IL-36亞家族成員與口腔疾病相關(guān)性的研究進展

吳夢鑫 綜述 梁文紅，韓盈盈 審校

1.遵義醫(yī)科大學(xué)，貴州 遵義 563000；

2.遵義醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院牙體牙髓科，貴州 遵義 563000

口腔疾病是全球最流行的疾病之一，給人們帶來了嚴重的健康和經(jīng)濟負擔，極大地降低了患者的生活質(zhì)量。目前，全球最普遍和最嚴重的口腔疾病包括齲病、牙周病、口腔黏膜病以及口腔癌等[1]。對于以上疾病目前還沒有理想的預(yù)防方式，只能通過口腔衛(wèi)生宣教，保持良好的口腔習慣。因此，齲病、牙周病及口腔癌等口腔疾病的發(fā)病機制的研究對于未來口腔疾病的防治至關(guān)重要。而屬于IL-1 細胞因子超家族成員的白細胞介素-36 亞家族(IL-36s)，是炎癥反應(yīng)和維持黏膜穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)物，并且已有研究證明，其在口腔疾病的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

1 IL-36亞家族的生物學(xué)特征

IL-36s屬于IL-1細胞因子超家族。研究表明，IL-1基因簇占據(jù)了染色體2Q13的360 kb區(qū)域，有9個同源基因，包括IL-1和IL-36s系統(tǒng)的激動劑和拮抗劑[2]。IL-36s在包括肺、胃腸道和皮膚在內(nèi)的多種組織中都有表達，其表達水平受到環(huán)境因素和炎癥等病理條件的影響[3]。IL-36α、IL-36β和IL-36γ與IL-1α、IL-1β和IL-1Ra 的氨基酸序列同源性百分比在21%至37%之間。并且，IL-36Ra 與IL-1Ra 有54%的同源性[4]。IL-36s 類 似 于IL-1 家 族 的 其 他 成 員(如IL-1β和IL-18)，其前體形式缺乏生物活性。有研究證明將IL-36α、IL-36β和IL-36γ截短到一個保守的A-X-Asp基序的9 個氨基酸的N 端，可以使它們的活性顯著增強；而N-末端蛋氨酸的去除是IL-36Ra 活性增強的關(guān)鍵[5]。與IL-1受體(IL-1R1)信號一樣，這三種激動劑與IL-36 受體(IL-1R6、IL-36R)結(jié)合形成一個二元復(fù)合體，招募重組人白介素1 受體輔助蛋白(IL-1RAcP)。這建立了能夠?qū)L-36s 觸發(fā)的信號傳導(dǎo)到細胞內(nèi)的三元復(fù)合體。在構(gòu)建三元復(fù)合體后，IL-36R和IL-1R3的細胞內(nèi)TIR 結(jié)構(gòu)域(toll/interleukin-1 receptor domain)相互作用，允許髓樣分化因子(myeloid differentiation factor88，MyD88)、IL-1 受體關(guān)聯(lián)激酶1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)和Toll 相互作用蛋白(Tollip)的招募，最終激活促炎通路，如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)信號通路[6]。有研究證明，IL-36Ra與IL-36R結(jié)合的親和力高于IL-36其他亞型。與IL-36R結(jié)合后，IL-36Ra可阻止IL-1R3的募集，從而阻止IL-36家族受體激動劑的炎癥信號傳導(dǎo)。主動阻斷輔受體募集的能力是IL-36Ra相對于IL-1Ra 的結(jié)構(gòu)特殊性[7-8]。IL-38 與IL-36Ra 和IL-1Ra 分別具有43%和41%的氨基酸序列同源性，因此，IL-38也可能是與IL-36Ra功能相似的IL-1家族受體拮抗劑[9]。

2 IL-36亞家族成員在口腔疾病中的作用

2.1 IL-36s 與牙周炎 牙周炎是一種炎癥性疾病，涉及牙周區(qū)軟硬組織的破壞。雖然局部微生物群落的失調(diào)會引發(fā)局部炎癥，但宿主免疫反應(yīng)的過度激活會直接激活破骨細胞的活性導(dǎo)致牙槽骨丟失[10]。HEATH 等[11]研究證明用牙齦卟啉單胞菌刺激人口腔上皮細胞和人牙齦上皮細胞系端粒酶永生化牙齦角質(zhì)形成細胞(TIGK)，可以激活Toll 樣受體2(TLR2)并促進IL-36γ的表達，進而觸發(fā)樹突狀細胞和巨噬細胞的趨化，放大包括IL-17 在內(nèi)的炎性細胞因子的分泌。另有研究者收集侵襲性牙周炎、慢性牙周炎以及健康人的牙齦溝液(GCF)，并用酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)檢測到GCF 中含有IL-36β和IL-36γ，且侵襲性牙周炎的IL-36β水平高于慢性牙周炎，提示侵襲性牙周炎可能與牙齦溝液IL-36β升高有關(guān)[12]。此外，據(jù)報道，在牙周炎患者牙齦組織中IL-36γ的mRNA表達水平增加，并與核因子κB 受體激活劑配體(RANKL)/護骨素(OPG)比值呈正相關(guān)；相反，IL-36β和IL-36Ra的mRNA表達低于健康對照組。在體外，IL-36γ的表達是通過牙齦卟啉單胞菌感染的口腔上皮細胞中的TLR2 激活而誘導(dǎo)的，而在牙齦結(jié)締組織中分布最廣泛的細胞類型-牙齦成纖維細胞中則不表達。在口腔上皮細胞中，重組IL-36γ增強了炎性細胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α和IL-36γ)的表達，更重要的是增加了RANKL/OPG 比值[13]。另外，有研究者回顧性的評估了公共數(shù)據(jù)集的194名參與者，包括97例牙周炎和97例健康對照，并探討了IL36-Ra 表達伴隨三種不同細胞因子的基因富集途徑和臨床意義。結(jié)果顯示，牙周炎患者外周血單核細胞(peripheral blood mononuclear cells)和血漿中IL36-Ra 表達顯著下調(diào)。此外，在PBMC和牙周炎患者的血漿之間觀察到IL36-Ra的表達呈正相關(guān)，而IL36-Ra 表達與牙周炎患者的基于血清的三種不同細胞因子(IL-6、TNF-α和IL-1β)呈負相關(guān)[14]。國內(nèi)外目前已發(fā)表的研究結(jié)果還未查及IL-36在牙周炎發(fā)病機制中的動物研究。

2.2 IL-36s 與口腔黏膜病 口腔黏膜病(OMD)又稱軟組織口腔疾病，是指影響口腔黏膜和軟組織的一系列疾病或病癥。其病因尚不清楚，但新出現(xiàn)的證據(jù)表明口腔黏膜和唾液微生物區(qū)系的組成對其有影響。反過來，這種生物失調(diào)影響免疫反應(yīng)平衡和上皮屏障功能，繼而導(dǎo)致OMD 的發(fā)生和發(fā)展[15]。HEATH等[11]之前確定口腔上皮細胞強烈上調(diào)IL-36γ表達以響應(yīng)細菌病原體牙齦卟啉單胞菌?，F(xiàn)證實IL-36γ通過口腔上皮細胞刺激IL-12 細胞因子家族成員IL-23p19和Epstein-Barr 病毒誘導(dǎo)基因3 (EBI3)的表達；同時，它們的表達也受到IL-36α的選擇性刺激。值得注意的是，IL-23p19和EBI3的表達可能是由IL-36γ以自分泌方式介導(dǎo)的。進一步研究發(fā)現(xiàn)IL-23p19 和EBI3 的IL-36γ誘導(dǎo)型表達受絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(MEK)-細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)通路的直接調(diào)節(jié)，MEK-ERK 信號的激活可能作為一種負反饋機制來限制EBI3的表達。此外，對黏膜穩(wěn)態(tài)很重要的表皮生長因子受體(EGFR)信號被證明以MEK-ERK 依 賴 性 方 式 調(diào) 節(jié)IL-36γ對IL-23p19 和EBI3 表達的刺激[16]。有研究顯示IL-36s 可以促進牛皮癬患者皮膚中γδ+T 細胞釋放IL-17。IL-36α和IL-17 在原發(fā)性干燥綜合征患者(pSS)分離的γδ+T 細胞中的表達高于對照組，且IL-36α在pSS 的血清和唾液腺中均過表達。另外，在口腔黏膜中IL-17 主要來源于γδ+T細胞，同時IL-17 也能增加口腔上皮細胞分泌IL-36γ，支 持IL-36 和IL-17 之 間 的 炎 性 軸[17]。VERMA等[18]發(fā)現(xiàn)白色念珠菌感染小鼠的口腔黏膜可以誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-36α和IL-36γ，表明IL-36s在對該真菌的天然保護反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，這可以推測口腔念珠菌病與IL-36s之間有密不可分的聯(lián)系。我們知道，有5%的口腔盤狀紅斑狼瘡可轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)，而有研究報道，SLE 合并關(guān)節(jié)炎患者的血清IL-36α和IL-36γ水平顯著升高[19]。白塞病(BD)是一種由口腔炎、生殖器潰瘍和虹膜炎組成的多系統(tǒng)復(fù)雜疾病。BD患者的唾液通常會產(chǎn)生中性粒細胞彈性蛋白酶(NE)，無論有沒有口腔潰瘍。NE 失衡將導(dǎo)致上皮細胞損傷，產(chǎn)生細胞因子和趨化因子，影響潰瘍的預(yù)后。用不同濃度的NE刺激口腔鱗狀細胞癌三維重建的口腔黏膜細胞，以評價促炎癥細胞因子的釋放：在不同濃度NE刺激下，培養(yǎng)4 h 和24 h 后，IL-1β水平均明顯升高；IL-8 水平僅在孵育24 h 后升高，而在孵育4 h 和24 h 后未見TNF-α的釋放[20]。

2.3 IL-36s與齲病 齲病是一種生物膜介導(dǎo)的、糖驅(qū)動的、多因素的、動態(tài)的疾病，能導(dǎo)致牙齒硬組織的階段性脫礦和再礦化[21]。變形鏈球菌是齲病的主要病因，用變形鏈球菌感染THP-1/ASC-GFP 細胞后，變形鏈球菌通過半胱氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)激活誘導(dǎo)IL-1β分泌[22]。有研究發(fā)現(xiàn)IL-6 和IL-1β的基因多態(tài)性與齲病和牙齦炎有關(guān)，其中IL-6 基因中的rs1800795 與牙齦炎有關(guān)，而IL-1β中的rs1143627 和rs1143629 與齲病和牙齦炎有關(guān)[23]。HU 等[24]研究6 種候選基因[釉質(zhì)蛋白(ENAM)，Tuftelin 1(TUFT1)，基質(zhì)金屬肽酶13(MMP13)，白細胞介素1β(IL1β)，白細胞介素10(IL10)，白介素-1 受體拮抗劑(IL1RN)]的單核苷酸多態(tài)性(SNP)與中國西北地區(qū)兒童齲齒之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)5 個基因(ENAM、TUFT1、MMP13、IL10 和IL1RN)的等位基因和基因型在有和無齲齒患者之間沒有顯著差異，然而IL1βrs1143627C/T多態(tài)性與齲齒易感性之間存在顯著關(guān)系[24]。目前關(guān)于IL-36s與齲病之間的作用研究尚無文獻報道，但IL-36s與IL-1細胞因子家族之間的氨基酸序列同源性百分比在21%至37%之間，由此可以推斷IL-36s與齲病之間可能有著密不可分的作用關(guān)系。

2.4 IL-36s 與口腔癌 口腔癌中90%以上是口腔鱗狀細胞癌(OSCC)，由于其相對較高的發(fā)病率和死亡率，其已經(jīng)成為一個全球性的健康問題[25]。有研究表明，IL-1β可以被煙草和檳榔相關(guān)致癌物誘導(dǎo)，并通過增加發(fā)育不良口腔細胞的增殖、刺激致癌細胞因子和促進口腔癌的侵襲性參與口腔癌變的早期和晚期階段[26]。并且有研究顯示，腫瘤相關(guān)成纖維細胞(CAF)是口腔鱗狀細胞癌(OSCC)侵襲的關(guān)鍵誘導(dǎo)因子，而IL-1β在CAF 中的表達高于正常成纖維細胞(NF)；同時，IL-1R拮抗劑可以消除CAF 的侵襲能力。因此該研究提出，CAF 可以通過IL-1β/IL-1R 信號通路增加腫瘤細胞侵襲活性[27]。此外，IL-36s 在許多全身癌性疾病中發(fā)揮重要作用。例如，IL-36α的表達抑制卵巢癌細胞的生長、遷移和侵襲。在肝細胞癌中，IL-36α的表達與患者總生存期呈正相關(guān)，而與腫瘤生長呈負相關(guān)。同時，大腸癌組織中IL-36α的表達與腫瘤大小、TNM分期等臨床相關(guān)參數(shù)呈負相關(guān)[6]。綜上所述，IL-36s與口腔癌之間可能有著不可忽視的作用關(guān)系。

3 IL-36s與治療

如上所述，IL-36s在許多炎性疾病及自身免疫性疾病中發(fā)揮重要作用，考慮到這些作用，IL-36s 成為一個很有吸引力且很熱門的治療靶點。一方面，IL-36細胞因子需要蛋白水解才能達到其完全的信號活性。IL-36α、IL-36β和IL-36γ在N端被中性粒細胞衍生的蛋白酶組織蛋白酶G、彈性蛋白酶和蛋白酶-3 激活，或者被角質(zhì)形成細胞和成纖維細胞衍生的組織蛋白酶S 激活。因此，一種靶向策略是抑制這些組織特異性蛋白酶[28]。應(yīng)用天然拮抗劑是抑制IL-1 信號介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)的有效途徑。重組IL-1 受體拮抗劑(IL-1Ra)已被批準用于治療類風濕性關(guān)節(jié)炎和新生兒多系統(tǒng)炎癥性疾病(NOMID)[29]。IL-36Ra 對IL-36 激動劑信號的抑制作用與IL-1Ra 對IL-1 信號的抑制作用相同。然而，目前還沒有關(guān)于IL-36Ra 作為治療藥物的臨床應(yīng)用或開發(fā)的報道。另一方面，利用單克隆抗體直接抑制細胞因子和信號受體已成為許多靶點的成功干預(yù)手段。目前有兩種抗IL-36R 抗體正在開發(fā)中，用于泛發(fā)性膿皰型銀屑病(GPP)、相關(guān)性掌跖膿皰病(PPP)、克羅恩病、炎癥性腸病和潰瘍性結(jié)腸炎等臨床適應(yīng)證。在為期20 周的第一階段臨床試驗中，IL-36R 抗體(BI 655130)迅速改善了GPP 患者的癥狀?；颊咂つw癥狀的平均改善在第四周接近80%，并維持到研究結(jié)束[30]。另外一種抗IL-36R 抗體(ANB019)在健康志愿者中的第一階段研究結(jié)果，顯示出良好的安全性和PK/PD(把藥物動力學(xué)PK 與藥效學(xué)PD結(jié)合起來研究藥物劑量相對應(yīng)的時間-濃度-效應(yīng)關(guān)系，可以反映藥物-人體-病原體之間的關(guān)系)，目前進行的第二階段研究正在GPP 和PPP中進行[8]。關(guān)于IL-36s用于口腔疾病的治療目前還沒有報道，需要進一步的研究。

4 結(jié)語

至今，IL-36s已發(fā)現(xiàn)近20年。人們對IL-36s的蛋白表達、加工、結(jié)構(gòu)和信號激活的了解有了很大的提高，但仍然有許多不足。例如，IL-36s 的分泌機制尚不清楚，IL-36α在牙周炎等疾病的發(fā)病機制中是否發(fā)揮作用及如何發(fā)揮作用尚不清楚。由于IL-1 亞家族細胞因子和IL-36 亞家族細胞因子在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、受體激活機制、細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因調(diào)控等方面的相似之處，可以基于對IL-1 亞家族細胞因子的現(xiàn)有認知，來探索和回答IL-36 細胞因子在口腔疾病中的諸多未知。另外，在口腔疾病細胞因子療法的嘗試中，急需更多來自臨床樣品的數(shù)據(jù)，以及來自大鼠或小鼠口腔疾病實驗動物模型的前臨床數(shù)據(jù)支持。因此，動物實驗研究和臨床研究是致力于口腔疾病基礎(chǔ)研究科研工作者需要思考和努力的方向。