童艷麗 齊長(zhǎng)永 劉正霞 魯翔

(1.南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210003;2.南京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,江蘇 南京 211112)

心血管疾病是威脅人類(lèi)身體健康的主要原因,2019年因心血管疾病導(dǎo)致的死亡人數(shù)占全球死亡人數(shù)的1/3[1]。越來(lái)越多的研究表明,炎癥與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展密不可分。白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-22于2000年被發(fā)現(xiàn),在炎癥中起著“雙刃劍”的作用[2],大量研究[3]證實(shí),IL-22與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。可溶性受體IL-22結(jié)合蛋白(IL-22 binding protein,IL-22BP)可中和IL-22[4],但在心血管疾病中的作用尚不明確?，F(xiàn)就IL-22/IL-22BP在心血管疾病中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 IL-22和IL-22BP的生物學(xué)特性

細(xì)胞因子IL-22于2000年被發(fā)現(xiàn),最初被命名為IL-10相關(guān)T細(xì)胞衍生因子。根據(jù)其初始名稱(chēng)可知,IL-22顯示出與IL-10的高度同源性,因此被納入IL-10細(xì)胞因子家族[5]。IL-22主要由淋巴細(xì)胞產(chǎn)生,如輔助性T細(xì)胞(helper T cell,Th)1、Th17、Th22、CD8+T細(xì)胞、γδT細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、淋巴組織誘導(dǎo)細(xì)胞和3型固有淋巴細(xì)胞[6],作用于非免疫細(xì)胞,如角質(zhì)形成細(xì)胞、肝細(xì)胞、腸細(xì)胞和成纖維細(xì)胞等[4]。IL-22信號(hào)通過(guò)異二聚體跨膜受體傳遞,該受體由IL-10R2亞基和IL-22R1亞基組成,IL-22對(duì)IL-22R1具有高親和力,但對(duì)IL-10R2幾乎無(wú)親和力[7]。IL-22先與IL-22R1結(jié)合,形成的IL-22-IL-22R1復(fù)合物進(jìn)一步結(jié)合IL-10R2以傳導(dǎo)下游信號(hào)。IL-22與受體結(jié)合產(chǎn)生的復(fù)合物通過(guò)活化酪氨酸蛋白激酶,從而誘導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transduction and activator of transcription,STAT)1、STAT3及STAT5的磷酸化[8]。IL-22也可誘導(dǎo)絲裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)3大通路[p38、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控的激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和c-Jun氨基端蛋白激酶]的激活[9]。

一般來(lái)說(shuō),在上皮細(xì)胞的急性損傷中,IL-22通過(guò)誘導(dǎo)抗菌肽產(chǎn)生及上皮細(xì)胞增殖在組織修復(fù)中發(fā)揮重要作用。然而,慢性炎癥可導(dǎo)致IL-22信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)失調(diào),造成明顯的組織損傷和腫瘤的發(fā)展[2]。因此,調(diào)控IL-22的表達(dá)水平對(duì)疾病的發(fā)展有一定的影響[5]。

可溶性受體IL-22BP可結(jié)合并中和IL-22。與IL-22一樣,IL-22BP主要由免疫細(xì)胞產(chǎn)生,如樹(shù)突狀細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞等[4]。IL-22BP與IL-22結(jié)合的位點(diǎn)與IL-22R1重疊,因此,它直接干擾了IL-22和IL-22R1之間的結(jié)合。此外,IL-22與IL-22BP的親和力比IL-22R1的親和力高20～1 000倍[10]。一些研究[9]表明,IL-22BP與IL-22結(jié)合能有效抑制IL-22的功能。Huber等[11]在研究腸道疾病時(shí)發(fā)現(xiàn),IL-22BP在生理環(huán)境中高度表達(dá),在上皮屏障受損時(shí)下調(diào)。在健康的嚙齒類(lèi)動(dòng)物中,與胸腺、心臟、膀胱和肝臟等其他組織相比,IL-22BP在脾臟和腸系膜淋巴結(jié)中的含量最高,在小腸和結(jié)腸中也大量存在[12]。

2 IL-22與IL-22BP的作用機(jī)制

心血管疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制與許多病理生理因素密切相關(guān),如炎癥反應(yīng)、血管生成、血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)的增殖和遷移等。

黏附分子可促進(jìn)單核細(xì)胞和白細(xì)胞黏附到活化的內(nèi)皮細(xì)胞并誘導(dǎo)血管炎癥[13]。IL-22與其受體結(jié)合后,可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生多種黏附分子和趨化因子參與炎癥反應(yīng),如細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)[14]。一氧化氮合酶磷酸化可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-9的作用,從而下調(diào)ICAM-1和VCAM-1的表達(dá)。STAT3磷酸化可激活Ras同源基因家族成員A,重排微絲和微管,并抑制內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶磷酸化,從而促進(jìn)ICAM-1和VCAM-1的表達(dá)[15]。此外,STAT1和STAT5在調(diào)節(jié)黏附分子和趨化因子的表達(dá)中充當(dāng)促炎信號(hào)。這表明IL-22信號(hào)分子可通過(guò)激活STAT磷酸化,從而參與血管炎癥的形成。

IL-22R1在巨噬細(xì)胞中廣泛表達(dá)。研究[16]表明,IL-22與促炎巨噬細(xì)胞表型密切相關(guān)。Ye等[17]研究結(jié)果表明IL-22的缺失可誘導(dǎo)心肌巨噬細(xì)胞向抗炎表型轉(zhuǎn)變,其潛在機(jī)制涉及MAPK/Fizz3通路。Toll樣受體4信號(hào)通路在炎癥調(diào)節(jié)中起著重要作用,Toll樣受體4缺乏會(huì)誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞向抗炎表型分化,同時(shí)伴有IL-22表達(dá)水平降低[13]。此外,Gan等[18]發(fā)現(xiàn)STAT分子(如STAT1和STAT5)可驅(qū)動(dòng)巨噬細(xì)胞向促炎表型分化。IL-22/IL-22R1復(fù)合物是STAT信號(hào)分子的關(guān)鍵激活劑。因此,IL-22/IL-22R1復(fù)合物可通過(guò)調(diào)節(jié)STAT信號(hào)分子誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向促炎表型轉(zhuǎn)化。

缺血性損傷后,IL-22及IL-22R1的表達(dá)水平在內(nèi)皮細(xì)胞中顯著增加[19]。研究表明,IL-22可促進(jìn)后肢缺血小鼠血管的形成。向培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中加入重組IL-22(recombinant IL-22,rIL-22),人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中STAT3磷酸化表達(dá)明顯增強(qiáng),細(xì)胞活力與內(nèi)皮血管形成能力也有所提高。加入STAT3抑制劑后會(huì)減弱IL-22誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞存活和內(nèi)皮血管形成能力[19]。這些研究表明,STAT3是IL-22/IL-22R1復(fù)合物誘導(dǎo)血管生成所需的重要信號(hào)分子。

Rattik等[20]發(fā)現(xiàn)小鼠的VSMC中存在IL-22R1。與載脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)基因敲除(ApoE-/-)小鼠相比,雙基因敲除(ApoE-/-/IL-22-/-)小鼠的動(dòng)脈中與VSMC收縮相關(guān)基因(α-肌動(dòng)蛋白、黏著蛋白和鈣調(diào)蛋白)的表達(dá)增加。VSMC凋亡會(huì)導(dǎo)致血管重構(gòu)及炎癥加劇[21]。早期研究[22]表明,IL-22可通過(guò)STAT3、核因子-κB和MAPK依賴(lài)性途徑增強(qiáng)氣道和肺部平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移,并防止平滑肌細(xì)胞凋亡?？偟膩?lái)說(shuō),IL-22是調(diào)節(jié)VSMC增殖和遷移的重要細(xì)胞因子。

IL-22BP主要通過(guò)抑制IL-22與其受體結(jié)合來(lái)發(fā)揮生理功能,但還無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道IL-22BP的具體作用機(jī)制。

3 IL-22與心血管疾病

3.1 IL-22與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化被認(rèn)為是一種進(jìn)行性的血管壁慢性炎癥性疾病,IL-22可調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的復(fù)雜炎癥反應(yīng)[13]。早期研究[23]發(fā)現(xiàn)血清IL-22與心血管疾病的發(fā)病率獨(dú)立相關(guān),IL-22可保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受葡萄糖和溶血磷脂酰膽堿誘導(dǎo)的損傷。一項(xiàng)研究[24]表明,IL-22和IL-22R1在小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中表達(dá),并且在A(yíng)poE-/-小鼠中表達(dá)水平增加。在A(yíng)poE-/-小鼠模型中,與腹腔注射磷酸鹽緩沖溶液(phosphate buffered saline,PBS)的小鼠相比,腹腔注射rIL-22小鼠的主動(dòng)脈斑塊面積明顯增加。隨后,研究者使用抗IL-22單克隆抗體(IL-22 monoclonal antibody,IL-22 mAb)阻斷ApoE-/-小鼠中的IL-22,與對(duì)照組相比,使用了抗IL-22 mAb的小鼠主動(dòng)脈根部斑塊的面積顯著減少。Rattik等[20]也在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),與ApoE-/-小鼠相比,雙基因敲除(ApoE-/-/IL-22-/-)小鼠的主動(dòng)脈根部和主動(dòng)脈斑塊面積均減少。這些研究表明,IL-22可促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的生長(zhǎng)。

同時(shí),Shi等[24]發(fā)現(xiàn),使用腹腔注射rIL-22處理過(guò)的ApoE-/-小鼠,與對(duì)照組相比,其主動(dòng)脈斑塊中平滑肌細(xì)胞α-肌動(dòng)蛋白表達(dá)降低,膠原蛋白含量顯著增加。這與Rattik等[20]的研究結(jié)果一致。表明IL-22可通過(guò)刺激VSMC,下調(diào)收縮相關(guān)的基因表達(dá),促進(jìn)平滑肌細(xì)胞表型從收縮型轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣尚?產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,使斑塊膠原蛋白含量增多[20],有助于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定[25]。IL-22也可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群從而減緩動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。IL-22/IL-23信號(hào)的失活導(dǎo)致腸道屏障受損、腸道微生物失調(diào),從而導(dǎo)致促動(dòng)脈粥樣硬化代謝產(chǎn)物如脂多糖和三甲胺N-氧化物的增加,這些代謝產(chǎn)物使骨橋蛋白表達(dá)上調(diào)[26],促使單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞募集到炎癥部位,導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊增大[27]。向雙基因敲除(IL-23-/-/LDLR-/-)小鼠腹腔中注射rIL-22,其血清脂多糖水平降低,腸道微生物群趨于正常[26]。

綜上可知,IL-22在動(dòng)脈粥樣硬化中具有雙重作用,“矛盾”的具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

3.2 IL-22與心肌梗死

在一項(xiàng)臨床研究[28]中發(fā)現(xiàn),與穩(wěn)定型心絞痛及健康對(duì)照組相比,急性心肌梗死患者外周Th22細(xì)胞和IL-22水平明顯增加。Takahashi等[29]在心肌細(xì)胞中檢測(cè)到IL-22R的表達(dá),與PBS處理的心肌細(xì)胞相比,IL-22處理的心肌細(xì)胞中STAT3活化顯著增強(qiáng)。在心肌缺血再灌注損傷的小鼠模型中,經(jīng)腹腔注射rIL-22處理后的小鼠STAT3磷酸化表達(dá)明顯高于PBS處理的對(duì)照組,心肌梗死面積明顯減小。p53啟動(dòng)子包含一個(gè)STAT3 DNA結(jié)合位點(diǎn),STAT3的激活可抑制細(xì)胞中p53的表達(dá)[30]。Naito等[31]證實(shí)了p53表達(dá)降低可防止小鼠急性心肌梗死后心肌細(xì)胞凋亡。這表明IL-22可通過(guò)激活心肌STAT3信號(hào)通路,起到保護(hù)心臟的作用,改善缺血再灌注后的心肌損傷[29]。

3.3 IL-22和高血壓

高血壓是最常見(jiàn)的慢性疾病,也是心腦血管疾病中最重要的危險(xiǎn)因素。如果治療不當(dāng),會(huì)發(fā)生更為嚴(yán)重的腦卒中、心肌梗死或腎衰竭[3]。在一項(xiàng)小樣本的臨床研究[32]中發(fā)現(xiàn),與健康人相比,高血壓患者的血清IL-22水平顯著升高,相關(guān)性分析顯示IL-22水平與血壓呈正相關(guān)。在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的高血壓小鼠模型中,Th22細(xì)胞和IL-22水平明顯升高。分別用rIL-22、抗IL-22 mAb處理小鼠,結(jié)果發(fā)現(xiàn),使用rIL-22處理過(guò)的小鼠血壓升高,炎癥反應(yīng)放大,內(nèi)皮功能障礙加重,而使用抗IL-22 mAb處理過(guò)的小鼠則與此相反。此外,研究者也發(fā)現(xiàn),小鼠體內(nèi)STAT3磷酸化被rIL-22上調(diào),卻被抗IL-22 mAb抑制,表明STAT3的活性與IL-22水平相關(guān)。使用STAT3抑制劑后小鼠血壓降低,由此推斷IL-22可通過(guò)激活STAT3通路誘導(dǎo)內(nèi)皮功能障礙和血壓升高[32]。Akbari等[33]在臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),應(yīng)用阿托伐他汀、氯沙坦和卡托普利治療的高血壓患者血清IL-22水平較對(duì)照組升高,IL-22 rs1179251的G等位基因也與高血壓顯著關(guān)聯(lián),但I(xiàn)L-22在高血壓發(fā)病機(jī)制中的確切作用尚未闡明。

3.4 IL-22與心肌炎

心肌炎主要由各種病毒感染引起,是許多心血管疾病的危險(xiǎn)因素,例如急性心力衰竭、慢性擴(kuò)張型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)和猝死[34]。研究發(fā)現(xiàn),在感染柯薩奇病毒的小鼠模型中,其組織及血漿中IL-22和IL-22R表達(dá)升高,抗IL-22 mAb阻斷IL-22的作用后,其體內(nèi)病毒復(fù)制加快及心肌炎發(fā)展加劇。IL-22通過(guò)減少促炎因子IL-17、IL-6和腫瘤壞死因子-α的產(chǎn)生,減緩炎癥的發(fā)展,并通過(guò)升高 γ干擾素水平以抵抗病毒感染[35]。然而,在缺乏IL-17A的病毒性心肌炎(viral myocarditis,VMC)小鼠模型中,IL-22加重了VMC的嚴(yán)重性,在中和了小鼠體內(nèi)的IL-22后,小鼠心肌炎嚴(yán)重程度降低。這些結(jié)果表明,在IL-17A存在的情況下,IL-22具有抗炎作用;而在缺乏IL-17A的情況下,IL-22則會(huì)產(chǎn)生促炎效果[36]。有趣的是,在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的急性組織損傷和氣道炎癥中觀(guān)察到,IL-17A和IL-22協(xié)同促進(jìn)炎癥;而在IL-17A缺失的情況下,IL-22具有組織保護(hù)功能[37]。IL-17A在急性VMC中調(diào)節(jié)IL-22促炎或抗炎特性的確切機(jī)制尚不清楚,需待進(jìn)一步研究[36]。

急性VMC在病毒持續(xù)感染的情況下會(huì)逐漸發(fā)展成慢性心肌炎和DCM。IL-22在慢性心肌炎中的作用與急性VMC一致,即IL-22具有抗炎和抗病毒特性[38]。DCM的主要特征是廣泛的心肌纖維化,心肌纖維化的主要原因包括膠原蛋白Ⅰ型和膠原蛋白Ⅲ型的累積。Guo等[38]觀(guān)察到,在急性VMC小鼠模型中,與PBS對(duì)照組相比,抗IL-22小鼠血漿中膠原蛋白Ⅰ型和膠原蛋白Ⅲ型水平明顯上調(diào),心肌纖維化程度加劇。這表明,IL-22可通過(guò)抑制心肌纖維化從而減緩急性VMC向DCM的發(fā)展[38]。

3.5 IL-22與心臟肥大

心臟肥大是一種強(qiáng)有力的代償形式,如果病因歷久而不能被消除,最終會(huì)發(fā)展成心力衰竭,慢性心力衰竭通常是在心肌代償性肥大的基礎(chǔ)上發(fā)生的[39]。IL-22在心臟肥大中起促炎作用。研究發(fā)現(xiàn),在血管緊張素Ⅱ構(gòu)建的心臟肥大小鼠模型中,其心臟組織IL-22和IL-22R1水平比對(duì)照組顯著升高。向其注射抗IL-22中和抗體后小鼠心臟肥大的嚴(yán)重程度顯著減輕,且小鼠體內(nèi)STAT3和ERK磷酸化水平明顯降低,炎癥介質(zhì)IL-17、IL-6、IL-1β、γ干擾素和腫瘤壞死因子-α的mRNA表達(dá)下降[40],這表明IL-22可通過(guò)增加炎癥介質(zhì)的水平和上調(diào)STAT3和ERK磷酸化來(lái)促進(jìn)血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心臟肥大。

4 IL-22BP與心血管疾病

IL-22BP在心血管疾病中的作用尚不清楚,目前相關(guān)研究也較少。在臨床試驗(yàn)[41]中發(fā)現(xiàn),代謝綜合征患者血清中IL-22和IL-22BP水平顯著升高,隨后的相關(guān)性分析顯示,IL-22和IL-22BP與高血壓呈正相關(guān)。與野生型小鼠相比,IL-22BP-/-小鼠的血清IL-22以及肝臟和脂肪中IL-22信號(hào)通路(IL-22、IL-22R1、IL-10R2和STAT3)的表達(dá)顯著降低。使用高脂飲食喂養(yǎng)的IL-22BP-/-小鼠,與高脂飲食喂養(yǎng)的野生型小鼠相比,其血清炎癥因子IL-10、單核細(xì)胞趨化蛋白-1、γ干擾素和IL-12p70濃度均升高。顯然,IL-22BP的缺失進(jìn)一步加劇了高脂飲食誘導(dǎo)的慢性炎癥,可猜想IL-22BP的存在對(duì)于慢性炎癥模型中IL-22相關(guān)通路是必要的[41]。IL-22BP可通過(guò)影響IL-22信號(hào)通路對(duì)心血管疾病產(chǎn)生影響。

5 總結(jié)

IL-22/IL-22BP在許多疾病中的作用機(jī)制得以闡明,如肝臟疾病、腸道疾病和銀屑病等。IL-22在心血管系統(tǒng)疾病中起著雙重作用,但I(xiàn)L-22BP在心血管中的作用尚不明確(表1),IL-22/IL-22BP有望成為未來(lái)心血管疾病調(diào)控的一個(gè)新的、可持續(xù)的研究方向,具體機(jī)制還有待繼續(xù)深入研究。

表1 IL-22和IL-22BP在心血管疾病中的作用