白介素-33在阿尔茨海默病中的研究进展

戴莉莉 周 涛 哈斯也提·依不来音

新疆医科大学第二附属医院，新疆 乌鲁木齐 830000

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种中枢神经系统退行性病变，其临床上起病隐匿、不可逆转，主要表现为持续进展的认知功能和记忆力的减退，最终导致患者完全丧失生活自理能力。随着人口老龄化，痴呆已成为老年人的常见病，其中AD占60%～80%，是老年人失能和死亡的主要原因［1］。因AD 发病机制十分复杂，临床中无有效的治疗手段。迄今为止，对于AD 的发病机制仍未明确，其起病原因众说纷纭，包括β-淀粉样蛋白（amyloid βprotein，Aβ）淀粉样假说、tau 蛋白过度磷酸化假说、突触障碍假说、神经炎症反应假说、氧化应激假说、基因突变假说、胆碱能假说等。Aβ 组成的老年斑和过度磷酸化tau 蛋白神经原纤维缠结是目前AD 公认的两个病理特征［2］。除此之外，越来越多的研究表明，神经炎症在AD 的发展中也起着十分重要的作用。白介素-33（interleukin-33，IL-33）是IL-1 家族的一个成员，可表达于中枢神经系统中的小胶质细胞和星形胶质细胞［3］，通过IL-33/ST2 通路发挥中枢神经炎症及神经保护作用。随着研究的不断深入，发现IL-33 可作为AD 的保护性因素。现就IL-33 在AD中的研究进展做一综述。

1 IL-33

1.1 IL-33的发现及命名IL-33 最初是1999 年在一种犬血管痉挛椎动脉中作为克隆体DVS27 被发现的［4］。后来2003 Baekkevold 等［5］首次在人体组织中观察到内源性IL-33 蛋白，并将其命名为“来自高内皮小静脉的核因子（NF-HEV）”。2005 年发现IL-33与IL-1 的其他成员具有相似的β-三叶结构，因此IL-33被归类为IL-1家族的第11个成员，也被命名为IL-1F11［6］。2009年Chapuis 等［7］利用转录组和遗传学技术研究了与AD 有关联的基因，发现AD 患者脑内的IL-33表达显著减少，与AD的发生、发展密切相关。

1.2 IL-33的结构及生物学功能人类IL-33基因位于9p24.1 染色体上，编码270 个氨基酸，而小鼠IL-33基因位于同线染色体19qC1 区域，编码266 个氨基酸，在氨基酸水平上，人和小鼠的IL-33 有55%是相同的［8］。IL-33 可作为核内细胞因子，具有抑制转录作用。在蛋白的N 端区域内，IL-33 含有保守的类似同域蛋白的螺旋-转角-螺旋，这个区域在体内与异染色质和有丝分裂染色质相联系，起着转录抑制因子的作用［9］。此外IL-33 也可以发挥细胞因子的作用。IL-33 广泛表达于各种组织，如皮肤、脑、肺、胃、肾、小肠、阴道、淋巴器官等。在中枢神经系统中表达IL-33 的主要细胞包括内皮细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞［10］。当组织损伤、刺激、应激时，IL-33作为一种警报素被释放［11-12］。该细胞因子以全长或被裂解的形式释放，但其与IL-1β 不同，不被半胱氨酸天冬氨酸酶-1（cystein asparate protease-1，caspase-1）裂 解，反 而 会 在caspase-1、caspase-3 和caspase-7的作用下失活［13-14］；除此之外，IL-33 还能被中性粒细胞丝氨酸蛋白酶、组织蛋白酶G、弹性蛋白酶、蛋白酶3（recombinant proteinase 3，PR3）、胃促胰酶和类胰蛋白酶裂解，从而产生更高的生物活性［8，10］。

IL-33/ST2 信号通路，是通过白介素-1 受体辅助蛋 白（interleukin-1 receptor accessory proteins，IL-1RAcP）招募并激活骨髓分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）和白介素-1受体相关激 酶4（interleukin-1 receptor-associated kinase 4，IRAK4）、白 介 素-1 受 体 相 关 激 酶1（interleukin-1 receptor-associated kinase 1，IRAK1）和肿瘤坏死因子受体相关因子6（tumor necrosis factor-associated factor 6，TRAF6），进一步诱导IκB-α 和IκB 激酶（IkB kinase，IKK）下游磷酸化，激活核因子-κB（nuclear factor kappa-B ，NF-κB）通路和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK，也叫应激活化蛋白激酶）［15-16］。此外，激活的MyD88 诱导细胞外信号调节激酶（extracellular-regulated kinase，ERK）和p38 丝裂原活化蛋白激酶磷酸化，与JNK 一起构成丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信 号 通 路［8，10，16-17］，最 终 导 致 激 活 蛋 白-1（activator protein 1，AP-1）的激活［18］。细胞内的级联反应选择性地激活神经胶质细胞、Th2细胞、肥大细胞、中性粒细胞和巨噬细胞等，触发炎症通路。

1.3 IL-33的受体IL-33 的特异性受体是生长刺激表达基因2蛋白（growth stimulation expressed gene 2，ST2，也叫IL-1RL1），属于TOLL-IL-1受体的超家族成员，存在4 种亚型：跨膜型ST2L、可溶型ST2（sST2）、ST2V 和ST2LV。目前，尚无IL-33 与ST2V 或ST2LV相互作用的文献报道。因此，与IL-33 结合的受体主要是ST2L和sST2。ST2L是主要的功能受体，但sST2作为诱饵受体可以减少IL-33 与ST2L 的结合，抑制IL-33/ST2 信号通路［19-20］。Saresella 等［13］曾报道IL-33在AD 和轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）患者血清中较正常人减少，诱饵受体sST2 在血清中升高，同样AD及MCI患者sST2高水平表达的结果也被再次被验证［21］，这说明在AD、MCI 患者中IL-33/ST2L 信号通路可被sST2 所调控。除sST2 外，其他因子也被报道通过调控ST2 抑制IL-33/ST2 信号通路。例如，单个免疫球蛋白结构域IL-1r 相关分子在IL-33刺激下与ST2形成复合物，随后抑制IL-33介导的信号传导；另一个负调控因子是Fbox 和富亮氨酸重复蛋白19，介导ST2的泛素化和降解［8］。

ST2 主要表达于CNS 的小胶质细胞和星形胶质细胞，但也表达于肥大细胞、第2 组先天淋巴细胞（innate lymphoid cell 2，ILC2）、调 节 性T 细 胞（regulatory T cells，Treg）、辅助性T 细2（T-helper 2，Th2）、少突胶质细胞、巨噬细胞和神经元等［10，22-23］。ST2 在神经细胞中的表达提示其可能在CNS 的功能调节与疾病发生中发挥着关键作用。Xiong 等［24］通过免疫组化方法发现，与健康对照组相比，AD 患者在淀粉样斑块和神经纤维缠结附近发现IL-33和ST2水平升高。Wang 等［25］发现ST2 在海马区高度表达，证明IL-33 在AD 认知功能中的重要作用。IL-33 与表达ST2 的细胞上的受体结合，诱导产生细胞因子、趋化因子和潜在的神经毒性物质，如IL-4、IL-5、IL-13、IL-6、IL-10、IL-1β、肿 瘤 坏 死 因 子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、趋 化 因 子 配 体2（ C-C motif chemokine ligand 2，CCL2）、一氧化氮（nitric oxide，NO）和活性氧（reactive oxygen species，ROS），这些介质在发挥神经炎症和神经保护中发挥关键作用，并与AD 症状有关［17］。

2 IL-33与阿尔茨海默病

目前，多项遗传学研究结果证明IL-33 与AD 有关。一项高加索人群的大型前瞻性研究［7］证实，SIL-33基因中的rs1157505、rs11792633和rs7044343多态性与AD 风险的降低相关，这些多态性与大脑中较少的脑淀粉样血管病变（cerebral amyloid angiopathy，CAA）相关，这与AD病理密切相关。这些snp 进一步在北方汉族人群［26］及湖南汉族人群［27］中进行了研究，均指出IL-33 单核苷酸多态位点rs11792633 多态性与晚发型阿尔茨海默病（lateonset AD，LOAD）风险显著相关，其等位基因T 及单倍体型TC 可减低LOAD 发生风险。但是针对SIL-33基因rs7044343、rs11792633多态性仍有不同结论，于是一项仅限于欧洲或亚洲人群的荟萃分析［28］证实，IL-33 多态性rs11792633 和rs7044343 与LOAD 风险之间的关联风险显著降低。

IL-33 与AD 的相关性也在动物模型及患者中得到证实，可作为潜在的治疗靶点［3，29-33］。Nishizaki等［29］报道，在水迷宫试验（morris water maze，MWM；一种评估空间学习和记忆的行为方法）中，与野生型对照小鼠相比，IL-33 缺陷小鼠的获得潜伏期明显延长，提示IL-33 在空间学习和记忆中的作用。IL-33 缺陷小鼠的海马Schaffer 侧支/CA1 长期增强（long-term potentiation，LTP，一种测量海马记忆的模型）被显著抑制，而LTP的抑制作用可通过添加IL-33来中和；在髓样分化因子88（MyD88）缺陷的小鼠中，Schaffer 侧支/CA1 LTP 被消除；但在ST2 缺陷小鼠中没有显著影响。这些发现表明，IL-33 和MyD88 是LTP 表达的关键因子。而IL-33 也可以通过不依赖ST2 的方式激活MyD88 延缓疾病的发展，这已被Nishizaki 等［30］继续的实验所证实。进一步在AD 小鼠模型AD 患者中进行研究，发现大脑中IL-33 mRNA 和蛋白水平较低，且IL-33 高表达患者认知功能较好［19］，且IL-33 的表达可保存MCI 或AD 患者的认知功能，降低MCI 进展为AD 的风险［3］。与此相同的是，在不同程度的AD 患者中，IL-33 水平与AD 的严重程度呈独立负相关，且随病情程度加重，IL-33的水平呈降低趋势［31］。近年来，IL-33 参与AD 的过程成为研究热点，发现IL-33 是AD 的保护因素，但具体机制尚不十分清楚。

2.1 IL-33与Aβ Aβ 在神经毒性和神经功能中起着重要作用，其异常沉积会导致患者神经功能失调。当淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）的代谢发生异常时，会被β-分泌酶和γ-分泌酶裂解，形成不溶性的Aβ，最终在脑内大量沉积形成神经炎性斑块。这种斑块会导致激酶的激活，从而导致tau蛋白过度磷酸化；可以诱导ROS 增多，损害线粒体，激活细胞凋亡途径，介导细胞凋亡；还促进了小胶质细胞的激活和局部炎症反应，产生神经毒性等。这些改变又可促进Aβ 生成增多和异常沉积，产生正反馈的级联放大效应，最终导致神经元减少，递质异常，引发AD 症状。综合目前的研究，IL-33 是通过增强抗炎型小胶质细胞的吞噬、清除和降解来消除Aβ的积累［19，33-38］。

2.2 IL-33与tau蛋白研究表明IL-33 会抑制tau蛋白过度磷酸化，发挥神经保护作用。tau 蛋白是一种微管状神经元蛋白，其参与了微管组装的聚合和稳定，以维持细胞骨架的完整性。这种结合是由多种激酶磷酸化丝氨酸/苏氨酸残基来调节，如糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase3β，GSK-3β）、细胞周期蛋白依赖性激酶5（cyclin-dependent kinase 5，CDK5）、Fyn 激酶、ERK2［32］。在野生型小鼠的海马切片中，发现淀粉样蛋白Aβ1-40可显著降低GSK-3β在Ser9 位点的磷酸化，并增强了tau 蛋白在Ser202/Thr205/Ser396 位点的磷酸化［33］。这表明Aβ1-40 诱导GSK-3β 激活，促进AD 患者大脑中tau 蛋白过度磷酸化。当tau 蛋白过度磷酸化时，使其对微管的亲和力降低，与微管分离，形成不溶性原纤维即成对螺旋丝，聚集形成神经纤维缠结并沉积在细胞质中，产生神经毒性作用。这一过程还会导致突触功能障碍，破坏突触中的线粒体运输和功能，并促进小胶质细胞对突触的吞噬作用［40］。

蛋白激酶B（prtein kinase B，PKB 或Akt）通过一个沿着受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）/胰岛素受体底物1（insulin receptor substrat-1，IRS-1）/磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphat idylinositol 3 kinase，PI3K）/磷 酸 肌 醇 依 赖 性 蛋 白 激 酶-1（phosphoinositide-dependent protein kinase-1，PDK1）/Akt轴的主要途径被激活，通过在Ser9位点磷酸化使GSK-3β 失活。一些证据已经指出了IL-33 诱导的PI3K 激活或Akt 激活相关的途径［18］。与此相同的是，一项小鼠的基础研究中表明，IL-33以独立ST2的MyD88/TRAF6/RIP/PI3K/Akt 通 路 激 活Akt 并 抑 制GSK-3β的激活，从而抑制tau蛋白的磷酸化［30］。

2.3 IL-33与神经炎性神经炎性是机体大脑的一种保护性反应，以清除病变，限制其面积，并保护中枢神经系统。然而，不受控制的或长时间的神经炎症会导致星形胶质细胞、小胶质细胞、T 细胞、肥大细胞等激活释放炎性因子及毒性物质，会导致神经元损伤或死亡［41］，这与认知障碍有关［42］。Aβ 和tau蛋白是淀粉样斑块（amyloid plaques，APs）和神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）的主要成分，这是AD 大脑的两个核心病理特征，而神经炎症则被认为是AD 大脑除APs 或NFTs 以外的第三个核心病理特征［43］。神经炎症在AD 的发病机制中起着十分重要的作用，可与Aβ 和tau 蛋白通路相互作用，进一步导致恶性循环［44］。

IL-33 已被证明可以增强体外培养的小鼠小胶质细胞的吞噬能力，通过诱导小胶质细胞转化为抗炎型而发挥保护作用的。小胶质细胞来源于单核吞噬细胞，是大脑中的特征性免疫细胞，可被激活为促炎表型（M1）和抗炎表型（M2）［45］。小胶质细胞分化为M1 或M2 表型取决于组织中的细胞因子环境。小胶质细胞在1 型细胞因子和微生物产物（如IFN-γ、IL-2 和LPS）的作用下发展为促炎M1 表型，而抗炎M2表型则由2型细胞因子（包括IL-4、IL-21和IL-13）诱导［45-46］。M1小胶质细胞可促进促炎介质和神经毒性物质的释放，如TNF-α、IL-1β、IFN-γ、IL-18、IL-6、CCL2、ROS和NO，这些物质与吞噬功能受损有关，导致神经损伤和死亡［45-47］。相反，M2 小胶质细胞可以释放抗炎介质，如IL-13、IL-4 和IL-10，抑制1 型免疫反应，使吞噬功能增强，从而清除大脑中的细胞碎片，发挥治疗作用［48］。

在AD 中，IL-33 促进M2 小胶质细胞的抗炎作用以保护认知［19，35-39］。在APP/PS1 小鼠的大脑皮层中，IL-33 可增加Aβ 周围吞噬小胶质细胞的数量，IL-1β和IL-6等促炎基因被显著诱导，且IL-33处理的APP/PS1 小鼠皮层中可溶性Aβ 的数量显著减少［19］，说明外源性IL-33 通过使小胶质细胞转化M2 表型并显著抑制了这些促炎基因的表达，从而防止认知能力下降［35-36］。相反，阻断IL-33/ST2 通路可导致小胶质细胞转化为M1 表型，从而增加神经炎症和损伤［37］。例如IL-33 缺乏导致小鼠神经退行性变和异常tau 蛋白沉积，包括过度磷酸化、PHFs和不溶性tau蛋白，并出现社交新奇认知缺陷等AD 症状［38-39］。综上所述，IL-33 通过将小胶质细胞转化为M2 表型而具有保留认知功能的治疗潜力，M2 表型表现出增强的吞噬作用以增加Aβ和tau蛋白的消除。

此外，IL-33 作为细胞核内因子参与了AD 的抗炎机制。IL-33 可作为转录因子与NF-κB 的p65 亚单位结合，阻断p65 与NF-κB 的结合，负向调控NF-κB的活性，从而抑制NF-κB 下游的促炎信号通路［49］。同样，一项体外研究发现，重组IL-33 在正常对照组的单核细胞中显著降低NF-kB 核易位，而在AD 和MCI 患者中未见明显变化［14］。这些结果说明，这可能是IL-33 抗炎的关键机制，在正常人存在而参与神经保护，但在AD、MCI患者中消失。

2.4 IL-33与突触功能突触功能障碍表现在多种方面，如突触丧失、突触功能降低和突触可塑性受损，这些都是与认知障碍相关的中枢神经系统损伤和慢性炎症的结果［50-51］。各种形式的突触损伤不仅是帕金森病和AD 等晚期神经退行性疾病的标志，也是痴呆症早期进展的一个特征［51］。在神经炎症过程中会过度表达细胞因子，如TNF-α、IL-1β、IL-18 和IL-6，以及其他分子如ROS、NO和前列腺素E2，会影响神经递质释放和受体后信号转导机制，最终通过α-钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ、MAPK 和ERK 通路或直接影响突触记忆过程影响突触功能［17］。

IL-33 也影响神经元的突触可塑性［7，52-53］。突触可塑性，即神经元改变突触结构和强度的能力，对于记忆的形成和巩固非常重要，海马体中持续的突触重塑对于学习和记忆的编码和保留至关重要［17］。通过IL-33 的神经元-小胶质细胞通信是远期精确记忆所必需的，IL-33 促进小胶质细胞功能以优化经验依赖的神经回路可塑性，表明IL-33 可能在记忆巩固中发挥作用［54］。IL-33治疗显著逆转了APP/PS1小鼠的LTP损伤和记忆缺陷，同时也改善了对新环境的习惯化，证实了IL-33 治疗逆转了APP/PS1 小鼠海马突触可塑性的降低和认知缺陷［7，19］。

2.5 其他IL-33 可能影响神经元的修复。在老年小鼠中，星形胶质细胞中IL-33 的表达显著增加了高达74%，这可能对老年神经元的修复至关重要［17，39］。相反，IL-33 缺陷小鼠在中年时由于修复失败，会出现一种不受控制的神经元老化激增，并最终在老年时出现神经退行性变和迟发性AD 样症状，其具体表现是大脑皮质和海马体的tau 蛋白沉积和大量神经元丢失，并伴有认知和记忆损伤［39］。这些发现表明IL-33 在衰老和应激神经元的维持和修复中起着关键作用。

IL-33 缺乏也可损害淋巴引流，影响水通道蛋白4（aquaporin 4，AQP4）的功能。AQP4 与AD 的Aβ 和tau 蛋白清除和改善神经元功能有密切关系［54］。研究表明，IL-33 是调节星形胶质细胞中AQP4 表达所必需的，尤其是面向神经元的膜结构域，而IL-33 缺陷小鼠在中年后会表现出星形胶质细胞中面向神经元的膜结构域的AQP4 显著丢失［55］，这与神经元中tau 蛋白异常的快速积累及其的向外周组织的引流减少一致［56］。因此推测IL-33 可能参与AQP4 在AD中的作用。

3 小结与展望

目前研究显示，IL-33 可能会通过促进小胶质细胞向抗炎表型的转化和增强小胶质细胞的吞噬活性以清除Aβ 和tau 蛋白，激活MyD88/TRAF6/RIP/PI3K/Akt 通路并抑制GSK-3β 的活性从而抑制tau 蛋白的磷酸化，维持突触可塑性、AQP4 的功能及修复神经元等途径来限制神经损伤和减缓AD 进展，这可能是一种可靠的治疗策略。但要确定CNS 组织中IL-33在AD 中的信号机制，还需要进一步的深入研究，为研发AD的靶向药物提供理论依据。