApoE-/-/IL-22-/-)小鼠的主动脉根部和主动脉斑块面积均减少。这些研究表明,IL-22可促进动脉粥样硬化斑块的生长。

同时,Shi等[24]发现,使用腹腔注射rIL-22处理过的ApoE-/-小鼠,与对照组相比,其主动脉斑块中平滑肌细胞α-肌动蛋白表达降低,胶原蛋白含量显著增加。这与Rattik等[20]的研究结果一致。表明IL-22可通过刺激VSMC,下调收缩相关的基因表达,促进平滑肌细胞表型从收缩型转变为合成型,产生细胞外基质蛋白,使斑块胶原蛋白含量增多[20],有助于动脉粥样硬化斑块的稳定[25]。IL-22也可通过调节肠道菌群从而减缓动脉粥样硬化的进展。IL-22/IL-23信号的失活导致肠道屏障受损、肠道微生物失调,从而导致促动脉粥样硬化代谢产物如脂多糖和三甲胺N-氧化物的增加,这些代谢产物使骨桥蛋白表达上调[26],促使单核细胞和巨噬细胞募集到炎症部位,导致动脉粥样硬化斑块增大[27]。向双基因敲除(IL-23-/-/LDLR-/-)小鼠腹腔中注射rIL-22,其血清脂多糖水平降低,肠道微生物群趋于正常[26]。

综上可知,IL-22在动脉粥样硬化中具有双重作用,“矛盾”的具体机制还需进一步研究。

3.2 IL-22与心肌梗死

在一项临床研究[28]中发现,与稳定型心绞痛及健康对照组相比,急性心肌梗死患者外周Th22细胞和IL-22水平明显增加。Takahashi等[29]在心肌细胞中检测到IL-22R的表达,与PBS处理的心肌细胞相比,IL-22处理的心肌细胞中STAT3活化显著增强。在心肌缺血再灌注损伤的小鼠模型中,经腹腔注射rIL-22处理后的小鼠STAT3磷酸化表达明显高于PBS处理的对照组,心肌梗死面积明显减小。p53启动子包含一个STAT3 DNA结合位点,STAT3的激活可抑制细胞中p53的表达[30]。Naito等[31]证实了p53表达降低可防止小鼠急性心肌梗死后心肌细胞凋亡。这表明IL-22可通过激活心肌STAT3信号通路,起到保护心脏的作用,改善缺血再灌注后的心肌损伤[29]。

3.3 IL-22和高血压

高血压是最常见的慢性疾病,也是心脑血管疾病中最重要的危险因素。如果治疗不当,会发生更为严重的脑卒中、心肌梗死或肾衰竭[3]。在一项小样本的临床研究[32]中发现,与健康人相比,高血压患者的血清IL-22水平显著升高,相关性分析显示IL-22水平与血压呈正相关。在血管紧张素Ⅱ诱导的高血压小鼠模型中,Th22细胞和IL-22水平明显升高。分别用rIL-22、抗IL-22 mAb处理小鼠,结果发现,使用rIL-22处理过的小鼠血压升高,炎症反应放大,内皮功能障碍加重,而使用抗IL-22 mAb处理过的小鼠则与此相反。此外,研究者也发现,小鼠体内STAT3磷酸化被rIL-22上调,却被抗IL-22 mAb抑制,表明STAT3的活性与IL-22水平相关。使用STAT3抑制剂后小鼠血压降低,由此推断IL-22可通过激活STAT3通路诱导内皮功能障碍和血压升高[32]。Akbari等[33]在临床试验中发现,应用阿托伐他汀、氯沙坦和卡托普利治疗的高血压患者血清IL-22水平较对照组升高,IL-22 rs1179251的G等位基因也与高血压显著关联,但IL-22在高血压发病机制中的确切作用尚未阐明。

3.4 IL-22与心肌炎

心肌炎主要由各种病毒感染引起,是许多心血管疾病的危险因素,例如急性心力衰竭、慢性扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)和猝死[34]。研究发现,在感染柯萨奇病毒的小鼠模型中,其组织及血浆中IL-22和IL-22R表达升高,抗IL-22 mAb阻断IL-22的作用后,其体内病毒复制加快及心肌炎发展加剧。IL-22通过减少促炎因子IL-17、IL-6和肿瘤坏死因子-α的产生,减缓炎症的发展,并通过升高 γ干扰素水平以抵抗病毒感染[35]。然而,在缺乏IL-17A的病毒性心肌炎(viral myocarditis,VMC)小鼠模型中,IL-22加重了VMC的严重性,在中和了小鼠体内的IL-22后,小鼠心肌炎严重程度降低。这些结果表明,在IL-17A存在的情况下,IL-22具有抗炎作用;而在缺乏IL-17A的情况下,IL-22则会产生促炎效果[36]。有趣的是,在博来霉素诱导的急性组织损伤和气道炎症中观察到,IL-17A和IL-22协同促进炎症;而在IL-17A缺失的情况下,IL-22具有组织保护功能[37]。IL-17A在急性VMC中调节IL-22促炎或抗炎特性的确切机制尚不清楚,需待进一步研究[36]。

急性VMC在病毒持续感染的情况下会逐渐发展成慢性心肌炎和DCM。IL-22在慢性心肌炎中的作用与急性VMC一致,即IL-22具有抗炎和抗病毒特性[38]。DCM的主要特征是广泛的心肌纤维化,心肌纤维化的主要原因包括胶原蛋白Ⅰ型和胶原蛋白Ⅲ型的累积。Guo等[38]观察到,在急性VMC小鼠模型中,与PBS对照组相比,抗IL-22小鼠血浆中胶原蛋白Ⅰ型和胶原蛋白Ⅲ型水平明显上调,心肌纤维化程度加剧。这表明,IL-22可通过抑制心肌纤维化从而减缓急性VMC向DCM的发展[38]。

3.5 IL-22与心脏肥大

心脏肥大是一种强有力的代偿形式,如果病因历久而不能被消除,最终会发展成心力衰竭,慢性心力衰竭通常是在心肌代偿性肥大的基础上发生的[39]。IL-22在心脏肥大中起促炎作用。研究发现,在血管紧张素Ⅱ构建的心脏肥大小鼠模型中,其心脏组织IL-22和IL-22R1水平比对照组显著升高。向其注射抗IL-22中和抗体后小鼠心脏肥大的严重程度显著减轻,且小鼠体内STAT3和ERK磷酸化水平明显降低,炎症介质IL-17、IL-6、IL-1β、γ干扰素和肿瘤坏死因子-α的mRNA表达下降[40],这表明IL-22可通过增加炎症介质的水平和上调STAT3和ERK磷酸化来促进血管紧张素Ⅱ诱导的心脏肥大。

4 IL-22BP与心血管疾病

IL-22BP在心血管疾病中的作用尚不清楚,目前相关研究也较少。在临床试验[41]中发现,代谢综合征患者血清中IL-22和IL-22BP水平显著升高,随后的相关性分析显示,IL-22和IL-22BP与高血压呈正相关。与野生型小鼠相比,IL-22BP-/-小鼠的血清IL-22以及肝脏和脂肪中IL-22信号通路(IL-22、IL-22R1、IL-10R2和STAT3)的表达显著降低。使用高脂饮食喂养的IL-22BP-/-小鼠,与高脂饮食喂养的野生型小鼠相比,其血清炎症因子IL-10、单核细胞趋化蛋白-1、γ干扰素和IL-12p70浓度均升高。显然,IL-22BP的缺失进一步加剧了高脂饮食诱导的慢性炎症,可猜想IL-22BP的存在对于慢性炎症模型中IL-22相关通路是必要的[41]。IL-22BP可通过影响IL-22信号通路对心血管疾病产生影响。