IL12家族新成员及其在免疫应答中的重要调节作用

【关键词】 IL12; IL23; IL27; IL35; 免疫调节

　　白细胞介素12(Interleukin12， IL12)家族成员IL12、 IL23、 IL27三者及其各自受体在结构上的相似性， 使得它们在发挥调节NK细胞活性、 T细胞增殖和细胞因子产生以及抗体类别转换等方面的功能相互重叠但又不完全相同。而2007年发现的该家族的另一新成员IL35， 结构上虽与其他3个成员同源， 但却具有独特的生物学功能， 是一种主要由调节性T细胞(Treg)分泌的抑制性细胞因子。IL12家族各成员以及同其他细胞因子之间存在着相互协同、 相互拮抗的网络， 不仅在细胞内感染及炎症过程中起着重要的调节作用， 而且与银屑病、 多发性硬化症、 Crohn’s病等多种临床疾病的发病密切相关。IL12家族相关生物制品在自身免疫性疾病、 感染性疾病以及肿瘤的治疗中有着广阔的应用前景。

　　1 IL12家族及其受体的结构和相互联系

　　IL12家族中的成员IL12、 IL23、 IL27及最新发现的IL35均为异源二聚体。每一个异源二聚体细胞因子均由1个单体4－折叠螺旋束样细胞因子 (four helix bundle cytokines)亚单位(IL12p35、 IL23p19、 IL27p28、 IL35p35)和1个可溶型细胞因子受体样亚单位(p40和EBI3)组成。已鉴定出的IL12家族不同成员的受体均为异源二聚体， 属Ⅰ型细胞因子受体， 由IgSF、 CKR或Fn3结构域组成(图1)。

　　图1 IL12家族成员及其受体结构

　　1.1 IL12及其受体 IL12在1991年被克隆并成功表达［1］。它由Mr 35 000的p35和Mr 40 000的p40两个亚单位通过两个二硫键连接， 又称IL12p70。其中p35亚单位与IL6、 GCSF和鸡骨髓单核细胞生长因子具有同源性; p40属促红细胞生成素受体家族， 与IL6Rα的胞外区结构域、 睫状神经元营养因子(CNTF)受体及GCSF受体有同源性［2］。IL12受体为IL12Rβ1/IL12Rβ2二聚体， 两个亚单位均属细胞因子受体家族gp130亚族。单独的一个亚单位结合配体为低亲和力， 只有两者共表达后才能产生IL12高亲和力结合的位点。其中IL12 Rβ2发挥信号转导功能， IL12与其受体的相互作用引起“两面神”激酶(Janus Kinase)JAK2和TyK2相互磷酸化而激活， 进而催化受体发生酪氨酸磷酸化， 募集含Sh3结构域的信号转导及转录活化因子(signal transducer and activator of transcription， STAT)4、 STAT3、 STAT1和STAT5， 使其在JAK2和TyK2的作用下发生磷酸化， 其中磷酸化的STAT4在胞质形成同源二聚体进入胞核， 调节目的基因表达。STAT3还可调节DCs中IL12p40启动子对NFκB的募集［3］。另外在某些情况下， IL12p40还可以二硫键连接形成同源二聚体IL12(p40)2或称IL12p80。

　　1.2 IL23及其受体 IL23由p40和p19两个亚单位组成， 其中p40亚单位与IL12共用。p19亚单位具有IL6细胞因子家族成员的特征， 在氨基酸序列水平上与IL12p35亚单位同源性最高。IL23受体为IL12Rβ1/IL23R二聚体， 其中p40亚单位仍结合IL12Rβ1 。结构上IL23R与IL12Rβ2有很大相似性， 胞膜外区包括1个IgSF和2个CKR结构域， 胞质区有3个潜在的Sh3结构域和2个STAT结合位点。IL23与其受体结合后， 同样引起JAK2和TyK2的磷酸化， 募集并磷酸化STAT3、 STAT4、 STAT1和STAT5， 其中STAT3和STAT4结合形成异源二聚体， 在IL23的信号转导中发挥主要作用。另外发现至少有6种IL23R亚型（IL23R16）， 由差异剪接所形成［4］。

　　1.3 IL27及其受体 IL27由EB病毒诱导的基因3(EB virusinduced gene3)编码的EBI3和p28两个亚单位组成。EBI3最初在EBV转化的B细胞中发现， 主要表达在髓样细胞谱系中， 结构上与IL12p40和IL6Rα亚单位同源; p28与IL12p35和IL6有一定的同源性， 且p28有14个带负电荷的氨基酸残基， 这在其他细胞因子中未曾发现。IL27受体为IL27R/gp130异源二聚体， 其中gp130亚单位与IL6家族成员受体亚单位gp130共有。gp130相关的受体与相应细胞因子结合后， 引起JAK1、 JAK2和TyK2的磷酸化。因此IL27与其受体结合后， 即通过这三种激酶的磷酸化募集STAT1、 STAT3和STAT5， 其中主要由磷酸化的STAT1介导其信号转导。

　　1.4 IL35 2007年， Liew和Vignali等［5， 6］两个小组分别报道了IL35。IL35由EBI3和p35两个亚单位组成， 分别与IL27和IL12所共有。人和小鼠中都已发现有IL35存在。IL35受体仍未鉴定出来。2 IL12家族的产生和调节及其生物学功能

　　2.1 IL12家族的产生与调节 IL12、 IL23和IL27主要由活化的单核细胞、 巨噬细胞(Mφ)和树突状细胞(DC)产生， 基因编码的两个亚单位需表达在同一个细胞上才能产生有生物学活性的异源二聚体。如编码IL12p35和IL23p19的mRNA可在不同的细胞和组织中出现， 包括已知不产生IL12和IL23的淋巴细胞， 而编码p40亚单位的mRNA基因严格表达在能产生具有生物学活性的异源二聚体的细胞上， 编码EBI3的mRNA则主要表达在扁桃腺和脾细胞等造血细胞上。与前三个成员不同， IL35由Foxp3＋调节性T细胞(regulatory T cell， Treg)优先分泌， 当Treg与效应T细胞共培养时， Treg中IL35基因表达明显上调。目前已知， EBI3是Treg细胞中转录因子Foxp3下游作用的靶分子。另外， EB病毒转化的B细胞、 γδT细胞、 CD8＋T细胞亚群、 DC和Mφ也可表达IL35［6］。IL12、 IL23、 IL27各自的受体广泛分布在Mφ、 DC、 NK细胞及活化的T细胞表面， 编码IL27R和gp130的mRNA还可在B细胞、 肥大细胞和内皮细胞中检测到。另外， 在初始CD4+T细胞和记忆性CD4+ T细胞上， 这些受体的表达水平有所不同， 小鼠初始CD4+T细胞(CD45RBhi)表达相对高水平的IL12Rβ2、 低水平的IL23R; 相比之下， 记忆性T细胞(CD4+CD45RBlo)则表达相对高水平的IL23R、 低水平的IL12Rβ2［7］。

　　微生物是IL12家族细胞因子产生的强有力诱导者。接触到病原微生物后是DCs首先产生IL12， 而且DC迅速产生IL12并不依赖于IFNγ和T细胞。不同的微生物产物刺激DC和Mφ 可产生不同的细胞因子， 例如G+菌胞壁肽聚糖优先刺激IL12的产生; 而百日咳毒素通过抑制G蛋白耦联受体导致cAMP升高， 优先诱导IL23的表达。活化的DCs上不同的Toll样受体(Toll like receptor， TLR)可诱导IL12家族中异二聚体细胞因子产生， TLR4信号途径特异性促进IL12产生， 而TLR2更易诱导IL12p80和IL23的产生。IFNγ促进p35、 p40基因的转录， IL4受体介导的信号也可增强IL12的产生。体外IL4和IL13比IFNγ更有效的增强p40和p35基因的转录。T细胞促进IL12产生不仅通过其产生的IFNγ和IL4， 还可通过直接的细胞细胞间接触， 如 T细胞上的CD40L与APCs上的CD40接触。IL12p40最初认为是IL12的调节性亚单位， p35 mRNA表达和编码蛋白的分泌， 可能是IL12产生的限速因素。

　　Ⅱ型细胞因子如IL10和Ⅰ型IFN以及TGFβ和TNF等可抑制IL12产生， IL10阻断p35、 p40亚单位基因的转录， 并可降低LPS引起的IL23p19在Mφ上的表达。此外， 趋化因子MCP1～MCP4、 补体成分C5a以及甲酰肽fMLP通过结合至G蛋白耦联受体(GPCR)途径可抑制Mφ产生IL12。

　　2.2 IL12家族的生物学功能 IL12相关细胞因子的基本生物学功能主要是调节NK细胞活化、 T细胞增殖和细胞因子的产生以及B细胞抗体产生。值得注意的是， 人IL12作用有种属特异性， 人IL12对小鼠细胞作用甚微， 而小鼠IL12对小鼠和人的淋巴细胞均有明显的刺激活性， 这种作用模式在细胞因子中很独特。

　　2.2.1 调节NK细胞功能 IL12、 IL23及IL27均可诱导NK细胞产生IFNγ， 并与其他细胞因子有协同作用， 如在IL2和/或IL18存在时其刺激NK细胞产生IFNγ的作用大大增强。IL12与IL27也有协同作用。IL12可明显提高NK细胞的细胞毒活性， 包括对NK细胞有抵抗的靶细胞、 抗体包裹的靶细胞以及病毒感染的成纤维细胞等。IL12还可促进NK细胞表达黏附分子、 活化抗原和细胞因子受体。

　　2.2.2 调节T细胞功能 IL12、 IL23及IL27均是T细胞增殖的辅助因子， 但各自作用的T细胞亚群有所不同。由于IL12Rβ2和IL23R在初始和记忆性CD4+T细胞上表达水平上有所差别， IL12在初始T细胞的活化中起着关键的作用， 而IL23只是一个作用较弱的辅助因子。IL27在抗CD3和抗CD28诱导的初始CD4+T细胞(人CD4+CD45RA+， 小鼠CD4+CD45RBhi)的增殖中有很强的辅助作用。而IL23可增强抗CD3和抗CD28诱导的记忆性CD4+T细胞(人CD4+CD45RO+， 小鼠CD4+CD45RBlo)的增殖。

　　IL12在诱导初始CD4+T细胞向Th1分化并促进Th1产生IFNγ中起着关键作用， 同时抑制Th3产生细胞因子， 包括IL4和IL13。IL27在IL12和抗CD3的协同下， 同样可诱导初始CD4+T细胞产生IFNγ。而IL23则通过PHA或抗CD3/抗CD28刺激活化/记忆性T细胞产生IFNγ。尽管三者均可刺激IFNγ的产生， 但IL12是Th1分泌细胞因子所必须的， IL12的缺失不能够由IL23和IL27所代偿［8］。IL12和IL23还可作用于除淋巴样细胞以外的髓样细胞。IL12通过活化JAK/STAT4途径诱导小鼠Mφ、 DCs产生IFNγ， IL23可以剂量依赖方式刺激小鼠DCs产生IFNγ， 但作用较IL12弱。另外发现IL23可诱导Th17细胞亚群的分化和成熟。当小鼠感染白色念珠菌的菌丝、 百日咳毒素或金黄色葡萄球菌胞壁肽聚糖时， 活化的DCs产生IL6， 通过STAT3信号途径上调IL23R的表达， 由DCs产生的IL23与其受体结合， 通过STAT3信号途径诱导CD4+T细胞分化为Th17细胞， 产生IL17并诱导其他细胞分泌IL6、 GCSF和IL8， 介导慢性炎症反应［9］。而Th1产生的IFNγ和Th3产生的IL4对Th17的分化有很强的抑制作用。在CD4＋记忆性T细胞中， 有相当一部分细胞表达IL23R， 这正是产生IL17的主要细胞， 但由于人的遗传因素造成的个体差异， 情况也不完全一致［10］。相反， IL27可分别通过STAT1依赖和非依赖的途径， 抑制Th17促炎性细胞亚群以及TGFβ诱导的Foxp3＋Treg细胞的发育［11］。

　　最新发现的IL35可促进抗CD3和抗CD28诱导的小鼠CD4+T细胞的增殖［6］。由IL35诱导扩增的CD4+CD25+T细胞表达Foxp3， 促进IL10的分泌， 并具有对CD4+CD25效应T细胞的抑制功能; 而IL35诱导扩增的CD4+CD25T细胞产生IFNγ， 不产生IL4。在有抗CD3和APCs存在的条件下， IL35可抑制CD4+CD25效应T细胞的增殖。IL35对T细胞增殖的双向调节作用可能与T细胞不同的活化模式有关。IL35在体内外有很强的抑制Th17的分化的功能。

　　2.2.3 调节B细胞功能 IL12和IL27对体液免疫最重要的作用可能分别通过IFNγ依赖和非依赖的途径降低IgG1和IgE的产生， 促进IgG2a的类别转换。IL23缺陷的小鼠T细胞依赖性的体液反应缺陷。IL23通过T细胞依赖性途径来调节抗体的产生， 而并不能直接作用于B细胞。

　　2.2.4 参与抗感染免疫 IL12家族成员在对胞内病原体的Th1型应答中功能相互重叠而又不完全一致。任何一个成员的缺失所引起的应答缺陷均不能由其他成员的功能完全补偿; 并且有些成员可能为应答早期所必须， 而其他成员可能参与微生物清除后对应答的中止过程。感染起病时， IL27通过其受体活化STAT1， 上调IL12Rβ2的表达， 进而IL12与受体结合活化初始CD4＋T细胞产生IFNγ， 即IL12和IL27在感染早期就发挥作用。IL23则是通过促进Th1效应/记忆性T细胞， 维持细胞介导的免疫应答。以分析鼠弓形体(Toxoplasma gondii)感染IL12或IL23缺失的小鼠为例［7］， 表明IL12是发挥保护作用所必须的， IL12的缺失只能由IL23部分补偿; IL27同样可增强对T.gondii的应答， 但其主要是发挥在微生物被清除后下调T细胞应答的功能。而IL35在发挥抗感染作用时具有双重作用［5］。急性感染时， IL35可明显诱导Th1细胞清除感染， 同时扩增Treg细胞并抑制Th17细胞分化， 防止过度的自身免疫反应发生; 在接下来的慢性感染期， 扩增的Treg细胞通过抑制剩余的效应细胞防止免疫损伤发生。

　　2.2.5 参与炎症性疾病发生 在敲除IL12和IL23亚单位的炎症疾病动物模型中， 如多发性硬化症(MS)、 类风湿性关节炎(RA)， 表明IL23， 而不是IL12控制着慢性炎症［12］。以炎症疾病特异性模型胶原诱导的关节炎(collageninduced arthritis， CIA)和实验性变态反应性脑脊髓炎(experimentally allergic encephalomyelitis， EAE)为例， 表明IL23是疾病发展所必须的。IL23可促进Th17分泌IL17， IL17诱导级联的炎症细胞因子和趋化因子， 包括TNFα、 IL6和MCP1， 这些都在IL23诱导的慢性炎症中起着决定性的作用［7］。有报道［13］表明IL12可以特异性抑制IL17的产生， 从而支持了是IL23而不是IL12在炎症过程中的主导作用。中和性抗IL27抗体可降低炎症性疾病的严重程度， 说明IL27同样可促进炎症发展; 但IL27也可通过竞争结合gp130， 降低IL6的功能从而抑制Th17分化， 发挥抗炎的功能。IL35体内应用可降低小鼠CIA的病情， 同时伴有IL27产生的下降和IFNγ分泌的增加， 说明IL35是一种新的抗炎细胞因子， 主要机制可能是通过扩增Treg细胞和抑制Th17细胞的分化［5］。有趣的是， IL12家族中共同拥有EBI3亚单位的IL27和IL35功能具有一定的相似性， 均具有免疫抑制作用; 而另2个成员IL12和IL23不具有EBI3， 通常发挥活化免疫反应的作用。另外， IL12p40/p80除了已知能够提供负反馈环与IL12R竞争结合之外， 还可作为化学诱导物诱导Mφ， 促进细菌刺激的DCs迁移， 促进CD8＋T细胞产生IFNγ， 刺激小胶质细胞产生TNF和NO， 并与许多严重的病理性炎症反应有关， 如硅肺、 移植物排斥反应以及哮喘等［14］。

　　3 IL12家族与临床疾病

　　IL12和IL23均对银屑病的病理过程有促进作用。IL12p40和IL23p19亚单位基因的表达在银屑病病变区域大大增加， 而IL12p35的表达没有增加， 说明IL23在银屑病发病中的重要作用［15］。IL12活化的CD4＋T细胞和NK细胞产生IFNγ和TNFα， IL23活化特异T细胞产生IL17， 增加角质化细胞合成一氧化氮合酶， 均对银屑病的发病有促进作用［16］。具有中和活性的IL12p40抗体可成功的改善银屑病病情。IL12p40抗体与IL12p40和IL23p40亚单位结合， 阻止其与IL12Rβ1的结合。病变损伤区IFNγ和IL8、 IP10、 MCP1水平都在给予IL12p40抗体后明显下降［17］。最近发现IL23可促进肿瘤的发生和发展。IL23不仅可刺激中性粒细胞和Mφ浸润， 而且可以促进血管再生和炎症介质在肿瘤生长微环境中的聚集， 并且拮抗IL12和IFNγ， 增强肿瘤细胞对免疫系统的抵抗， 同时伴有肿瘤相关炎症发生［18］。

　　早期认为在MS动物模型EAE的发病中IL12起主要作用， 但经过对p40-/-小鼠的研究发现， IL23通过诱导IL17分泌， 在EAE的发病中比Th1细胞更为重要［19］。中枢神经系统中小胶质细胞产生的IL23可促进EAE早期的发生。因此， IL12p40抗体同样可以用于治疗IL23诱导的EAE。一直以来， 对炎性肠病(inflammatory bowel disease， IBD)的研究始终集中在IL12。应用IL12p40抗体可明显减轻Crohn's病(CD)的症状。而通过研究IL12p35或IL23p19亚单位缺失的小鼠表明， 可能是IL23而不是IL12在CD发病中所必须， IL23可促进IBD模型中的小肠炎症， 表明特异性抑制IL23p19亚单位可用于CD的治疗。

　　在CIA中， IL35可通过扩增Treg细胞和抑制Th17细胞对CIA有治疗作用［5］。另外， EBI3和IL12p35均在胎盘滋养层中表达上调， EBI3与p35结合后在人足月正常胎盘提取物中表达， 可能在母胎耐受中发挥着重要作用。

　　4 展望

　　迄今为止， IL12家族成员已增加至4个。各成员之间相似的结构、 交叉重叠而又各不相同的生物学功能使其在免疫应答及调节中发挥着精细的调节作用。但各成员之间复杂的功能联系仍有待进一步研究， 尤其是最新发现的IL35， 其受体和信号转导途径仍不清楚， 与Treg细胞之间的密切关系也有待深入探讨。相信通过对IL12家族细胞因子的研究， 可以使我们更深刻认识细胞因子网络以及免疫应答的本质。

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