吉 挺(綜述)，李學良(審校)

(南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院消化科，南京210029)

ST2在20世紀80年代被發(fā)現(xiàn)于小鼠成纖維細胞。因未發(fā)現(xiàn)其內(nèi)源性配體，故功能一直未能完全明確。其后在犬的互補DNA文庫中發(fā)現(xiàn)了一個前導肽，命名為白細胞介素(interleukin，IL)33，經(jīng)過加工可成為成熟蛋白并激活ST2，由此，IL-33/ST2這一信號轉(zhuǎn)導通路的研究逐漸增多，為實驗室和臨床研究提供了更多思路，在炎癥性疾病、哮喘、自身免疫性疾病、心血管疾病等方面都出現(xiàn)了相關研究。該信號通路在與消化系統(tǒng)疾病，尤其是炎癥性腸病之間聯(lián)系的研究仍然較少。該文主要介紹IL-33/ST2信號通路以及其與炎癥性腸病的關系。

1 IL-33/ST2簡介

1.1ST2 ST2在1989年對小鼠成纖維細胞的研究中被發(fā)現(xiàn)，屬于Toll樣/IL-1受體超家族成員之一，該超家族成員因胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域Toll/IL-1R(TIR)較多而得名[1]。TIR結(jié)構(gòu)域位于胞質(zhì)一側(cè)，由大約160個氨基酸組成，定位于人類第2號染色體(2q12)，在其中央有5個β片層，周圍有5個α-螺旋。ST2主要有四種亞型，分別為ST2L、sST2、ST2V、ST2LV。ST2L(IL-1RL-1α)又稱跨膜ST2蛋白，它由膜內(nèi)、跨膜和膜內(nèi)的三個肽段組成，分別是膜外的免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域，跨膜部分和膜內(nèi)一個TIR胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域組成。sST2(IL-1RL1-b)又稱可溶性ST2蛋白，其結(jié)構(gòu)中無ST2L所具有的免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域及跨膜部分，但C端有9個氨基酸組成的特殊序列。ST2V與ST2LV為ST2的另外兩個剪切變體。ST2V膜外的免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域比ST2L少一個，此外，其C端被剪切成一個獨特的疏水尾部。ST2LV與ST2L相比，僅具有膜外三個結(jié)構(gòu)域及膜內(nèi)TIR胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域(圖1)[1]。在小鼠皮膚組織受到紫外線照射或受TNF等促炎因子刺激時，可表達出sST2，與小鼠相比，人類sST2的表達可能更加普遍[2]。有研究表明，ST2主要表達在Th2類淋巴細胞和肥大細胞表面，有些粒細胞(如嗜酸粒細胞和嗜堿粒細胞)也能表達ST2L分子[3-4]。研究ST2功能存在一個主要的障礙，即缺乏特異性的內(nèi)源性配體。

TIR:Toll樣/IL-1受體

1.2IL-33 IL-1是一個基因家族，它包括IL-1α、IL-1β、IL-18等11個成員。2005年，Schmitz等[5]在犬的互補DNA文庫中發(fā)現(xiàn)了一個前導肽，命名為IL-33，屬于IL-1家族的新成員，其相對分子質(zhì)量是30×103，由270個氨基酸構(gòu)成，主要定位于人類染色體第9號染色體(9p24)。這種蛋白之前曾經(jīng)被描述為在內(nèi)皮細胞的胞核中高表達的高內(nèi)皮微靜脈核因子，它可以作為ST2的特異性配體并激活ST2，從而為研究ST2信號轉(zhuǎn)導通路提供了新的方向。IL-33主要由N端的核定位信號，落旋-轉(zhuǎn)角-螺旋基礎結(jié)構(gòu)以及C端的一個IL-1家族成員共同的結(jié)構(gòu)域組成。IL-33在體內(nèi)各系統(tǒng)器官的細胞中廣泛分布，這些細胞主要是非造血起源細胞，如內(nèi)皮細胞、脂肪細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞、支氣管上皮及腸上皮細胞，在血液細胞中表達，主要是巨噬細胞和樹突狀細胞等有呈遞抗原作用的細胞[4]。IL-33需要經(jīng)過激活才可以發(fā)揮其生物學作用。傳統(tǒng)的觀點認為，IL-33前體同IL-1β和IL-18一樣，不含有分泌信號肽的序列，因此它需要經(jīng)過一種胱天蛋白酶1(caspase-1)裂解，再與溶酶體膜融合，才能成為具有活性的細胞因子釋放到胞外[6]。有研究表明，caspase-1的裂解作用可能激活IL-33，最終也可以使IL-33的作用失活[7]。有學者認為，中性粒細胞組織蛋白酶G和彈性蛋白酶能裂解全長的人IL-331～270，產(chǎn)生成熟的IL-3395～270、IL-3399～270和IL-33109～270。這些幾種成熟的IL-33被中性粒細胞所活化，這些活化后的IL-33活性是原先完整IL-33的10倍(圖2)[1]。

IL：白細胞介素

1.3IL-33/ST2通路 IL-33經(jīng)過激活之后，可以轉(zhuǎn)位到靶細胞的細胞膜上與受體相互作用，從而影響其下游的信號轉(zhuǎn)導通路，還可以轉(zhuǎn)位到靶細胞的細胞核，作為DNA核因子起作用?；罨问降腎L-33在靶細胞膜表面與跨膜ST2受體，即ST2L及IL-1RAcP1(IL-1受體輔助蛋白)組成的受體復合物相結(jié)合，經(jīng)過胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域TIR與胞液形成二聚化，進入胞內(nèi)，使下游的信號分子骨髓分化因子(MyD88)以及MAL(MyD88樣銜接蛋白)激活。使IL-1相關激酶(IRAK)介導的TRAF6(腫瘤壞死因子相關因子6)活化。之后使下游的絲裂原激活蛋白激酶激活，再分別通過p38、c-Jun氨基端激酶、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶激活，成為核轉(zhuǎn)錄因子AP-1，或者從TRAF6激活核因子κB激酶復合體抑制物，將復合體中的核因子κB釋放出來。以上四種激活途徑，使IL-33能轉(zhuǎn)位到細胞核，作為核因子而起作用。如果靶細胞胞外的IL-33和sST2與SIL-1RAcP組成的受體復合物相結(jié)合，則不能通過跨膜進入胞內(nèi)發(fā)揮其核因子的作用(圖3)[8]。

IL-33：白細胞介素33； IL-1RACP:白細胞介素1受體輔助蛋白； MyD88：髓樣分化因子88； MAL：MyD88樣銜接蛋白； TRAF6：腫瘤壞死因子受體相關因子6； MAPK：絲裂原活化蛋白激酶；JNK:c-Jun氨基端激酶； AP-1：活化蛋白1； IKK：核因子κB激酶抑制劑； NF-κB：核因子κB

2 IL-33/ST2信號通路和炎癥性腸病的聯(lián)系

IL-33/ST2信號通路在一些炎癥相關性疾病中起重要作用，目前研究較為普遍的是哮喘、心血管疾病[9-10]。此外，還有過敏性鼻炎[11]、皮肌炎與多發(fā)性肌炎[12]、糖尿病[13]等。該信號通路在與消化系統(tǒng)疾病，尤其是炎癥性腸病之間聯(lián)系的研究仍然較少。近年來，Beltrán等[14]、Kobori等[15]、Pastorelli等[16]、Seidelin等[17]、Kakkar等[18]分別研究了IL-33/ST2通路與炎癥性腸病的聯(lián)系。

2.1IL-33/ST2在炎癥性腸病的變化 Beltrán等[14]研究了活動期與非活動期的71例潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)患者，13例克羅恩病(crohn disease，CD)患者和20例健康對照者，炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)患者的血清ST2水平均高于健康對照組；其中，UC患者血清ST2水平與對照組相比顯著升高，分析UC組、CD組和健康對照組的血清ST2中位數(shù)組間的差異，CD組與對照組、UC組與對照組、CD組與UC組的比較均有統(tǒng)計學意義；UC患者血清ST2中位數(shù)在活動期比非活動期升高，通過反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應分析sST2和ST2L亞型在IBD患者的腸黏膜組織中的表達，觀察到的UC患者的sST2 mRNA聚合酶鏈反應產(chǎn)物比非活動期UC、CD和健康對照組表達增加，ST2L產(chǎn)物在各組之間并未顯示出明顯的差異，此外，UC組患者在活動期和非活動期比較，sST2 mRNA水平在UC活動狀態(tài)較高(P=0.0281)，使用了酶聯(lián)免疫吸附試驗法測量從活檢組織提取出的ST2蛋白水平，IBD患者腸黏膜ST2水平顯著高于健康對照組；活動期和非活動期UC患者腸黏膜ST2總含量之間無統(tǒng)計學意義；IL-33蛋白總含量組間差異明顯，其中UC組高于對照組、UC組高于CD組；活動期UC患者比較非活動期表現(xiàn)出更高的IL-33水平，經(jīng)過相關性分析，活動期UC患者血清ST2分別與組織ST2呈正相關(r=0.2374，P=0.0451)，與血清IL-33呈正相關(r=0.2386，P=0.0443)，與組織IL-33呈正相關(r=0.2450，P=0.040)；非活動期UC患者的血清ST2與血清IL-33之間呈負相關(r=-0.5644，P=0.0059)，該項研究首次顯示了ST2和IL-33水平在IBD患者中表達升高，UC結(jié)腸黏膜ST2和IL-33的表達高于CD和健康對照組，而從外周血也能反映出這些變化，IBD和對照組外周血中的ST2水平與sST2有關，sST2 mRNA和其蛋白僅在活動期UC的腸道黏膜中顯著升高，sST2水平在UC患者活動期增加，可能是因為UC的炎癥過程中產(chǎn)生的促炎細胞因子增多。目前已有研究表明，IBD患者的成纖維細胞長期暴露于炎性刺激下，可表達sST2而非ST2L[19]。sST2升高可能是因為其對IL-33/ST2信號通路具有一定的調(diào)節(jié)作用。血清和結(jié)腸sST2水平升高與UC的活動程度相符合表明，該蛋白可能通過負反饋機制來控制炎癥。IL-33/ST2信號通路是一個促炎系統(tǒng)，它可以促進IL-5、IL-6、IL-17生成增加，其中IL-17在慢性炎癥腸道疾病中的重要作用較為明確。而這種促炎作用可以被sST2負向調(diào)節(jié)。許多促炎分子也屬于該受體家族，例如IL-1R就是IL-1系統(tǒng)負反饋調(diào)節(jié)的一個典型例子。

2.2IL-33的雙重調(diào)節(jié)作用 在Pastorelli等[16]研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者的IL-33在核定位，其功能類似于IL-1α或高遷移率族蛋白B1(HMGB1)，當定位到胞核時，有較強的轉(zhuǎn)錄抑制作用。此外，IL-33可能在核外也有作用，它主要在細胞受到損害發(fā)生壞死時被作為一種警戒物質(zhì)釋放，警告免疫系統(tǒng)存在威脅，并啟動炎癥級聯(lián)反應，分泌出Th2相關的細胞因子[20]。這說明IL-33具有雙重調(diào)節(jié)作用，在某些條件下作為細胞因子、轉(zhuǎn)錄因子，它可能根據(jù)靶細胞上的ST2，而不同程度地影響腸道黏膜。遇到被激活的免疫細胞，IL-33可增強免疫反應，進一步加劇炎性反應的程度。IL-33的促炎作用已經(jīng)在動物模型中得到證實。在聚糖硫酸鈉誘導潰結(jié)的小鼠模型中，IL-33腹腔注射給小鼠，可導致諸如嗜酸性粒細胞和單核細胞浸潤，上皮細胞增生肥大，黏液分泌增多，血清IgA和IgE水平升高這些Th2型應答[21]。Groβ等[22]在該聚糖硫酸鈉潰結(jié)小鼠模型中說明了外源性IL-33在可以使Th1型免疫反應向Th2型免疫反應傾斜。隨后Pastorelli等[23]提出，IL-33的作用可能是誘導免疫細胞的聚集和激活到損傷部位，參與炎癥和傷口愈合，它可能通過以上機制作用于腸道上皮細胞和成纖維細胞，誘導上皮細胞增殖和修復，促進傷口愈合。Kobori等[15]研究發(fā)現(xiàn)，IL-33可以特異性地表達于活動期UC患者潰瘍性病變下方的肌纖維母細胞中，而CD患者則未見其表達，這表明與CD相比，IL-33在UC患者黏膜損傷/愈合中可能具有一定的功能。當IL-33/ST2信號異常時，上皮細胞增殖/修復受到阻礙，最終可能使腸道出現(xiàn)IBD的慢性炎癥改變并且反復遷延不愈。除了IL-33，ST2也在IBD腸黏膜和血清升高，在非炎癥結(jié)腸上皮中ST2表達豐富，但在UC或CD慢性炎癥的上皮細胞，ST2的表達缺失、減少，重新分布。在活動期IBD患者的腸系膜組織中，ST2陽性細胞(抗原遞呈細胞和T細胞)在固有層中清晰可見，ST2在內(nèi)臟周圍脂肪組織中強烈表達[16]。

2.3IL-33/ST2與腸黏膜各種細胞的可能聯(lián)系 最近，García-Miguel試圖對IL-33/ST2通路在IBD腸道黏膜促進炎癥的機制進行更進一步細致的研究，得出結(jié)論(表1)[24]。

表1 腸道先天免疫細胞對IL-33刺激的反應

3 研究意義

炎癥性腸病的生物標志物具有的特殊性：需要檢測方便、微創(chuàng)、低成本、快速有效，能夠評估不同個體疾病的發(fā)展風險、活動程度，監(jiān)測療效，對疾病的復發(fā)有一定的預測價值。目前，IBD的生物標志物包括血清特異性抗體，如抗中性粒細胞胞質(zhì)抗體、抗釀酒酵母抗體、C反應蛋白、紅細胞沉降率，糞便中的蛋白，如鈣衛(wèi)蛋白和乳鐵蛋白。但是，這些標志物往往存在靈敏度或特異度偏低等缺點，不能及時或真實地反映腸道黏膜的損傷情況。sST2蛋白近期已被確定為一個可用于檢測心臟衰竭，自身免疫性疾病和哮喘的可靠的生物學標志物，sST2能否作為一項可靠生物學標志物而用于IBD有待進一步研究[9-10,25]。Díaz等[26]對108例IBD患者(82例UC，26例CD)及43例非IBD健康對照者血清sST2進行分析，根據(jù)臨床、內(nèi)鏡和病理特點分級，活動期患者血清sST2值(235.80 ng/L)顯著高于非活動期(33.19 ng/L)患者，也高于非IBD和HC組；CD患者的血清sST2平均水平為54.17 ng/L，顯著高于HC組；對比活動期和非活動期UC，在截斷值為74.87 ng/L的情況下，靈敏度、特異度以及劃分UC輕重能力的準確度分別為83.33%、83.33%和83.33%；根據(jù)受試者工作特征曲線評估其鑒別活動與非活動的能力，AUC值為0.92(0.86～0.97，P<0.0001)；UC患者血清sST2與內(nèi)鏡(r=0.76，P<0.0001)和組織學評分(r=0.67，P<0.0001)，促炎因子(r=0.69，P<0.0001)，腫瘤壞死因子α(r=0.61，P<0.0001)均明顯正相關；不同程度炎癥腸道中ST2的水平和血清sST2水平也有正相關關系，分別是輕度(r=0.44，P=0.004)、中度(r=0.59，P=0.002)、重度(r=0.82，P=0.002)。這說明sST2水平與疾病嚴重程度與炎性因子相關，可能成為一種用以區(qū)分活動期與非活動期UC的生物學標記，并且可以評估疾病的嚴重程度。

4 小 結(jié)

IL-33/ST2信號通路介導主要參與了調(diào)節(jié)Th2細胞反應為主的炎癥過程，是Th2細胞因子生成的關鍵調(diào)節(jié)通路之一，它可以引起炎癥的組織病理學改變。對IL-33/ST2信號通路機制的詳細研究，有助于研究炎癥性腸病的新治療靶點，比如臨床上應用細胞因子受體阻斷劑(腫瘤壞死因子α)治療IBD并取得了一定成效[27]。此外，它可能有助于對IBD反復遷延不愈機制的研究。IL-33/ST2在炎癥性腸病的作用及作用機制的研究仍相對有限，有待更多詳細的研究進一步發(fā)掘其在臨床診療中的價值。

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