第五章　白细胞介素-5

1980年，Takatsu K等发现的一种具有免疫调节功能的生物活性介质，被称为白细胞介素-5（interleukin-5，IL-5），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黏膜免疫增强活性中扮演着重要的角色。

小鼠IL-5基因定位于第11号染色体上，与IL-3、IL-4和粒-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）等造血因子基因密切连锁。小鼠IL-5前体由133个氨基酸残基组成，含21个氨基酸残基的信号肽，成熟小鼠IL-5分子含有112个氨基酸残基，裸肽相对分子质量为12~15kD。IL-5蛋白有3个糖基化位点，糖基化后相对分子质量为18kD，糖基化对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，相对分子质量为45kD。

人IL-5基因定位在染色体5q31上，由4个外显子和3个内含子构成。人IL-5前体由134个氨基酸残基组成，含22个氨基酸残基的信号肽，2个糖基化点，故成熟人IL-5分子亦含112个氨基酸残基。糖基化的人IL-5相对分子质量为18kD，通常是以相对分子质量45~60kD的寡聚体形式存在。人和小鼠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，并以反向平行的构型存在，而单体形式IL-5也有一定的生物学活性。

IL-5是由Takatsu K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。它调控着嗜酸性粒细胞的产生、活化和分布，对B细胞、T细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞具有多种生物学功能，譬如协同IL-2和IL-4等参与体液免疫应答和诱导胸腺细胞分化，选择性增强黏膜免疫应答等。人体中，IL-5主要由活化的T细胞产生，而小鼠体内则由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，并分泌具有生物学活性的IL-5。

IL-5受体复合物存在于嗜酸性粒细胞和其他一些细胞的细胞膜上，能与IL-5以高亲和力结合，由两个跨膜多肽亚单位组成，分子量分别为60kD（α链）和130kD（βc链），βc链也见于IL-3和GM-CSF受体中。IL-5受体的两条链都属于造血因子受体家族，其胞外部分都具有纤连蛋白样结构域，这些结构域形成一种由7个反平行的β折叠和连接它们之间的环构成的桶状结构。IL-5是对称结构，现在还不清楚与IL-5Rα结合的氨基酸残基是位于一个单体还是两个单体，但是这些区域都是位于IL-5双体的中轴线附近。IL-5Rα亚单位的氨基端桶状结构域与IL-5的结合有关，该结构域的删除导致与IL-5结合能力的完全丧失。该结构域的66位的自由半胱氨酸被共价修饰后导致与IL-5亲和力显著降低。IL-5R βc链识别IL-5N端α螺旋，发挥生物效应。

IL-5激活细胞信号转导的研究主要是以嗜酸性粒细胞为模型，现在认为IL-5诱导的信号转导主要通过两条途径，第1条途径：Lyn→Ras→Raf-1→MEK→MAPK，即IL-5与受体结合1分钟内激活Lyn激酶，使Lyn酪氨酸磷酸化，刺激GTP结合到P21，成为RAS的活化形式，GTP结合RAS引起Raf-1转位至膜上并激活Raf-1；Raf-1s使MEK激酶磷酸化，后者接着激活MAP途径。第2条途径：Jak2→STAT。IL-5结合受体1~3分钟内引起Jak2激酶酪氨酸磷酸化，Jak2接着使STAT家族的核因子磷酸化，细胞类型特异STAT1α或者STAT5A，STAT5B被激活，另外还发现STAT3也被活化，但IL-5Rβc亚单位的酪氨酸磷酸化对STAT3的激活不是必需的。

这两条途径的终产物包括MAP激酶和STAT家族的核因子，激活的MAP激酶能激活磷脂酶A2（PLA2）、磷脂酶C（PLC）、Rsk和细胞骨架蛋白等。同时，MAP激酶可以进入核内，使核因子产生磷酸化，如NF-κB、c-Jun、c-Myc、Elk-1和TCF等；Raf-1的激活可以导致NF-κB的产生，PLA2参与了花生四烯酸的代谢及前列腺素与白三烯的合成。PLC可导致三磷酸肌醇和二酰甘油的产生，核因子可能参与负责细胞存活于激活的基因转录。在TF-1细胞中，GM-CSF/IL-3和IL-5有不同的信号途径，GM-CSF和IL-3采用酪氨酸磷酸化来介导信号转导途径，而IL-5采用酪氨酸脱磷酸化的信号转导途径，酪氨酸激酶抑制物抑制GM-CSF/IL-3诱导的增殖效应，却增强IL-5诱导的增殖效应。另外，在B细胞中，蛋白酪氨酸激酶（PTK）p59也参与了IL-5诱导的信号转导，p59缺陷的B细胞不能介导IL-5的生物学效应。

与其他白细胞介素相比，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基因敲除小鼠的肠道黏膜中发现缺陷型的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基因敲除小鼠的肠道黏膜中有50%的B1细胞缺陷，相对于对照组，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.IL-5促进IgA合成，其机制可能是：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.IL-5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.IL-5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，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。

人们很早就发现哮喘患者体内有明显的嗜酸性粒细胞增多，但过去一直认为嗜酸性粒细胞在哮喘发病机制中起保护作用，从80年代中期开始认识到嗜酸性粒细胞是哮喘发病机制中重要的炎症效应细胞。哮喘患者支气管肺组织内有大量的炎性细胞浸润，其中以嗜酸性粒细胞增多最为显著。研究表明，IL-5能促进嗜酸性粒细胞的髓细胞复制和分化，同时能促进嗜酸性粒细胞脱颗粒，还能延长嗜酸性粒细胞生命周期。用重组IL-5注入患者肺段支气管，发现嗜酸性粒细胞随着IL-5的注入显著增加。

在趋化运动过程中，IL-5对嗜酸性粒细胞具有选择性趋化作用。IL-5还能增强血小板聚集因子（PAF）和白三烯B4（LTB4）对嗜酸性粒细胞的趋化作用。PAF、LTB4为嗜酸性粒细胞释放的化学介质，这两种介质均有趋化刺激嗜酸性粒细胞脱颗粒和产生氧自由基的作用，从而参与过敏性疾病过程如收缩气道平滑肌、促进黏液分泌、改变血管通透性，趋化嗜酸性粒细胞浸润等。哮喘患者体内真正致病的嗜酸性粒细胞实际上是活化了的嗜酸性粒细胞，它与正常密度的嗜酸性粒细胞比，具有明显的细胞毒性和更强氧代谢，并能产生更多的炎症介质，很多细胞因子能活化嗜酸性粒细胞，目前认为IL-5是最重要的嗜酸性粒细胞活化因子之一。

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细胞分裂增殖及增强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的量增多，而未发生耐受者几乎不产生IL-4和IL-5。因此，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患者移植物内有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患者IL-5水平相比，发生排斥反应患者血清及胆汁中IL-5均显著上升，且胆汁IL-5水平早于活检，证实排异前3天即达到高峰。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但表达的同时并不影响IL-5的表达。

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-5 mRNA水平的动态研究结果显示，SEA诱导的IL-5 mRNA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圆线虫或曼氏血吸虫感染的小鼠外周血和组织内嗜酸性粒细胞增多。

特应性皮炎（AD）是一种慢性皮肤炎症性疾病，遗传、环境和精神因素均起一定的作用。研究证实，IL-5与AD发病的关系较为密切，IL-5调控着AD患者的IgE的合成和嗜酸性粒细胞的活化。IL-5在AD患者血清中呈动态变化，随着患者病情的好转，IL-5的血清水平也明显降低；同时，IL-5可延长AD患者血中嗜酸性粒细胞的寿命。另有研究显示，AD患者在急性炎症阶段主要与IL-4有关；而在慢性炎症阶段主要与IL-5有关。Kimata认为AD的复发与Th2细胞因子如IL-4、IL-5和IL-10的产生及IgE和IgG4的产生有关。

红斑狼疮患者皮肤组织内有IL-5的表达，有学者通过动物实验发现自身免疫性NZB/W F1鼠与非自身免疫性BALB/C鼠相比，其活化的B细胞并没有内源性的缺陷，而异常的Th2细胞因子如IL-5和IL-10在NZB/W F1鼠的B细胞异常活化中起着重要的作用。大疱性类天疱疮是一种自身免疫性皮肤病，组织学显示，表皮下水疱和真皮内嗜酸性粒细胞浸润，IL-5在该病的嗜酸性粒细胞循环和功能方面起着重要的作用。

疱疹样皮炎是一种慢性表皮下水疱性疾病，有较多的CD4 ⁺T细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞浸润为特征的水疱形成，在嗜酸性粒细胞和T细胞外有IL-5的高表达。T细胞淋巴瘤如Sézary综合征患者IL-5产生增加，IFN-α和IL-10可通过抑制IL-5的产生而治疗T细胞淋巴瘤。霍奇金病是一种恶性淋巴瘤，所有的患者均有嗜酸性粒细胞的增多，伴有IL-5水平的高表达。

从理论上讲，可通过影响IL-5合成、分泌、抑制IL-5受体激活以及宿主IL-5受体信号传导等环节来治疗哮喘。抗IL-5单克隆抗体干预哮喘豚鼠，结果表明，干预后单抗组嗜酸性粒细胞较干预前明显降低。用卵蛋白激发致敏小鼠后，引起抗原特异性T细胞反应，特异性IgE增加，出现速发型皮肤高反应及气道高反应性，同时出现气道嗜酸性粒细胞浸润及IL-5产生增加。静脉注射抗IL-5抗体（100μg）3次后，可消除肺嗜酸性粒细胞的浸润及气道高反应性，而不影响特异性IgE水平，皮肤高反应和特异性T细胞反应。

Menzies-Gow A用安慰剂、双盲法通过检测IL-5单克隆抗体注射前后血液、骨髓和气道组织中的成熟的和未成熟的嗜酸性粒细胞的量，可以看到，IL-5单克隆抗体能有效减少骨髓中成熟的嗜酸性粒细胞数量。Leckie等外源过敏源的刺激下，IL-5抗体能有效地控制体内嗜酸性粒细胞的增加，并且可以在血液中持续作用长达16周，表明抗IL-5抗体在体内能竞争性阻止IL-5。研究IL-5转基因鼠发现，给IL-5转基因鼠一次注射抗IL-5受体抗体就能使外周血嗜酸粒性细胞降低到正常水平，并且能持续几周。消除产生IL-5的CD4 ⁺T淋巴细胞或用单克隆抗体中和IL-5，均能明显降低肺嗜酸性粒细胞浸润。由此可见，用抗IL-5抗体治疗哮喘是可行的，抗IL-5抗体的研究结果对拮抗剂应用于临床起了很大推动作用。虽然抗IL-5抗体治疗动物哮喘有较广阔前景，但因存在免疫反应等问题，临床应用也有其局限性，并且它只能减少已产生的IL-5含量，而不能从根本上抑制或阻断IL-5合成。因此，需要探索新的更有效的方法治疗哮喘。

目前，国外一些制药企业正在研发和IL-5相关的新药。丹麦利用其专利技术开发的抗IL-5疫苗的临床前研究也取得了一定成果。美国两家公司也正在合作开发IL-5的免疫治疗药物，该公司对产品抗IL-5单克隆抗体进行用于治疗哮喘的临床研究。

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