IL-6在眼部炎性疾病中的作用

涂园园,朱曼辉

0 引言

白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)是由单核细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞及其他细胞类型产生的多效性细胞因子。它在宿主抵御环境压力(如损伤和感染)中起着核心作用。在非感染性炎症中,来自受损或垂死细胞的危险相关分子模式刺激Toll样受体产生IL-6;而在感染性炎症中,单核细胞和巨噬细胞在具有不同病原相关分子模式的Toll样受体的刺激下迅速产生IL-6[1]。IL-6与IL-6受体(interleukin-6 receptor, IL-6R)结合介导信号转导。IL-6R以两种形式存在,分别是跨膜受体蛋白和可溶性形式(soluble IL-6R, sIL-6R)。IL-6与跨膜形式IL-6R结合,产生的IL-6/IL-6R复合物与糖蛋白130(glycoprotein 130,gp130)结合形成IL-6、IL-6R和gp130组成的六聚体结构,启动细胞内信号转导(经典信号通路)。除此之外,IL-6还可与sIL-6R偶联,gp130将发生二聚化和活化,从而导致Janus激酶家族酪氨酸激酶(JAKs)的激活,使gp130发生磷酸化(反式信号通路)[2]。近年来研究表明,IL-6在眼部炎症和血管生成中发挥重要作用,本文就IL-6在眼部炎性疾病中的相关研究进行综述,以期深入、系统地了解IL-6在眼部疾病中的作用。

1 IL-6在眼表疾病中的作用

1.1IL-6与干眼干眼是一种常见的以泪膜和眼表功能失调为特征的疾病。根据疾病的严重程度将其分为轻度、中度和重度。目前普遍认为炎症是干眼病理过程的主要潜在机制,并且炎症也是当前许多治疗方案的靶标[3]。干眼患者结膜印迹细胞样本及高渗应激诱导的人角膜上皮细胞中IL-6、IL-8、IL-17A、IL-17F、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)及基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)均表达升高[4]。其中IL-6被证实与干眼患者眼表疾病指数评分呈负相关,且随着症状的加重,IL-6表达升高[5],表明IL-6在干眼中的重要作用。在Sle1.Yaa小鼠(自发性狼疮小鼠)的继发性干燥综合征(Sjögren syndrome,SS)中,可见小鼠唾液腺中局灶性淋巴细胞浸润,而IL-6敲除后,淋巴细胞浸润得以减轻,表明IL-6促进Sle1.Yaa小鼠的腺体炎症[6]。与健康人相比,SS患者血清中IL-6、甲壳质酶蛋白-40(chitinase protein 40,YKL-40)和TNF-α显著上调,且IL-6与YKL-40、TNF-α均具有显著相关性[7]。Zhou等[8]将间充质干细胞来源的外泌体作为滴眼剂,发现外泌体通过抑制炎症和改善小鼠和人角膜上皮恢复,从而缓解移植物抗宿主病相关干眼。机制研究表明,外泌体中miR-204可直接靶向IL-6R,从而抑制IL-6/IL-6R/STAT3信号通路,调节巨噬细胞从促炎的M1型向免疫抑制的M2型转化。该研究揭示了miR-204作为IL-6/IL-6R通路的上游调节基因,在移植物抗宿主病相关干眼中发挥显著疗效,同时也侧面证实IL-6/IL-6R通路在干眼发病机制中具有促进作用。睑板腺功能障碍(meibomian gland dysfunction, MGD)以腺管阻塞和/或腺分泌物的性或量变化为特征,MGD是蒸发型干眼的主要原因。Li等[9]研究发现,与无MGD的干眼患者相比,MGD组干眼患者泪液中IL-6、TNF-α的表达显著升高,且IL-6的表达与角膜染色评分呈负相关。由此可见,IL-6促进干眼的发生且与疾病严重程度相关。

1.2IL-6与角膜炎细菌、真菌、病毒等微生物侵入角膜引发的炎症性病变称感染性角膜病,是各种感染性角膜炎症的总称。感染性角膜病是我国和其他发展中国家的主要致盲眼病之一,占角膜盲的首位。IL-6在细菌、真菌及病毒性角膜炎中均被检测到表达增多[10-12],IL-6参与调节角膜感染后的炎症反应,同时影响微生物的增殖[13]。在小鼠金黄色葡萄球菌感染性角膜炎中,Hume等[13]发现与野生型小鼠相比,IL-6基因敲除小鼠[IL-6(-/-)]的角膜有更广泛的浸润和更严重的上皮侵蚀。IL-6(-/-)小鼠中可以提取到4倍于野生型小鼠的细菌数。重组IL-6的应用改善了该感染性角膜炎小鼠的预后,降低了野生型和IL-6(-/-)小鼠的临床评分,眼部细菌计数也显著减少。铜绿假单胞菌是一种可引起角膜严重感染甚至致盲的机会性致病菌。Cole等[14]探讨了IL-6在铜绿假单胞菌角膜炎中的作用。他们发现, IL-6(-/-)野生型小鼠有更严重的临床体征和更多的细菌负荷。尽管IL-6(-/-)小鼠全眼有更多的中性粒细胞浸润,但角膜中央的中性粒细胞并未对感染做出反应,可能是由于角膜中细胞间黏附分子(ICAM)-1的表达减少。

人单纯疱疹病毒(herpes simple virus, HSV)引起的角膜感染称为单纯疱疹病毒性角膜炎,其临床特点是多次发作使角膜混浊逐渐加重,最终导致失明。角膜组织被认为是HSV-1建立潜伏感染的部位,HSV感染中,IL-6导致病毒存活和角膜神经退化[12]。在病毒的LAT启动子中有IL-6反应元件,这可能是IL-6诱导转录因子的结合位点。LAT启动子中缺乏IL-6反应元件的病毒构建体比其野生型的重新激活率更低[15]。此外,结膜下给予IL-6中和抗体可部分保存HSV-1感染小鼠的角膜神经结构和敏感性[12]。在病毒重新激活前8～12h用抗IL-6单克隆抗体预处理角膜可以降低眼部病毒再活化的频率[16]。以上结果证实,在角膜炎的发生发展中,IL-6引起的炎症反应对诱导角膜急性免疫防御机制及清除病原体具有重要意义。但在单纯疱疹病毒性角膜炎中,过度产生的IL-6导致角膜神经退化及病毒反复感染。由此可见,IL-6的促炎作用偏向保护作用还是致病作用,取决于感染的微生物种类。

1.3IL-6在葡萄膜炎中的作用Perez等[17]证实活动期中间或后葡萄膜炎患者玻璃体中IL-6表达较对照组显著升高。Murray等[18]检测了16例Fuchs异色性睫状体炎和8例弓形虫葡萄膜炎患者房水和血清中IL-6的表达情况,发现上述两种葡萄膜炎患者房水中IL-6表达升高,而血清中并未发现显著升高的IL-6。表明在葡萄膜炎患者房水中发现的IL-6是局部产生的,而不是由于血清渗漏。人白细胞抗原-B27(human leukocyte antigen B27,HLA-B27)相关葡萄膜炎占所有急性前葡萄膜炎病例近50%[19]。HLA-B27相关葡萄膜炎患者泪液样本中IL-6、IL-10及IL-6/IL-10比值较非HLA-B27葡萄膜炎升高。根据疾病活动性将HLA-B27相关葡萄膜炎患者分为静止期组和活动期组。与静止期组相比,活动期组中IL-6表达升高;同样,与非HLA-B27葡萄膜炎相比,即使在静止期,HLA-B27相关葡萄膜炎患者泪液中IL-6水平也更高[19]。IL-6或许可以作为葡萄膜炎发作期的一个潜在标志物。除此之外,IL-6还在一些特殊类型的葡萄膜炎,如白塞病、小柳原田综合征、特发性葡萄膜炎患者房水中表达也是升高的[20-22]。

实验性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis,EAU)是人类葡萄膜炎的啮齿动物模型,该模型在葡萄膜炎发病机制、药物治疗等方面应用广泛。多项研究表明,EAU是由自身反应性Th1细胞和Th17细胞介导的,而IL-6被认为是诱导原始T细胞结合TGF-β向Th17早期分化的关键因素[23]。Th17细胞进一步产生IL-6、IL-17、TNF-α,刺激成纤维细胞、内皮细胞和巨噬细胞产生趋化因子来维持炎症反应,最终导致组织损伤和慢性炎症[24]。IL-6缺陷的小鼠不能诱导Th17细胞,并且这些小鼠的EAU评分在整个时间进程中都是降低的。全身应用重组抗IL-6受体抗体可改善EAU对抗原特异性Th17分化/扩增的干扰,IL-6阻断可抑制急性Th17反应并改善慢性/难治性眼内炎症[25]。

临床研究和实验研究均表明IL-6与葡萄膜炎密切相关。而且,IL-6受体的人源化单克隆抗体托珠单抗(Tocilizumab,TCZ)也被证实对治疗巨大淋巴细胞增生症相关葡萄膜炎、鸟枪弹样脉络膜视网膜病变、白塞病和难治性特发性葡萄膜炎有效[23,26-27]。此外,回顾研究表明,TCZ对于葡萄膜炎引起的黄斑水肿也具有很好的控制作用[28]。

2 IL-6在玻璃体视网膜病变中的作用

2.1 糖尿病视网膜病变糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病引起的最常见的眼部并发症。研究表明,炎症反应与DR的发生发展密切相关[29]。IL-6是一种在DR患者血清、房水和玻璃体中表达均升高的多效性细胞因子,是DR发病的重要因素[30-32]。IL-6在DR患者房水中的表达明显高于无糖尿病对照组和无DR组[33]。伴有增殖性DR患者的血浆IL-6浓度高于无DR、轻度DR及重度DR患者[30]。由此可见,IL-6与DR严重程度呈正相关。Lu等[34]研究发现,IL-6的表达升高与rs 1800795 GC和rs 1800796 GG两种基因型有关。

IL-6被认为在视网膜血管系统中具有有害作用。既往研究表明,升高的IL-6通过下调紧密连接蛋白ZO-1和occludin的表达增加血管内皮细胞的通透性,导致视网膜血管渗漏[35]。相反地,在神经视网膜中,IL-6被证实对视网膜脱离诱导的光感受器细胞死亡和高糖诱导的Müller细胞死亡中具有保护作用[36-37]。Coughlin等[37]首次证实IL-6经典信号通路通过VEGFA信号转导保护人Müller细胞免受葡萄糖毒性作用。在高糖条件下,Müller细胞持续且适度地释放IL-6,从而导致VEGFA产生增加。VEGFA最初对Müller细胞是起保护作用的。但是,由于Müller细胞贯穿视网膜全层且与视网膜脉管系统紧邻,大量产生的VEGFA最终将导致血管完整性的破坏,发挥有害作用。上述结果对于靶向IL-6的药物开发具有重要意义,因为严格的抗IL-6疗法可能会进一步降低DR中的神经视网膜功能。

2.2 年龄相关性黄斑变性年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,ARMD)是导致老年人不可逆性中心视力丧失最常见的视网膜退行性疾病[38]。研究表明,氧化应激和炎症是促进ARMD发生和进展的早期病理事件[39]。早期ARMD的临床特征是drusen-视网膜下色素上皮细胞碎片沉积。这些沉积物的形成是视网膜组织和视网膜色素上皮(pigment epithelium,RPE)处理活性氧化物持续暴露的有效性随年龄增长而下降的结果,炎症被认为可以加速这一过程[40]。根据ARMD的临床表现和病理改变不同将其分为两型:干性和湿性。其中,湿性ARMD又称新生血管性ARMD,与免疫学改变和炎症密切相关[41]。

IL-6作为一种强大的促炎细胞因子,被证实在ARMD患者的房水和血清中呈升高趋势[42-43]。IL-6房水水平与6mm内黄斑体积呈正相关。通过进一步筛选3mo内最后一次玻璃体内注射贝伐珠单抗的脉络膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)患者房水中IL-6的表达,发现IL-6表达水平与黄斑最大厚度和1、3、6mm内黄斑体积仍存在显著相关性[44]。在动物ARMD模型中,Kim等[45]和Izumi-Nagai等[46]分别采用小鼠视网膜下注射人脂质过氧化氢和激光诱导的方式构建小鼠ARMD模型。结果发现ARMD小鼠视网膜及RPE-脉络膜复合体中IL-6的mRNA及蛋白表达均增高。阻断IL-6受体或敲除IL-6显著抑制了CNV的形成。此外,IL-6受体中和可抑制炎症相关分子,包括单核细胞趋化蛋白、细胞间黏附分子-1、血管内皮生长因子的体内和体外表达,以及CNV处巨噬细胞的浸润[46]。由此可见,IL-6或许可以作为ARMD治疗的潜在靶点。

2.3IL-6在眼眶病中的作用甲状腺相关眼病(thyroid-associated ophthalmopathy, TAO),又称Graves眼病(Graves ophthalmopathy,GO)或甲状腺眼病,是最常见的自身免疫性眼眶病[47]。活动期TAO患者泪液中IL-1β、IL-6、IL-8的表达较非活动期TAO和无症状对照组增多[48]。与无眼病的Graves病(Graves disease,GD)患者相比,IL-6浓度在GD伴眼病患者的血清中显著升高。在47例甲状腺疾病病程长于1a的眼病患者中,有22例患者的血清IL-6水平较病程短的患者高。放射碘和药物治疗均不能降低IL-6的血清浓度[49],提示IL-6是GO炎症过程中的重要因素。IL-6的可溶性受体sIL6-R在GD患者血清中表达增多,且GD活动期炎性TAO患者血清sIL-6R浓度高于非活动期或无TAO患者。甲巯咪唑治疗后,sIL6-R浓度可降至正常水平,而对IL-6表达没有影响[50]。sIL-6R的细胞释放可能受到甲状腺机能亢进的影响,其方式与IL-6不同。

TCZ作为针对IL-6受体的人源化单克隆抗体,已获批用于治疗类风湿性关节炎、全身性幼年特发性关节炎和Castleman病[51]。随机试验表明,TCZ可有效减少类固醇耐药病例的眼眶炎症,并有较小的疾病修饰作用[52]。目前,TCZ在治疗对类固醇治疗无效的活动、严重的GO中显示出其有效性及安全性。随着更多临床试验的开展,TCZ或许可以在不久的将来运用到GO的临床治疗中。

3 结语

综上所述,IL-6在眼部炎性疾病中发挥双重作用:(1)IL-6不仅可以保护角膜组织免受细菌感染,还可以抑制高糖对Müller细胞的毒性作用;(2)IL-6促进眼部的炎症反应及异常新生血管生成从而损害眼部组织。IL-6在眼部结膜、角膜、葡萄膜、视网膜和眼眶等部位的炎症过程中发挥重要作用。近年来,靶向IL-6信号通路的药物如TCZ被证实可以抑制眼部炎症,TCZ针对葡萄膜炎和甲状腺眼病的相关临床试验正在进行中。通过TCZ或其他化学药物和疗法阻断IL-6信号通路将有助于攻克与眼病相关的并发症。