IL12家族新成员及其在免疫应答中的重要调节作用

1、IL12家族新成员及其在免疫应答中的重要调节作用Time is money, but money is not time. If they say you are good, ask yourself if it be ture.【关键词】IL12; IL23; IL27; IL35;免疫调节Hide one,s talents in a napkin.白细胞介素12(Interleukin12, IL12)家族成员IL12、 IL23、 IL27三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

2、2007年发现的该家族的另一新成员IL35,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。IL12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、Crohns病等多种临床疾病的发病密切相关。IL12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()。What I have done is due to patient thought.IL12家族及其受体的结构和相互联系IL12家族中的成员IL12、

3、IL23、IL27及最新发现的IL35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 一折叠螺旋束样细胞因 子 (four helix bundle cytokines)亚单位 (IL12P35、IL23P19、IL27P28、 IL35P35)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IL12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 IL12家族成员及其受体结构IL12及其受体 IL12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

4、两个二硫键连 接，又称IL12P70。其中p35亚单位与IL6、GCSF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IL6Ra的胞外区结构 域、 睫状神经元营养因子(CNTF)受体及GCSF受体有同源性2。IL12受体 为IL12RP 1/IL12RP 2二聚体，两个亚单位均属细胞因子受体家族gP130亚族 (医药学/临床医学论文)。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IL12高亲和力结合的位点。其中IL12 RP 2发挥信号转导 功能，IL12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

5、活，进而催化受体发生酪氨酸磷酸化，募集含SH2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IL12p40启动子对NFk B的募集3。另外在某些情况 下，IL12p40还可以二硫键连接形成同源二聚体IL12(p40)2或称IL12P80。IL23及其受体IL23由p40和p19两个亚单位组成，其中P40亚单位与IL

6、12共用。p19亚单位具有IL6细胞因子家族成员的特征，在氨 基酸序列水平上与IL12p35亚单位同源性最高。IL23受体为IL12Rp 1/IL23R 二聚体，其中p40亚单位仍结合IL12RP 1 。结构上IL23R与IL12Rp 2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 SH2结构域和2个STAT结合位点。IL23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IL23的信号转导中发挥主要作用。 另外发现至少有6种IL23R亚型(I

7、L23R16),由差异剪接所形成4。Self-confidence is the first requisite to human greatness.IL27及其受体IL27由EB病毒诱导的基因3(EB virusinduced 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 IL12p40和IL6Ra亚单位同源；p28与IL12p35和IL6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。IL27受 体为IL27R/gp130异源二聚体，其中gp130亚单位与IL6家族成员受体

8、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IL27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。Politeness costs nothing and gains everything.IL35 2007 年，Liew 和 Vignali 等5, 6两个小组分 别报道了 IL35。IL35由EBI3和p35两个亚单位组成， 分别与IL27和IL12所 共有。人和小鼠中都已发现有IL35存在。IL35受体仍未鉴定出来。2 IL12 家族的

9、产生和调节及其生物学功能IL12家族的产生与调节IL12、IL23和IL27主要由活化的单核细胞、巨噬细胞(Mq )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 IL12p35和IL23p19的mRNA可在不同的细胞和组织中出现，包括已知不产生 IL12和IL23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，IL35由Foxp3 +调节性T细胞 (regulatory T cell, Treg)优先分

10、泌，当Treg与效应T细胞共培养 时，Treg中IL35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、丫 6 T细 胞、CD8 + T细胞亚群、DC和Mq也可表达IL35 6。IL12、IL23、 IL27各自的受体广泛分布在Mq、DC、NK细胞及活化的T细胞表面，编码IL27R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 IL12RP 2、低水平的IL23R;相

11、比之下， 记忆性T细胞(CD4+CD45RBlo)则表达相对高水平的IL23R、低水平的IL12RP 2 7。微生物是IL12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IL12,而且DC迅速产生IL12并不依赖于IFNy和T细 胞。不同的微生物产物刺激DC和Mq 可产生不同的细胞因子，例如G+菌胞 壁肽聚糖优先刺激IL12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IL23的表达。活化的DCs上不同的Toll样受体 (Toll like receptor, TLR)可诱导IL12家族中异二聚体细胞因子产 生，TLR4信号途径特异性促进IL12

12、产生，而TLR2更易诱导IL12p80和IL23 的产生。IFNy促进P35、p40基因的转录，IL4受体介导的信号也可增强IL12的产生。体外IL4和IL13比IFNy更有效的增强p40和p35基因的转 录。T细胞促进IL12产生不仅通过其产生的IFNy和IL4,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。IL12p40最初 认为是IL12的调节性亚单位，p35 mRNA表达和编码蛋白的分泌，可能是 IL12产生的限速因素。Hide one,s talents in a napkin.II型细胞因子如IL10和I型IFN以及TGFp和TNF等可抑制IL

13、12产 生，IL10阻断p35、p40亚单位基因的转录，并可降低LPS引起的IL23P19在Mq上的表达。此外，趋化因子MCP1MCP4、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Mq产生IL12。Great winds blow upon high hills.IL12家族的生物学功能IL12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IL12作用有种属特异性，人IL12对小鼠细胞作用 甚微，而小鼠IL12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。Pol

14、iteness costs nothing and gains everything.调节NK细胞功能IL12、 IL23及IL27均可诱导NK细胞产生IFNy，并与其他细胞因子有协同作用，如在IL2和/或IL18存在时 其刺激NK细胞产生IFNy的作用大大增强。IL12与IL27也有协同作用。IL12 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。IL12还可促进NK细胞表达黏附分 子、活化抗原和细胞因子受体。调节T细胞功能 IL12、 IL23及IL27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IL12RP

15、2和IL23R在 初始和记忆性CD4+T细胞上表达水平上有所差别，IL12在初始T细胞的活化 中起着关键的作用，而IL23只是一个作用较弱的辅助因子。IL27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IL23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。The sea refuses no river.IL12在诱导初始CD4+T细胞向Th1分化并促进Th1产生IFNy中起着 关键作用，同时抑制Th2产生细胞因子，包括I

16、L4和IL13。IL27在IL12和 抗CD3的协同下，同样可诱导初始CD4+T细胞产生IFNy。而IL23则通过PHA 或抗CD3/抗CD28刺激活化/记忆性T细胞产生IFNy。尽管三者均可刺激 IFNy的产生，但IL12是Th1分泌细胞因子所必须的，IL12的缺失不能够由 IL23和IL27所代偿8。IL12和IL23还可作用于除淋巴样细胞以外的髓样 细胞。IL12通过活化JAK/STAT4途径诱导小鼠Mq、DCs产生IFNy , IL23可以剂量依赖方式刺激小鼠DCs产生IFNy ,但作用较IL12弱。另外发现 IL23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

17、日咳毒素或金黄色葡萄球菌胞壁肽聚糖时，活化的DCs产生IL6,通过STAT3信号途径上调IL23R的表达，由DCs产生的IL23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IL17并 诱导其他细胞分泌IL6、 GCSF和IL8,介导慢性炎症反应9。而Th1产 生的IFNy和Th2产生的IL4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IL23R,这正是产生IL17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，IL27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

18、TGFp诱导的Foxp3 + Treg细胞的发育11。论文教育信息网 HYPERLINK There is more trouble in having nothing to do than in having much to do.最新发现的IL35可促进抗CD3和抗CD28诱导的小鼠CD4+T细胞的增 殖6。由IL35诱导扩增的CD4+CD25+T细胞表达Foxp3,促进IL10的分 泌，并具有对CD4+CD25效应T细胞的抑制功能；而IL35诱导扩增的 CD4+CD25T细胞产生IFNy , 不产生IL4。在有抗CD3和APCs存在的条件 下，IL35可抑制CD4+CD25效应T细胞的增

19、殖。IL35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。IL35在体内外有很强的抑制Th17的 分化的功能。调节B细胞功能IL12和IL27对体液免疫最重要的作用可能分别通过IFNy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。IL23缺陷的小鼠T细胞依赖性的体液反应缺陷。IL23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。参与抗感染免疫IL12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

20、与微生物清除后对应答的中止过程。感染起病 时，IL27通过其受体活化STAT1,上调IL12RP 2的表达，进而IL12与受体 结合活化初始CD4 + T细胞产生IFNy ,即IL12和IL27在感染早期就发挥作 用。IL23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IL12或IL23缺失的小鼠为例 7,表明IL12是发挥保护作用所必须的，IL12的缺失只能由IL23部分 补偿；IL27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IL35在发挥抗感染作用时具有双重作用5

21、。急性感染时，IL35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。参与炎症性疾病发生 在敲除IL12和IL23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IL23,而不是IL12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(collageninduced arthritis, CIA)和实验性变态反应性脑脊髓炎 (experimentally allergic encephalomyelitis, EA

22、E)为例， 表明 IL23 是 疾病发展所必须的。IL23可促进Th17分泌IL17, IL17诱导级联的炎症细胞 因子和趋化因子，包括TNFa、 IL6和MCP1,这些都在IL23诱导的慢性炎 症中起着决定性的作用7。有报道13表明IL12可以特异性抑制IL17的 产生，从而支持了是IL23而不是IL12在炎症过程中的主导作用。中和性抗 IL27抗体可降低炎症性疾病的严重程度，说明IL27同样可促进炎症发 展；但IL27也可通过竞争结合gp130,降低IL6的功能从而抑制Th17分 化，发挥抗炎的功能。IL35体内应用可降低小鼠CIA的病情，同时伴有IL27 产生的下降和IFNy分泌的增加，

23、说明IL35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，IL12家族中共同拥有EBI3亚单位的IL27和IL35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IL12和IL23不具有EBI3,通常 发挥活化免疫反应的作用。另外，IL12P40/p80除了已知能够提供负反馈环与 IL12R竞争结合之外，还可作为化学诱导物诱导Mq ,促进细菌刺激的DCs迁 移，促进CD8 + T细胞产生IFNy ,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。In a great riv

24、er great fish are found; but take heed lest you be drowned.3IL12家族与临床疾病IL12和IL23均对银屑病的病理过程有促进作用。IL12p40和IL23p19 亚单位基因的表达在银屑病病变区域大大增加，而IL12p35的表达没有增 加，说明IL23在银屑病发病中的重要作用15。IL12活化的CD4 + T细胞和NK细胞产生IFNy和TNFa , IL23活化特异T细胞产生IL17,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IL12p40抗体可成功的改善银屑病病情。IL12p40抗体与IL12

25、p40和 IL23p40亚单位结合，阻止其与IL12RP 1的结合。病变损伤区IFNy和 IL8、 IP10、MCP1水平都在给予IL12p40抗体后明显下降17。最近发现IL23可促进肿瘤的发生和发展。IL23不仅可刺激中性粒细胞和Mq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IL12和IFNy，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。Knowledge will not be aquired without pain and application.早期认为在MS动物模型EAE的发病中IL12起主要作用，但经过对 p40-/-小鼠的研究

26、发现，IL23通过诱导IL17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IL23可促进EAE早期 的发生。因此，IL12p40抗体同样可以用于治疗IL23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 IL12。应用IL12p40抗体可明显减轻Crohn,s病(CD)的症状。而通过研究 IL12p35或IL23p19亚单位缺失的小鼠表明， 可能是IL23而不是IL12在CD 发病中所必须，IL23可促进IBD模型中的小肠炎症，表明特异性抑制 IL23p19亚单位可用于CD的治疗。在C

27、IA中，IL35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IL12p35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，IL12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IL35,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IL12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

28、疫应答的本质。【参考文献】Gubler U, Chua AO, Schoenhaut DS, et al. Coexpress ion of two distinct genes is required to generate secreted bioactive cytotoxic lymphocyte maturation factor. Proc Natl Acad Sci USA, 1991,15, 88(10): 4143-4147.Christoph Hlscher.The power of combinatorial immunology: IL12 and IL12relate

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