白介素18的研究進(jìn)展

梁寧，王業(yè)富

（武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院病毒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430000）

白介素-18（IL-18）是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)細(xì)胞因子，是由日本科學(xué)家Okamura于1995年首次在中毒性肝損傷小鼠肝臟提取物中純化出來(lái)的一類(lèi)物質(zhì)，具有誘導(dǎo)生成γ干擾素的功能，因而其最開(kāi)始被命名為促γ干擾素誘導(dǎo)因子。白介素-18不僅在巨噬細(xì)胞中有表達(dá)，在單核細(xì)胞、小腸表皮細(xì)胞等等細(xì)胞中都可以實(shí)現(xiàn)表達(dá)。人IL-18由194個(gè)氨基酸構(gòu)成，其分子量約有20 kDa。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該細(xì)胞因子不僅可以誘導(dǎo)γ干擾素產(chǎn)生，同時(shí)也與其他細(xì)胞因子協(xié)作，發(fā)生各類(lèi)免疫反應(yīng)，從而達(dá)到對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用。因此，IL-18在對(duì)抗炎性疾病尤其糖尿病、腫瘤上有很大的研究?jī)r(jià)值。

1 IL-18與腫瘤

IL-18可以結(jié)合多種物質(zhì)，通過(guò)多種途徑發(fā)揮抗癌作用，是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)所在。IL-18的抗癌效果是通過(guò)自然殺傷細(xì)胞（NK）和CD4+所完成的。有研究表明，IL-18有明確的腫瘤抑制作用，在小鼠移植腫瘤細(xì)胞的前7天和后7天每天投喂1 μg白介素-18，連續(xù)7 d，可觀察到腫瘤的生長(zhǎng)速率明顯被抑制，且小鼠癌癥的發(fā)病率由對(duì)照組的60%下降到20%；接種前7天至接種后14天給予IL-18治療，可進(jìn)一步觀察到小鼠癌細(xì)胞增殖被完全抑制；將上述試驗(yàn)中未發(fā)病的小鼠再次移植癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)15只小鼠里面有13只會(huì)抑制腫瘤生成，防癌率達(dá)87%，由此可見(jiàn)白介素-18可抑制癌癥的發(fā)生[1]。

另外，白介素誘導(dǎo)γ干擾素產(chǎn)生的同時(shí)，還可以提高患者體內(nèi)T細(xì)胞以及NK細(xì)胞的表達(dá)水平，上調(diào)腫瘤細(xì)胞中FasL的表達(dá)，這可以幫助腫瘤細(xì)胞避免機(jī)體內(nèi)的免疫監(jiān)視。

2 IL-18與糖尿病

2型糖尿病病人體內(nèi)白介素-18的含量與其病情程度息息相關(guān)。代謝綜合征的特征是中樞性肥胖、胰島素抵抗、高血糖、高甘油三酯、低高密度脂蛋白，會(huì)增加患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[2]。由于IL-1β有介導(dǎo)肥胖誘導(dǎo)的炎癥、增加胰島素抵抗和摧毀β細(xì)胞的能力，因而炎性小體（NLRP3）、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1（caspase 1）以及IL-1β在2型糖尿病的病理揭示方面起著重要的作用。IL-18在人體中的含量升高，意味著2型糖尿病病人的病情加重[3]。

有實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)比2型糖尿病患者與健康體檢者血清中的IL-18含量，發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者血清中IL-18的含量顯著高于健康組，說(shuō)明IL-18與2型糖尿病的產(chǎn)生、發(fā)展相關(guān)并且IL-18可作為糖尿病早期診斷的一個(gè)指標(biāo)[4]。IL-18通過(guò)細(xì)胞中的信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT3）的磷酸化作用，以及活化肌肉中的腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），從而增加了IL-18對(duì)胰島素的敏感性；IL-18與瘦素類(lèi)似，是一種控制食物攝入以及能量平衡的脂肪細(xì)胞因子，盡管肥胖和2型糖尿病患者體內(nèi)IL-18含量水平高，但是通過(guò)其體內(nèi)外周血單核細(xì)胞（PBMC）含量發(fā)現(xiàn)IL-18對(duì)STAT3介導(dǎo)的干擾素γ（IFNγ）產(chǎn)生的刺激作用降低了IL-18受體蛋白的表達(dá)；另外，血清中升高的IL-18水平導(dǎo)致IL-18的基因多態(tài)性可與胰島素抵抗以及代謝綜合征聯(lián)系起來(lái)；肥胖個(gè)體的內(nèi)臟脂肪組織（而非皮下脂肪組織）比體型消瘦對(duì)照組，能夠產(chǎn)生更多的IL-18，并且在經(jīng)歷肥胖癥治療手術(shù)后，血清IL-18濃度下降；還有學(xué)者的研究表明，高血糖患者體內(nèi)由于發(fā)生強(qiáng)烈的過(guò)氧化物反應(yīng)，導(dǎo)致IL-18的含量急劇升高，從而加重患者體內(nèi)免疫激活反應(yīng)[5]。綜上，IL-18這種細(xì)胞因子在糖尿病的發(fā)病機(jī)理的研究中起著很大的作用，因此值得關(guān)注并進(jìn)行更深入的研究。

3 IL-18與其他疾病

IL-18在許多疾病的病理研究、臨床診治中都起著十分重要的作用。如在乳腺癌的術(shù)后治療中，IL-18通過(guò)細(xì)胞毒性T細(xì)胞誘導(dǎo)的抗癌免疫中，有助于預(yù)測(cè)接受乳腺癌手術(shù)治療患者的預(yù)后[6]；在缺血性中風(fēng)的治療中，IL-18的水平有助于判斷缺血性中風(fēng)的發(fā)展與嚴(yán)重程度，可以作為早期檢測(cè)缺血性中風(fēng)的重要參考[7]；有學(xué)者在研究心臟肥大導(dǎo)致心力衰竭的病癥時(shí)發(fā)現(xiàn)，IL-18通過(guò)IL-18R的上調(diào)表達(dá)導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大；在系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)病機(jī)制中，IL-18在機(jī)體內(nèi)含量升高導(dǎo)致的細(xì)胞因子間失衡，也是該病的發(fā)病標(biāo)志[8]；IL-18的表達(dá)也與自身免疫性甲狀腺疾病有關(guān)，IL-18的彌散表達(dá)誘導(dǎo)組織相容的白細(xì)胞抗原表達(dá)，導(dǎo)致病情發(fā)作；病患血清中的干擾素γ、IL-18的表達(dá)量在重癥肌無(wú)力患者中頗高，如果使用外援IL-18治療，則會(huì)加重病患的病情；IL-18在心衰中可以作為病情的檢測(cè)指標(biāo)，當(dāng)心衰加重時(shí)，IL-18在病患體內(nèi)濃度升高，經(jīng)過(guò)治療心衰程度好轉(zhuǎn)以后，濃度會(huì)隨之降低[9]。

4 IL-18的工業(yè)化表達(dá)

細(xì)胞因子的發(fā)現(xiàn)與人類(lèi)疾病掛鉤，但是只有大量獲得純度高的細(xì)胞因子才能讓其在臨床治療上真正起到作用。IL-18在抗腫瘤免疫、抗病毒、抗過(guò)敏等方面起著很明顯的作用，所以IL-18可以作為生物多肽類(lèi)藥物在多種疾病的治療中發(fā)揮作用[10]。

目前，最常見(jiàn)的用來(lái)表達(dá)IL-18的表達(dá)系統(tǒng)就是大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)。選擇大腸桿菌作為醫(yī)藥類(lèi)蛋白的生產(chǎn)系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)：（1）遺傳背景透徹；（2）大腸桿菌生長(zhǎng)速度快；（3）目前有專(zhuān)門(mén)的發(fā)酵技術(shù)并且實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單容易；（4）具備高水平表達(dá)外援蛋白的能力。在構(gòu)建大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)時(shí)，所插入的IL-18基因需要根據(jù)大腸桿菌的喜好進(jìn)行優(yōu)化，原因在于不同種類(lèi)生物中的tRNA含量不同，密碼子的使用頻率與細(xì)胞中的tRNA含量有關(guān)，tRNA含量越高使用頻率越高，真核生物的密碼子和大腸桿菌密碼子使用頻率有很大差異，選擇在大腸桿菌中不常出現(xiàn)的密碼子即稀有密碼子，往往表達(dá)效率不高，并且如果在大腸桿菌系統(tǒng)內(nèi)目的基因片段含有兩個(gè)連續(xù)的稀有密碼子，表達(dá)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)副產(chǎn)物，原因是連續(xù)的稀有密碼子可以造成翻譯過(guò)程的提前終止。因此在進(jìn)行大腸桿菌表達(dá)時(shí)，要將密碼子按照大腸桿菌的偏好進(jìn)行轉(zhuǎn)化以提高表達(dá)效率[11]。

另外在表達(dá)過(guò)程中，培養(yǎng)條件也是必須考慮的因素。培養(yǎng)條件包括培養(yǎng)基的成分、pH、誘導(dǎo)溫度、誘導(dǎo)劑濃度、誘導(dǎo)時(shí)間?？傮w上講，選擇營(yíng)養(yǎng)全面的培養(yǎng)基，合適的pH、誘導(dǎo)溫度、誘導(dǎo)劑濃度、誘導(dǎo)時(shí)間，是大量獲得表達(dá)產(chǎn)物的關(guān)鍵。

誘導(dǎo)溫度對(duì)于外源基因在大腸桿菌中的表達(dá)起著決定性作用。有些外源基因不可以在高溫條件下表達(dá)，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物形成包涵體，因此大多數(shù)外源基因都采用低溫進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)，延長(zhǎng)表達(dá)時(shí)間，以提高產(chǎn)量。另外，培養(yǎng)條件應(yīng)確保大腸桿菌處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期（OD600=0.6），有利于提高外源基因表達(dá)的效率，菌種的狀態(tài)過(guò)早或過(guò)老，都不利于產(chǎn)量的提高，表達(dá)效率也不會(huì)提高。

影響外源基因在大腸桿菌中表達(dá)的因素很多，且這些因素互相關(guān)聯(lián)、互相牽制，僅僅對(duì)一個(gè)條件進(jìn)行優(yōu)化往往不能得到提高產(chǎn)量的最優(yōu)解，應(yīng)對(duì)各種不同的影響因素進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)，探究其對(duì)表達(dá)產(chǎn)量的影響，綜合各種因素對(duì)整個(gè)表達(dá)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化才能對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)作用，提高效率和產(chǎn)量。

5 結(jié)語(yǔ)

IL-18的研究在近年來(lái)不斷加快，其結(jié)構(gòu)、生物學(xué)活性等信息都有大量報(bào)道，其工業(yè)化表達(dá)以及純化也有進(jìn)展。隨著進(jìn)一步的深入研究，IL-18的研究會(huì)在疾病病理的揭示以及疾病的診治方面發(fā)揮更重要的作用。