IL-33与缺血性脑血管病的研究进展

门玉娇 刘晶瑶

(1沧州市中心医院神经内科,河北 沧州 061000;2吉林大学第一医院乐群院区神经内科)

白细胞介素(IL)-33又称为IL-1F11,是最新发现的IL-1家族的第11位成员〔1,2〕,Schmitz等〔3〕通过计算分析发现,其与IL-1家族成员具有极高的相似性,均具有典型的β-三叶草结构。IL-33是一把双刃剑,扮演着“双重因子”的角色,在不同的疾病和模型中或作为常规细胞因子或作为核转录因子,发挥致炎或抗炎的作用。IL-33可以与靶细胞上的膜受体结合,介导下游信号通路,或者转运到靶细胞的细胞核作为DNA结合因子发挥作用。IL-33与其受体复合物结合后,激活的信号传递到细胞中,并通过一系列下游信号分子如IL-1相关蛋白激酶、骨髓分化因子88和肿瘤坏死因子(TNF)受体相关因子6激活核因子(NF)-κB和促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)〔4,5〕。T细胞及其亚群在炎症介导的脑损伤中起着关键作用,Th1细胞促进炎症和随后的继发性脑损伤,Th2细胞促进抗炎反应,减少继发性脑损伤。因此,Th1/Th2平衡可能是治疗疾病的线索,IL-33在Th1/Th2平衡中发挥重要作用〔6〕。本文就IL-33在缺血性脑卒中、动脉粥样硬化(AS)中作用的研究进展进行综述。

1 IL-33与AS

1.1IL-33在AS动物模型中的研究 AS是一种以动脉纤维化斑块形成为特征的慢性炎症性疾病,泡沫细胞的形成是AS发生发展过程中的关键环节〔7〕。有研究结果发现〔8〕,在高脂饮食喂养的载脂蛋白E基因敲除(ApoE-/-)小鼠中,IL-33治疗显著减少了AS斑块中巨噬细胞来源的泡沫细胞的积累。IL-33还通过减少乙酰化和氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)摄取,降低细胞内总胆固醇和酯化胆固醇含量,增强胆固醇外排,减少体外巨噬细胞泡沫细胞的形成。该研究还发现,这些变化与IL-33介导的参与修饰低密度脂蛋白摄取的基因表达减少有关,如CD36〔9〕,同时与参与胆固醇外排的基因增加有关〔10〕,包括载脂蛋白E,这一发现在基因水平阐释了其作用机制。IL-33还降低了涉及胆固醇酯化和三酰甘油储存的关键基因表达,包括酰基辅酶a:胆固醇酰基转移酶1和脂肪细胞分化相关蛋白。提示IL-33通过减少巨噬细胞泡沫细胞的形成在AS中发挥保护作用,IL-33可能是一种潜在的AS治疗药物。

IL-33通过ST2发出信号,可以减少高脂饮食的ApoE-/-小鼠中AS的发展〔11〕。IL-33和ST2存在于小鼠和人类的正常和AS血管系统中。实验〔11〕发现对照组磷酸盐缓冲液(PBS)治疗的小鼠在主动脉窦内出现了严重的AS斑块,而IL-33治疗的动物的病变发展显著减少。IL-33显著增加了IL-4、IL-5和IL-13的水平,降低了血清γ-干扰素(IFN-γ)的水平提高血清总免疫球蛋白(Ig)A、IgE和IgG1水平,降低IgG2a水平,这与Th1/Th2平衡一致。IL-33处理的小鼠产生显著升高的抗ox-LDL抗体。与对照组IgG处理的小鼠相比,用可溶性ST2(sST2)治疗的小鼠,在ApoE-/-小鼠的主动脉窦内出现明显更大的AS斑块。此外,抗IL-5单抗与IL-33联合使用可防止斑块缩小,并减少由IL-33诱导的ox-LDL抗体的数量。说明IL-33可能通过诱导IL-5和ox-LDL抗体在AS的发生发展中发挥保护作用〔12〕。

1.2IL-33在晚期AS(aAS)的研究 在aAS患者的研究中得出了不同的结论〔13〕。aAS组与健康对照组相比,嗜中性粒细胞ST2受体表达增加,aAS组血清 IL-33浓度升高。IL-33通过特异性上调aAS组中CD16的表达加剧中性粒细胞胞外陷阱(NET)的形成。与对照相比,IL-33引发了NET,促进巨噬细胞坏死和aAS中AS因子和基质金属蛋白酶的释放〔14,15〕。这些发现提示了aAS患者中IL-33/ST2途径的致病作用,通过加剧NET形成和巨噬细胞坏死,从而促进炎症因子的释放和可能对aAS中AS斑块的不稳定与破裂至关重要的基质金属蛋白酶的释放。靶向 IL-33/ST2-NET轴可能是预防aAS斑块不稳定与破裂及其不良并发症的新的治疗靶点。

1.3IL-33、sST2在急性心肌梗死(AMI)中的研究 AS同为脑卒中和AMI的发病机制之一,有研究在AMI中得到了不完全相同的结果,认为IL-33在人类和小鼠组织中可能具有不同的功能。研究〔16〕纳入了AMI的患者(AMI组,50例)和稳定型冠心病患者(CAD组,50例),收集研究对象冠状动脉血标本,用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测IL-33水平。动物实验模型中,收集ApoE-/-小鼠的下腔静脉血液,检测凝血酶-抗凝血酶复合物(TAT)、三酰甘油、总胆固醇(CHOL)浓度,结果提示,AMI患者冠脉血IL-33通过IL-33/ST2依赖性途径促进AS的进展,并诱导血栓形成。IL-33可降低AS的ApoE-/-小鼠的血脂来抑制AS的进展〔17〕。研究发现,sST2对于高级别颈动脉狭窄患者的长期不良心血管预后是一个很好的预测指标〔18〕。另一项研究发现,在急性冠脉综合征患者中血浆sST2水平与AS斑块稳定性和复杂性相关〔19〕。

2 IL-33在脑卒中的作用

2.1IL-33在急性缺血性脑卒中(AIS)人体中的研究 脑卒中有高发病率、高致残率的特点,在中老年人群中好发,且有发病日益年轻化的趋势。有研究〔20〕纳入了206例首次AIS患者,且发病后72 h入院。并根据美国国立卫生研究院脑卒中量表(NIHSS)评分评估AIS患者入院时的严重程度。使用Barthel指数(BI)确定3个月时的功能结果。研究提示,较低的血清IL-33水平与AIS患者的大梗死体积和较重的脑卒中严重程度相关,且IL-33可以作为一种新的独立预测AIS预后的血清标志物。研究〔21〕发现,与健康对照组相比,AIS患者的血清IL-33水平显著升高,且血清IL-33水平随着梗死体积的增加而升高,提示IL-33可能参与了AIS的发病机制及进展。

2.2IL-33在AIS动物模型中的研究 AIS患者外周血中Th17细胞比例与梗死面积呈正相关,提示Th17与脑卒中预后恶化相关〔22〕。动物研究也发现〔23〕,随着脑缺血进展γδT细胞诱导的Th17细胞及IL-6和转化生长因子(TGF)-β增加可能会隐藏大量的IL-17,加重延迟期炎症。因此,神经保护策略既可以增强脑卒中后Th2反应,也可以预防Th1和Th17反应。基于以上理论,Luo等〔6〕通过研究大脑中动脉闭塞(MCAO)脑卒中小鼠模型,发现从短暂脑缺血/再灌注后6 h开始,直到第3天,MCAO程序导致Th1和Th17的免疫反应增强。同时,IL-33的蛋白和mRNA表达水平在MCAO后6 h和72 h显著下降,在MCAO后24 h没有下降。此外,IL-33重组小鼠在24 h和72 h缺血性脑损伤和神经功能缺损显著减轻,而在MCAO后6 h没有减轻。有理由推断IL-33处理的MCAO小鼠中枢神经系统炎症的减少可能至少部分原因是Th细胞从Th1反应(致炎)向Th2反应(抗炎)的诱导免疫转移,并抑制了Th17免疫反应。该研究认为IL-33在MCAO后发挥保护作用,可能成为AIS治疗的新靶点。

2.3配体ST2在动物模型中的研究 ST2作为IL-33的特异性配体,在信息通路中发挥着关键的作用。研究〔8〕利用来自ST2-/-小鼠的骨髓源性巨噬细胞,发现IL-33受体ST2在IL-33对巨噬细胞泡沫细胞形成的作用是不可或缺的。另有研究〔24〕发现,MCAO 60 min后,少突胶质细胞和星形胶质细胞中IL-33的表达迅速增加。ST2受体缺乏加重了短暂性MCAO术后3 d的脑卒中及远端永久性MCAO。ST2缺乏也会加重短暂性MCAO术后7 d后的神经功能障碍。相反的,短暂性MCAO后向脑室内注入IL-33减轻了脑梗死形成。流式细胞术分析显示,小胶质细胞中ST2的表达水平较高,而在短暂性MCAO后,该表达显著增强。短暂性MCAO后ST2的缺乏导致了小胶质细胞/巨噬细胞的M1极化标记物表达的增强,减弱了M2极化标记物的表达。体外研究证实〔25〕,IL-33/ST2信号通路增强了IL-10和原代小胶质细胞中M2基因的表达。小胶质细胞上ST2的激活导致了一种保护性表型,提高了神经元对低氧低糖条件下的耐受能力。IL-33激活的小胶质细胞释放IL-10,同样的在短暂性MCAO术后将IL-33注入IL-10基因敲除的小鼠脑室内,结果显示未能提供神经保护作用,提示IL-10在IL-33/ST2通路中发挥重要作用。

2.4IL-33在动物外周免疫中的作用 外周免疫系统在AIS后发挥作用,因此依据针对动物脾脏的研究〔26〕,推断IL-33在AIS中的长期保护机制可能与其通过抑制Th1反应(降低脾脏IFN-γ的产生)和促进Treg反应(增加IL-4、IL-10和TGF-β的分泌)对脾脏T细胞免疫应答的调节作用部分有关,提示IL-33可能通过调节脑卒中后外周免疫系统,作为治疗人类脑卒中的候选治疗方法。

2.5药物等对IL-33/ST2通路的影响 药物等许多干预因素会影响IL-33/ST2信号通路。有研究者通过动物实验发现电针联合诱导多能干细胞来源的小细胞外囊泡通过调节 IL-33/ST2信号通路,抑制小胶质细胞和星形胶质细胞的活化而发挥神经保护作用〔27〕。另有研究表明,来自人类骨髓间充质干细胞通过 IL-33/ST2信号通路抑制星形胶质细胞氧和葡萄糖剥夺诱导的神经元死亡,提示其可能通过调节 IL-33/ST2信号通路来减轻缺血性脑损伤〔28〕。在中医药方面,如雷公藤红素,通过促进IL-33/ST2轴介导的小胶质细胞/巨噬细胞M2极化来改善缺血性脑卒中〔29〕。另外,全身给予Th2细胞促进细胞因子IL-33和IL-4可以减少脑缺血再灌注后的急性脑损伤〔30〕。星形胶质细胞脂肪生成增加梗死周围区域的IL-33产生,促进脑缺血损伤亚急性期的血脑屏障修复,并改善预后〔31〕。

2.6IL-33与肥胖的关系 目前众多的研究〔32,33〕表明,肥胖能够增加患脑卒中的风险。Wood等〔34〕研究发现IL-33基因和受体在白色脂肪组织和人脂肪细胞中的表达。然而近些年来的实验研究发现有不同的结果。Zeyda等〔35〕的研究显示,与正常人相比,重度肥胖者(体质量指数>40 kg/m2)的大网膜和皮下脂肪组织中IL-33和ST2的表达均增加,IL-33的表达增加约为3倍,但肥胖症血清中IL-33浓度在两组间没有发现不同。相反,Hasan等〔36〕的研究则显示,肥胖个体血清中IL-33水平明显低于正常体质量个体,IL-33浓度与体质量指数和体质量呈负相关。IL-33对肥胖和AS具有保护作用,并且降低IL-33水平可能会增加某些人发生AS和胰岛素抵抗的风险。此外,肥胖患者血清sST2水平升高,它通过竞争结合IL-33而阻止ST2L与IL-33的结合,导致保护性通路活性降低。因此,脂肪组织通过IL-33/ST2参与肥胖相关炎症的发生〔37〕。

综上,IL-33在促进2型免疫反应方面的有益作用在大量研究中得到证实。但是IL-33在不同的疾病中所起的作用和机制是不同的,目前为止,治疗哮喘和特异性皮炎的IL-33抗体已经试用于人类患者,但尚处在药物临床试验阶段〔38～40〕。IL-33是否可以安全地系统和长期地使用,能否允许对人类进行疗效研究尚需进一步研究证实。另外,它在治疗疾病的同时是否会使患者更易患上2型免疫介导的疾病〔41〕,又如IL-33在动物实验模型中的作用机制是否和人体中完全一致,未来仍需要大量的研究来明确。IL-33/ST2信号传导通路为神经系统疾病的治疗提供了新的靶点,未来仍需进行更多实验。