IL-33在急性呼吸窘迫綜合征中的研究進(jìn)展(全文)

1、IL-33在急性呼吸窘迫綜合征中的研究進(jìn)展(全文)摘要白細(xì)胞介素-33(IL-33)作為一種多功能細(xì)胞因子，在炎癥、感染、自身免疫性疾病等多種疾病中發(fā)揮重要警報素作用。研究表明，IL-33在急性呼吸窘迫綜合征中可促進(jìn)機(jī)體的炎癥反應(yīng)，加重肺部損傷。 本文就IL-33在急性呼吸窘迫綜合征中的研究進(jìn)展作一綜述。ARDS是臨床常見的危重急癥，是由非心源性肺水腫導(dǎo)致的急性彌漫性 肺部炎癥性疾病，其病理生理特點主要為肺容積減少、肺順應(yīng)性降低及 通氣/血流比值異常；臨床特點為頑固性低氧血癥及進(jìn)行性加重的呼吸窘迫1,2。ARDS因高發(fā)病率、高病死率及發(fā)病機(jī)制復(fù)雜等特點，一直是 臨床面臨的難題。IL-33作為多

2、功能細(xì)胞因子，在 ARDS發(fā)病機(jī)制中發(fā) 揮了重要作用。本文就IL-33在ARDS中的作用展開綜述。1 IL-33及其受體的分子生物學(xué)特性1.1 IL-33的結(jié)構(gòu)1999年，IL-33 最初作為一種高內(nèi)皮靜脈細(xì)胞核因子被發(fā)現(xiàn)。2005年，Schmitz 等3發(fā)現(xiàn)高內(nèi)皮靜脈細(xì)胞核因子的基因序列和結(jié)構(gòu)與IL-1家族成員IL-1 B和IL-18類似，均由12個B三葉草結(jié)構(gòu)折疊而成， 因此將其歸入IL-1家族，并命名為IL-33。人類il-33基因位于9號染色體(9p24.1) , IL-33 蛋白由270個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量約300004;而小鼠il-33 基因定位于 19號染色體(19qc1)

3、，由266個氨基 酸構(gòu)成，兩者蛋白序列相似度為50%。il-33基因由7個外顯子編碼組成，其中外顯子 13編碼IL-33核定位所需的N末端域，而外顯子47編碼C末端IL-1家族共有的細(xì)胞因子域。IL-33蛋白基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄后翻譯形成前體蛋白IL-33FL，IL-33的N末端具有螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)，是決定IL-33與細(xì)胞核內(nèi)異源染色質(zhì)結(jié)合的關(guān)鍵序列；其C末端具有與IL-1家族同源的B三葉草細(xì)胞因子結(jié)構(gòu)域。IL-33FL最終經(jīng)蛋白酶切割后形成IL-33 o IL-33位于IL-33FL序列中的112270位氨基酸，相對分 子質(zhì)量約18 000，包含核結(jié)構(gòu)域、激活結(jié)構(gòu)域和 IL-1樣細(xì)胞因子結(jié)構(gòu) 域等

4、3個主要結(jié)構(gòu)域。IL-33通過與核小體 H2A-H2B組成的酸性袋狀區(qū)域與染色體結(jié)合，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程。作為一種雙重功能蛋白，IL-33既可在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控特性，又可在細(xì)胞核外以分泌形態(tài)發(fā)揮細(xì)胞因子活性。1.2 IL-33的受體IL-33 的特異性受體為腫瘤發(fā)生抑制蛋白2(suppressionoftumorigenicity2， ST2)，其在高內(nèi)皮靜脈細(xì)胞及數(shù)種先天免疫細(xì)胞中表達(dá)。Tominaga6在1989 年從BALF/C-3T3 細(xì)胞系中分離出st2基因，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與其他IL-1受體(IL-1 receptor ，IL-1R)相似：均由位于中央的5個a -螺旋和5個B-片層組成

5、的Toll/IL-1 受體結(jié)構(gòu)域(Toll/Interleukin-1receptordomain , TIR)構(gòu)成。根據(jù) TIR 結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域?qū)⑵浞譃镮L-1R樣亞家族、Toll樣受體亞家族和由銜接蛋白組成的亞家族。St2基因產(chǎn)物可分為 4個亞型：可溶型 ST2(soluble ST2 ，sST2)、跨模 受體型 ST2(transmembrane ST2 ，ST2L)、多變型 ST2(variant ST2 ，ST2V)和ST2LV，人 ST2主要由 ST2L和sST2兩種亞型構(gòu)成。 ST2L為 全長蛋白，由細(xì)胞外免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域 (主要作用為識別配體的 3個IgG- 樣結(jié)構(gòu)域)、

6、跨膜結(jié)構(gòu)域及細(xì)胞內(nèi) TIR胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成5。sST2由免疫 球蛋白結(jié)構(gòu)域及氨基酸序列組成，因無跨膜域和胞內(nèi)域，可分泌至細(xì)胞外、競爭性拮抗IL-33與ST2L結(jié)合發(fā)揮誘餌受體作用。ST2V和ST2LV是ST2L的兩個剪接體，ST2L去掉第3個免疫球蛋白模序，并在羧基末端經(jīng)選擇性剪切形成的獨特疏水尾即為ST2V，當(dāng)選擇性剪切ST2L的跨膜結(jié)構(gòu)域時則形成ST2LV?？偠灾?，IL-33既可定位于細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子作用，又可通過其特異性受體ST2激活肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞、呼吸道上皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞等免疫細(xì)胞7，在機(jī)體的炎癥及免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。1.3 IL-33/ST2 的分布IL-3

7、3/ST2 主要表達(dá)于屏障組織(如肺、皮膚、胃腸道)的內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞3，其在支氣管、淋巴組織、腦、脊髓、心臟、脾臟、胰腺、腎臟等組織的上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、自然殺傷T細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及成纖維細(xì)胞、脂肪細(xì)胞內(nèi)呈現(xiàn)出不同的表達(dá)水平。1.4 IL-33/ST2 信號作用通路與IL-1家族成員類似，IL-33缺乏通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體分泌的信號肽序列，不能通過經(jīng)典分泌途徑分泌。當(dāng)細(xì)胞壞死或炎癥刺激時，IL-33作為一種警報素從細(xì)胞核內(nèi)被釋放到細(xì)胞外，與特異性受體ST2結(jié)合后在體內(nèi)外發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。IL-33受體復(fù)合物由ST2和IL-1受體輔助蛋白(IL-1 receptor ac

8、cessory protein， IL-1RAcP)組成，IL-1RAcP 通過配體依賴方式與 IL-33相連并提高IL33與ST2的親和力7，關(guān)于IL-33/ST2信號通路的研究尚未完全闡明，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為IL-33通過與IL-33 受體結(jié)合促進(jìn)經(jīng)典核因子kB(nuclear factor kappa B ， NF- KB)信號通路及絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kin ase，MAPK)信號通路的激活，從而啟動炎癥反應(yīng)8。IL-33主要通過與 ST2L和IL-1RACP 組成異源二聚體復(fù)合物3,9而發(fā)揮生物學(xué)作用，并將信號由胞外傳至胞內(nèi)，伴隨IL-

9、1R相關(guān)激酶1、IL-1R相關(guān)激酶4、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6和髓樣分化因子88的募集，隨后激活下游MAPK家族成員如：細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶、c-jun氨基末端的激酶(JNK)、p38等，MAPK可反作用于 JNK激活蛋白1。腫瘤壞 死因子受體相關(guān)因子6可激活NF-岀抑制蛋白激酶復(fù)合物，導(dǎo)致NF- kB從復(fù)合物中釋出，最終促進(jìn) Th2型細(xì)胞因子IL-4、IL-5及IL-13的分 泌10 oIL-33作用過程包括 IL-1R相關(guān)激酶、轉(zhuǎn)化生長因子激酶1結(jié)合蛋白2和轉(zhuǎn)化生長因子激酶 1結(jié)合蛋白3及轉(zhuǎn)化生長因子激酶 1等泛素化11 o 一方面，這些蛋白酶活化后刺激NF-出 誘導(dǎo)激酶，當(dāng)其活化后再激活

10、NF- kB抑制蛋白激酶復(fù)合物；隨后 NF- KB抑制蛋白磷酸化，在NF- KB抑制蛋白磷酸化后即與 NF- KB分離，經(jīng)由蛋白酶體降解途徑降解，同時 釋放NF- KB入核，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)、完成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。另一方面，轉(zhuǎn) 化生長因子激酶 1引起MAP2K活化可激活 JNK和p38，進(jìn)而激活 MAPK 通路。此外，IL-33還可以促進(jìn)肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞產(chǎn)生大量炎癥和趨化因子 12 o不同于IL-1 B和IL-18，IL-33釋放后無需 加工修飾，直接以全長蛋白的形式發(fā)揮作用。2 IL-33/ST2 在ARDS中的研究2.1 IL-33/ST2 在ARDS中的表達(dá)及作用由基質(zhì)

11、金屬蛋白酶(matrixmetalloprote in ases， MMP)引起的 ARDS的特點為肺部炎癥反應(yīng)及內(nèi)皮屏障通透性增加。Liang等13通過脂多糖(lipopolysaccharide ，LPS)誘導(dǎo)ARDS大鼠模型、收集支氣管肺泡灌洗 液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)發(fā)現(xiàn)，伴隨著肺泡巨噬細(xì)胞內(nèi)IL-33/STAT3/MMP-2/MMP-9信號通路的調(diào)控途徑激活，肺部炎癥加重。BALF內(nèi)IL-33 和 MMP-2/MMP-9 在LPS處理后分別在 12 h及12 h后達(dá)峰值。LPS誘導(dǎo)的IL-33通過自分泌激活STAT3以上調(diào) MMP-2和

12、MMP-9 的表達(dá)。特異性抗體中和IL-33后，肺泡巨噬細(xì)胞中MMP-2和MMP-9 的分泌和表達(dá)被抑制。同時，消除 IL-33可以降低 BALF中 MMP-2 和MMP-9 的水平，并逆轉(zhuǎn)大鼠的肺損傷。自噬是清除受損蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的重要過程，與炎性疾病和器官功能障礙密切相關(guān)，過度自噬可致ARDS患者死亡率增加。IL-33在ARDS中具有促炎作用，多項研究表明IL-33 與自噬間存在相互作用。為探索ARDS中自噬與IL-33促炎作用之間的關(guān)系，Lei等14通過LPS構(gòu)建肺損傷小鼠模型。在LPS處理前，分別用雷帕霉素（rapamycin ， RAPA ；自噬啟動子）和3-甲基腺嘌呤（3-meth

13、yladenine，3-MA ;自噬抑制劑）預(yù)處理。LPS處理后血清及 BALF中IL-33、Th1趨化因子表達(dá)水平升高；LPS注射后 RAPA組血清及 BALF中的IL-33水平顯著升高。然而，LPS處理后3-MA 組的血清和 BALF中的IL-33水平顯著降低，且 3-MA 預(yù) 處理后小鼠肺損傷明顯改善，具體表現(xiàn)為內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙減輕；3-MA組的血清和 BALF中的Th1趨化因子表達(dá)均降低。此外，經(jīng)LPS處理后，RAPA組NF-岀的核轉(zhuǎn)移顯著增加，3-MA 組NF- KB的轉(zhuǎn)移減少。總之，分別使用 RAPA和3-MA 預(yù)處理ARDS鼠后，自噬狀態(tài)和IL-33表達(dá)相應(yīng)變化。而過度自噬會加劇

14、因激活NF- kB信號通路所致的IL-33高表達(dá)相關(guān)的肺部損傷和炎癥失調(diào)程度。為一種警報素，在多種細(xì)胞中組成性表達(dá)，可從壞死細(xì)胞中主動釋放， 引起炎性細(xì)胞因子大量釋出，是造成炎癥級聯(lián)擴(kuò)增的重要因素之一。細(xì) 胞外HMGB1 作為促炎細(xì)胞因子，可與靶細(xì)胞內(nèi)晚期糖基化終產(chǎn)物和/或TLR4結(jié)合，促進(jìn) ARDS進(jìn)程。此外，將重組HMGB1注入小鼠氣管會引發(fā)肺部炎性反應(yīng)加劇，而抑制HMGB1表達(dá)可減輕肺部炎癥反應(yīng)。Fu等15發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LPS處理24 h后，小鼠血清、BALF及肺中的IL-33、HMGB1及多種Th1趨化因子水平表達(dá)水平均顯著上升。為進(jìn)一步研究IL-33與HMGB1表達(dá)之間的關(guān)系，在給予LPS

15、前，用甘草甜素（HMGB1 抑制劑）對小鼠預(yù)處理，結(jié)果表明甘草甜素組IL-33和HMGB1的表達(dá)明顯低于LPS組，并且肺損傷程度明顯緩解，因此HMGB1可能誘導(dǎo) ARDS中IL-33高表達(dá)。Zhang 等16發(fā)現(xiàn)IL-33主要通過加劇炎癥反應(yīng)、增 加毛細(xì)血管通透性以增強(qiáng)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷，該過程還涉及MAPK家族蛋白的活化，IL-33可降低ARDS小鼠的生存率。在評估過表達(dá)sST2 的人脂肪組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞 （sST2-overexpress ing huma n adipose tissue-derived MSC ， hASC-sST2）在肺損傷中的免疫調(diào)節(jié)和抗炎特性研究中發(fā)現(xiàn)，

16、hASC-sST2所致 sST2 過表達(dá)使 IL-33、TLR4、IL-1 B 和干擾素丫（interferon丫，IFN-Y表達(dá)減少17，但I(xiàn)L-10表達(dá)增加。此外， BALF中蛋白質(zhì)含量、中性 粒細(xì)胞計數(shù)和促炎細(xì)胞因子（腫瘤壞死因子a、IL-6、人巨噬細(xì)胞炎性蛋白2）表達(dá)水平也顯著下降，經(jīng)hASC-sST2 處理的小鼠肺部炎癥明顯緩解。2.2 IL-33/ST2 在ARDS中的臨床研究現(xiàn)狀在關(guān)于IL-33在肺內(nèi)、肺外ARDS中的作用研究中，Lin等18發(fā)現(xiàn)肺內(nèi) ARDS組患者血清 IL-33水平顯著高于正常組及肺外ARDS組，且IL-33與促炎細(xì)胞因子（如IFN- 丫、IL-2）的水平呈正

17、相關(guān)；而肺外 ARDS組血清 IL-33水平未見明顯升高。在多發(fā)傷患者發(fā)生組織損傷后，血清中當(dāng)即大量釋放大量IL-33，因此同時實質(zhì)性肺損傷后合并ARDS患者血清中初始IL-33顯著高表達(dá)，初始IL-33水平與死亡率呈正相關(guān)，發(fā)生不良預(yù)后的概率增加，入院時血清中初始IL-33水平可作評估實質(zhì)性肺損傷合并ARDS患者死亡預(yù)后的指標(biāo)。sST2在哮喘和特發(fā)性肺纖維化中表達(dá)顯著上調(diào)，Alladina 等19發(fā)現(xiàn)血清sST2、IL-6濃度是評估 ARDS患者機(jī)械通氣時間、能否成功撤機(jī)及再插管等的重要預(yù)測指標(biāo)，較高sST2和IL-6水平患者再次插管風(fēng)險明顯增加，且與較差的臨床預(yù)后密切相關(guān)。Bajwa等20

18、也發(fā)現(xiàn)ARDS患者血漿sST2濃度升高與臨床不良預(yù)后（如：機(jī)械通氣時間延長，ICU住院時間延長和病死率增加等）密切關(guān)聯(lián)。3 IL-33/ST2 在其他多種肺部炎癥性疾病中的研究當(dāng)病原體入侵機(jī)體后，可誘導(dǎo)多種細(xì)胞顯著表達(dá)并分泌IL-33，而IL-33與靶細(xì)胞表面的ST2受體結(jié)合，啟動 Th2型免疫反應(yīng)，介導(dǎo)多種肺部感染性疾病。已有研究發(fā)現(xiàn)IL-33在COPD、過敏性哮喘、肺纖維化等多種肺部炎癥性疾病中發(fā)揮了重要作用。3.1 IL-33/ST2 與 COPDCOPD是以不完全可逆的持續(xù)氣流受限為特點的慢性肺部疾病，其病理生理變化為持續(xù)氣流受限致肺通氣功能障礙。Gimenes等21發(fā)現(xiàn)鼻病毒可通過IL-