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【摘要】IL-37是近年来发现的一种新的抗炎细胞因子类型。IL-37可在多种炎症性疾病及免疫性疾病过程中起重要作用。本文将IL-37及其在肝脏相关疾病中的作用进行综述。
【关键词】IL-37；细胞因子；肝损伤；肝纤维化；慢性乙型病毒性肝炎
【中图分类号】R4 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8801（2016）02-0015-02
IL-37（interleukin 37，IL-37）是近年来发现的IL-1家族的新成员，是一种拥有抗炎及免疫调节作用的细胞因子。IL-1F7是Kumar等[1]于2000年研究发现，并于2010年被更名为IL-37。IL-37是一种不成熟的前体肽，与经典IL - 1家族成员具有共同结构域，同IL-1家族成员如IL-1β、IL-18、IL-33一样，需经半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（caspase-1）剪切处理后才能成为成熟体，从而发挥其生物学功能[2，3]。随着对IL-37研究的不断深入，IL-37的生理功能逐渐被阐明，但目前IL-37的作用机制尚未完全清楚。目前的研究表明，IL-37可在多种炎症及免疫疾病中起重要作用。本文就IL-37的基本特征、免疫学功能、作用机制及其与肝脏相关疾病的关系进行综述。
1 IL-37的基本特征
IL-37属于IL-1家族，又被称为IL-1F7，是IL-1家族中的第7个细胞因子。同IL-1家族的大多数成员一样，人的IL-37基因定位于2号染色体，是IL-1家族中唯一没有在鼠类发现同系物的成员[4]。IL-37编码基因全长3 .617kb，存在5种类型的剪切变异体，根据表达的外显子不同分为A-E（IL-37a-e）。IL- 37b是占主导的亚型，拥有IL-1家族特有的β-barrel结构，其N末端有半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase-1）的酶切位点。该位点能够与caspase-1结合，在caspase-1作用下将IL-37b前体处理为成熟的IL-37b。不论是前体还是成熟的IL-37都可结合到IL-18受体的α链[3]。成熟的IL-37b可以进入细胞核，充当转录调节因子[5，6]。IL-37在睾丸、胸腺、子宫等组织中高表达，并且可以在人类多种细胞中表达，如外周血单核细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、角质形成细胞和树突状细胞等[7、8]。在LPS、IL-1β、LPS、TNF-α、TGF-β等刺激下以上细胞分泌IL-37增多。
2 IL-37的功能及主要作用机制
IL-37主要生理作用是抗炎、免疫调节等，在类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、LPS诱导的休克、结肠炎、刀豆蛋白诱导的急性肝损伤、肝缺血再灌注损伤、肥胖症、肿瘤的疾病模型中发挥了重要作用。研究表明IL-37能够减少的促炎因子及趋化因子的生成，从而发挥其抗炎作用[6，9，10]。IL-37的作用机制尚未完全清楚。目前研究认为IL-37可能主要通过以下途径发挥其免疫学功能。
2.1 IL-37b与IL-18
IL-37b与IL-18结构相似，IL-37b和IL-18都具有两个保守的氨基酸残基（Glu-35和Lys-124分别对应于IL-18的Glu-42和Lys-89），而这两个氨基酸残基是IL-18与IL-18结合蛋白（IL-18-binding protein，IL-18BP）结合的关键成分[11]。IL-37的前体或成熟的LL-37可以结合IL-18Rα。不过与IL-18不同的是IL-37与IL-18Ra结合后不能招募IL-18Rβ（信号转导链），因而无法产生生物学效应。IL-37本身既不是IL-18的激动剂，也不是拮抗剂。IL-37与IL-18Ra亲和力很低（IL-18与IL-18Ra的亲和力是成熟IL-37的50倍），无法与IL-18竞争IL-18a，因此对IL-18的活性无影响[12、13]。IL-18BP是IL-18的天然拮抗剂，它可以中和IL-18的作用。IL-37b与IL-18BP结合后可与IL-18Rβ形成复合物，加强IL-18BP对IL-18的抑制作用，从而抑制IL-18的信号转导通路[12]。这表明IL-37可能是IL-18的天然调节因子，IL-37可以抑制IL-18的信号转导通路，从而在炎症反应中发挥作用。
2.2 IL-37b与Smad3通路
在对Smad3相互作用的蛋白质组学研究中发现了IL-37能够与Smad3的MH2区域结合。Nold等[14]对IL-1β诱导的人单核细胞系THP-1细胞和人上皮细胞系A549细胞进行免疫荧光实验，结果发现IL-37b和磷酸化的Smad在核周及细胞基质中都有明显染色，同时用免疫沉淀法观察到了IL-37b-Smads复合物。研究还发现，如果Smad3活性在使用Smad3的特异性阻断剂SIS3阻断后，IL-37对于炎症因子的抑制作用明显受限，在IL-37转基因小鼠体内IL-37的抗炎功能也明显减弱。同样在用siRNA耗尽Smad3的THP-1细胞中发现IL-37减少炎症因子产生的能力受到抑制。说明IL-37的抗炎作用与Smad3密切相关，Smad3是IL-37的关键信号分子。
2.3 IL-37b可抑制STAT蛋白等的活性
许多促炎细胞因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号。在IL-37转染的人类单核细胞的细胞株THP-1中，发现IL-37b表达能够显著降低自发和LPS诱导的促炎细胞因子如IL-1α，IL-1β，TNF等的表达。IL-37转染的细胞中MAPKp38激酶及多种STAT蛋白活性受到抑制，多种促炎细胞因子分泌减少[14]。Smad3是STAT和STAT3的重要拮抗剂。成熟的IL-37b可转位到细胞核内，与磷酸化或非磷酸化的Smad3结合，抑制STATs1-4的磷酸化，减少促炎因子和Th1/Th17细胞因子的产生。IL-37b能抑制STATs的活性，從而影响多种炎性因子的表达。 2.4 IL-37b可以抑制DC功能
樹突状细胞（dendritic cells，Dcs）作为抗原提呈细胞，在机体的免疫应答中扮演重要角色。研究发现，IL-37b可以降低CD86、MHC II分子在DC表面的表达，明显抑制LPS诱导的DC激活[14]。IL-37b通过下调DC的活性，从而减轻炎症反应。
3 IL-37与肝脏相关疾病
3.1. IL-37与肝损伤
Bulau等[9]研究发现IL-37对ConA诱导的小鼠急性肝损伤有保护作用。尾静脉高压注射1L-37 重组质粒的小鼠肝脏细胞裂解液可检测到1L-37的表达。在 ConA注射2小时后，治疗组血清IL-1 、 IL-5、 IL-6和IL-9水平同对照组相比明显减少，同时肝脏细胞裂解液IL-6含量显著降低，而24小时后两组间血清中上述细胞因子的表达水平无显著差异。在ConA蛋白注射24后，无论对照组还是治疗组，血清ALT水平均明显升高，组织学检查发现肝脏小叶及汇管区发生明显炎症及肝细胞坏死，两组间血清ALT水平及组织学评分无显著差别。该研究表明1L-37在的短暂表达对局部炎症及系统炎症有抑制作用。
3.2 IL-37与缺血再灌注损伤
在肝脏缺血再灌注损伤[10]的研究中，作者发现IL-37对缺血再灌注损伤的肝脏有保护作用，这种保护作用与IL-37抑制肝细胞和枯否细胞产生促炎细胞因子或趋化因子的能力和对肝细胞抗氧化损伤直接保护作用有关。此外，IL-37还可以抑制中性粒细胞的聚集，有利于减轻肝损伤。进一步研究发现，IL-37的这种细胞保护作用伴随着Bcl-2蛋白表达的升高和TNF-α、MIP-2、肝ROS水平的降低。
3.3 IL-37与肝纤维化
肝纤维化发生的关键是HSC的激活和ECM的异常表达，而HSC的激活和ECM 的合成和降解过程在很大程度上由转化生长因子（transforming growth factor-beta1，TGF-β1）控制。TGF-β1是重要的致肝纤维化的细胞因子，主要通过参与TGF-β/Smad的信号转导途径在肝纤维化的发生发展过程中发挥重要作用[15]。在肝脏发生炎症时，库普弗细胞（kuffer）细胞、HSC、肝细胞等分泌的TGF-β1增加，TGF-β1与HSC表面的受体结合，通过激活Smad通路，促进HSC分泌I、III、IV型胶原、板层索（LA）等细胞外基质（ECM）的合成，并加速HSC由静止向激活的转化，同时还可以抑制金属蛋白酶（MMPs）的分泌，并上调金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）的表达，抑制ECM的降解，导致ECM的合成及降解失调，从而促使肝纤维化的发生[15，16]。Lakner等[17]发现JAK/STAT 信号通路能同时从基因水平及蛋白水平发挥作用而增加胶原蛋白的表达。IL-37能够结合到TGF-β的主要信号分子Smad3的MH2区域，也可进入细胞核与磷酸化和非磷酸化的Smad3结合，抑制STATs1-4的磷酸化，从而抑制促炎细胞因子的表达。因此推测IL-37可通过影响TGF-β/Smad通路及JAK/STAT信号通路从而影响肝纤维化的进程。
3.4.IL-37与慢性乙型病毒性肝炎
在替比夫定治疗的慢性乙型病毒性肝炎[18]中，研究发现在高病毒载量的慢性乙肝患者中IL-37的血清水平明显升高。在转氨酶异常表达的患者血清中IL-37的浓度明显高于转氨酶正常组，提示IL-37可能参与了HBeAg的血清学转换介导的免疫反应，IL-37水平反映了肝炎患者的肝损害程度。
3.5 IL-37与肝癌
IL-37在肝癌肿瘤组织低表达，并与患者预后呈负相关，提示IL-37可能在肝癌发生发展过程中发挥重要作用。张国庆等[19]在研究IL - 37对体外培养的SMM C- 7721肝癌细胞的影响中发现，与对照组比较， 重组IL-37处理组的SMMC- 7721细胞的增殖活性显著降低、穿膜细胞数明显减少。此外，研究还发现重组IL-37处理组 24 h 划痕愈合率明显小于对照组，提示IL-37可抑制SMM C-7721细胞的迁移 。综上，说明IL-37对SMMC- 7721细胞的增殖、侵袭及迁移均有抑制作用。进一步研究发现，重组的IL-37可以使SMMC -7721肝癌细胞内的p-STAT3和MMP-2蛋白表达下调，提示IL-37可能通过影响JAK/STAT3信号通路抑制肝癌细胞的增殖、侵袭和迁移能力。
4 结语
IL-37作为IL-1家族的新成员，已被多项研究证实具有抗炎和免疫抑制作用。IL-37在ConA诱导的肝炎、肝缺血再灌注损伤、肝纤维化、慢性乙型病毒性肝炎、肝癌等肝脏疾病中发挥了重要作用，有望为这些肝脏疾病的治疗提供新的途径。目前关于IL-37在肝脏相关疾病的作用并不完全清楚，其作用及机制还有待于进一步研究。
参考文献：
[1]Kumar S， McDonnell PC， Lehr R，et al.Identification and initial characterization of four novel members of the interieukin-1 family[J].J Biol Chem，2000；275 10308-10314.
[2]Bulau A-M， Nold MF， Li S， et al. Role of caspase-1 in nuclear translocation of IL-37， release of the cytokine， and IL-37 inhibition of innate immune responses.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014；111（7）：2650-2655.
[3]Kumar S， Hanning CR， Brigham-Burke MR， Rieman DJ， Lehr R， Khandekar S， Kirkpatrick RB， Scott GF， Lee JC， Lynch FJ et al： Interleukin-1F7B （IL-1H4/IL-1F7） is processed by caspase-1 and mature IL-1F7B binds to the IL-18 receptor but does not induce IFN-gamma production. Cytokine 2002；18（2）：61-71.
[4]Dinarello C， Arend W， Sims J， et al. IL-1 family nomenclature. Nature immunology. 2010；11（11）：973.
[5]Ross R，Grimmel J，GoedickeS，eta1.Analysis of nuclear localization of interleukin-1 family cytokines by flow cytometry[J].J Immunol Methods，2013；387（1-2）：219-227.
【关键词】IL-37；细胞因子；肝损伤；肝纤维化；慢性乙型病毒性肝炎
【中图分类号】R4 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8801（2016）02-0015-02
IL-37（interleukin 37，IL-37）是近年来发现的IL-1家族的新成员，是一种拥有抗炎及免疫调节作用的细胞因子。IL-1F7是Kumar等[1]于2000年研究发现，并于2010年被更名为IL-37。IL-37是一种不成熟的前体肽，与经典IL - 1家族成员具有共同结构域，同IL-1家族成员如IL-1β、IL-18、IL-33一样，需经半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（caspase-1）剪切处理后才能成为成熟体，从而发挥其生物学功能[2，3]。随着对IL-37研究的不断深入，IL-37的生理功能逐渐被阐明，但目前IL-37的作用机制尚未完全清楚。目前的研究表明，IL-37可在多种炎症及免疫疾病中起重要作用。本文就IL-37的基本特征、免疫学功能、作用机制及其与肝脏相关疾病的关系进行综述。
1 IL-37的基本特征
IL-37属于IL-1家族，又被称为IL-1F7，是IL-1家族中的第7个细胞因子。同IL-1家族的大多数成员一样，人的IL-37基因定位于2号染色体，是IL-1家族中唯一没有在鼠类发现同系物的成员[4]。IL-37编码基因全长3 .617kb，存在5种类型的剪切变异体，根据表达的外显子不同分为A-E（IL-37a-e）。IL- 37b是占主导的亚型，拥有IL-1家族特有的β-barrel结构，其N末端有半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase-1）的酶切位点。该位点能够与caspase-1结合，在caspase-1作用下将IL-37b前体处理为成熟的IL-37b。不论是前体还是成熟的IL-37都可结合到IL-18受体的α链[3]。成熟的IL-37b可以进入细胞核，充当转录调节因子[5，6]。IL-37在睾丸、胸腺、子宫等组织中高表达，并且可以在人类多种细胞中表达，如外周血单核细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、角质形成细胞和树突状细胞等[7、8]。在LPS、IL-1β、LPS、TNF-α、TGF-β等刺激下以上细胞分泌IL-37增多。
2 IL-37的功能及主要作用机制
IL-37主要生理作用是抗炎、免疫调节等，在类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、LPS诱导的休克、结肠炎、刀豆蛋白诱导的急性肝损伤、肝缺血再灌注损伤、肥胖症、肿瘤的疾病模型中发挥了重要作用。研究表明IL-37能够减少的促炎因子及趋化因子的生成，从而发挥其抗炎作用[6，9，10]。IL-37的作用机制尚未完全清楚。目前研究认为IL-37可能主要通过以下途径发挥其免疫学功能。
2.1 IL-37b与IL-18
IL-37b与IL-18结构相似，IL-37b和IL-18都具有两个保守的氨基酸残基（Glu-35和Lys-124分别对应于IL-18的Glu-42和Lys-89），而这两个氨基酸残基是IL-18与IL-18结合蛋白（IL-18-binding protein，IL-18BP）结合的关键成分[11]。IL-37的前体或成熟的LL-37可以结合IL-18Rα。不过与IL-18不同的是IL-37与IL-18Ra结合后不能招募IL-18Rβ（信号转导链），因而无法产生生物学效应。IL-37本身既不是IL-18的激动剂，也不是拮抗剂。IL-37与IL-18Ra亲和力很低（IL-18与IL-18Ra的亲和力是成熟IL-37的50倍），无法与IL-18竞争IL-18a，因此对IL-18的活性无影响[12、13]。IL-18BP是IL-18的天然拮抗剂，它可以中和IL-18的作用。IL-37b与IL-18BP结合后可与IL-18Rβ形成复合物，加强IL-18BP对IL-18的抑制作用，从而抑制IL-18的信号转导通路[12]。这表明IL-37可能是IL-18的天然调节因子，IL-37可以抑制IL-18的信号转导通路，从而在炎症反应中发挥作用。
2.2 IL-37b与Smad3通路
在对Smad3相互作用的蛋白质组学研究中发现了IL-37能够与Smad3的MH2区域结合。Nold等[14]对IL-1β诱导的人单核细胞系THP-1细胞和人上皮细胞系A549细胞进行免疫荧光实验，结果发现IL-37b和磷酸化的Smad在核周及细胞基质中都有明显染色，同时用免疫沉淀法观察到了IL-37b-Smads复合物。研究还发现，如果Smad3活性在使用Smad3的特异性阻断剂SIS3阻断后，IL-37对于炎症因子的抑制作用明显受限，在IL-37转基因小鼠体内IL-37的抗炎功能也明显减弱。同样在用siRNA耗尽Smad3的THP-1细胞中发现IL-37减少炎症因子产生的能力受到抑制。说明IL-37的抗炎作用与Smad3密切相关，Smad3是IL-37的关键信号分子。
2.3 IL-37b可抑制STAT蛋白等的活性
许多促炎细胞因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号。在IL-37转染的人类单核细胞的细胞株THP-1中，发现IL-37b表达能够显著降低自发和LPS诱导的促炎细胞因子如IL-1α，IL-1β，TNF等的表达。IL-37转染的细胞中MAPKp38激酶及多种STAT蛋白活性受到抑制，多种促炎细胞因子分泌减少[14]。Smad3是STAT和STAT3的重要拮抗剂。成熟的IL-37b可转位到细胞核内，与磷酸化或非磷酸化的Smad3结合，抑制STATs1-4的磷酸化，减少促炎因子和Th1/Th17细胞因子的产生。IL-37b能抑制STATs的活性，從而影响多种炎性因子的表达。 2.4 IL-37b可以抑制DC功能
樹突状细胞（dendritic cells，Dcs）作为抗原提呈细胞，在机体的免疫应答中扮演重要角色。研究发现，IL-37b可以降低CD86、MHC II分子在DC表面的表达，明显抑制LPS诱导的DC激活[14]。IL-37b通过下调DC的活性，从而减轻炎症反应。
3 IL-37与肝脏相关疾病
3.1. IL-37与肝损伤
Bulau等[9]研究发现IL-37对ConA诱导的小鼠急性肝损伤有保护作用。尾静脉高压注射1L-37 重组质粒的小鼠肝脏细胞裂解液可检测到1L-37的表达。在 ConA注射2小时后，治疗组血清IL-1 、 IL-5、 IL-6和IL-9水平同对照组相比明显减少，同时肝脏细胞裂解液IL-6含量显著降低，而24小时后两组间血清中上述细胞因子的表达水平无显著差异。在ConA蛋白注射24后，无论对照组还是治疗组，血清ALT水平均明显升高，组织学检查发现肝脏小叶及汇管区发生明显炎症及肝细胞坏死，两组间血清ALT水平及组织学评分无显著差别。该研究表明1L-37在的短暂表达对局部炎症及系统炎症有抑制作用。
3.2 IL-37与缺血再灌注损伤
在肝脏缺血再灌注损伤[10]的研究中，作者发现IL-37对缺血再灌注损伤的肝脏有保护作用，这种保护作用与IL-37抑制肝细胞和枯否细胞产生促炎细胞因子或趋化因子的能力和对肝细胞抗氧化损伤直接保护作用有关。此外，IL-37还可以抑制中性粒细胞的聚集，有利于减轻肝损伤。进一步研究发现，IL-37的这种细胞保护作用伴随着Bcl-2蛋白表达的升高和TNF-α、MIP-2、肝ROS水平的降低。
3.3 IL-37与肝纤维化
肝纤维化发生的关键是HSC的激活和ECM的异常表达，而HSC的激活和ECM 的合成和降解过程在很大程度上由转化生长因子（transforming growth factor-beta1，TGF-β1）控制。TGF-β1是重要的致肝纤维化的细胞因子，主要通过参与TGF-β/Smad的信号转导途径在肝纤维化的发生发展过程中发挥重要作用[15]。在肝脏发生炎症时，库普弗细胞（kuffer）细胞、HSC、肝细胞等分泌的TGF-β1增加，TGF-β1与HSC表面的受体结合，通过激活Smad通路，促进HSC分泌I、III、IV型胶原、板层索（LA）等细胞外基质（ECM）的合成，并加速HSC由静止向激活的转化，同时还可以抑制金属蛋白酶（MMPs）的分泌，并上调金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）的表达，抑制ECM的降解，导致ECM的合成及降解失调，从而促使肝纤维化的发生[15，16]。Lakner等[17]发现JAK/STAT 信号通路能同时从基因水平及蛋白水平发挥作用而增加胶原蛋白的表达。IL-37能够结合到TGF-β的主要信号分子Smad3的MH2区域，也可进入细胞核与磷酸化和非磷酸化的Smad3结合，抑制STATs1-4的磷酸化，从而抑制促炎细胞因子的表达。因此推测IL-37可通过影响TGF-β/Smad通路及JAK/STAT信号通路从而影响肝纤维化的进程。
3.4.IL-37与慢性乙型病毒性肝炎
在替比夫定治疗的慢性乙型病毒性肝炎[18]中，研究发现在高病毒载量的慢性乙肝患者中IL-37的血清水平明显升高。在转氨酶异常表达的患者血清中IL-37的浓度明显高于转氨酶正常组，提示IL-37可能参与了HBeAg的血清学转换介导的免疫反应，IL-37水平反映了肝炎患者的肝损害程度。
3.5 IL-37与肝癌
IL-37在肝癌肿瘤组织低表达，并与患者预后呈负相关，提示IL-37可能在肝癌发生发展过程中发挥重要作用。张国庆等[19]在研究IL - 37对体外培养的SMM C- 7721肝癌细胞的影响中发现，与对照组比较， 重组IL-37处理组的SMMC- 7721细胞的增殖活性显著降低、穿膜细胞数明显减少。此外，研究还发现重组IL-37处理组 24 h 划痕愈合率明显小于对照组，提示IL-37可抑制SMM C-7721细胞的迁移 。综上，说明IL-37对SMMC- 7721细胞的增殖、侵袭及迁移均有抑制作用。进一步研究发现，重组的IL-37可以使SMMC -7721肝癌细胞内的p-STAT3和MMP-2蛋白表达下调，提示IL-37可能通过影响JAK/STAT3信号通路抑制肝癌细胞的增殖、侵袭和迁移能力。
4 结语
IL-37作为IL-1家族的新成员，已被多项研究证实具有抗炎和免疫抑制作用。IL-37在ConA诱导的肝炎、肝缺血再灌注损伤、肝纤维化、慢性乙型病毒性肝炎、肝癌等肝脏疾病中发挥了重要作用，有望为这些肝脏疾病的治疗提供新的途径。目前关于IL-37在肝脏相关疾病的作用并不完全清楚，其作用及机制还有待于进一步研究。
参考文献：
[1]Kumar S， McDonnell PC， Lehr R，et al.Identification and initial characterization of four novel members of the interieukin-1 family[J].J Biol Chem，2000；275 10308-10314.
[2]Bulau A-M， Nold MF， Li S， et al. Role of caspase-1 in nuclear translocation of IL-37， release of the cytokine， and IL-37 inhibition of innate immune responses.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014；111（7）：2650-2655.
[3]Kumar S， Hanning CR， Brigham-Burke MR， Rieman DJ， Lehr R， Khandekar S， Kirkpatrick RB， Scott GF， Lee JC， Lynch FJ et al： Interleukin-1F7B （IL-1H4/IL-1F7） is processed by caspase-1 and mature IL-1F7B binds to the IL-18 receptor but does not induce IFN-gamma production. Cytokine 2002；18（2）：61-71.
[4]Dinarello C， Arend W， Sims J， et al. IL-1 family nomenclature. Nature immunology. 2010；11（11）：973.
[5]Ross R，Grimmel J，GoedickeS，eta1.Analysis of nuclear localization of interleukin-1 family cytokines by flow cytometry[J].J Immunol Methods，2013；387（1-2）：219-227.