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白细胞介素18研究进展
免疫学杂志 1999年第1期第0卷 综述与讲座
作者：张 猛1 综述 于永利1 审校
单位：白求恩医科大学基础医学院免疫教研室 长春130021
PROGRES OF INTERLEUKIN 18
1995年Okamura等报道从中毒性休克的小鼠肝脏克隆到了一种由应激诱生的蛋白。该蛋白的生物学活性与白细胞介素12非常相似，但其诱生干扰素γ的能力要强于白细胞介素12，因而将其命名为干扰素γ诱生因子（interferon gamma inducing factor， IGIF）［1］。随后的研究表明该因子与白细胞介素1α和白细胞介素1β在结构上有一定的相似性，因而认为该因子可能是白细胞介素1家族的成员，有人将其称为白细胞介素1γ［2］。1996年将其命名为白细胞介素18。研究表明该因子在抗肿瘤、抗过敏以及抗感染方面有一定的作用，也可能是一种神经免疫调节因子。现将这一因子的研究进展作一综述。
1 IL-18的分子结构
自小鼠克隆到的IL-18cDNA编码一192氨基酸的蛋白，其分子量约为18．3kD［1，3］；自大鼠克隆的IL-18cDNA编码的蛋白质有194个残基，二者在cDNA和氨基酸水平均有91％的同源性［4］。以小鼠IL-18的cDNA作为探针从正常人肝脏cDNA文库中钓取出了人IL-18cDNA，这一cDNA编码一193个残基的蛋白质，和小鼠的相应序列具有65％的同源性［5］。IL-18的蛋白质无N-糖基化位点和信号肽序列，在结构上与IL-1α、IL-1β和白细胞介素1受体拮抗物（IL-1ra）相似。最初生成的鼠IL-18是无生物活性的前体分子，其中含有Asp-X结构，这一点与IL-1β前体分子相同，该结构是白细胞介素1β转换酶（最近被命名为caspase-1）的作用位点。体外实验表明，该酶对IL-1β前体和IL-18前体有相似的作用。特异的白细胞介素1β转换酶抑制物可以阻断脂多糖对人单核细胞的干扰素γ诱生作用。另外白细胞介素1β转换酶缺陷的小鼠可以生成IL-18前体，但不能将其转换成有活性的IL-18；脂多糖不能在这种小鼠诱生干扰素γ。这些结果表明白细胞介素1β转换酶在IL-18前体转换成有生物学活性的IL-18的过程中起着关键的作用［6］。
2 IL-18的来源
在多种器官、组织和细胞中可检测到IL-18的mRNA，如胸腺、肝脏、脾脏、肾脏、胰腺、枯否细胞和活化的巨噬细胞。
未经处理的小鼠表皮细胞恒定地表达低水平的IL-18mRNA。体内实验表明，经接触性过敏原刺激后，表皮细胞中IL-18mRNA的表达量在刺激早期就明显上调，在刺激后4～6h达到峰值。进一步的实验表明角质形成细胞是表皮中IL-18主要的来源［3］。成骨细胞基质细胞表达IL-18。在不支持破骨细胞样多核细胞（OCL）形成的基质细胞系细胞中IL-18的mRNA的表达量较高，在支持OCL形成的基质细胞系的细胞中表达较低［7］。利血平处理和急性的冷应激都可以使大鼠肾上腺表达IL-18mRNA。原位杂交显示IL-18的mRNA主要集中在肾上腺皮质，尤其是在产生糖皮质激素的网状带和束状带。在神经垂体也可检测到IL-18的mRNA，应激对于该部位的IL-18诱生作用并不明显。这些结果显示IL-18可能是一种神经免疫调节子在免疫系统参与应激过程中起重要的作用［4］。在胚胎和成体的小肠中测得的IL-18表达量相对于其它器官组织是最高的。免疫组化分析表明在小肠上皮细胞的胞质中有大量的IL-18。这表明小肠上皮细胞可能是IL-18最主要的来源［8］。
3 IL-18的生物学活性
3.1 对T细胞的作用
3.1.1 对T细胞表达细胞因子的影响：酶联免疫吸附分析表明重组的IL-18可刺激T细胞和外周血单核细胞产生大量的干扰素γ，其效能超过IL-12。联合应用IL-18和IL-12可使体外培养的T细胞产生大量的干扰素γ，其效果优于任何一种因子的单独作用，说明这两种因子诱生干扰素γ的途径可能不同［1］。IL-18还可以显著的增加培养的T细胞的IL-2的产量；与IL-12不同的是IL-18在没有抗原或CD3刺激存在的时候也可以刺激T细胞产生IL-2。IL-18的这种刺激作用可能是通过活化NFkappa B实现的。用IL-18刺激之后，IKappa B从细胞质中消失，随后核因子NFkappa B在核内积聚。在细胞核内可以检测到NFkappa B的DNA结合活性。IL-18可以使转染NFkappa Β基因和IL-2启动子的细胞可使IL-2的表达量增加，但不能使单独转染IL-2启动子的细胞IL-2的表达量增加［9］。IL-18还可以显著的增加培养的T细胞的GM-CSF的产量，而IL-12不能增强这种效应。白细胞介素18刺激对IL-4和IL-10产量的改变很小，这说明白细胞介素18可能选择性的对Th1细胞发生作用［1］。
3.1.2 对T细胞增殖的影响：白细胞介素18可明显地刺激用CD3单克隆抗体活化的人T细胞增殖，并且表现出一种剂量依赖效应。这种效应在白细胞介素18浓度较低的时候可以被一种白细胞介素2中和抗体完全抑制,而中和干扰素γ的抗体在白细胞介素18浓度较高时也不能显著地抑制T细胞的增殖。IL-18可以增加IL-2Rα链的表达，这可能也与IL-18对T细胞的增殖作用有关。总之，IL-18促进T细胞的增殖的效应明显是通过一种IL-2依赖途径进行的［10］。
3.1.3 对T细胞参与的免疫应答进行调控：在非丝裂原性TCR／CD3刺激物存在的条件下，IL-18可以诱导OVA＃4细胞（一种对卵白蛋白发生应答的Th1细胞克隆）细胞内蛋白质的酪氨酸残基发生磷酸化。这表明酪氨酸激酶参与IL-18引起的信号传递。IL-18可以使p56（LCK）以及丝裂原活化的蛋白激酶（MAPK）发生磷酸化反应。单独使用IL-18即可引发LCK和MAPK磷酸化活性，针对TCR／CD3的刺激物可使这种引发作用增强。LCK-MAPK途径的活化与OVA＃4细胞中DNA生成的增加相关。这些结果显示LCK-MPAK参与IL-18的信号传递，IL-18在调节T细胞对TCR／CD3介导的应答过程中起重要的作用［11］。
另外在次级免疫应答中IL-18可能参与对Th1／Th2细胞之间漂移的调节，通过诱生IFN-r使T细胞前体向Th1细胞分化并促进其增殖。
3.2 对B细胞的作用 联合应用IL-18和IL-12可以使CD40抗体活化的B细胞表达干扰素γ。产生的干扰素γ不抑制B细胞的增殖，但可抑制IgE、IgG1的生成，同时提高IgG2a的表达量［12］。这些材料提示IL-18可能会被用于阻断由IgE介导的过敏反应。
3.3 对NK细胞的作用 在体外实验中，白细胞介素18可以增强外周血和脾脏天然杀伤细胞的活性，这与白细胞介素12的功能相似［10］。
部分天然杀伤细胞表达Fas配体，此配体可以同靶细胞Fas结合而诱发靶细胞的凋亡。IL-18可以增强天然杀伤细胞对Fas阳性细胞的杀伤作用。这种活性不能被干扰素γ抗体所阻断［13］。
3.4 对单核细胞的作用 小鼠的白细胞介素18可以促进单核细胞生成干扰素γ和单核／巨噬细胞集落刺激因子，并抑制ConA活化的外周血单核细胞表达白细胞介素10［10］。
重组的人和鼠的IL-18都可以诱使经丝裂原刺激的外周血单核细胞产生干扰素γ，增加GM-CSF的生成，并抑制IL-10的表达，但对不影响ConA活化的外周血单核细胞生成IL-4［5］。
3.5 肿瘤抑制作用 经腹腔注射或静脉注射IL-18可以使Balb／c小鼠获得对同系的Meth A肉瘤细胞攻击的抵抗能力，而皮下注射则无此作用。在消除了NK细胞的活性小鼠中IL-18的这种效应消失。从对Meth A肉瘤产生排斥的小鼠脾细胞中分离出的效应细胞均为CD4＋细胞。体外实验发现无论是IL-18还是干扰素γ都不能单独对肿瘤产生抑制作用。这些结果说明IL-18的抗肿瘤作用是通过体内的NK细胞介导的［14］。在体外培养的条件下，转染IL-18cDNA的小鼠Lewis肺癌（LLC）细胞，可以刺激CD3抗体活化的脾细胞生成干扰素γ，并且可以加强IL-12的干扰素γ诱生作用。该转染子除可在体内诱生针对LLC的保护性免疫外还表现出致瘤性下降的特征［15］。
3.6 抑制破骨细胞样多核细胞（OCL）形成 在含有破骨细胞生成剂（1α，25-（OH）2维生素D3、前列腺素E2、甲状旁腺素、IL-1和IL-11）的培养基中培养，自成骨细胞以及脾脏或骨髓来源的造血细胞可以形成OCL。重组的IL-18可以抑制OCL的形成，并且这种抑制效应只是出现在培养的早期，这与造血前体细胞的增殖时间是一致的。GM-CSF中和抗体可以阻断IL-18对OCL形成的抑制作用，而干扰素γ中和抗体则无此作用，这表明IL-18对OCL的抑制效应可能是通过GM-CSF实现的［7］。
3.7 诱发糖尿病 研究发现环磷酰胺可引发及加速IL-18mRNA在MHC同系的小鼠体内的表达，但在MHC-Ⅱ不匹配的小鼠中则不能［16］。给非肥胖型糖尿病（NOD）小鼠注射环磷酰胺可使其IL-18mRNA的表达迅速增高，继而使其干扰素γ的mRNA表达增加，一段时间后，这些小鼠就会患胰岛炎乃至糖尿病。从NOD小鼠胰腺提取的IL-18 mRNA逆转录生成的cDNA与从Kuffer细胞及体内活化的巨噬细胞中克隆的IL-18DNA序列是一致的。发生胰岛炎和糖尿病的原因可能是由于IL-18在自身免疫型NOD小鼠中的表达量异常增加，继而激活了胰岛细胞反应性Th1细胞［17］。
3.8 抗真菌效应 IL-18和IL-12联合使用可诱导腹膜渗出细胞生成干扰素γ和一氧化氮，并通过这两种物质介导行使其抗隐球菌的活性，这种活性可以被干扰素γ单克隆抗体和一氧化氮生成抑制物阻断。若将腹膜渗出细胞中的NK细胞耗竭，IL-18和IL-12的上述效应明显受抑。这说明两种因子的抗真菌作用在很大程度上是通过NK细胞实现的［18］。
3.9 致肝损伤作用 实验证明脂多糖（LPS）攻击在小鼠可以诱发肝损伤，表现为血清转氨酶GOT、GPT的升高。LPS的这种致肝损伤作用可被IL-18抗血清完全阻断。这一结果表明IL-18是内毒素导致的肝损伤的重要诱导因子［1］。
4 结语
目前的研究表明白细胞介素18有着多样的生物学活性。该因子的抗肿瘤、抗过敏、抗真菌、免疫调节等作用越来越引起人们的重视。随着对其了解的加深，白细胞介素18很有可能被开发成具有广泛应用前景的多肽性药物。
第一作者：男，24岁，硕士
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（1998-01-04收稿；1998-03-30修回）