白細(xì)胞介素-33的生物學(xué)特性及與過敏性鼻炎的關(guān)系

習(xí)洋，陶澤璋

白細(xì)胞介素-33(interleukin-33，IL-33)是2003年第一次被發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞因子，在穩(wěn)定狀態(tài)下，IL-33以核蛋白的形式在上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的細(xì)胞核中表達(dá)。其特異性受體生長刺激表達(dá)基因2蛋白(growth stimulation expressed gene 2,ST2)在多種免疫細(xì)胞上表達(dá)。過敏性鼻炎是以陣發(fā)性噴嚏、流清涕為主要癥狀的2型免疫反應(yīng)疾病。IL-33在過敏性鼻炎的早期和晚期進(jìn)程中均起著至關(guān)重要的作用，與T細(xì)胞、ILC2細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞作用，促發(fā)多種免疫反應(yīng)。深入研究IL-33的生物學(xué)特性及其作用機(jī)制，有助于為過敏性鼻炎尋找新的藥物靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

1 IL-33

1.1 IL-33的發(fā)現(xiàn)

白細(xì)胞介素-33(IL-33)是IL-1家族的細(xì)胞因子，包括IL-1α、IL-1β、IL-18和IL-1Ra，它們通過受體結(jié)構(gòu)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相互聯(lián)系。這些細(xì)胞因子共有一個(gè)保守的β-三葉折疊結(jié)構(gòu)，由12條反平行的β-鏈組成，呈三重對稱排列[1]。IL-33最初由Baekkevold等[2]描述為一種核蛋白，其在高內(nèi)皮微靜脈(HEV)中大量表達(dá)，HEV是介導(dǎo)淋巴細(xì)胞進(jìn)入淋巴器官的特殊血管，因此將其命名為“高內(nèi)皮微靜脈來源的核因子”(NF-HEV)。后來Schmitz等[3]通過同源對比發(fā)現(xiàn)了該蛋白，發(fā)現(xiàn)其含有與IL-1樣蛋白和FGF樣蛋白相同的β-三葉草結(jié)構(gòu)，并且通過IL-1受體ST2介導(dǎo)其生物學(xué)作用，激活NF-κB和MAP激酶，并驅(qū)動體外極化的Th2細(xì)胞產(chǎn)生相關(guān)的細(xì)胞因子。其在體內(nèi)可誘導(dǎo)IL-4，IL-5和IL-13的表達(dá)，并導(dǎo)致部分器官發(fā)生嚴(yán)重的病理變化，因此將其命名為IL-lFll，即IL-33。

1.2 IL-33的異構(gòu)體

近來報(bào)道有2種機(jī)制能調(diào)節(jié)IL-33活化形式從而限制其促炎作用。一種是半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)介導(dǎo)的的凋亡反應(yīng)，另一種是半胱氨酸介導(dǎo)的氧化反應(yīng)。IL-33與IL-1β和IL-18相似，是以全長形式合成并存在于細(xì)胞核、胞漿和細(xì)胞外。并且，IL-33在釋放到細(xì)胞外之前也被半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(caspase-1)在細(xì)胞內(nèi)裂解。NLRP3炎癥體參與此過程，它可以被內(nèi)源性和外源性危險(xiǎn)信號激活，進(jìn)而導(dǎo)致Caspase-1的激活，最終使IL-33釋放[1]。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生壞死或損傷時(shí)，IL-33被釋放到細(xì)胞外被炎性蛋白酶裂解。在凋亡過程中，IL-33被內(nèi)源性Caspase裂解并失活，這一過程在體內(nèi)不會引發(fā)炎癥。Caspase介導(dǎo)的氧化反應(yīng)則是另一個(gè)重要的抑制IL-33活性的調(diào)節(jié)機(jī)制，細(xì)胞外的IL-33容易被半胱氨酸氧化，導(dǎo)致二硫鍵的形成，從而使構(gòu)象變化，抑制與ST2受體的結(jié)合，從而使IL-33在接觸變應(yīng)原后會迅速失活[4]。

IL-33有全長形式和較短形式2種亞型。根據(jù)表達(dá)IL-33的細(xì)胞類型和病理?xiàng)l件的不同，存在幾種人類全長活性mRNA剪接變異體，并在免疫反應(yīng)過程中由不同的刺激觸發(fā)。來自中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和環(huán)境過敏原的炎性蛋白酶可以將全長IL-33加工成較短的成熟形式(18～21 kDa)，其生物活性是全長形式的10～30倍[5]。成熟形式不能移位到細(xì)胞核中，因?yàn)樗狈θLIL-33中的核定位信號。在IL-33的重組腺病毒的小鼠模型中，全長IL-33不依賴ST2就能誘導(dǎo)炎癥，但不會引起肺嗜酸性粒細(xì)胞增多、杯狀細(xì)胞增生或Th2細(xì)胞增多，而成熟的IL-33則依賴ST2誘導(dǎo)Th2相關(guān)反應(yīng)[6]。由此可見，全長和成熟形式的IL-33的生物學(xué)活性有相通之處，但又不完全相同。

1.3 IL-33/ST2軸

IL-33通過與其初級特異性受體ST2結(jié)合發(fā)揮細(xì)胞因子活性，ST2的表達(dá)依賴于輔助受體IL-1受體輔助蛋白(IL-1RAcP)和髓樣分化因子88(MyD88)[7]。ST2受體在細(xì)胞內(nèi)以兩種形式存在，即膜結(jié)合或跨膜形式(ST2或ST2L)和分泌或可溶性形式(sST2)。sST2作為IL-33的一個(gè)誘餌受體在炎癥反應(yīng)中下調(diào)IL-33的活性。大多數(shù)造血干細(xì)胞表達(dá)ST2，如ILC2細(xì)胞、Treg細(xì)胞和肥大細(xì)胞是主要的組織駐留細(xì)胞，結(jié)構(gòu)性地表達(dá)高水平的ST2[8]，這意味著這些細(xì)胞是IL-33的初始靶點(diǎn)。非造血干細(xì)胞包括內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，同樣也表達(dá)ST2并對IL-33有反應(yīng)，但具體機(jī)制尚不清楚。

在造血干細(xì)胞中，IL-33主要作用于2型和調(diào)節(jié)性免疫反應(yīng)相關(guān)的免疫細(xì)胞，包括ILC2細(xì)胞、Th2細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞，以及樹突狀細(xì)胞亞群、髓系抑制細(xì)胞和Tregs[9]。然而，IL-33的作用并不局限于激活2型免疫反應(yīng)。最近的研究已經(jīng)揭示了IL-33在參與1型免疫的免疫細(xì)胞激活中的重要作用，如Th1細(xì)胞、NK細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞和NKT細(xì)胞[10]。IL-33的多效性解釋了IL-33與多種非過敏性疾病有關(guān)的原因，包括傳染病(真菌、蠕蟲、原生動物、細(xì)菌和病毒感染)、心血管疾病、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、纖維性疾病、肌肉骨骼疾病、炎癥性腸道疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病(阿爾茨海默病)、移植物抗宿主疾病(GVHD)、肥胖、糖尿病和癌癥[8]。

2 IL-33與過敏性炎癥免疫細(xì)胞

2.1 嗜酸性粒細(xì)胞

IL-33能有效誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)的嗜酸性粒細(xì)胞增多，并激活嗜酸性粒細(xì)胞產(chǎn)生超氧化物，提高嗜酸性粒細(xì)胞的存活率，表明IL-33在嗜酸性粒細(xì)胞活化介導(dǎo)的變態(tài)反應(yīng)性疾病的炎癥加重過程中起重要作用[11]。

在變應(yīng)性炎癥研究中，IL-33能促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞存活和細(xì)胞表面黏附分子ICAM-1的表達(dá)，而ICAM-3和L-選擇素的表達(dá)受到抑制。此外，IL-33還能顯著刺激嗜酸性粒細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子IL-6和趨化因子CXCL8和CCL2[12]。嗜酸性粒細(xì)胞和成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)的研究過程中，發(fā)現(xiàn)促炎細(xì)胞因子如IL-6和趨化因子CXCL1、CXCL10、CCL2和CCL5的產(chǎn)生顯著增加,并且IL-33的刺激進(jìn)一步上調(diào)了這種增加。IL-33刺激誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中ERK、JNK、p38MAPK、NF-κB和磷脂酰肌醇3-激酶-Akt(PI3K/Akt)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路出現(xiàn)同程度的活化[13]，而此通路的激活對細(xì)胞因子和趨化因子的釋放均有不同程度的調(diào)節(jié)作用[11]。

2.2 T細(xì)胞和ILC2細(xì)胞

除嗜酸性粒細(xì)胞外，IL-33作為一種有活性和可溶性的T細(xì)胞共刺激因子，可以促進(jìn)效應(yīng)T細(xì)胞和GATA3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖和分化[14]。對IL-33敲除小鼠的研究也證明了其在T細(xì)胞抗病毒免疫中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[15]。與Th2細(xì)胞相比，活化的Th1和CD8+T細(xì)胞瞬時(shí)表達(dá)IL-33受體ST2較少。但是IL-33信號可以通過誘導(dǎo)特異性轉(zhuǎn)錄因子FOXP3、GATA-3和T-bet的表達(dá)來促進(jìn)Th1細(xì)胞上ST2的表達(dá)[16]。

在黏膜屏障部位，IL-33是通過激活ST2陽性的免疫細(xì)胞，如ILC2和CD4+T細(xì)胞來調(diào)節(jié)2型免疫反應(yīng)。ILC2主要定位于肺、皮膚、腸道和脂肪組織的黏膜表面，在IL-33相關(guān)變態(tài)反應(yīng)性炎癥性疾病中起重要作用。盡管ILC2缺乏抗原受體，但它們可以被上皮來源的細(xì)胞因子IL-33、IL-25和胸腺基質(zhì)淋巴生成素(TSLP)、肥大細(xì)胞分泌的前列腺素D2或活化的造血細(xì)胞分泌的半胱氨酰白三烯迅速激活。激活的ILC2細(xì)胞迅速增殖，協(xié)同產(chǎn)生大量Th2細(xì)胞因子IL-5和IL-13[17]。在ILC2基因敲除小鼠中觀察到ILC2可以通過MHCⅡ以細(xì)胞接觸的方式抑制Th2細(xì)胞分化[18]。

2.3 肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞

肥大細(xì)胞及嗜堿性細(xì)胞都能釋放炎癥介質(zhì)組胺，在過敏性炎癥中發(fā)揮重要作用。IL-33相關(guān)的肥大細(xì)胞參與到眾多過敏性炎癥的發(fā)病機(jī)制中，如食物過敏、屋塵螨過敏或阿司匹林不耐受。由于IL-33受體ST2在肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞上有持續(xù)性表達(dá)，因此肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞是IL-33介導(dǎo)的變態(tài)反應(yīng)性炎癥的關(guān)鍵靶點(diǎn)細(xì)胞，具有分泌多種炎性細(xì)胞因子和介質(zhì)的能力[19]。抗原或IL-33激活的肥大細(xì)胞也可以釋放可溶性ST2，這可能進(jìn)一步放大IL-33的生物學(xué)效應(yīng)。已證實(shí)IL-33可增強(qiáng)肥大細(xì)胞與層黏連蛋白、纖維連接蛋白和玻璃體連接蛋白的黏附，增加內(nèi)皮細(xì)胞表面ICAM-1和血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)等黏附分子的表達(dá)，從而促進(jìn)肥大細(xì)胞與血管壁的黏附[20]。IL-33還可通過ST2/MyD88途徑促進(jìn)肥大細(xì)胞的存活、生長、發(fā)育和成熟。肥大細(xì)胞衍生的類胰蛋白酶和糜酶也可以將細(xì)胞外的IL-33裂解成成熟的活性形式，并且IL-33的異構(gòu)體同樣可能具有激活肥大細(xì)胞的能力，從而進(jìn)一步引發(fā)炎癥[21]。

肥大細(xì)胞衍生的蛋白酶除了已知的促炎作用以外，研究表明，與野生型小鼠相比，缺乏MC蛋白酶4(mMCP4)的卵蛋白(OVA)致敏小鼠在OVA攻擊時(shí)的氣道高反應(yīng)性顯著高于野生型小鼠[22],提示肥大細(xì)胞蛋白酶也可能保護(hù)動物免受過敏性氣道反應(yīng)的影響，其促炎與抗炎作用可能與發(fā)病進(jìn)程有關(guān)。與肥大細(xì)胞相似，IL-33也可介導(dǎo)嗜堿性粒細(xì)胞的激活并增強(qiáng)其效應(yīng)功能。與肥大細(xì)胞相比，嗜堿性粒細(xì)胞雖然含有較少數(shù)量的蛋白酶，但I(xiàn)L-33可通過MyD88信號通路促進(jìn)嗜堿性粒細(xì)胞產(chǎn)生哮喘相關(guān)的IL-4和IL-13，從而增強(qiáng)變應(yīng)性炎癥反應(yīng)[23]。

3 IL-33在過敏性鼻炎中的作用

IL-33是導(dǎo)致AR患者早期和晚期免疫反應(yīng)發(fā)生的致病因素，在眾多變應(yīng)性疾病的發(fā)病過程中起關(guān)鍵作用。過敏性鼻炎的鼻部早期反應(yīng)，如打噴嚏和流清涕，是由于的IgE產(chǎn)生后與效應(yīng)細(xì)胞交聯(lián)釋放炎性介質(zhì)導(dǎo)致的，而Th2細(xì)胞因子在誘導(dǎo)包括充血、疲勞、不適和易怒等晚期反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用[24]。除了Th2細(xì)胞因子的產(chǎn)生，肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞進(jìn)入鼻黏膜被認(rèn)為是AR晚期反應(yīng)的一種病理變化。IL-33能誘導(dǎo)Th2細(xì)胞、B細(xì)胞、肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和新近發(fā)現(xiàn)的天然免疫細(xì)胞(ILC2、自然輔助細(xì)胞和核細(xì)胞)產(chǎn)生Th2細(xì)胞因子，這提示IL-33有可能誘導(dǎo)Th2細(xì)胞因子介導(dǎo)的過敏性炎癥[25]。因此，IL-33可能在誘導(dǎo)和增強(qiáng)Th2介導(dǎo)的AR免疫應(yīng)答中起重要作用。以往研究發(fā)現(xiàn)季節(jié)性變應(yīng)性鼻炎患者血清IL-33水平明顯升高，表明其易感性與IL-33基因多態(tài)性顯著相關(guān)。血清IL-33水平升高不僅誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，而且其濃度與AR的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[26]，鑒于在人體內(nèi)研究AR機(jī)制的難度，小鼠AR模型已被廣泛應(yīng)用于AR的病理生理學(xué)研究。最近，利用抗IL-33抗體和IL-33敲除小鼠研究了IL-33在AR發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵作用。在早期的研究中發(fā)現(xiàn)，花粉變應(yīng)原刺激后，IL-33基因敲除小鼠打噴嚏的次數(shù)明顯減少，鼻黏膜和頸部淋巴結(jié)的總IgE、特異性IgE表達(dá)和嗜酸性粒細(xì)胞聚集明顯減少。組織學(xué)分析顯示，同一組小鼠的鼻黏膜上皮多層形成程度和杯狀細(xì)胞增生程度均有所降低。此外，在體外豚草提取物蛋白的刺激下，小鼠頸部淋巴結(jié)細(xì)胞的IL-4、IL-5和IL-13的產(chǎn)生明顯降低，表明IL-33可以引發(fā)AR早期和晚期的癥狀[25]。通過鼻腔途徑接觸變應(yīng)原可以迅速刺激鼻上皮細(xì)胞產(chǎn)生內(nèi)源性IL-33，這表明IL-33的釋放可能起到“警報(bào)”的作用，并與其他細(xì)胞因子協(xié)同啟動過敏性級聯(lián)反應(yīng)。在AR患者的鼻上皮細(xì)胞(HNECs)中發(fā)現(xiàn)IL-33和ST2的高表達(dá)支持這一發(fā)現(xiàn)[27]。在變應(yīng)性鼻炎患者中，激活的肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞釋放的組胺在誘導(dǎo)打噴嚏中起著關(guān)鍵作用[28]。豚草花粉誘導(dǎo)的內(nèi)源性IL-33在FcεRI與豚草花粉交聯(lián)后能刺激結(jié)締組織肥大細(xì)胞和黏膜肥大細(xì)胞增加組胺分泌[25]。此外，豚草花粉誘發(fā)的內(nèi)源性IL-33通過誘導(dǎo)嗜堿性粒細(xì)胞產(chǎn)生促炎因子，包括嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子、MIP-1α、RANTES和MCP-1，在嗜酸性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞的募集中也起著重要作用[25]。因此，由IL-33激活的肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞可能在AR的早期(打噴嚏)和晚期(嗜酸性粒細(xì)胞堆積)表現(xiàn)中起作用。此外，最近研究發(fā)現(xiàn)了IL-33參與到HENCs的信號傳導(dǎo)過程中。IL-33通過ST2受體促進(jìn)HENCs的直接參與炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)IL-8和GM-CSF分泌增多。也有報(bào)道IL-33可促進(jìn)人氣道上皮細(xì)胞MAP激酶(ERK和p38MAPK)磷酸化[29]。由此可見，IL-33可能通過多種途徑調(diào)控HNECs的生理功能，從而影響AR的發(fā)生和發(fā)展。

事實(shí)上，IL-33可以通過多種途徑參與到AR的病理進(jìn)程中。一方面IL-33可以促進(jìn)Th2細(xì)胞因子分泌，另一方面能調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞免疫，通過調(diào)控IL-17和IL-31來影響AR。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)AR患者血漿中IL-33、ST2、IL-31、IL-17水平升高，提示IL-33/ST2信號軸參與到了AR病理過程中的Th2和Th17免疫應(yīng)答[30]。IL-31是一種由Th2細(xì)胞特異性產(chǎn)生的新型細(xì)胞因子，參與了變態(tài)反應(yīng)性疾病的病理生理過程，但其作用機(jī)制不同于典型的Th2細(xì)胞因子，如IL-4、IL-5和IL-13，其在AR中有獨(dú)立作用機(jī)制[31]。體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了同樣的結(jié)果，用rhIL-33刺激培養(yǎng)的PBMC可以產(chǎn)生較高水平的CD3+T細(xì)胞，并同時(shí)產(chǎn)生大量的IL-31和IL-17A等細(xì)胞因子[30]。因此，IL-33/ST2軸的激活作為Th2/IL-31和Th17免疫應(yīng)答的生物標(biāo)志物，可能代表了免疫系統(tǒng)和局部呼吸道之間的緊密聯(lián)系，并可能與AR嚴(yán)重程度/進(jìn)展的診斷、分期和監(jiān)測有關(guān)。IL-33/ST2的特異性抑制可能成為AR治療上的潛在新靶點(diǎn)?？笽L-33治療顯著減輕早期(鼻子抓撓事件和特異性IgE產(chǎn)生)和晚期反應(yīng)(改善皮膚剝落，減少鼻腔內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞浸潤，減少BAL液中IL-4、IL-5和IL-13細(xì)胞因子的產(chǎn)生)[32]。此外，在運(yùn)用IL-33抑制劑減輕AR癥狀的同時(shí)，也需進(jìn)一步防止其帶來的臨床并發(fā)癥。

4 展望

IL-33作為具有多向效應(yīng)的促炎性因子，在氣道過敏性疾病的發(fā)病過程中發(fā)揮了重要作用。但目前IL-33介導(dǎo)氣道過敏炎癥的具體過程及其在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機(jī)制仍不完全清楚，還需要進(jìn)一步深入研究?，F(xiàn)有對IL-33與氣道過敏炎癥的研究主要集中在部分上呼吸道疾病中，近年來在支氣管哮喘中也有較多報(bào)道，而IL-33與過敏性鼻炎相關(guān)性還需更多的實(shí)驗(yàn)研究來支持。深入認(rèn)識IL-33的生物學(xué)特性及其與過敏性鼻炎的關(guān)系將有利于為臨床上治療提供新的思路。