白介素-5的功能及应用

白介素-5的功能及应用

白介素-5（il-5）是近年来发现的一种具有免疫调节功能的生物活性介质。它在机体免疫功能中起着十分重要的作用,特别是在病原体侵入机体后的粘膜免疫增强活性中扮演着重要的角色。本文就其分子结构、生物学活性及其在器官移植、临床感染及粘膜免疫佐剂等方面的研究进展作一简要综述。1嗜酸性细胞的增殖和分化IL-5是由Takatsu等在1980年首次报道,他们发现在T细胞条件培养液中,含有一种因子能替代T细胞在体外协同胸腺依赖抗原的抗体应答,称为T细胞替代因子(TRF)。由于这种因子对B细胞和嗜酸性粒细胞增殖、分化有重要调节作用,又名B细胞生长因子-Ⅱ,IgA增强因子,嗜酸性粒细胞集落刺激因子和嗜酸性粒细胞分化因子。1986年统一命名为白细胞介素-5(interleukin5,IL-5)。它调控着嗜酸粒细胞的产生、活化和分布,对B细胞、T细胞、嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞具有多种生物学功能,协同IL-2和IL-4等参与体液免疫应答和诱导胸腺细胞分化,选择性增强粘膜免疫应答。在人类IL-5主要由活化的T细胞产生,在小鼠则由Th2亚群细胞产生。这些细胞经病原体包括寄生虫、细菌、病毒及某些免疫介质等刺激后通过启动基因转录、蛋白质合成,而分泌具有生物学活性的IL-5。2小鼠糖基化前后il-5的生物活性小鼠IL-5由133氨基酸残基组成,含21氨基酸的信号肽,成熟IL-5分子含有112氨基酸残基,裸肽分子量12~15kD,有3个糖基化位点,糖基化后分子量为18kD,糖基化对于IL-5的生物活性并无影响。小鼠IL-5通常以二硫键连接的二聚体形式存在,分子量为45kD。人的IL-5由134氨基酸残基组成,含22氨基酸残基信号肽,2个糖基化点。人和鼠IL-5在氨基酸水平和DNA水平的同源性分别为70%和77%。IL-5的活性形式是寡二聚体,两条肽链以二硫键连接,以反向平行的构型存在,IL-5的单体形式无生物学活性。3il-5基因对小鼠肠道黏膜中b细胞的分离和培养与其它IL相比,IL-5生物学活性作用谱相对较窄。它的作用概括起来主要有以下几个方面:(1)小鼠IL-5促进抗原刺激的B细胞分化为抗体合成细胞,主要作用于进入细胞增殖后期的B细胞,并增加活化B细胞IL-2R的表达,IL-5的这种刺激作用与人IL-6功能相似,人IL-5只作用于B细胞刺激后很窄的时相内。体外实验显示,IL-5对B细胞的发育有显著影响,但是在IL-5基因剔除小鼠的肠道粘膜中发现缺陷型的B细胞仅占5%,这与B细胞亚群的分类有关,它分为B1和B2两个亚群。IL-5基因剔除小鼠的肠道粘膜中有50%的B1细胞缺陷,同对照组比较,其对B1抗原的刺激反应下降50%,这与B1细胞数量有50%的缺陷相关,B1细胞的发育依赖于IL-5。(2)促进IgA合成,其机理可能是:①作为IgA特异性启动因子,使mIgM阳性B细胞分化为mIgA阳性B细胞;②作用于IgA型B细胞,促进其增殖和分化,成为分泌IgA的浆细胞。IL-4有协同IL-5促进IgA合成的作用。IL-5对IgM的分泌也有促进作用。(3)协同ConA或IL-2诱导胸腺中杀伤性T细胞前体(CTPp)分化为CTL。(4)趋化人嗜酸性粒细胞,延长成熟嗜酸性粒细胞的存活时间,刺激人和小鼠嗜酸性粒细胞的功能,诱导嗜酸性粒细胞的分化。体外实验和动物研究均显示IL-5对嗜酸性粒细胞的成熟、分化、存活等起重要作用,给哮喘患者单克隆抗体IL-5,结果引起嗜酸性粒细胞显著快速持久的减少及血清嗜酸性粒细胞阳离子蛋白的下降,但对其分布和活性无影响。4th1和th2对免疫耐受的影响IL-5主要来源于Th2细胞,是多功能细胞因子,可诱导活化的B细胞分化为浆细胞,分泌抗体,诱导B细胞分裂增殖,增强CTL活性。在体外混合淋巴细胞反应中发现:以抗原刺激后,对该抗原已发生耐受的淋巴细胞培养上清液中IL-2的量,比未发生耐受的淋巴细胞明显减少;IL-4和IL-5的量较多,而未发生耐受者几乎不产生IL-4和IL-5。因而,器官移植后细胞因子谱系由Th1向Th2转化,可以导致免疫耐受。研究发现IL-5基因表达与肝移植排斥反应密切相关,分别有74%及53.3%的急性及慢性排斥反应病人移植物内有IL-5的基因表达,而只有16%的正常移植物可检测到该细胞因子。此外,与无排异患者及有感染症状病人IL-5水平相比,发生排斥反应病人血清及胆汁中IL-5均显著上升,且胆汁IL-5水平早于活检证实排异前3d即达到高峰。因此,普遍认为IL-5对预测肝移植排斥反应有重要作用。目前的免疫抑制剂CsA及FK506在抑制IL-2基因表达的同时并不影响IL-5的表达。5th1型细胞因子诱导的细胞免疫妊娠后由于胚胎为半同种异植体,Th1、Th2细胞因子必须进行调整,即增强Th2型细胞因子介导的体液免疫,偏离Th1型细胞因子介导的细胞免疫,才能逃逸母体的免疫应答,维持妊娠。检测早、中、晚期孕鼠胚胎界面及外周血细胞因子含量,发现在整个妊娠过程中,很容易检测到IL-4、IL-5、IL-10和IL-3,整个免疫反应趋于以抗体介导的体液免疫为主。6嗜酸性细胞及感染小鼠外周血和组织中il-5的变化近年来对曼氏血吸虫的一些研究提示,Th2分泌的细胞因子可能在肉芽肿免疫调节过程中起作用。对感染后不同时期的日本血吸虫小鼠脾细胞体外刀豆素A(ConA)与SEA诱导,在不同时期IL-5mRNA水平的动态研究结果显示,SEA诱导的IL-5mRNA转录的出现、高峰及下降的动态变化与虫卵肉芽肿的形成、发展、调节的变化相平行,提示IL-5可能与肉芽肿的形成与免疫调节有关。IL-5可能通过诱导嗜酸性粒细胞生长、发育,促进嗜酸性粒细胞在肉芽肿中的聚集,在肉芽肿形成与调节过程中发挥作用。在蠕虫感染中,嗜酸性粒细胞增多是宿主免疫应答最大特点之一,不少实验已证明IL-5与嗜酸性粒细胞增多有直接关系,抗IL-5的中和性单克隆抗体能完全阻断巴西日圈线虫或曼氏血吸虫感染的小鼠的外周血和组织内嗜酸性粒细胞增多。嗜酸性粒细胞的趋化、移行以及抑制其凋亡的微环境控制是鼻息肉形成的重要机理。研究表明:IL-5在鼻息肉组织中的含量远高于鼻粘膜,在伴有哮喘的鼻息肉组织中IL-5含量明显高于不伴有哮喘者,证实了鼻息肉组织中IL-5的含量高于下鼻甲粘膜,IL-5主要在嗜酸性粒细胞中表达,在淋巴细胞和中性粒细胞中表达很弱,在上皮细胞中则不表达。提示IL-5是促进嗜酸性粒细胞迁徙和延长寿命的主要细胞因子之一,且嗜酸性粒细胞是IL-5的主要来源,通过其自身分泌IL-5来发挥上述作用而促进炎症的发展。布地奈德治疗6~8周后,鼻息肉中IL-5阳性细胞的数量较未治疗组有下降趋势,但差异无显著性。变应性鼻炎患者受变应原攻击后,炎症细胞增加,炎症前细胞因子如IL-5的产生增多。IL-5能调节嗜酸性粒细胞选择性募集于肺组织,还能延长嗜酸性粒细胞寿命,增加炎性细胞粘附于血管内皮细胞。哮喘鼠支气管肺泡灌洗液中细胞总数、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞及淋巴细胞较健康鼠均明显增加;经卵清蛋白致敏的小鼠吸入过敏原可引起明显的气道嗜酸性粒细胞蓄积,广泛肺损害及气道高反应性,但对经敲除基因技术去除IL-5表达能力的小鼠给予同样方法致敏及吸入过敏原,则不出现上述情况,用基因治疗方法恢复IL-5缺陷鼠的IL-5表达后,同时也恢复了过敏原激发哮喘的表现。IL-5在肺炎患者的嗜酸性粒细胞蓄积和气道高反应性中起着重要的作用,但对肺炎患者CD4+T细胞的活化并无显著作用。研究显示急性发作期患者外周血中IL-5与嗜酸性粒细胞计数均显著高于哮喘缓解期组及对照组,IL-5与嗜酸性粒细胞之间呈显著正相关,提示体内IL-5与嗜酸性粒细胞增加与哮喘患者病情轻重程度有关。外周血、诱导痰中嗜酸性粒细胞、IL-5和FEV1/FVC之间均未显示象哮喘组一样的相关性,经气管内给予外源IL-5仅引起部分与哮喘相关的表现。说明IL-5和炎性介质并不是慢性喘息型支气管炎的主要致病因素,过敏反应在其病因中肺部感染仅起到次要作用,因此,IL-5、嗜酸性粒细胞水平的变化不能反映慢性喘息型支气管炎症病情严重性和随访的指标。7il-5粘膜免疫佐剂7.1il-5对小细胞iga合成的影响佐剂作用的方式有多种,如免疫调节、抗原提呈、CTL诱导、靶向定位及储存时间等,一种佐剂可以一种或多种途径发挥作用。最初报道,IL-5可在体外选择性增强LPS激活的B细胞分泌IgA,IL-4可进一步增强此效应。随后的研究证实,IL-5刺激mIgA+B细胞合成IgA,而不是作用于mIgA-B细胞。提示IL-5促进mIgA+细胞的成熟,使之分泌IgA,但并不诱导IgA的转换。施加IL-5可以增强小鼠体内的IgA粘膜应答。然而,IL-5缺陷小鼠鼻内接种流感病毒所诱导的局部病毒特异性IgA,与对照组相同,提示至少在此系统中,IL-5对于体内IgA的诱导并不是必不可少的。IL-5可以显著增强LPS和转化生长因子(TGF-β)诱导的IgA分泌。7.2il-5在免疫佐剂免疫中的作用共同粘膜免疫系统被公认为是众多病原体与宿主间的一道屏障,开发利用这个系统来诱导粘膜免疫反应产生IgA,从而抑制精子在女性生殖道内穿入的设想将可能成为现实。在粘膜感应部位,Th细胞的发育受免疫佐剂的影响,如霍乱毒素可刺激Th1和Th2细胞反应,而去毒百喉毒素只激活Th2细胞反应。最有前景和研究最多的粘膜免疫佐剂是霍乱毒素和大肠杆菌不耐热肠毒素,但毒性限制了其发展和在人类的应用,寻求新的无毒的粘膜免疫佐剂已倍受到关注。T细胞分泌的IL-5集中位于粘膜组织的IgA效应部位,IL-5具有促进抗原刺激的B细胞生长分化为抗体合成细胞、促进活化的粘膜B细胞分泌合成IgA的作用,因此,IL-5可能成为新的安全有效的免疫佐剂。在针对病原体疫苗的研究中,已有一些学者尝试将IL-5作为粘膜免疫佐剂。Pockley等通过滴眼途径,分别用抗原二硝基酚-肺炎球菌或二硝基酚-肺炎球菌加IL-5和IL-6免疫雌兔,结果显示:抗原与IL-5和IL-6共免疫后的雌兔泪液中的特异性IgA滴度显著高于单独抗原免疫组,约为后者的3倍,但IL-5和IL-6对总的泪液IgA水平和IgG并无显著影响。Alistair等以重组痘苗病毒作为载体,将IL-5与小鼠异种抗原血凝素基因共表达,鼻内接种免疫小鼠后,显著增强了小鼠肺部的特异IgA反应,为对照组的4倍,且可持续至少4周以上。这种增强的IgA反应可被抗mIL-5单克隆抗体所废除,对特异IgG水平无增强效应。Belinda等通过血清型沙门氏杆菌稀薄菌株表达鼠IL-5基因,口服免疫IL-5缺陷的小鼠后,用ELISA和ELISPOT法检测直肠、阴道、肺及胃肠道粘膜和血清中抗沙门氏菌LPS的IgA反应及IgG反应,结果发现与对照组相比,口服免疫表达mIL-5的沙门氏菌株活疫苗的IL-5缺陷小鼠显著增强了粘膜和血清中特异IgA反应及血清中IgG滴度,起作用的是沙门氏菌表达的mIL-5,而不是由于内源性mIL-5所至。因此抗原与IL-5或其他细胞因子共表达可能可以增强抗原的抗原性,为表达蛋白抗原的活疫苗的应用及改进粘膜免疫策略提供了一定的价值。利用非复制型痘苗病毒同时表达IL-5和乙型肝炎病毒抗原(HBsAg),鼻内吸入分别免疫小鼠和新西兰白兔,结果