IL-33/ST2信号通路与炎症性肠病的关系*

董月美 张 方 赵美华 马 娜 冯百岁

郑州大学第二附属医院消化内科(450014)

炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)是一种原因不明的肠道慢性疾病，主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)和克罗恩病(Crohn’s disease, CD)。越来越多的研究表明，基因、环境、免疫、微生物等均与IBD肠道屏障破坏密切相关[1]。白细胞介素-33(IL-33)是新发现的IL-1超家族细胞因子，通过其受体ST2介导的通路参与多种免疫相关疾病的发生、发展，包括IBD，但其作用机制尚未明确。IL-33被认为是细胞破坏或凋亡相关的“警戒素”，广泛表达于多种细胞，如成纤维细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、肠上皮细胞、树突细胞以及巨噬细胞等，参与机体多种组织损伤过程，并与IBD的发生、发展密切相关[2]。有研究证实在CD和UC发病中，IL-33的作用机制不尽相同[3-4]，可能在肠黏膜中发挥促炎和保护的双重作用。研究显示，IL-33/ST2信号通路与IL-1受体辅助蛋白结合后发挥促炎效应，同时与肠道黏膜保护和黏液屏障修复、促纤维化以及肿瘤的发生、发展等有关联[5]。本文就IL-33/ST2信号通路与IBD的关系作一综述。

一、IL-33的生物学特性

作为高内皮小静脉核因子(nuclear factor of high endo-thelial venules, NFHEV)，IL-33基因定位于人9号染色体上，该基因共包含7个外显子，第1～3个外显子编码与IL-33核定位有关的N末端序列，其余外显子编码IL-1家族共有的C末端序列[6]。细胞核内全长IL-33可通过染色体结合基序MXLRSG片段与组蛋白H2A、H2B形成的二聚体与染色体结合，介导幼稚CD4+T细胞分化为Th2细胞，调控肠道固有层Th2型免疫反应[7]。但近期研究[8]表明CD患者末端结肠和盲肠固有层黏膜调节性T细胞(Treg细胞)数量明显高于健康对照组，IL-33通过作用于肠道Treg细胞，增加结肠组织内ST2+Treg细胞的数量，进而参与特定病毒介导的Th1型免疫反应。此外，IL-33可刺激幼稚树突细胞分化成熟，后者可发挥抗原呈递作用，并促进炎性因子IL-1β 和 IL-6产生[7]。IBD发病机制与Th1、Th2型免疫反应失衡以及Th17细胞分化状态均相关，如白血病抑制因子(LIF)可通过某种机制阻断Th17细胞分化，从而减轻IBD相关结肠炎症的进展[9]。

胞外IL-33亦可诱导内皮下中性粒细胞或内皮下细胞紧密连接受体蛋白、主要组织相容性复合物(MHC)Ⅰ类分子、抗原呈递相关细胞因子等表达增多[10]。IBD活动期肠道固有层存在大量中性粒细胞浸润，中性粒细胞促进活性氧簇(ROS)和核因子-κB(NF-κB)相关炎性因子释放，加速疾病进程。同时，IL-33经中性粒细胞弹性蛋白酶、组织蛋白酶G等剪切和转录后修饰，转化为成熟IL-3395-270、 IL-3399-270、IL-33109-270等肽段，这些成熟肽段的生物学活性较之前增加10～30倍[11-13]。

二、IL-33/ST2信号通路

IL-33通过与ST2受体结合发挥生物学活性，ST2受体类似于IL-1相关受体(IL1RL1)，均属Toll-IL-1受体(TIR)家族。体内ST2存在4种亚型：ST2L、sST2、ST2V以及ST2LV。其中，ST2L和sST2主要在IBD以及其他免疫相关疾病中发挥调节作用。ST2L受体包括免疫球蛋白结构域、跨膜结构和TIR胞质结构域三个部分；sST2(可溶性受体)含有免疫球蛋白结构域和9个氨基酸序列。IL-33与ST2L和IL-1受体辅助蛋白组成的受体复合物结合，将信号从胞外传递至胞内，并伴随IL-1激酶(I-RAK)介导肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6, TRAF6)和髓样分化因子88(MyD88)或其衔接蛋白的募集，从而激活下游的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，而MAPK可反作用于c-JUN的N端激酶(JNK)，活化核转录因子激活蛋白-1(activator protein-1, AP-1)，调节基因转录[14-15]。同时，TRAF6亦可激活NF-κB激酶复合体抑制物(IKK)，引发Th2型免疫反应，促进IL-13、IL-5、IL-4等炎性因子生成[16]。

三、IL-33/ST2信号通路与IBD

1. IL-33促进炎症进展：研究指出IL-33主要随细胞凋亡被大量释放，启动机体固有免疫[17]。Toll样受体(TLRs)主要存在于模式识别受体细胞膜上，参与免疫反应的激活、炎性疾病的发生以及肿瘤的发病等过程。有研究认为TLR4可能参与刺激IL-33产生并激活其受体通路，IL-33通过与受体ST2和IL-1受体辅助蛋白相互作用，激活NF-κB 和MAPK激酶信号通路，促进极化的Th2细胞产生Th2型细胞因子，如IL-5 、IL-13等，最终破坏黏膜相关器官的完整性，如胃肠道黏膜[18]。此外，IBD患者肠道免疫失调与中性粒细胞、浆细胞、嗜酸性粒细胞等多种炎性细胞浸润有关。对IBD炎性肠黏膜的研究[19]显示，IL-33可增加嗜酸性粒细胞浸润并共定位表达，而嗜酸性粒细胞可介导白三烯、前列腺素等炎性介质的产生，并发挥抗原呈递功能参与炎症进展。进一步研究发现，Th2型免疫反应为主的UC患者IL-33水平不仅与疾病活动性相关，且其相关蛋白水平明显高于健康对照组和缓解期患者，但在以Th1型免疫反应为主的CD患者中上述表现却不明显[20]。肠固有层间充质细胞参与肠道固有免疫、免疫稳态、上皮屏障维持等，有学者发现，IBD患者肠道间充质细胞IL-33表达水平增高，参与加速肠道炎症反应、抑制伤口愈合以及破坏黏膜屏障等进程[21]。

2. IL-33与肠纤维化形成：肠纤维化形成过程与内皮细胞损伤、炎性因子释放、细胞外基质(ECM)相关细胞激活以及ECM的沉积、促纤维化因子释放等有关，最终导致肠腔狭窄[22]。ST2受体分布于成纤维细胞表面，IL-33/ST2信号通路通过刺激炎性因子IL-13产生，介导纤维化相关下游分子，如胶原蛋白、纤连蛋白等表达[23]。NF-κB在多种炎性疾病中调控疾病进程，其激活可导致持续的炎症反应、ECM合成，促进纤维化进程[24]。而IL-33/ST2信号通路发挥作用与NF-κB的激活有关，该通路亦可能与IBD特别是CD肠道纤维化的发生有关。此外，IL-33亦可增强Ⅰ型胶原α1 链(COL1A1)、Ⅲ型胶原α1链(COL3A1)、结缔组织生长因子(CTGF)等的表达，其中CTGF可通过促进纤维蛋白和胶原蛋白表达引起ECM沉积，诱导肠道纤维化形成[25-27]。IBD患者肠道微生物失调是IBD发病机制中肠道黏膜免疫紊乱的主要原因之一。其中，黏附侵袭性大肠埃希菌被认为可能参与IBD，特别是CD纤维化的形成过程[28]。Imai等[29]进一步研究发现，该致病菌通过鞭毛蛋白诱导ST2受体表达增多，通过IL-33/ST2通路促进肠道纤维化，这一发现为肠道纤维化的治疗提供了新思路。近期研究[28]发现，IL-33激活并参与由Th1细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)、自然杀伤T淋巴细胞(NKT细胞)等介导的Th1型免疫反应，该过程可能与纤维化过程紧密相关。

3. IL-33与肠道黏膜屏障：肠道黏膜屏障由黏膜肠腔面至黏膜毛细血管管腔之间的多种组织成分，如肠上皮、结缔组织、表面黏液层、毛细血管等构成。其中，杯状细胞分泌黏液糖蛋白，以黏蛋白2(MUC2)为主，参与肠道表面黏液层的组成[30]。研究[31]显示IL-33通过调节巨噬细胞由M1型向M2型转化，影响MUC2 mRNA表达，经蛋白质的二聚化、糖基化、寡聚化等生物学过程，促进MUC2生成，修复杯状细胞并减轻肠道炎症，保护肠上皮的完整性。有研究[32]表明，肥大细胞作为一类组织驻留免疫细胞，优先分布于躯体屏障组织，如皮肤和黏膜，亦包括肠上皮细胞间。肥大细胞通过调节肠上皮细胞通透性、免疫信号通路、炎症的发生和消退、组织重塑等过程参与IBD疾病进程。肥大细胞高表达IL-33受体ST2，通过调节IL-33/ST2信号通路，促进细胞因子IL-13 和 IL-22生成。其中，IL-13主要由Th2细胞分泌产生，而CD和UC的发病机制可能与Th1/Th2比例失调有关，因此IL-33亦可通过调节Th细胞间的平衡影响疾病进程。IL-13还可与STAT6作用，促进上皮细胞存活和迁移。IL-22通过特异性表达于上皮细胞的IL-22受体直接作用于肠上皮细胞，促进肠腔内黏液生成和上皮细胞增殖、迁移，从而保护肠道黏膜[33]。紧密连接蛋白-1(ZO-1)、链接黏附分子(JAMs)、咬合蛋白 (occludin)、 闭合蛋白(claudins)等紧密连接蛋白参与肠道黏膜修复，而肥大细胞可通过脱颗粒过程促进ZO-1蛋白表达。低氧诱导因子-1α(HIF-1α)在IBD患者肠道组织黏膜中大量聚集，参与肠上皮细胞完整性和免疫平衡的维持。近期有学者认为，HIF-1α可通过刺激IL-33过表达抑制炎症进展，维持肠道黏膜稳态[34]。此外，Xiao等[35]的研究发现，IL-33可促进肠上皮细胞中抗菌肽-胰衍生蛋白3γ(Reg3γ)生成，进而抑制肠道细菌增殖，保护肠黏膜免受细菌过度侵袭。IL-33还参与诱导与信号转导、稳态维持、细胞生长等相关的细胞因子如血管生成素相关蛋白2、Reg3β等表达，维持肠道内环境稳态[32]。IL-33可通过促进肠上皮细胞生成胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)，间接作用于树突细胞、巨噬细胞、诱导性Treg细胞，分泌IL-10和转化生长因子-β(TGF-β)，发挥黏膜保护作用[36]。

4. IL-33与肿瘤发生：肿瘤发生过程与Th1/Th2型免疫反应平衡有关。有研究[37]发现Th1型免疫反应倾向于促进肿瘤细胞互相排斥，而Th2型免疫反应则可抑制抗肿瘤免疫并促进伤口愈合、促进肿瘤发生。炎性因子前列腺素E2通过增加树突细胞内IL-33表达，破坏Th1/Th2型免疫反应平衡，最终促进肿瘤发生。IL-33可通过ST2/NF-κB途径增强基质金属蛋白酶(MMP2/MMP9)表达以刺激细胞迁移，促进肿瘤细胞侵袭和生长[38]。此外，在结直肠癌中，IL-33可刺激促血管生长因子，如血管内皮生长因子(VEGF)分泌增加[39]。然而，在炎症相关结肠癌小鼠模型中，IL-33缺失导致小鼠体内肿瘤数量和体积增加，可能与IL-33调节肠道免疫球蛋白A(IgA)微生物轴有关[40]。

四、结语

综上所述，IL-33/ST2信号通路参与了IBD的疾病进程。该通路首先可介导Th2型免疫反应，参与促炎过程；其次，可激活纤维化细胞因子产生以及相关胶原蛋白表达，促进ECM沉积；再次，可通过调节巨噬细胞表型、紧密连接蛋白表达以及抗菌肽分泌等机制参与黏膜保护作用；最后，可影响结肠炎相关结肠肿瘤的发生和预后。因此，IL-33/ST2轴有可能成为IBD新的治疗靶点。但IL-33/ST2通路及其成员的作用机制仍需深入探究，为IBD治疗方案的选择和疾病预后评估提供新思路。