白介素-33的功能作用及研究进展_王林杰.pdf

解剖学研究2023年第45卷第1期Anat Res,2023,Vol.45,No.1综述白介素-33的功能作用及研究进展王林杰综述黄俊庭，汪华侨审阅中山大学中山医学院解剖与生理学系，广东 广州510080通讯作者：汪华侨，Email：【摘要】IL33 是白介素1（IL1）家族成员之一，在多种外周组织和中枢神经系统广泛表达。IL33 既可在细胞核中发挥转录作用，亦可分泌到细胞外发挥炎症因子作用。在细胞损伤或病毒感染时，IL33作为细胞的“警报素”释放，与ST2受体结合，调节机体的自身免疫和炎症反应。同样，IL33在中枢神经系统疾病也具有重要功能。本文围绕IL33/ST2的结构和功能，并聚焦于IL33最新研究进展，旨在探讨IL33在炎症性和神经系统疾病发生发展中的作用及其可能的治疗前景。【关键词】白介素33；生长刺激表达基因2蛋白；炎症性疾病；神经退行性疾病；疼痛基金项目：国家自然科学基金（821712112021）DOI：10.20021/ki.16710770.2023.01.14白介素33（IL33）是由人源基因IL33编码的蛋白，是IL1家族成员之一，在中枢神经系统和多种外周组织广泛表达，能有效驱动辅助因子Th2的产生；IL33是致瘤性抑制蛋白 2（Suppression of tumorigenicity 2，ST2）的配体之一。ST2 即为生长刺激表达基因 2 蛋白（Growth stimulationexpressed gene 2 protein），是IL1家族受体的成员，具有跨膜（ST2L）和可溶性（sST2）两种异构体，后者分布广泛，参与多种免疫反应，在不同组织中产生不同的效应。在非活性状态下，IL33 以前体形式（全长 270 个氨基酸残基），通过与染色质结合基序以一种细胞稳态结合在细胞核当中；当细胞坏死、细胞通过非细胞死亡的ATP通路激活或者组织受损的时候，IL33 会被动释放出来，与 ST2 受体结合，调节机体的自身免疫和炎症反应。同样，IL33 在中枢神经系统疾病也具有重要功能。本综述围绕IL33/ST2的结构和功能的最新研究进展，探讨 IL33 在炎症性和神经系统疾病发生发展中的作用及其治疗前景。1IL33的结构、功能和表达1.1IL33的鉴定、表达与功能结构域IL33 在健康人群和动物多种细胞中表达，包括内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、角质细胞、巨噬细胞和星形胶质细胞等14。IL33 最初在犬内皮细胞中被发现且被命名为 DVS275，于 2005 年被鉴定为孤儿受体 ST2L 的配体，是IL1家族的一个成员6。IL33基因由7个编码外显子组成，其中外显子 13 编码 N 末端域，而外显子 47编码 C 末端 IL1 样结构域，它们分别包含核定位所需的染色质结合结构域 和 IL1 样结构域78。在人和小鼠中，IL33 分别是由 270 和 266 个氨基酸组成的蛋白质，约 30103 4。IL33 主要有 3 个结构域，N 端核定位结构域，中间感知蛋白酶的结构域，以及C端的细胞因子结构域。感知蛋白酶的结构域会被炎症蛋白酶结合，结合后，IL33会被剪切，从而活性增强。1.2IL33的功能特异性及作用原理虽然 IL33 属于 IL1 家族的一员，但与 IL1 和 IL18激活方式有所不同。IL1和IL18前体不具有生物活性，必须依赖 caspase1 激活并切割 proIL1 和 proIL18 释放成熟的 IL1 和 IL18 才能发挥生物学功能9；不同的是，全长的IL33（1270）具有生物学活性，而caspase1切割后反而导致IL33失活10。然而，IL33也可以被中性粒细胞弹性蛋白酶和组织蛋白酶切割的，这些酶将 IL33 切割成更活跃的成熟形式，可以增加其1030倍生物活性11。IL33 主要通过两种方式发挥其生物学作用，即作为核因子与细胞核染色质直接结合和作为细胞因子与 ST2L结合。作为一种核因子，全长的 IL33 在合成后与组蛋白结合定位于细胞核6，8，也能激活组蛋白去乙酰化酶3（HDAC）的活性12，从而通过重塑染色质结构和表观遗传机制影响基因表达，抑制各种炎症反应。作为细胞因子，当细胞损伤或病毒感染时，储存的IL33会从细胞中释放，与其受体ST2相互作用，发挥细胞的“警报素”作用进一步触发炎症级联反应10。由于IL33不含信号序列因此不能像常规细胞因子那样分泌，相反，它起到“警报素”的作用，在细胞损伤后释放，提示组织损伤或炎症感染13。有研究显示，单独敲除 IL33 的 N 端核定位信号会引起致75解剖学研究2023年第45卷第1期Anat Res,2023,Vol.45,No.1死的炎症反应，提示 IL33 的核定位对于免疫稳态非常重要14。1.3IL33ST2信号分子作用机制ST2 是由 IL1RL1 基因编码的 1 型跨膜蛋白，通过选择性剪接产生 4 种亚型：ST2L（膜上受体）、sST2（游离型ST2）、ST2V（变体）和 ST2LV（配体变体）。ST2L 与 IL1 1型受体高度同源，具有 3 个 Ig 样细胞外结构域、1 个跨膜序列和1个细胞内Toll 样/IL1 受体结构域，不能在细胞外分泌15。当细胞损伤时，释放的IL33与ST2L和IL1RacP形成的异二聚体跨膜受体复合物结合，从而发挥 IL33 的细胞因子活性16。而 sST2 是以糖基化蛋白的形式分泌，它缺乏跨膜结构域，但包含一个类似于 ST2L 的细胞外结构域，作为诱饵受体消除IL33与ST2L结合的效应，是ST2的可溶性形式。ST2V 的与 sST2 相似，区别在于其 C 端存在可变剪接插入一个新的外显子17。ST2LV 是 ST2 基因产物的一个新的分泌型可溶性和N糖基化的变体18。在这 4 种亚型中，组织中主要存在的是 ST2L 和 sST2两种亚型，其中ST2L是信号激活的功能受体6，而sST2是IL33 信号传导的诱饵受体19。当 IL33 通过 ST2L 与靶细胞结合，将根据靶细胞类型启动特异性信号转导，其中经典的通路是通过 MyD88IRAK1/4TRAF6 信号转导，导致IB 降解并随后激活 NFB 转录因子，引起一系列下游因子的变化20。sST2 可以作为 IL33 的诱饵受体，通过竞争性结合 IL33 负调节 ST2L 的信号传导2。由于 IL33 表达的广泛性，IL33ST2 信号调节在多种炎症性疾病和神经系统疾病中发挥重要作用。2IL33在炎症性疾病和神经退行性疾病中的作用及可能用于治疗的靶点2.1炎症性疾病IL33 作为“警戒素”细胞因子，在先天免疫中发挥重要作用。当细胞应激或死亡时，大量 IL33 释放并与 ST2L结合，促进机体免疫细胞活化，介导过度炎症反应，导致局部甚至全身性炎症疾病，对机体造成损害。2.1.1IL33 在特异性皮炎中的作用特应性皮炎（AD）是一种Th2驱动的慢性炎症性皮肤病，其特征是皮肤屏障功能受损、2 型细胞因子生成过多和表皮瘙痒脱落3。在AD小鼠及AD患者皮肤中都有发现IL33和ST2的表达增加21。然而，目前尚不清楚 IL33 的增加是 AD 的原因还是结果。另外，角蛋白 14（K14）启动子下表达 IL33 的转基因小鼠在68周龄的时候出现自发性瘙痒性皮炎，并表现出与 AD 病人相似的病变特征（表皮增厚，肥大细胞、嗜酸性粒细胞浸润和血液的组胺、总 IgE 水平增高）22。在过敏性接触性皮炎（ACD）的小鼠研究中还发现IL33会以组胺非依赖性的方式迅速加剧与瘙痒相关的抓挠行为，而且阻断DRG神经元上的ST2与游离IL33的结合能显著减轻 ACD 引起的瘙痒反应23。IL33 还通过下调角质形成细胞中紧密连接蛋白 claudin1 的表达破坏表皮屏障24。依托单抗 Etokimab（ANB020）是一种能特异性抑制 IL33活性的全人源 IgG1 抗体。一项临床 IIa 期试验显示，单次全身给药 Etokimab 后，皮肤瘙痒的临床评分有所改善，皮肤中性粒细胞浸润和外周嗜酸性粒细胞计数均有所改善25。综上提示靶向阻断IL33的信号传导可能是治疗特异性皮炎的有效手段。2.1.2IL33 在炎症性肠病的作用肠屏障功能障碍和对肠道细菌的过度免疫反应是炎症性肠病（IBD）发病的重要原因。研究显示，IBD 患者和动物模型中 IL33 和 sST2在肠黏膜和血清中均显著增加，且与疾病的严重程度有关，表明 IL33/ST2 是 IBD 的潜在生物标志物26。基于不同的结肠炎模型分析，IL33 在炎症性肠病中既有保护作用也有损伤作用，其具体功能尚存争议。一方面，IL33/ST2 信号传导已被证明可增强肠道中上皮增殖和黏液生成6；IL33通过诱导巨噬细胞从M1型转向M2型转变，产生大量抗炎细胞因子从而减轻结肠炎27，这些研究表明肠黏膜中 IL33 的增加可能是有益的。另一方面，在 IBD小鼠模型中，使用ST2中和抗体或ST2 KO小鼠可改善DSS诱导的结肠炎28，IL33 信号传导和随后 IL33 诱导的 Th2应答加剧了实验性结肠炎29，这些研究提示阻断IL33/ST2的结合可以缓解IBD的进程。在 DSS 诱导的结肠炎模型起始阶段，进行 rIL33 治疗会加剧疾病的严重程度，而在恢复期或慢性期进行 rIL33 治疗能改善了DSS诱导的结肠炎，这也提示 rIL33 进行治疗可能存在时间依赖性30。总的来说，目前更主流的观点认为 IL33/ST2 的信号传导在 IBD 中起负性调节作用，使用特定的药物阻断 IL33/ST2 的结合可显著改善 IBD 的症状28，特别是在疾病的急性期。当然，IL33/ST2 的具体功能可能因模型不同或疾病的发展阶段不同而有所差异，尚需进一步研究加以证实。2.1.3IL33 在哮喘中的作用哮喘是一种慢性气道过敏性疾病。基因组学研究已确定 IL33 和 IL1RL1 基因中常见的单核苷酸多态性（SNP）与哮喘有关31。在哮喘患者血清和支气管活检样本中，IL33 及其受体 ST2 的表达水平均高于健康个体且与疾病严重程度呈正相关，这说明IL33的明显增加可能是气道超敏反应（AHR）和哮喘发展和恶化的原因32。IL33 可以通过与 Treg 细胞、ILC2、Th2细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞等免疫细胞上的 ST2 结合，从而调节过敏性哮喘33。如 IL33 可通过刺激肥大细胞激活色氨酸羟化酶合成和储存 5HT，引起过敏性支气管收缩和气道阻塞34。因此，IL33 及其受体的失活可用作哮喘消退的治疗靶点。目前，针对 ST2、76解剖学研究2023年第45卷第1期Anat Res,2023,Vol.45,No.1IL33和sST2的特异性抗体和生物制剂已被广泛应用于探索哮喘疾病的治疗。伊替匹单抗（Itepekimab）是一种靶向IL33的单克隆抗体。与安慰剂相比，Itepekimab 治疗后哮喘恶化的发生率更低，并改善了中度至重度哮喘和慢性阻塞性肺病（COPD）患者的肺功能3536。综上，通过 IL33 单抗特异性阻断 IL33/ST2 信号可能是哮喘治疗的有效方法，具有潜在应用转化价值，但尚需更多临床研究和证据加以佐证。2.2IL33在神经退行性疾病中的作用神经炎症是神经系统疾病的重要病理特征。虽然IL33 在中枢神经系统表达广泛6，但其功能机制尚不清楚。本文将聚焦神经退行性疾病和疼痛，探讨 IL33 在这两类疾病发生发展中的重要作用及前沿研究进展。阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，其特征是细胞外淀粉样蛋白 （A）沉积和的 tau 蛋白聚集积累4。遗传学研究表明，AD发病机制与IL33及其受体ST2有关37。研究发现AD患者的IL33的基因表达降低，而 sST2 水平升高，这提示 IL33/ST2 的信号传导在 AD 病人中受损37-38。敲除 IL33 可导致老年小鼠出现 tau 蛋白病理积累和神经元丢失39。在 APP/PS1 小鼠模型中，腹腔给药 IL33 可以降低 A 和促炎细胞因子（例如 IL1、IL6