劉明婭戚菲菲鮑琳琳

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)人類(lèi)疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新發(fā)再發(fā)傳染病動(dòng)物模型研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市人類(lèi)重大疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型工程技術(shù)研究中心,國(guó)家中醫(yī)藥管理局人類(lèi)疾病動(dòng)物模型三級(jí)實(shí)驗(yàn)室,北京 100021)

流感是由流感病毒引起的急性呼吸道傳染病,輕癥者出現(xiàn)肌肉酸痛、體溫升高、乏力等癥狀,重癥時(shí)出現(xiàn)病毒性肺炎、繼發(fā)細(xì)菌性肺炎、急性呼吸窘迫綜合征,常累及多種器官病變,引起心血管和神經(jīng)系統(tǒng)癥狀[1]。據(jù)報(bào)道,每年因流感導(dǎo)致的重癥病例將近數(shù)百萬(wàn),因流感死亡的人數(shù)約25 ～50 萬(wàn)人。自20 世紀(jì)以來(lái),世界上已有五次大規(guī)模的流感大流行,給全球經(jīng)濟(jì)和人民健康造成巨大損害。2009年H1N1 流感大爆發(fā)導(dǎo)致數(shù)萬(wàn)人死亡[2],并迅速在世界范圍內(nèi)蔓延,流感病毒導(dǎo)致的重癥肺炎一直是流感患者死亡的主要原因之一,當(dāng)前臨床上的治療方案大多是抗病毒治療或?qū)ΠY救治,針對(duì)肺炎的治療效果不理想,因此需要尋求更有效地辦法來(lái)治療流感引發(fā)的重癥肺炎[3]。

1 H1N1 感染導(dǎo)致重癥肺炎的機(jī)制

有研究表明,增加流感嚴(yán)重程度的關(guān)鍵因素是先天免疫被過(guò)度激活。先天免疫是機(jī)體抵御病毒感染的第一道防線,H1N1 病毒主要通過(guò)氣溶膠進(jìn)入呼吸道,進(jìn)而感染機(jī)體,H1N1 病毒進(jìn)入呼吸道后,呼吸道上皮細(xì)胞通過(guò)Toll 樣受體(Toll-like receptors,TLR)、視黃酸誘導(dǎo)基因-I(retinoic acidinducible gene I, RIG-I) 受體等模式識(shí)別受體(pattern recognition receptor,PRR)識(shí)別自病毒的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP)[4],激活先天免疫反應(yīng),產(chǎn)生大量的促炎細(xì)胞因子和趨化因子,主要包括干擾素-α(interferon-α,IFN-α)、腫 瘤壞 死 因 子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α )、 白 細(xì) 胞 介 素-1α(interleukin-1α, IL-1α ) 和 白 細(xì) 胞 介 素-1β(interleukin-1β,IL-1β),IFN 在流感感染中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其表達(dá)主要受干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor,IRF) 家 族 的IRF3 和IRF7 控制。IFN-α 與其受體結(jié)合后,激活JAK/STAT 信號(hào)通路,誘導(dǎo)干擾素刺激基因(interferonstimulated exonuclease gene,ISG)的表達(dá),從而發(fā)揮抗 病 毒 作 用[5]。IL-1β 與 白 細(xì) 胞 介 素-1 受 體(interleukin-1 receptor,IL-1R)結(jié)合,通過(guò)髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)信號(hào)通路誘導(dǎo)炎癥基因的表達(dá)。另一個(gè)調(diào)節(jié)免疫和炎癥反應(yīng)的重要細(xì)胞因子是白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6),臨床研究表明,重癥流感患者外周血中IL-6 水平明顯高于健康者,被認(rèn)為是決定肺炎嚴(yán)重程度的重要細(xì)胞因子。IL-6 可在多種不同類(lèi)型的免疫細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生(如自然殺傷細(xì)胞、單核細(xì)胞),具有多種生物學(xué)功能[6-7]。IFN-α 和IL-1 可刺激IL-6 和許多趨化性細(xì)胞因子,如吸引嗜中性白細(xì)胞的白細(xì)胞介素8(interleukin-8,IL-8),巨噬細(xì)胞炎癥蛋白(macrophage inflammatory protein,MIP)和單核細(xì)胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein,MCP)的產(chǎn)生,從而介導(dǎo)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的定向遷移[8]。此外,炎癥反應(yīng)的誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)還受絲裂原激活蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)的控制,MAPKs 的活性與IL-6、趨化因子配體5(chemokine ligand 5,CCL5)和重組人趨化因子8(recombinant human C-X-C motif chemokine 8,CXCL8)的表達(dá)有關(guān)[7]。募集到肺部的免疫細(xì)胞又會(huì)分泌大量的促炎因子,這些細(xì)胞因子具有協(xié)同作用,且可以誘導(dǎo)自身或其他細(xì)胞因子的產(chǎn)生,吸引更多的巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞到肺部,產(chǎn)生更強(qiáng)烈的細(xì)胞因子風(fēng)暴,使炎癥反應(yīng)更加強(qiáng)烈,引發(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征,嚴(yán)重者還可導(dǎo)致多器官功能障礙癥。

臨床上流感藥物大多通過(guò)抗病毒作用發(fā)揮治療效果,不能抑制機(jī)體過(guò)度免疫導(dǎo)致的重癥炎癥,目前常采用小劑量激素和抗病毒藥物配伍來(lái)治療流感引發(fā)的重癥肺炎,但由于臨床上激素使用劑量和副作用的影響使該療法存在很大爭(zhēng)議,因此當(dāng)前對(duì)流感引發(fā)的重癥肺炎的治療尚無(wú)特異且有效的方法。目前全球流行的新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)由SARS-CoV-2 病毒感染導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的過(guò)度激活引發(fā)的細(xì)胞因子風(fēng)暴綜合癥誘發(fā),正嚴(yán)重威脅世界人民的生命健康,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,亟待尋找有效平衡免疫反應(yīng)與病理性細(xì)胞因子風(fēng)暴的發(fā)生的治療方案。若能找到可有效抑制細(xì)胞因子風(fēng)暴產(chǎn)生的藥物,無(wú)疑將給重癥病毒性肺炎的治療提供新的策略。

2 IL-37 生物學(xué)活性

2.1 IL-37 的抗炎作用

IL-1 家族成員中具有多種作用于局部和全身的細(xì)胞因子,在炎癥引發(fā)的疾病中起到關(guān)鍵作用,是先天免疫和炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)介質(zhì)。IL-1 家族的大多數(shù)細(xì)胞因子具有促炎活性(如IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-18、IL-36α、IL-33 等),部分具有抗炎作用(如IL-1Rα、IL-36Rα、IL-37、IL-38)。

IL-37 是IL-1 家族中一種具有多種生物學(xué)功能的抗炎細(xì)胞因子,具有強(qiáng)大的抗炎作用[9],是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵細(xì)胞因子,主要通過(guò)抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)發(fā)揮作用,通過(guò)限制免疫和炎癥反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度,從而在感染和免疫過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用[10-13]。人IL-37 基因位于染色體2上,編碼總長(zhǎng)度為3 × 103的基因產(chǎn)物,并通過(guò)選擇性剪接產(chǎn)生五種不同的亞型(IL-37a、IL-37b、IL-37c、IL-37 d 和IL-37e),研究表明,IL-37 在人體的分布具有廣泛性,五種亞型在身體的不同部位表達(dá),如淋巴結(jié)、骨髓、胸腺、肺等[14]。IL-37 的抗炎作用在諸多研究中已被證實(shí),在人外周血單核細(xì)胞與肺上皮細(xì)胞中過(guò)表達(dá)IL-37b,細(xì)胞中的促炎因子合成被抑制,若用siRNA 干擾IL-37 的表達(dá),促炎因子的合成增加[15]。用LPS 刺激過(guò)表達(dá)IL-37b 的小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7 后,IL-1α,TNF-α,IL-6,GMCSF,M-CSF 和IL-1Rα 表達(dá)水平下降[16]。在經(jīng)過(guò)IL-37 處理的小鼠的脾和肺組織中,促炎細(xì)胞因子和趨化因子表達(dá)水平也較低[17]。另外,IL-37 在風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、銀屑病等患者中均呈高表達(dá)狀態(tài)。研究表明,IL-37 通過(guò)抑制CXCL8,IL-6 和重組人S100 鈣結(jié)合蛋白A7(recombinant human S100 calcium binding protein A7,S100A7)等趨化因子的產(chǎn)生,減輕巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞的炎性浸潤(rùn),避免過(guò)度炎癥反應(yīng),從而起到改善銀屑病的作用[18]。IL-37 在小鼠過(guò)敏性鼻炎中發(fā)揮作用,可以通過(guò)STAT6/STAT3 途徑降低促炎因子的表達(dá)水平,從而抑制炎癥的發(fā)生發(fā)展[19]。

2.2 IL-37 的抗病毒作用

IL-37 不僅可抑制炎癥和調(diào)控免疫應(yīng)答,還有一定程度的抗病毒作用。IL-37 可抑制甲型流感病毒的復(fù)制,用IL-37 處理感染流感病毒的A549 細(xì)胞,流感病毒mRNA 的復(fù)制水平下降。在甲型流感病毒患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)血清中IL-37 的水平明顯高于健康受試者,感染甲型流感病毒后,在細(xì)胞水平上IL-37的表達(dá)水平也明顯升高[20]。IL-37 可通過(guò)調(diào)節(jié)Th17/Tregs 細(xì)胞的免疫應(yīng)答抑制IL-6 的表達(dá),促進(jìn)IL-17 A 的分泌,從而改善柯薩奇病毒B3(Coxsackie viruses B3,CVB3)誘導(dǎo)的病毒性心肌炎[21]。IL-37還可通過(guò)抑制單核細(xì)胞炎性標(biāo)志物sCD14 的水平從而在艾滋病病毒-1(human immunodeficiency virus-1,HIV-1)中發(fā)揮作用,研究表明,在慢性HIV-1患者體內(nèi),IL-37 表達(dá)增加,且IL-37 的表達(dá)與HIV-1儲(chǔ)存庫(kù)的大小有關(guān)[22]。

3 IL-37 的作用方式及機(jī)制

IL-37 是一種具有雙重作用的細(xì)胞因子,其可通過(guò)兩種不同的機(jī)制發(fā)揮抗炎作用。在細(xì)胞內(nèi),促炎因子刺激促進(jìn)IL-37 前體的產(chǎn)生,并激活caspase-1,IL-37 前體的羧基結(jié)構(gòu)域上具有caspase-1 切割位點(diǎn),經(jīng)切割后變成成熟形式的IL-37,成熟的IL-37與磷酸化的Smad3 結(jié)合,并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi),調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄[23-24]。Smad3 是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)途徑中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,通過(guò)促進(jìn)IL-37b轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核而在IL-37b 的生物學(xué)效應(yīng)中發(fā)揮重要作用[16]。IL-37b 與Smad3 結(jié)合進(jìn)入細(xì)胞核后,抑制Toll 樣受體誘導(dǎo)的促炎因子IL-1α、IL-1β 的產(chǎn)生,使其下游的NF-κB 和MAPK 信號(hào)通路激活受阻,從而抑制COX-2、IL-6、TNF 等的產(chǎn)生[25]。此外,還可抑制STAT1-4 的磷酸化過(guò)程,拮抗STAT1-3 炎癥通路[26],通過(guò)抑制促炎信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng),減弱先天免疫。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用Smad3 阻斷劑抑制Smad3 后,IL-37 對(duì)炎癥因子的抑制效果被阻斷[27]。

IL-37 前體和成熟形式均可通過(guò)非經(jīng)典的分泌途徑從細(xì)胞中釋放出來(lái)[28]。在細(xì)胞表面,IL-37 與IL-18Rα、IL-1R8 結(jié)合形成三聯(lián)體復(fù)合物抑制IL-18的信號(hào)傳導(dǎo)通路[29]。炎癥反應(yīng)發(fā)生時(shí),IL-18 可與細(xì)胞表面的IL-18Rα 結(jié)合并招募IL-18Rβ,啟動(dòng)MyD88 依賴性促炎途徑,當(dāng)IL-37 與IL-18Rα 結(jié)合后,招募IL-1R8[30-31],由于IL-1R8 的TIR 結(jié)構(gòu)域與IL-18Rβ 相比發(fā)生了突變,使其與MyD88 結(jié)合的信號(hào)傳導(dǎo)弱或無(wú)信號(hào)傳導(dǎo)。IL-1R8 可調(diào)節(jié)多種下游途徑和信號(hào)激酶的作用,如抑制JNKs、NF-κB 和MAPK 等信號(hào)激酶的磷酸化,激活Mer-PTEN-DOK途徑來(lái)傳導(dǎo)抗炎信號(hào),減少促炎基因表達(dá),抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[32];通過(guò)減少琥珀酸酯的產(chǎn)生,抑制mTOR 的磷酸化,激活A(yù)MPK 來(lái)恢復(fù)細(xì)胞的代謝。

4 結(jié)論與展望

IL-37 廣泛作用于全身的多種促炎因子,在感染性疾病、自身免疫病及腫瘤中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。TNF-α、IL-6、IL-1β、MCP-1 是引起流感導(dǎo)致的重癥肺炎患者體內(nèi)細(xì)胞因子風(fēng)暴發(fā)生的重要因子,而IL-37 可抑制NF-κB、MAPK 和MyD88 信號(hào)蛋白的活化,從而抑制IL-6、IL-1α、IL-1β 等促炎因子的分泌,阻止細(xì)胞因子風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展。因此,我們猜測(cè)IL-37 可以通過(guò)抑制細(xì)胞因子風(fēng)暴而在流感病毒感染導(dǎo)致的重癥肺炎中發(fā)揮抑炎作用,但目前對(duì)于IL-37 治療流感導(dǎo)致的重癥肺炎的研究甚少,需進(jìn)一步探討IL-37 的生物學(xué)作用,明確研究過(guò)程中的給藥時(shí)間點(diǎn)及時(shí)間窗,研究IL-37 在重癥肺炎中發(fā)揮作用的機(jī)制,將為治療H1N1 導(dǎo)致的重癥肺炎提供新的治療策略,也將為克服新型冠狀病毒肺炎提供治療思路。