IL-13与急性肺损伤(1)
白介素-13(interleukin-13,IL-13)是一种多功能细胞因子，主要由Ⅱ型T辅助细胞、肥大细胞、嗜碱细胞和单核巨噬细胞等在活化状态下分泌。其前身P600蛋白是在1993年Keystone细胞因子会议上被正式命名为IL-13。既往研究表明，它对单核细胞、B细胞、树突状细胞及内皮细胞等具有多种生物学效应[1-5]，起到调节免疫应答、炎症反应及造血功能等作用。肺部疾病状态下的炎症细胞，尤其是肺组织内的巨噬细胞和淋巴细胞分泌的IL-13与支气管哮喘、肺间质纤维化和急性肺损伤(acute lung injury, ALI)关系密切。本文概述IL-13的生物学特征及近年来其与ALI关系的研究进展。
1 IL-13及其受体的生物学特征
人IL-13基因定位于染色体的5q 23～31区，长度为4.5kb，由4个外显子和3个内含子构成，其mRNA长1.3-1.4kb，转录受抗-CD28抗体调控。IL-13基因位点下游约12kb处为IL-4的基因，提示IL-13为Th2型基因族的成员。虽然IL-13的氨基酸顺序与IL-4仅有20%～25%相同，但在与活性密切相关的首尾α-螺旋区域，二者的氨基酸顺序相同[1]，提示二者在功能上有一定的相似性。人IL-13以非糖基化蛋白的形式分泌，分子量约12KD。成熟的IL-13含有112个氨基酸残基，包含4个糖基化位点和2对二硫键。虽然从人细胞中分离到几种不同的IL-13mRNA，编码的蛋白质亦有个别氨基酸不同，但生物学活性相同。
人IL-13的受体(interleukin-13 receptor,IL-13R)基因定位于X染色体的q24区，属于细胞因子受体超家族中的IL-2R亚家族，包括IL-13Rα1和IL-13Rα2。IL-13R复合物由IL-13R与IL-4Rα组成，IL-4Rα为IL-13和IL-4所共用，转导相似的信号[6]。IL-13R复合物可分为胞外区、跨膜区和胞内区3个部分。胞外区具有4个保守的Cys，在近膜部存在TrpSerXTrpSer(WSXWS)结构，为配体结合区；跨膜区由22～28个疏水性氨基酸残基组成；胞内区不含蛋白激酶，在其近膜区有两个高度保守的氨基酸序列，即box1与box2结构。IL-13Rα1的cDNA编码427个氨基酸，与配体亲和力较低。IL-13α2与IL-13亲和力高，许多组织器官如肝脏、肺脏、心脏及T、B细胞、内皮细胞、未成熟的肥大细胞、单核细胞等都可表达。
IL-13与受体结合后，后者寡聚化，激活JAK/STAT6(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription)信号级联，活化的两个STAT6形成同源或异源的二聚体，进入细胞核内，作用于靶基因启动子区域的特异性反应元件，调节基因表达，从而影响细胞功能[7]。
2 IL-13的生物学功能与ALI的关系
2.1 IL-13对单核细胞的作用。IL-13对单核细胞形态的改变、表面抗原的表达、抗体依赖性细胞毒性和细胞因子合成有显著的调节作用。IL-13可诱导单核巨噬细胞分化[2]，抑制单核巨噬细胞产生致炎细胞因子和趋化因子，如IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等[1]。同时IL-13还能够促进单核巨噬细胞产生IL-1受体拮抗蛋白，在抑制炎症反应中有重要作用。将IL-13与IL-1β和/或IL-6共同加入人肝细胞的培养基，发现IL-13可刺激IL-1R拮抗剂蛋白及其mRNA的表达，进一步研究证实此作用与IL-13诱导STAT6和IL-1R拮抗剂启动因子形成STAT6-DNA复合体有关。IL-13不但阻断TNF诱导的NF-KBα、AP-1激活，而且抑制TNF诱导的NF-KB依赖性基因转录，削弱TNF介导的细胞毒性作用和细胞凋亡[8] 。
2.2 IL-13对B细胞的作用。IL-13在人B细胞增殖、分化、凋亡和分泌免疫球蛋白等方面发挥调节作用。IL-13促进B细胞脱氧核糖核酸合成，刺激细胞增殖，诱导B细胞表达CD23，上调MHCII类抗原的表达，在激活的CD4+T细胞存在的前提下，不仅诱导免疫球蛋白的产生，而且诱导免疫球蛋白重链的类型转换到IgG4和IgE[3]。研究表明，IL-13是除IL-4外另一种诱导B细胞胚系εRNA转录的T细胞活性因子，该εRNA的转录被认为与IgE合成有关[9]。IL-13能刺激小鼠体内IgE的分泌，且这种作用不依赖IL-4，但目前的资料不能区别这是对B细胞的直接作用，还是通过其他细胞介导的间接作用。转染IL-13片段的IL-4基因敲除大鼠的血浆IgE水平是对照组的10～100倍，而其他Ig亚型无差异，提示IL-4在IL-13的IgE诱导合成活性中不是必要的[10]。IL-13与CD40L有明显协同作用，可能通过上调Bcl-2同源物Bcl-xL、Bcl-1和Mcl-1减少外周血B细胞的自发性凋亡。
2.3 IL-13对其它细胞的作用。IL-13在体外抑制气道平滑肌细胞分泌RANTES和IL-8，此作用不依赖于内源性IL-10。IL-13能促进大颗粒淋巴细胞分泌IFN-γ，在体外抑制HIV-1在巨噬细胞内的复制。IL-13诱导人脐静脉内皮细胞表达P选择素，特异性的粘附嗜酸性粒细胞，介导后者游走[11，12]。嗜酸性细胞趋化因子是嗜酸性粒细胞的趋化剂，在IL-13转基因鼠的支气管肺泡灌洗液及肺组织中，嗜酸性细胞趋化因子含量及mRNA水平明显高于对照组，伴有嗜酸性粒细胞浸润。IL-13中和抗体可阻断嗜酸性细胞趋化因子的绝大部分活性，表明IL-13为嗜酸性细胞趋化因子的特异性诱导因子。IL-13增强多形核中性粒细胞(PMN)的环加氧酶 (COX-2)基因表达和PEG2分泌。IL-13亦可通过上调补体受体1和3，增强PMN的吞噬活性。IL-13刺激气道上皮细胞分泌转化生长因子促进上皮细胞增生和杯状细胞增生。IL-13上调肺纤维母细胞IL-6、MCP-1的分泌以及β1整合素、VCAM-1表达，触发并维持炎性细胞的募集、浸润和激活，参与气道结构重建[13]。IL-13可能通过激活肥大细胞和嗜酸性粒细胞募集，释放IL、15-HETE和PAF等炎性介质，诱导杯状细胞增生[14]。
3 IL-13对ALI的影响
ALI/成人呼吸窘迫综合征(ARDS)是败血症和创伤休克常见的并发症，尽管发病机理不很清楚，但一般认为是机体过度炎症反应的结果。主要病理改变是肺泡上皮和肺血管内皮广泛破坏，肺泡毛细血管通透性增加，并由此引起肺泡和间质水肿。ALI的严重阶段则为ARDS。ALI病程中，肺组织内有大量炎症细胞聚集，其中单核细胞和淋巴细胞是肺组织产生、释放IL-13的主要来源。作为一种多功能细胞因子，IL-13在ALI病理生理过程中的不同阶段可能发挥正反两方面的作用。
3.1 IL-13对急性肺损伤的减轻作用。中性粒细胞(PMN)在ALI发病机理中占有重要地位，PMN在肺血管床的大量扣押及激活是ALI的重要始动因素之一[15] 。正常情况下，呼吸爆发是PMN杀灭外来病原体起防护作用的重要方式。但在缺血—再灌注损伤、内毒素损伤等病理情况下，被激活的PMN则以呼吸爆发的形式产生大量氧自由基造成周围组织损伤。既往研究报道PMN耗尽的绵羊能显著降低内毒素血症后期肺微血管通透性增加程度，用氮介预先使PMN耗竭能减轻肺动脉高压程度。上述研究表明，PMN在ALI发病机理中占重要地位。IL-13增强多形核中性粒细胞(PMN)的环加氧酶(COX-2)基因表达和PGE2分泌。IL-13亦可通过上调补体受体1和3，增强PMN的吞噬活性。IL-13可通过基质金属蛋白酶(MMP)-9抑制中性粒细胞聚集[16,17]。通过对PMN聚集的抑制，IL-13可减轻ALI反应。增强PMN的吞噬活性，减少不良物的刺激。, 百拇医药(杨敏毅 王亚菲 陈 蓝)
1 IL-13及其受体的生物学特征
人IL-13基因定位于染色体的5q 23～31区，长度为4.5kb，由4个外显子和3个内含子构成，其mRNA长1.3-1.4kb，转录受抗-CD28抗体调控。IL-13基因位点下游约12kb处为IL-4的基因，提示IL-13为Th2型基因族的成员。虽然IL-13的氨基酸顺序与IL-4仅有20%～25%相同，但在与活性密切相关的首尾α-螺旋区域，二者的氨基酸顺序相同[1]，提示二者在功能上有一定的相似性。人IL-13以非糖基化蛋白的形式分泌，分子量约12KD。成熟的IL-13含有112个氨基酸残基，包含4个糖基化位点和2对二硫键。虽然从人细胞中分离到几种不同的IL-13mRNA，编码的蛋白质亦有个别氨基酸不同，但生物学活性相同。
人IL-13的受体(interleukin-13 receptor,IL-13R)基因定位于X染色体的q24区，属于细胞因子受体超家族中的IL-2R亚家族，包括IL-13Rα1和IL-13Rα2。IL-13R复合物由IL-13R与IL-4Rα组成，IL-4Rα为IL-13和IL-4所共用，转导相似的信号[6]。IL-13R复合物可分为胞外区、跨膜区和胞内区3个部分。胞外区具有4个保守的Cys，在近膜部存在TrpSerXTrpSer(WSXWS)结构，为配体结合区；跨膜区由22～28个疏水性氨基酸残基组成；胞内区不含蛋白激酶，在其近膜区有两个高度保守的氨基酸序列，即box1与box2结构。IL-13Rα1的cDNA编码427个氨基酸，与配体亲和力较低。IL-13α2与IL-13亲和力高，许多组织器官如肝脏、肺脏、心脏及T、B细胞、内皮细胞、未成熟的肥大细胞、单核细胞等都可表达。
IL-13与受体结合后，后者寡聚化，激活JAK/STAT6(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription)信号级联，活化的两个STAT6形成同源或异源的二聚体，进入细胞核内，作用于靶基因启动子区域的特异性反应元件，调节基因表达，从而影响细胞功能[7]。
2 IL-13的生物学功能与ALI的关系
2.1 IL-13对单核细胞的作用。IL-13对单核细胞形态的改变、表面抗原的表达、抗体依赖性细胞毒性和细胞因子合成有显著的调节作用。IL-13可诱导单核巨噬细胞分化[2]，抑制单核巨噬细胞产生致炎细胞因子和趋化因子，如IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等[1]。同时IL-13还能够促进单核巨噬细胞产生IL-1受体拮抗蛋白，在抑制炎症反应中有重要作用。将IL-13与IL-1β和/或IL-6共同加入人肝细胞的培养基，发现IL-13可刺激IL-1R拮抗剂蛋白及其mRNA的表达，进一步研究证实此作用与IL-13诱导STAT6和IL-1R拮抗剂启动因子形成STAT6-DNA复合体有关。IL-13不但阻断TNF诱导的NF-KBα、AP-1激活，而且抑制TNF诱导的NF-KB依赖性基因转录，削弱TNF介导的细胞毒性作用和细胞凋亡[8] 。
2.2 IL-13对B细胞的作用。IL-13在人B细胞增殖、分化、凋亡和分泌免疫球蛋白等方面发挥调节作用。IL-13促进B细胞脱氧核糖核酸合成，刺激细胞增殖，诱导B细胞表达CD23，上调MHCII类抗原的表达，在激活的CD4+T细胞存在的前提下，不仅诱导免疫球蛋白的产生，而且诱导免疫球蛋白重链的类型转换到IgG4和IgE[3]。研究表明，IL-13是除IL-4外另一种诱导B细胞胚系εRNA转录的T细胞活性因子，该εRNA的转录被认为与IgE合成有关[9]。IL-13能刺激小鼠体内IgE的分泌，且这种作用不依赖IL-4，但目前的资料不能区别这是对B细胞的直接作用，还是通过其他细胞介导的间接作用。转染IL-13片段的IL-4基因敲除大鼠的血浆IgE水平是对照组的10～100倍，而其他Ig亚型无差异，提示IL-4在IL-13的IgE诱导合成活性中不是必要的[10]。IL-13与CD40L有明显协同作用，可能通过上调Bcl-2同源物Bcl-xL、Bcl-1和Mcl-1减少外周血B细胞的自发性凋亡。
2.3 IL-13对其它细胞的作用。IL-13在体外抑制气道平滑肌细胞分泌RANTES和IL-8，此作用不依赖于内源性IL-10。IL-13能促进大颗粒淋巴细胞分泌IFN-γ，在体外抑制HIV-1在巨噬细胞内的复制。IL-13诱导人脐静脉内皮细胞表达P选择素，特异性的粘附嗜酸性粒细胞，介导后者游走[11，12]。嗜酸性细胞趋化因子是嗜酸性粒细胞的趋化剂，在IL-13转基因鼠的支气管肺泡灌洗液及肺组织中，嗜酸性细胞趋化因子含量及mRNA水平明显高于对照组，伴有嗜酸性粒细胞浸润。IL-13中和抗体可阻断嗜酸性细胞趋化因子的绝大部分活性，表明IL-13为嗜酸性细胞趋化因子的特异性诱导因子。IL-13增强多形核中性粒细胞(PMN)的环加氧酶 (COX-2)基因表达和PEG2分泌。IL-13亦可通过上调补体受体1和3，增强PMN的吞噬活性。IL-13刺激气道上皮细胞分泌转化生长因子促进上皮细胞增生和杯状细胞增生。IL-13上调肺纤维母细胞IL-6、MCP-1的分泌以及β1整合素、VCAM-1表达，触发并维持炎性细胞的募集、浸润和激活，参与气道结构重建[13]。IL-13可能通过激活肥大细胞和嗜酸性粒细胞募集，释放IL、15-HETE和PAF等炎性介质，诱导杯状细胞增生[14]。
3 IL-13对ALI的影响
ALI/成人呼吸窘迫综合征(ARDS)是败血症和创伤休克常见的并发症，尽管发病机理不很清楚，但一般认为是机体过度炎症反应的结果。主要病理改变是肺泡上皮和肺血管内皮广泛破坏，肺泡毛细血管通透性增加，并由此引起肺泡和间质水肿。ALI的严重阶段则为ARDS。ALI病程中，肺组织内有大量炎症细胞聚集，其中单核细胞和淋巴细胞是肺组织产生、释放IL-13的主要来源。作为一种多功能细胞因子，IL-13在ALI病理生理过程中的不同阶段可能发挥正反两方面的作用。
3.1 IL-13对急性肺损伤的减轻作用。中性粒细胞(PMN)在ALI发病机理中占有重要地位，PMN在肺血管床的大量扣押及激活是ALI的重要始动因素之一[15] 。正常情况下，呼吸爆发是PMN杀灭外来病原体起防护作用的重要方式。但在缺血—再灌注损伤、内毒素损伤等病理情况下，被激活的PMN则以呼吸爆发的形式产生大量氧自由基造成周围组织损伤。既往研究报道PMN耗尽的绵羊能显著降低内毒素血症后期肺微血管通透性增加程度，用氮介预先使PMN耗竭能减轻肺动脉高压程度。上述研究表明，PMN在ALI发病机理中占重要地位。IL-13增强多形核中性粒细胞(PMN)的环加氧酶(COX-2)基因表达和PGE2分泌。IL-13亦可通过上调补体受体1和3，增强PMN的吞噬活性。IL-13可通过基质金属蛋白酶(MMP)-9抑制中性粒细胞聚集[16,17]。通过对PMN聚集的抑制，IL-13可减轻ALI反应。增强PMN的吞噬活性，减少不良物的刺激。, 百拇医药(杨敏毅 王亚菲 陈 蓝)