白细胞介素18与动脉粥样硬化的研究进展

靳琪鹏 章怡祎 陈冉 侯文艳 李慧

摘要：动脉粥样硬化的形成、发展、及其导致频发的急性心血管事件与炎症反应密不可分，作为炎症因子的白细胞介素18在整个过程中发挥着不可忽视的作用，本文就白细胞介素18围绕炎症反应来讲述其在动脉粥样硬化的发生发展展开论述，为AS的防治及预后提供借鉴依据。

关键词：白细胞介素18动脉粥样硬化 信号通路

一、背景

动脉粥样硬化（Atherosclerosis，AS）作为最常见的心血管疾病，及其所导致的预后极差的的急性心血管事件已严重影响患者的健康，AS的发生发展的关键环节，包括细胞内的炎性浸润，炎症因子的大量分泌，以及各种炎症因子参与并导致的细胞损伤、增殖，细胞外基质重排及细胞焦亡;经研究证实AS的形成与发展，白细胞介素18起到关键作用。本文是AS中IL-18的功能作用及其作为AS治疗的可能靶点研究进展进行简要的综述，以求为AS致病及靶向治疗的基础及临床研究提供参考。

二、IL-18的生物特性

IL-18[1-4]的发现是由脂多糖注射（Lipopolysaccharide，LPS）刺激小鼠肝脏细胞中获得的。最初被认为是一种诱导性因子（Interferon-γ，IFN-γ），在白细胞介素12（Interleukin-12，IL-12）的协同作用下，可以干预T淋巴细胞、自然杀伤细胞等免疫细胞对IFN-γ的生成。同时可以促使NK细胞、Th1细胞等产生更多且更为复杂的炎症因子，此外，仍可刺激多种炎症因子的合成，部分免疫细胞如：粒细胞、巨噬细胞等都受IL-18的调控，因此在机体的先后天免疫过程中IL-18扮演着重要的角色。

曾被认为是IL-1家族的成员的IL-18，不论在在结构上或特性上都与IL-1β有较多相似之处。他们有着共同的特性是多效能的调节免疫功能。作为一种分子量为18kDa的糖蛋白，在激活方式上IL-1β有着共同之处，在Toll/IL-18受体的刺激下，再经核因子κB（Nuclear factor κB，NF-κB）促进信使RNA表达产生分子量为24KDa的IL-18前体（pro-IL-18），由激活的半胱天冬酶（caspase-1）的剪切转化生成有生物活性的成熟IL-18从细胞中分泌出来，有活性的IL-18主要来源于巨噬细胞（DC）、树突状细胞等免疫细胞、心肌细胞等组织细胞亦可分泌。存在于细胞中的基础状态是前体形式。这种特点使得成熟的IL-18在组织损伤后经剪切可迅速释放入血。在深入研究的过程中发现了一种天然的白介素18的拮抗蛋白—IL-18结合蛋白（IL-18BP）。亲和力最强的当属6个天然亚型中人IL-18BPa（hIL-18BPa）。IL-18BP基础状态下可在多种组织细胞中表达，只有少数被激活后释放到循环中。有研究证实[5]：IL-18及其受体确实存在于人类血管AS的斑块中，而且稳定斑块与不稳定的斑块中IL-18mRNA表达有着显著差异，这也提示IL-18在AS斑块不稳定性和急性心血管事件中起着关键的作用。

三、IL-18与血管内皮功能紊乱

一层来自心、血管和淋巴管内表面具有活性，内分泌功能的扁平上皮细胞被称为血管内皮细胞的物质，能合成和分泌多种内皮血管活性因子，其作用可降低血管通透性、弱化细胞的迁移、改善血管收缩与舒张、抑制血小板聚集和抗黏附等多种生理功能。血管内皮细胞功能紊乱与动脉粥样硬化过程起始阶段密不可分，周爱琴[6]等人的研究表明：白细胞介素18在由氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）干预的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）后呈现浓度和时间依赖性，表明IL-18是在内皮细胞功能障碍中致使动脉粥样硬化启动炎症的途径之一。

内皮细胞功能的调节和其多种相关因子有着复杂的关系[7]，如：血管紧张素II（AngII）、黏附因子-1（VCAM-1）、血管内皮生长因子（VEGF）等;研究表明：白细胞介素18与上述因子的激活或表达存在一定的相关性;杜梅英[8]等人研究在乙型肝炎患者中VCAM-1与IL-18二者的表达浓度明显升高，其机制可能与其存在的炎性环境相关;AS的进一步发展与血管内皮细胞[9]VEGF的表达增加呈正相关，在IL-18的刺激下VEGFmRNA的表达显著上升，且呈现剂量依赖性。对于已存在的血管紧张素II[10]相关的斑块的进展及其稳定性可以通过自主锻炼缓解IL-18相关炎症。IL-18基因[11]表达的增高与血管紧张素II致使血管平滑肌细胞的IL-18mRNA的表达增加存在一定的联系，可通过多种信号转导通路实现转换，如：1型受体和转录激活因子（STAT）等;可进行性扩增炎症反应，导致动脉粥样硬化的进一步发展。

在信号通路传导及其治疗上相关研究表明[12]IL-18可通过参与体内的免疫炎症调节反应，发挥其对NF-κB、vWF等细胞因子表达变化的调控作用同时对内皮细胞功能产生影响，其中由NF-κB信号传导通路介导的内皮细胞功能紊乱可能是其中最为主要的途径之一。郭蓓蓓[13]等人通过建立球囊损伤后新西兰大白兔动脉粥样硬化模型，治疗组通过耳缘静脉快速给予特异性拮抗剂IL-18BP来结合IL-18，在阻断IL-18这一炎症通路中同时检测NF-κB在血管中的表达情况;结果表明：IL-18BP抑制球囊损伤后内膜的增殖的机制与降低血管中NF-κB的表达进一步阻断下游炎症因子的级联激活反应有关。

四、IL-18与血管內膜重构

在动脉粥样硬化的形成及发展过程中，血管平滑肌细胞（Vascular smooth muscle cells，VSMCs）在分化、增殖及迁移至动脉内膜，最终形成纤维帽和细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）的过程，细胞外基质的降解主要由巨噬细胞产生的基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）来实现。血清MMP-9被认为与AS和血管内膜重构的关系最密切，又被称为明胶酶B，是破坏血管内弹力膜的主要酶类;大量研究表明：白细胞介素18在这一过程中发挥了关键的的作用;郭静、王宇奇、许涛[14-16]等人研究ACS患者血清中IL-18和MMP9显著升高，表明其在动脉粥样硬化的斑块形成、发展、破坏斑块的稳定性有密切联系。艾民、毛洁萍[17-18]等人的研究与血清中MMP-9与IL-18的浓度显著降低有同向的关系，从反方向证明两者与AS及心血管事件的发生的关系。

发生机制的阐述，有研究表明[19]：在IL-18干预后人主动脉平滑肌的迁移显著增加;金属基质蛋白酶参与了血管平滑肌迁移的过程，在加MMP9抑制或沉默剂后，经定量浓度的IL-18处理后人主动脉血管平滑肌细胞迁移仍显著降低。在实验中IL-18与MMP9基因水平增加呈时间和浓度依赖性，IL-18干预后测得的信号转导通路中的p-JNK、PERK、p-p38及p-AKT的水平在人主动脉平滑肌细胞中显著增加，后加入相关抑制剂后，显著降低了主动脉平滑肌细胞的迀移;证实了MMP9、MAPK、PI3K及NF-κB相关信号通路是IL-18实现对于血管平滑肌迀移的调节信号通路。ChandrasekarB[20]等的实验研究说明血管平滑肌细胞迁移及细胞外基质的降解与IL-18通过激活核因子-κB和蛋白1诱导MMP-9的转录及mRNA的表达相似同时是对实验的延申与扩展。

五、IL-18与细胞焦亡

近年来一种细胞程序性死亡方式被称为细胞焦亡，其不同于细胞凋亡或坏死，又被称为细胞的炎性死亡，由被活化的半胱氨酸蛋白酶1（Caspase-1）介导;该酶被认为是心血管疾病的危险因素之一，且与动脉狭窄程度呈正相关[21]。血管内皮细胞[22]中的Caspase-1作为剪切酶，可将促进炎症细胞因子IL-1β和IL-18的前体，分别切割为成熟的IL-1β和IL-18，促使动脉粥样硬化脂质的沉积，炎症反应的进行及斑块的的形成，并迫使其不稳定的存在于动脉内膜中。Caspase-1也能够激活免疫细胞：巨噬细胞等对IL-18的释放。此外NLRP3的相关信号通路在这一过程中有着重要的调节作用;在AS小鼠模型中[23]，NLRP3炎性小体与Caspase-1有着高度相关性的表达。同时在患有冠状动脉粥样硬化疾病的患者主动脉中发现NLRP3炎性体[24]的高表达;已有研究证实：炎症小体、caspase-1、IL-18在冠状动脉粥样硬化患者的表达均上调，在不稳定斑块中这些蛋白表达更高[25]。这与shi等人的研究相同[26]。

核苷酸结合寡聚化结构域（Nucleotide binding oligomerization domain，NOD）样受体（NLRs）即NLR炎症小体和PYHIN炎症小体（Pyrin and HIN domain-containing protein，PYHIN）的两种炎症小体。NLR炎症小体的中的一种是NLRP3，是脂质代谢和炎症发生之间的桥梁;与矽肺、克罗恩病、心血管疾病等多种疾病相关;其中较为常见的慢性炎症为病变的心血管疾病：动脉粥样硬化与NLRP3炎性小体的相关关系。可通过影响分子靶标序列（如STAT、MAPK、JNK、microRNA、ROS和PKR等）加速As的发生与进展[27];在炎症发生的过程中观察到NF-κB上调，NF-κB和TXNIP（连接氧化应激和激活炎癥的蛋白质）激活ROS反应，上调Caspase-1和IL-18的表达;相关研究证实：ApoE基因敲除小鼠及NLRP3基因沉默后，小鼠主动脉斑块体积明显减小，纤维帽增厚、动脉斑块较正常组更稳定。同时该小鼠中ABCA1和ABCG1表达上调，证实NRLRP3基因沉默对AS中的脂质代谢减弱的可能是通过ABCA1和ABCG1的表达上调，促进胆固醇流出来实现的[28-29]。

综上所述;IL-18动脉粥样硬化过程的细胞焦亡中会出现浓度升高，会加速动脉粥样硬化，促使斑块脱离动脉内膜，这也考量了IL-18是否可以作为临床一项监测AS发生与发展的指标提供依据。

六、展望

IL-18作为新近发掘的多能促炎细胞因子，现有基础及临床研究结果均显示出其作为AS预测风险以及治疗新靶点的可能性。现有研究表明结果如下：

1、IL-18可通过调节NF-κB、vWF等信号通路影响angII、血管内皮细胞因子、黏附因子等的分泌、合成及作用来进一步干预内皮损伤;

2、IL-18能够通过调节MAPK、PI3K及NF-κB相关信号通路影响MMP9调节细胞外基质的降解及平滑肌细胞的分化、增殖及迁移进而影响血管内皮重构功能;

3、IL-18前体可经Caspase-1剪切修饰后在氧化反应或其他促炎反应过程中分泌成熟的IL-18与NLRP3炎症小体相关通路起到促进细胞的炎性死亡;

能够通过调节血管内皮功能紊乱、重构、细胞焦亡等多种方式加速动脉粥样硬化的进程的作为多功能促炎细胞因子的IL-18。现代技术研究中，工业化的进程已经可以将IL-18结构明确，在炎症反应中点对点作用得以证实;但在机体内的反应仍是复杂。炎症反应是一个复杂难测的过程，能否作为炎症反应的核心因子、作为心血管炎性反应的检测指标、IL-18在治疗及预后的新靶点证据不足;在未来的研究中应着重考虑该因子在基础实验中对于多通路中的核心链的突破，这将有利于临床上对于AS发生、发展检测的敏感性以及特异性的提高;要不断借助现代科技的研究做到基础实验与临床实践相结合。最大限度的为临床治疗AS提供新靶点，为AS患者带去新保障。

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基金项目：上海市徐汇区医学科研项目（项目编号：SHXH201934）

作者简介：靳琪鹏，1996.03，男，山西晋城，在读研究生，研究方向：中西医结合治疗心血管疾病

通讯作者：李慧，女，主治医师，全科医学。