柴雨森 王川江 林时辉 徐 昉

(重庆医科大学附属第一医院，急诊医学科和重症医学科，重庆 400016)

白细胞介素(Interleukin，IL)是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子。IL-1家族(IL-1 family)是其中与IL-1结构相似的一组细胞因子，在炎症和宿主防御过程中起重要作用。近年来，已发现多个该家族新成员并按公布顺序予以重新命名[1-3]。已知的包括11个主要成员，分别为7种配体(IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β和IL-36γ)、3种受体拮抗剂[IL-1R拮抗剂(IL-1Rα)、IL-36Rα、IL-38]和抗炎细胞因子(IL-37)[4]，再根据它们的生物学功能分别编入IL-1细胞因子亚群[3]。家族最新成员——IL-38最初被作为IL-1家族细胞因子克隆[5,6]，属IL-36类细胞因子，其确切生物学作用尚不清楚。现有研究表明在炎症免疫方面，IL-38具有特别的作用与分子机制，本文就其在炎症免疫领域的最新研究进展做一综述。

1 结构和基本生物学活性

IL-38(曾被命名为IL-1F10或IL-1HY2[5])于2001年由美国加州大学圣克鲁斯分校(University of California,Santa Cruz)作为IL-1家族细胞因子克隆，当时被命名为IL-1HY。从基因定位上看，编码人类IL-1家族成员(除外IL-18和IL-33)的基因定位于第二号染色体上，从着丝粒到端粒的基因表达顺序为“IL-1A-IL-1B-IL-37-IL-36G-IL-36A-IL-36B-IL-36 RN-IL1F10-IL-1RN”[7,8]。编码IL-38的基因同样位于人类染色体2q13-14.1，其定位临近编码IL-1Ra(IL-1RN)和IL-36Ra(IL-36RN)的基因[5,7]。同时，在分子结构上IL-38也具有IL-1家族细胞因子明显特征，包括缺乏信号肽和Caspase-1切割位点以及与IL-1Ra类似的β三叶草结构等一致的关键氨基酸序列[2,5]。基于人胎儿皮肤文库的鉴定发现人IL-38基因有4个外显子，IL-38cDNA序列编码了152个氨基酸的前体[2]。更为重要是的，IL-38与IL-1Ra有37%和(或)41%的同源性，与IL-36Ra有43%同源性，并具有与IL-1Ra类似的三维结构[2,5，9]。可见，IL-38可能与IL-1起源于某一共同祖先基因，且很可能是IL-1R拮抗剂的祖先基因[10]。就生物活性而言，IL-1家族细胞因子的一个子集需要N末端裂解才能获得完整的生物学活性(如：IL-1β、IL-18和IL-36[1])。当IL-36Ra除去第一氨基酸(甲硫氨酸)后即可获得完全拮抗活性[1,11,12]。对于切割IL-36Ra和IL-38细胞因子的蛋白酶的研究目前还处在探索性阶段，预测前2个氨基酸被切割可生成一个经过处理的3AA-152 IL-38蛋白作为一共同切割位点，其分裂产物活性尚待证实[13,14]。此外，研究还发现IL-38蛋白的20～152个氨基酸片段能提高生物活性[1]，这可能是另一个候选切割位点。目前研究并未显示哪种形式的IL-38是人体中的天然活化体，也并未明确提出其活化的蛋白酶，这些都尚在探索阶段。

2 IL-38免疫调控作用和分子机制

2.1类IL-36Ra的拮抗作用 IL-1受体家族(IL-1R)和Toll样受体(TLRs)是参与免疫和炎症的保守蛋白超家族的成员[15]，由于它与IL-1R在结构、功能、信号转导通路上存在诸多相似，因而归入“Toll/IL-1R家族”这一个大的信号受体家族[16]，包括：诱饵受体(IL-1R2和IL-18BP)与非典型受体(TIR8/SIGIRR、IL-1RAcPb、TIGIRR-1和TIGIRR2/IL-1RAPL)等[15,17]。研究表明IL-36Ra能阻断第二受体IL-1RAcP合成(此作用与IL-1Ra相同)以阻止来自IL-36R的信号[12]。IL-38具有作为IL-36R受体拮抗剂的生物学基础[6]，其生物学活性同IL-36Ra类似，可通过与IL-36R结合并诱导其拮抗作用[11]。目前研究发现，随IL-38浓度升高，对念珠菌诱导产生IL-17的抑制能力逐渐减弱，甚至在高浓度时转变为促进作用[18]。而非典型受体SIGIRR又对辅助性T 细胞(T helper cell,Th)17具有调节作用[19]。因而，IL-38与IL-36R结合后，可能以SIGIRR作为一种共同受体造成了这种独特的剂量-反应特征。同时，非典型受体TIGIRR-2为基于其突变体的表型，也被称为IL-1RAPL[20]。有研究报道：IL-38是TIGIRR-2已知的第一种配体，它与TIGIRR-2结合后发挥拮抗炎性细胞因子的作用[14]。但IL-38的这种性质很弱，它似乎只能充当IL-36R的部分受体拮抗剂[6]。根据目前研究和生物学基础的提示，IL-38对SIGIRR、TIGIRR2具有可能的招募作用，对阻断IL-1RAcP的招募亦有可能，这是其类似IL-36Ra的拮抗作用的潜在分子机制。

2.2凋亡介导的内源性IL-38调控巨噬细胞 健康人的巨噬细胞可以通过清除或吞噬促炎细胞来调控炎症进程，细胞的控制性分解和凋亡是避免或解决炎症的有效方式[21]。而细胞因子等由凋亡细胞所衍生的介质又具有调节吞噬细胞反应的能力[22]。在“巨噬细胞-凋亡细胞”相互作用下，IL-1家族蛋白具有调节巨噬细胞因子产生的重要作用[23]。IL-38与IL-1受体家族的IL-1R6(IL-1Rrp2)[18]和IL-1RAPL1结合是巨噬细胞中凋亡(Apoptotic，ACM)诱导细胞因子产生的必需条件[23]。IL-6和IL-8的产生主要依赖于IL-1RAPL1，ACM或LPS刺激后巨噬细胞中的IL-1R6表达很低，IL-1RAPL1则表达丰富，但ACM过度产生的IL-38又会阻断IL-1RAPL1信号[14]。可见，IL-38是通过该受体发挥作用的。同时，IL-1家族细胞因子又能通过加工以改变其生物活性。IL-38可加工为全长(IL-38AA1-152)或截短(IL-38AA20-152)两种不同形式[12]，其中截短形式能减少IL-6和IL-8产生。而ACM并没有诱导NF-κB活性，单独IL-38形式也不会改变巨噬细胞AP1、IL-6或NF-κB启动子活性。因而，来自凋亡细胞的内源性IL-38才具有限制炎症巨噬细胞的作用。另一方面，IL-38诱导的T细胞细胞因子的产生也是基于其对巨噬细胞的活化作用。研究发现，IL-38可降低LPS诱导IL-6、IL-8产生或抑制THP-1细胞表达IL-17；过表达IL-38的人巨噬细胞则亦能抑制CD3+CD4+T细胞分泌IL-17[14,24,25]。IL-17是Th17主要效应因子，IL-6是人类Th17分化所需的重要细胞因子[26]。那么，IL-38在巨噬细胞中调控IL-6和IL-17的作用将会成为影响Th17分化或功能的重要因素。因而，IL-38从凋亡细胞中的释放是一种积极的机制，其可通过改变巨噬细胞功能从而在凋亡条件下缓解炎症反应，这可能涉及IL-38表达和协调释放机制，以及调节Th17细胞等作用。

2.3调节Th17细胞免疫应答 肿瘤免疫力和炎症的消退取决于Th17/Treg比例。研究发现，IL-38可以调节髓系细胞(巨噬细胞)功能并间接调节Th17反应从而发挥抗炎作用，对银屑病和脊椎关节炎等许多炎症疾病的治疗至关重要[14,24]；又有研究通过对健康人外周血单个核细胞(Peripheral blood mononuclear cell，PBMCs)的观察发现，IL-38对IL-6、IL-8、IL-17/IL-22等的调控作用[27,28]；可见，IL-38对Th17轴的调节备受关注。IL-38是IL-36R的特异性受体，可与IL-36R结合并诱导其抑制作用，导致TLR结构无法募集MyD88从而抑制NF-κB和MAPKs炎症通路，其中NF-κB通路抑制又会影响哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)激活[29-31]。mTOR是一种细胞能量感应分子,通过调控其下游信号通路可调节细胞新陈代谢、周期进程及生长[32,33]。活化的mTOR又可通过磷酸化作用激活调节Th17细胞分化的重要环节——STAT3[34]。有研究发现，mTOR信号可同时增强Th17和Treg分化，但其对STAT5信号激活相对较弱[35]；而使用雷帕霉素和pim-2(丝氨酸/苏氨酸-蛋白激酶)后，增强的STAT5可通过抑制RORγt从而进一步减少Th17[35]；因而mTOR信号是促进Th17/Treg比值增大的重要核心因素。有研究证实来源于凋亡细胞的IL-38可以限制巨噬细胞依赖的Th17细胞生成，从而使Th17/Treg比率(以特征性细胞因子IL-17/IL-10表示)保持在低水平[14]，降低炎症反应。可见，在炎症性疾病中，强烈的炎症因子风暴增加了mTOR信号表达，使Th17/Treg比值增高。而IL-38阻断IL-36R功能后可以降低Th17/Treg，那么“IL-38-mTOR-Th17/Treg”就可能成为探索调控炎症性疾病的一条新线索。

3 IL-38的临床炎症免疫研究现状与应用前景

健康状态下IL-38在机体内的表达程度类似于IL-1家族其他成员，其分布与组织的免疫功能有关[36]，其主要表达于皮肤、脾脏和扁桃体等免疫细胞富集的组织或器官[2,5]，在胸腺、胎盘和胎儿肝脏等也有一定表达[2,8]。而在心脏、胎盘等无免疫功能组织中，IL-38的表达很低甚至没有[5,36]。在疾病时，IL-38的表达却与健康机体有异，特别是由IL-1所驱动的炎症反应性疾病(如：强直性脊柱炎、类风湿性关节炎、动脉粥样硬化和化脓性汗腺炎等)[37-40]。可见，IL-38参与疾病炎症反应进程并可能发挥调控作用。

3.1自身免疫性疾病 自身免疫性疾病是指一大类机体对自身抗原发生免疫反应而导致自身组织损害的疾病。在银屑病、克罗恩病、系统性红斑狼疮(Systemic lupus erythematosus，SLE)等中均存在IL-38的异常表达且与疾病严重程度有关[27,38,41,42]。虽然研究发现银屑病患者皮肤IL-38表达降低存在不确定性[27,38,41]，但相关细胞因子IL-36、IL-36Ra和IL-37表达均上调[41]。同时，也有研究证实了IL-38在银屑病患者PBMCs中存在表达且与疾病严重程度有关[41]。在对SLE的研究中发现，小鼠狼疮动物模型(Murphy Roths/lpr模型)胸腺和脾脏中IL-38表达降低，重组IL-38可减少蛋白尿、皮肤损害等SLE症状，并降低血清IL-17、IL-22等促炎因子浓度，可见淋巴器官中的IL-38在SLE发病中起一定作用[41]。此外，在克罗恩病患者的滑膜和结肠中也发现IL-38表达增加，并可通过抑制IL-36与其受体结合而发挥保护性作用[38]。可见，在自身免疫相关性疾病中IL-38的异常表达可以作为预测疾病严重程度的生物学标志物。另一方面，骨关节是自身免疫性疾病攻击的一个重要靶器官。研究发现IL-38基因敲除小鼠也会产生更严重的K/BxN血清转移性关节炎(Serum transfer-induced arthritis，STIA)[9]。同时，腺病毒诱导小鼠IL-38过表达后可减轻胶原诱导的关节炎(Collagen induced arthritis，CIA)和STIA的关节肿胀、巨噬细胞浸润以及降低临床评分，其作用主要是降低炎症反应峰值，但对骨质破坏影响不大[37]。这些作用与血清IL-1β、IL-6表达升高和IL-10表达降低有关，其中IL-10可通过下调关键的促炎因子(如：IL-6)来防止骨质流失参与骨重塑[37,43]。由于IL-38主要表达在炎症消退时[44]，因而其可能成为一个评价骨关节炎症恢复的潜在生物标记物。还有研究发现在类风湿性关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)中，人IL-38蛋白以可溶形式产生，可能作为分泌配体发挥功能，其基因缺陷会加剧疾病严重程度；但重组IL-38蛋白的全身使用并不能抑制关节炎发展，而滑膜组织衍生的IL-38则可能在关节炎症发展中起局部作用[9]。那么，IL-38在炎症与抗炎中的治疗性作用就可能存在一种剂量依赖性的效应，这也许会成为开发IL-38生物学治疗的一个研究佐证。此外，Th17相关细胞因子(IL-17、IL-22和IL-23等)在银屑病关节炎滑膜中高表达，影响滑膜组织病理学发展[28,45]；IL-38过表达也可降低CIA和STIA血清Th17细胞因子(IL-17、IL-23和IL-22)表达[44]。目前，IL-17/IL-23阻滞已被认为是一种银屑病关节炎的潜在治疗方法[46]。可见，IL-38对Th17细胞的调控作用可能会成为IL-38治疗探索性研究的又一个潜在靶标。

3.2其他炎症性相关性疾病 “非可控性炎症(Nonresolving inflammation)所导致的慢病持续、疾病新发或者恶性化转归[47]”和“失控性炎症(Uncontrolled inflammation)所产生的播撒性炎性细胞激活和炎症介质超常释放导致的免疫失衡”被确定为多种疾病发病机制的重要环节，这一系列理念已经突破了传统自身免疫性疾病范畴。越来越多研究发现，IL-38作为一种新型细胞因子亦参与其中。

肺脏虽不是免疫细胞富集器官，但在一系列原发或者继发肺脏失控/非可控性炎症中均反映出明显免疫炎症反应过程。在哮喘、肺腺癌、特发性肺纤维化和药物性肺间质性疾病中均发现IL-38异常高表达，其作用可能涉及IL-10、调节性T(Treg)细胞和程序性细胞死亡蛋白配体-1(Programmed death-ligand-1，PD-L1)等重要的保护性分子[48-50]。可见，IL-38参与了肺部炎症性疾病的发生发展。同时，IL-38又被看作是一种抗血管生成因子[53]。在冠状动脉相关疾病中，IL-38在动脉粥样硬化斑块中呈高表达[51,52]；临床ST段抬高性心肌梗死患者高表达的IL-38与C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)、心力衰竭指标(肌钙蛋白、N末端脑钠肽和左心室射血分数)相关[39]。在探讨视网膜病变模型血管生成的研究中，亦证实重组IL-38能抑制血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)刺激后的内皮细胞增殖、愈合和血管形成[53]。此外，也有研究提出IL-38的抗血管形成作用也可通过调节Th17细胞因子(IL-17、IL-22和IL-23等)来实现[54-56]。还有研究发现IL-38的表达能反映乙型病毒性肝炎(Viral hepatitis type B)肝脏损伤的即时严重程度[57]，且与抗病毒(替比夫定，Telbivudine)治疗效能有高度相关性[57]。但在半刀球蛋白-A(Concanavalin A)诱导的小鼠肝损伤模型中，表达IL-38后却出现小鼠肝损伤减轻，伴随促炎因子(TNF-α、IFN-γ、IL-6和IL-17等)表达降低[58]。因而，在不同疾病中，IL-38在肝脏所发挥的作用可以截然不同。由此可见，IL-38能够反映疾病的炎症状态，部分具有潜在的疾病炎症程度或预后预测的生物学标记物潜质，但在不同疾病、不同组织、不同炎症时相中作用不尽相同。在内分泌和代谢领域，目前的理论提出糖尿病是一种炎症相关性疾病[59]。研究表明过度的促炎性细胞因子(IL-1β、IL-6和TNF等)可干扰妊娠糖尿病(Gestational diabetes mellitus，GDM)胰岛素信号通路，造成胰岛素抵抗[60]。而临床GDM患者血清IL-38水平高于健康妊娠女性(P<0.05)，且血糖水平呈正相关(r=0.112,P=0.011)[61]，提示IL-38可能参与GDM发生发展。因而，对于一些曾经被定义为“非炎症性疾病”的疾病，IL-38的免疫炎症效应是一个值得探索的方向。

4 总结和展望

IL-38是IL-1家族新发现的重要细胞因子，其具有类IL-36Ra拮抗作用，可以作为凋亡细胞所衍生的内源性介质调节吞噬细胞反应，涉及招募SIGIRR、TIGIRR2、调控Th17分化、改变Th17/Treg比例和抗血管生成等多种作用分子机制。在自身免疫性或其他“炎症”相关性疾病中，IL-38炎症免疫效应受到越来越多关注，其可能成为预测与评价疾病严重程度的新型生物标记物，同时也是探索疾病免疫学治疗靶标的重要潜在分子。