蓝艳郭静

·综述·

白细胞介素-21与系统性红斑狼疮之关系研究进展

蓝艳★郭静

白细胞介素-21（interleukin-21，IL-21）是近年来新发现的一种具有促进炎症反应和免疫调节的细胞因子，属于I型细胞因子家族成员，主要是由活化的CD4＋T细胞合成和分泌。具有多种生物学功能。本文就IL-21与系统性红斑狼疮的相关性作一综述。

白细胞介素-21；基因多态性；系统性红斑狼疮

白细胞介素-21（interleukin-21，IL-21）是一种可介导多向性炎症反应和免疫调节的重要致炎细胞因子，属于I型细胞因子家族成员，主要是由活化的CD4＋T细胞合成和分泌［1，2］，具广泛的生物学活性。能促进T细胞增殖及分化，诱导细胞毒性T细胞产生；调节B细胞增生，诱导免疫球蛋白的产生，促进抗体同类型转化，参与趋动B细胞分化成浆细胞，协助CD8＋T细胞的增殖与活化，参与促进Th17细胞的分化；促进NK细胞增生并分泌干扰素-γ、IFN-α，增强NK细胞杀伤活性，尤其与NK细胞的功能调节密切相关［3－4］。近来，研究发现IL-21基因均存在着多态性，这些多态性可能影响基因的转录和表达，并且在乳腺癌、自身免疫性疾病、慢性乙型肝炎病毒感染等发病机制中发挥重要作用［5－7］。越来越多的研究发现，IL-21与系统性红斑狼疮（system ic lupus erythematosus，SLE）的发生、发展及预后有一定关系。本文就近年来这方面的研究进展作一综述。

1 IL-21的分子生物学特性

人IL-21基因位于4号染色体长臂上（4q26-q27），包括5个外显子和4个内含子。转录一条由642个核苷酸组成的成熟mRNA，编码162个氨基酸组成的蛋白前体，其中前31个氨基酸为信号肽，后面的131个氨基酸组成具有四螺旋结构域，相对分子质量为15k的成熟IL-21［8］。成熟的IL-21含有四螺旋族细胞因子结构域，该结构域与IL-2、IL-4、IL-15的四螺旋族细胞因子结构域有较高的同源性。IL-21与IL-15在相同的位置有两对相同的半胱氨酸，其中一对在IL-2、IL-4、GM-CSF中具

有保守性，另一对则为IL-21与IL-15所特有，表明IL-21与IL-15是结构上最相近的细胞因子［9］。与IL-2、IL-15在同一染色体上，距IL-2基因大约180 kb，距IL-15则较远。IL-21的5′调控区域含有3个T细胞激活核因子（NFAT）结合位点，IL-21启动子的活性通过钙离子载体作用于细胞而产生［10］。人IL-21受体（IL-21R）基因位于16号染色体短臂上（16p11），是一个由独有的亚单位和γ链组成的异二聚体，在淋巴细胞和造血细胞表面广泛表达，与IL-2家族的其他成员（IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-13和IL-15）共用γ链，IL-21R亚单位为配体识别结合部位，γ链为信号转导单位［11］。IL-21与其受体结合后，活化JAK家族成员（JAK1和JAK3），随后磷酸化STAT1、STAT3、STAT4和STAT5，最后进入细胞核内调节相应基因的表达［12，13］。

2 IL-21的免疫调节

IL-21与其受体结合后可调节T细胞、自然杀伤（naturalkiller，NK）细胞和B细胞的增殖、分化的功能，有效增强机体的天然免疫及获得性免疫［14］。IL-21及其受体能选择性地在淋巴组织，尤其是B淋巴细胞、NK细胞、T淋巴细胞、树突状细胞、内皮细胞、巨噬细胞上表达，从而参与对多种免疫细胞的调节［15］。在体液免疫应答中IL-21可诱导抗原特异B细胞的抗体类型转换，一方面，在免疫应答早期，IL-21能参与B细胞的活化，另一方面又诱导活化的B细胞凋亡，阻止过度的免疫反应发生，维持自稳平衡。NK细胞是机体天然免疫的重要效应细胞，IL-21对NK细胞具有多方面的功能，且随着种系、细胞活化状态等不同而发挥不同的作用，但其主要功能是诱导骨髓祖细胞来源的NK细胞的增殖和分化，增加NK的细胞毒功能，促进其分泌颗粒酶和穿孔素［16］。IL-21能明显增强抗CD3 mAb诱导的T细胞增殖，并增加CD8＋T细胞的活化、增殖和效应功能，但在不同T细胞亚群或在不同状态下，IL-21的反应不一致，它可和IL-4、IL-6等一起诱导Th细胞向Th2应答分化，抑制Th1应答，调节Th1／Th2的比例，保持机体的免疫自稳平衡的调节［17］。IL-21对树突状细胞（dendritic cell，DC）也具有免疫调节作用。DC是一类专职性抗原呈递细胞，机体启动免疫反应不仅要有抗原和淋巴细胞，还必须要有抗原递呈功能的辅佐细胞存在，其中功能最强的是DC。IL-21能抑制DC的功能成熟和抗原递呈，对DC的功能发挥起重要调控作用［18］。

3 IL-21的表达与SLE

目前关于IL-21与SLE相关的研究甚少。最近有学者对23例SLE患者和20例对照组血清IL-21水平表达作相关性分析，结果发现血清IL-21表达在SLE中表达显著高于对照组，高低与SLE的严重程度及活动度存在相关关系。研究结果表明，血清IL-21表达水平用于评估SLE的活动度具有重要的临床价值［19］。2014年Lee［20］等在22例SLE外周血单个核细胞、CD4＋T细胞及血清中IL-21表达的实验中研究发现，IL-21表达水平在SLE中的表达强度显著高于对照组，提出IL-21的表达可能与SLE发生发展密切，可以用于SLE诊断、治疗和判断患者预后的指标。最近希腊学者Nakou［21］等采用实时荧光定量PCR和流式细胞术检测了SLE外周血单个核细胞中的IL-21的表达，结果发现IL-21的mRNA的表达及IL-21流式荧光强度显著高于对照组，提示IL-21在炎症和免疫反应中的可能具有多种功能，其在SLE的发生中可能起着重要的作用。最近的研究显示，狼疮易感性BXSB-Yaa小鼠的血清IL-21水平明显升高，表明IL-21在自身免疫性疾病中有一定作用［22］。另有研究表明，SLE患者体内IL-21血清水平升高并且与疾病的严重程度具有相关性［23，24］。国内学者王晓非［25］等在研究SLE患者血清BAFF和IL-21的变化及意义时发现，IL-21在SLE患者中明显增高，特别是在较重的Ⅳ型狼疮肾炎患者中增加最为明显，并且IL-21与SLE诸多活动指标呈正相关变化。以上研究均提示，IL-21表达失调对于SLE疾病的发展具有重要作用，IL-21可能参与SLE的发病并可能成为其潜在的治疗靶点。但最近也有学者得出相反的结论，Pan［26］等采用了ELISA方法检测了57例SLE病人和30例健康对照者血清中的IL-21的水平，结果发现血清IL-21水平在SLE中的表达显著低于健康对照者；同时进一步分析发现血清IL-21的表达水平在活动性和非活动性SLE患者中的比较差异无显著性；血清IL-21的表达水平在伴有肾炎和不伴有肾炎的SLE患者中

的比较差异也无显著性。因此IL-21在SLE的发生发展中是否起作用、起怎样的作用有待进一步研究。

4 IL-21的基因多态性与SLE

SLE是一种病因未明、以累及多系统多脏器、具有多种自身抗体为特征的自身免疫性疾病。然其病因和发病机制尚未完全阐明，但遗传基因在SLE发病过程中可能起着重要的作用［27］。随着人类基因组计划的迅速发展，SLE相关基因的定位和识别已成为研究的热点。IL-21是一种具有多种免疫调节活性的细胞因子，在SLE体液免疫激活和自身抗体产生过程中可能起了重要作用，并且与多种自身免疫性疾病存在着密切关系。但IL-21在SLE中异常表达的分子遗传学机制尚不清楚。一些学者已经对IL-21基因多态性和SLE的相关性作了相应的研究，美国学者Sawalha等［28］对IL-21基因rs907715 C／T和rs2221903 T／C多态性与SLE做了相关性研究，结果发现IL-21基因rs907715C／T和rs2221903 T／C多态性与美国白人的SLE具有相关性，而与美国黑人SLE无相关性。Ding等［29］采用TaqMan探针等位基因分型法对IL-21两个SNPs位点（rs2221903和rs907715）与SLE的相关性作了报道，认为IL-21基因rs907715 C／T多态性与SLE发病无关，而发现IL-21基因rs2221903 T／C多态性与SLE的遗传易感性具有相关性，同时发现这2个SNPs位点（rs2221903和rs907715）存在着强烈的连锁不平衡，CC单倍型（rs2221903和rs907715）携带者显著增加了SLE的发病风险。最近Yu等［30］研究了IL-21基因拷贝数变异与SLE的关系，结果发现IL-21基因拷贝数变异的基因型和等位基因频率在SLE组分布显著高于对照组。提示IL-21基因拷贝数变异可能与SLE的发生可能相关。最近，我们［31］采用病例-对照的研究方法对IL-21基因rs907715 C／T，rs2221903 T／C和rs2055979 C／A多态性进行分析，结果发现SLE患者白细胞介素-21基因rs2055979 C／A多态性分布与正常人比较差异具有显著性（P＜0.05），其中rs2055979 A等位基因可能是SLE的遗传易感基因。同时我们发现IL-21基因rs2055979 C／A多态性可影响其血清水平的表达，携带A等位基因（CA或AA）的SLE患者血清IL-21水平显著高于不携带者（P＜0.05）。故认为：在病理条件下，携带A等位基因的个体可促进IL-21的高度表达进而增加SLE的发病风险。联合基因型进一步分析发现，IL-21基因rs907715 C／T，rs2221903 T／C和rs2055979 C／A单核苷酸多态性存在强烈的连锁不平衡，T-T-A基因单倍型携带者与对照组比较显著增加了SLE的发病风险（OR＝2.765；95％CI，1.255－6.090；P＝0.009）。结果提示，IL-21基因rs2055979 C／A多态性和T-T-A基因单倍型与SLE的发病可能具有相关性。我们的结果与以上作者的研究结果不一致，可能是遗传因素、环境因素以及研究的样本例数大小等因素造成。但IL-21基因多态性与SLE发病的确切分子机制尚不清楚，还有待进行大样本、多地域、多民族广泛深入的协同研究，将有可能为SLE的风险预测、防治和治疗提供一条新的线索和途径。

综上所述，IL-21是一种具有多种生物学功能的重要免疫调节因子，它可调节T细胞、B细胞和NK细胞等的分化和增殖。在自身免疫性疾病、肿瘤疾病及慢性感染性疾病中均起到一定作用，其在SLE中的应用正逐步成为热点，IL-21基因多态及表达与SLE的发生、发展等方面均有一定的相关性，推测可能可以作为SLE中临床诊断的一个新指标。但IL-21参与SLE发生发展的确切分子机制还有待进一步阐明，但随着其与SLE之间关系研究的不断深入，IL-21有希望成为在自身免疫性疾病等的诊疗领域中的一个新的靶标。

[1]Chevalier N,Thorburn AN,Macia L,et al. Inflammation and lymphopenia trigger autoimmunity by suppression of IL-2-controlled regulatory T cell and increase of IL-21-mediated effector T cell expansion[J]. J Immunol,2014,193(10):4845－4858.

[2]Carbo A,Olivares-Villagómez D,Hontecillas R,et al. Systems modeling of the role of interleukin-21 in the maintenance of effector CD4+T cell responses during chronic Helicobacter pylori infection[J].MBio,2014,5 (4):e01243－1214.

[3]Strengell M,Julkunen I,Matikainen S.IFN-alpha regulates IL-21 and IL-21R expression in human NK and T cells[J].JLeukoc Biol,2004,76(2):416-422.

[4]Cha Z,Guo H,Tu X,et al.A lterations of circulating follicular helper T cells and interleukin 21 in diffuse large B-cell lymphoma[J].Tumour Biol,2014,35(8): 7541-7516.

[5]You Y,Deng J,Zheng J,et al.IL-21 gene polymorphism is associated w ith the prognosis of breast cancer in Chinese populations[J].Breast Cancer Res Treat,2013,137(3):893-901.

[6]Zhang J,Xiao WX,Zhu YF,et al.Polymorphisms of interleukin-21 and interleukin-21-receptor genes confer risk for autoimmune thyroid diseases[J].BMC Endocr Disord,2013,13(1):26-31.

[7]LiN,Zhu Q,Li Z,etal.IL21 and IL21R polymorphisms and their interactive effects on serum IL-21 and IgE levels in patients w ith chronic hepatitis B virus infection[J].Hum Immunol,2013,74(5):567-573.

[8]Muneta Y,Kikuma R,Uenishi H,et al.Molecular cloning,chromosomal location,and biological activity of porcine interleukin-21[J].J Vet Med Sci,2004,66 (3):269-275.

[9]Li ZY,Chen J,Petersen E,et al.Synergy of m IL-21 and m IL-15 in enhancing DNA vaccine efficacy against acute and chronic Toxoplasma gondii infection in m ice [J].Vaccine,2014,32(25):3058-3065.

[10]Gong F,Su Q,Pan YH,et al.The emerging role of interleukin-21 in allergic diseases(Review)[J].Biomed Rep,2013,1(6):837-839.

[11]Kotlarz D,Zi e tara N,Uzel G,et al.Loss-of-function mutations in the IL-21 receptor gene cause a primary immunodeficiency syndrome[J].JExp Med,2013,210 (3):433-443.

[12]Habib T,Senadheera S,Weinberg K,et al.The common gamma chain(gamma c)is a required signaling component of the IL-21 receptor and supports IL-21-induced cell proliferation via JAK3[J].Biochemistry, 2002,41(27):8725-8731.

[13]Hale MB,Krutzik PO,Sam ra SS,et al.Stage dependent aberrant regulation of cytokine-STAT signaling in murine systemic lupus erythematosus[J].PloS One, 2009，25,4(8):e6756.

[14]Petukhova L,Duvic M,Hordinsky M,et al.Genomew ide association study in alopecia areata implicates both innate and adaptive immunity[J].Nature,2010,466 (7302):113-117.

[15]Yi JS,Cox MA,Zajac AJ.Interleukin-21:a multifunctional regulator of immunity to infections[J].M icrobes Infect,2010,12(14-15):1111-1119.

[16]Karrich JJ,Jachimowski LC,Nagasawa M,et al.IL-21-stimulated human plasmacytoid dendritic cells secrete granzyme B,which impairs their capacity to induce T-cell proliferation[J].Blood,2013,121(16):3103-3111.

[17]Blom L,Poulsen LK.In vitro Th1 and Th2 cell polarization is severely influenced by the initial ratio of naïve and memory CD4+T cells[J].J Immunol Methods,2013,397(1-2):55-60.

[18]Brandt K,Bulfone-Paus S,Jenckel A,et al. Interleukin-21 inhibits dendritic cell-mediated T cell activation and induction of contact hypersensitivity in vivo[J].J Invest Dermatol,2003,121(6):1379-1382.

[19]Wang L,Zhao P,Ma L,et al.Increased interleukin 21 and follicular helper T-like cells and reduced interleukin 10+B cells in patients w ith new-onset systemic lupus erythematosus[J].JRheumatol,2014,41 (9):1781-1792.

[20]Lee J,Shin EK,Lee SY,et al.Oestrogen up-regulates interleukin-21 production by CD4(+)T lymphocytes in patients w ith system ic lupus erythematosus[J]. Immunology,2014,142(4):573-580.

[21]Nakou M,Papadimitraki ED,Fanouriakis A,et al. Interleukin-21 is increased in active systemic lupus erythematosus patients and contributes to the generation of plasma B cells[J].Clin Exp Rheumatol,2013,31(2): 172-179.

[22]Bubier JA,Sproule TJ,Foreman O,et al.A critical role for IL-21 receptor signaling in the pathogenesis of? system ic lupus erythematosus in BXSB-Yaa m ice[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2009,106(5):1518-1523.

[23]Wong CK,Wong PT,Tam LS,et al.Elevated production of B cell chemokine CXCL13 is correlated w ith systemic lupuserythematosus disease activity[J].J Clin Immunol,2010,30(1):45-52.

[24]Nakou M,Papadimitraki ED,Fanouriakis A,et al. Interleukin-21 is increased in active systemic lupus erythematosus patients and contributes to the generation of plasma B cells[J].Clin Exp Rheumatol,2013,31(2): 172-179.

[25]王晓非,袁双龙,蒋力,等.SLE患者血清BAFF和IL-21的变化及意义[J].细胞与分子免疫学杂志,2007,23 (7):1041-1049.

[26]Pan HF,Wu GC,Fan YG,et al.Decreased serum level of IL-21 in new-onset system ic lupus erythematosus patients[J].Rheumatol Int,2013,33(9):2337-2342.

[27]Costa-Reis P,Sullivan KE.Genetics and epigenetics of systemic lupus erythematosus[J].Curr Rheumatol Rep, 2013,15(9):369.

[28]Sawalha AH,Kaufman KM,Kelly JA,et al.Genetic association of interleukin-21 polymorphisms w ith systemic lupus erythematosus[J].Ann Rheum Dis,2008,67 (4):458-461.

[29]Ding L,Wang S,Chen GM,et al.A single nucleotide polymorphism of IL-21 gene is associated w ith systemic lupus erythematosus in a Chinese population [J].Inflammation,2012,35(6):1781-1785.

[30]Yu B,Guan M,Peng Y,et al.Copy number variations of interleukin-17F,interleukin-21,and interleukin-22 are associated w ith system ic lupus erythematosus[J]. Arthritis Rheum,2011,63(11):3487-3492.

[31]Lan Y,Luo B,Wang JL,et al.The association of interleukin-21 polymorphisms w ith interleukin-21 serum levels and risk of systemic lupus erythematosus[J]. Gene,2014,538(1):94-98.

Association of the interleukin-21 w ith system ic lupus erythematosus

LAN Yan★,G UO Jing
(Department of Dermatology,Affiliated Hospital of Youjiang Medical University for nationalities,Baise, Guangxi,China，533000)

Interleukin-21(IL-21)is a recently discovered cytokine w ith promote inflammation and immunomodulatory activity.It is a new member of the I-type cytokine fam ily and mainly secreted by the activated CD4+T cells.It has a variety of biological functions.In this study,we give the reader an overview of the relationships between IL-21 and system ic lupus erythematosus.

Interleukin-21；Gene polymorphism；Systemic lupus erythematosus

国家自然科学基金（81260234）

右江民族医学院附属医院皮肤科，广西，百色533000

★通讯作者：蓝艳，E-mail：yylanyan＠163.com