第六章　白细胞介素-6

白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）在免疫、神经和内分泌系统中发挥着重要生物学功能。1986年，Hirano等首次从肺结核患者的胸水细胞培养上清分离的可溶性分子，因其能诱导B细胞生长和抗体产生，故称为B细胞刺激因子2（B-cell stimulating factor 2，BSF2）。随后其他研究小组分离到此分子，称为干扰素β2（IFN-β2）。最后，研究委员会统一将其定名为IL-6。

IL-6受体是由IL-6受体链（IL-6R、gp80或CD126）和信号转导亚单位gp130（CD130）组成。Kishimoto首次克隆了IL-6R，并发现IL-6R的胞浆结构域很短，不能传递信号，但随后发现gp130能与受体组成复合物，gp130胞浆域很长，可协助传递IL-6的信号。IL-6R胞外域的四个半胱氨酸序列和gp130的WSXWS保守序列组成IL-6结合域，gp130的胞内域有JAK激酶结合位点，通过STAT3传递信号。Hirano等进行更深入研究发现，Gab1和Gab2作为gp130的接头蛋白，介导ERK信号传递，因此，单体gp130与IL-6结合后，活化相应激酶。gp130敲除小鼠（F759小鼠）自发形成类风湿关节炎样关节疾病，而IL-6R抗体被发展成治疗自身免疫性疾病的药物，用于临床。

除了IL-6，其他因子也共享gp130蛋白，如IL-11、LIF、CNTF、OSM、CT-1、CLC/NNT1/BSF3、IL-25和IL-35，这些IL-6家族成员都利用gp130进行转导信号。同时，有些细胞因子还需要第2个传递信号的亚单位如LIFRβ或OSMRβ，传递信号。尽管共享gp130信号分子，IL-6家族成员的功能仅部分重叠。IL-27由IL-27p28和EBI3组成，最近发现是gp130的拮抗剂。

gp130的胞浆序列中含有两个重要的结构域，称为Box1和Box2。胞浆序列有6个酪氨酸残基，被JAK激酶磷酸化，参与IL-6的信号传导。IL-6与IL-6R结合后，JAK磷酸化IL-6R的酪氨酸残基，形成STAT3的结合位点。结构分析发现，IL-6首先与IL-6R结合，此复合物再与gp130结合，通过gp130胞浆域的YXXQ序列结合被JAK磷酸化的STAT3，磷酸化的STAT3由单体聚合成二聚体，转移至细胞核中，并激活靶基因的转录，其中包括SOCS3（图6-1）。IL-6阴性信号调节，主要调节SOCS3与gp130结合的JAK磷酸化位点，在人体内，Y759是负反馈调节IL-6信号转导的主要因子。然而，在一些细胞中，gp130的第2个酪氨酸残基可被SHP2/Gab/Ras/ERK磷酸化；在小鼠的胃腺癌细胞中，gp130的第2个酪氨酸残基可被pS2/TFF1诱导。

除了上述通用IL-6信号转导通路，还发现通过NF-κB诱导促炎性细胞因子转录的通路，称之为“炎性扩增者（inflammation amplifier）”。

Toll样受体和促炎性细胞因子IL-1、IL-17和TNF-α促进IL-6的大量表达，促进炎症反应发生。IL-6的启动子区有NF-κB结合位点，而NF-κB是促进IL-6表达必需的，此外C/EBPβ、STAT3活化可协同NF-κB的作用。

体育锻炼可刺激骨骼肌产生IL-6，而产生其他细胞因子。小肠L细胞分泌的胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）可诱导IL-6的表达；忧郁可促进IL-6的表达；此外，在人体中还发现IL-6的时间节律变化，AM 8:00~PM 6:00时间段内最高，而PM 9:00~AM 5:00内最低。

IL-6的转录后调控也调节IL-6的表达水平，如RNA酶zc3h12a，也称为Regnase-1，是Toll样受体诱导基因，可调节IL-6 mRNA的衰减。Zc3h12a基因敲除鼠内，IL-6和IL-12 p40生成增加，导致自身免疫病的发生。IKK介导的磷酸化影响Regnase-1的稳定，且Regnase-1也可影响自身稳定。Let-7a直接抑制IL-6的表达，IL-6可活化NF-κB，而NF-κB反过来抑制Let-7a水平，促进IL-6产生，研究发现这种正反馈调节在有些肿瘤中起着重要的作用。

IL-6除了受Zc3h12a和Let-7a调控外，还可被microRNA调节。miR-26也调节IL-6 mRNA，锌指蛋白Zcchc-1有RNA作用基序，而在miR-26的3’加入尿嘧啶，解除miR-26对IL-6 mRNA的抑制作用。研究证实，肝癌细胞中，miR-124可抑制IL-6 mRNA水平。

不同的调控因子也可在翻译水平上调节IL-6的表达，譬如RNA结合蛋白KSRP能促进富AU元件mRNA的降解，也参与翻译沉默。研究发现，KSRP基因敲除细胞，IL-6 mRNA在多聚核糖体重新分布，IL-6生成增加，这种翻译沉默效应依赖IL-6 mRNA的3’非翻译区序列。

CD4 ⁺T细胞在急、慢性炎症时产生大量细胞因子，当T淋巴细胞活化后，根据其分泌的细胞因子谱不同分为不同亚类：Th1、Th2、Th17等。Th17主要产生IL-17，在鼠自身免疫病发病中起重要作用。抗原刺激未分化初始T细胞，IL-6和TGF-β促进这类细胞表达Rorγt，Rorγt是Th17分化必需的。在体外培养条件下TGF-β和IL-6通过受体gp130的YXXQ保守序列与活化的STAT3，促进Th17分化（图6-2）。缺乏TGF-β，IL-6与IL-21促进初始T细胞分化成滤泡T辅助细胞（follicular helper T cells，Tfh），通过转录因子Bcl-6，介导T-B细胞相互作用，导致生发中心及高亲和力免疫球蛋白的形成。由于很多细胞均产生IL-6，何种细胞产生IL-6，进而促进Th17和Tfh分化，目前尚未证实。在鼠多发性硬化症模型中，B细胞产生的IL-6在中枢神经持续炎症反应中发挥着重要的作用。最近研究发现，在炎症条件下，内皮细胞和成纤维细胞产生IL-6，在炎症发生发展中起重要作用。

在一定条件下，IL-6对髓系来源细胞如树突状细胞和巨噬细胞表现为抗炎特性。体外培养髓系来源树突状细胞，先暴露于IL-6环境下，随后给予LPS刺激后，检测MHCⅡ和促炎性介质的表达。结果表明，与野生小鼠相比，IL-6敲除鼠MHCⅡ的表达量明显增高；而失去SOCS3结合位点的gp130突变鼠（F759），IL-6活性增加，而MHCⅡ表达降低。IL-6可降低树突状细胞内组织蛋白酶（cathepsins）抑制剂和胱抑素C（cystatin C）的表达，从而增加组织蛋白酶S活性，进而促进MHCⅡ降解。同时，延长巨噬细胞内IL-6的作用时间，可模拟IL-10磷酸化STAT3，激活STAT3，产生抗炎效应。在鼠变应性哮喘模型中，也观察到IL-6的抗炎性作用。由于IL-6通过SOCS3抑制TCR介导的信号转导过程，IL-6缺陷鼠肺部变应性炎症更严重，而肺部过表达IL-6可降低这种炎症反应。

除此之外，IL-6还具有其他不同的生物学特性：①诱导B细胞分化；②促进浆细胞瘤和骨髓瘤增生；③诱导IL-2和IL-2受体表达；④诱导单核细胞分化；⑤诱导CTL；⑥增强NK细胞活性；⑦诱导并刺激肝细胞表达急性期反应分子；⑧诱导神经元分化；⑨诱导肾小球膜细胞生长；⑩诱导角质化细胞生长； 抑制细胞凋亡； 支持造血干细胞分化。

慢性病毒感染包括HIV-1感染损害T细胞功能，T细胞产生少量效应细胞因子，导致病毒感染持续发生。在淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒感染小鼠体内，IL-7通过下调SOCS3，促进病毒清除，这个过程依赖IL-6的产生，但这种清除效应在IL-6敲除鼠体内消失。另一个研究表明，慢性感染淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒诱导产生的IL-6，促进滤泡T辅助细胞增殖及生发中心形成，进而诱导B细胞产生抗体。

人单纯疱疹病毒8（human herpes virus 8，HHV8），又叫卡波西肉瘤病毒（kaposi sarcoma-associated herpesvirus），编码一个类似IL-6的分子，称为病毒IL-6（vIL-6），vIL-6直接结合gp130，在不需要IL-6R的情况下传递信号，因此，HHV8导致疾病如多中心卡斯尔曼病（Castleman’s disease，CD）的发生。CD又称血管滤泡性淋巴组织增生或巨大淋巴结增生症，是一种罕见的淋巴细胞增生性疾病，其病理特征为明显的淋巴滤泡、血管及浆细胞呈不同程度的增生，临床上以深部或浅表淋巴结显著肿大为特点，部分病例可伴全身症状和（或）多系统损害，多数病例手术切除肿大的淋巴结后，效果良好。1954年，Castleman等正式报道一种局限于纵隔的肿瘤样肿块，临床上25%的中心型病例证实伴HHV8感染，少数多中心型可转化为恶性淋巴瘤，然而多数病例追踪结果并未转化为恶性肿瘤。IL-6参与CD的发病过程，CD患者淋巴结生发中心的B淋巴细胞可分泌产生大量的IL-6，同时，IL-6转入小鼠的造血干细胞，可成功获得类似于CD的病理模型。CD病变组织切除后，随着临床病情的改善，增高的血清IL-6水平也随之下降；有趣的是，这种疾病小鼠与IL-6敲除鼠杂交后，病理表型消失，因此，鼠内源性IL-6是CD发病的致病因素。在弓形虫持续感染神经元导致的慢性脑脊髓炎中，IL-6在其发病过程中也发挥着重要的作用。

几乎所有的细胞均表达IL-6受体gp130亚单位，而IL-6R则限制性表达，IL-6R主要表达于免疫细胞和成纤维细胞表面。正常情况下，可溶性白细胞介素-6受体（sIL-6R）存在于正常体液中，IL-6可通过sIL-6R和gp130在不表达IL-6R的细胞内传递IL-6信号，称为IL-6反式信号。IL-6作为肿瘤生长信号，在不表达IL-6R的肿瘤细胞表面，通过反式信号转导途径，促进肿瘤细胞的生长和增殖。化疗药物导致DNA损伤，胸腺上皮细胞的DNA损伤反应可产生IL-6，在肿瘤微环境为肿瘤提供生长信号。因此，传统化疗药物抑制肿瘤的同时，促进肿瘤细胞产生IL-6，进而诱导肿瘤生长与增殖。有报道表明，肥胖人群肝癌的致死率增加，有趣的是，荷瘤小鼠高脂肪饮食后，血清中IL-6和TNFα水平升高，促进肿瘤生长。

IL-6在自身免疫性疾病和感染性疾病的炎症反应中起重要作用，而代谢性疾病如肥胖和动脉粥样硬化，神经变性性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病，也与免疫细胞和炎性介质有不同程度的联系。

全基因组扫描发现，IL-6基因-174G/C多态性与阿尔茨海默病和冠状动脉粥样硬化性心脏病相关；STAT3结合位点和gp130结合位点基因多态性分别与溃疡性结肠炎和类风湿关节炎相关；IL-6R基因多态性与哮喘相关。研究发现，IL-6R蛋白Asp358Ala增加循环系统sIL-6R水平，与冠心病相关；体细胞组成性突变导致gp130/STAT3通路活化与良性肝肿瘤——炎性肝腺癌相关。Zucuman-Rossi等报道60%炎性肝腺癌存在gp130基因座相邻突变，导致STAT3非配体依赖活化，并证实gp130突变可导致STAT3活化，引起STAT3二聚体形成，相反，STAT3阴性突变导致高IgE综合征。

总之，IL-6及其信号通路是自身免疫病发病机制的关键因素，同时，全基因组扫描结果表明，IL-6及其信号通路也是多种炎性疾病的治疗靶点。

胰岛素抵抗（insulin resistance）是指胰岛素效应细胞如肌肉细胞、脂肪细胞和肝脏细胞等对正常数量的胰岛素不能产生相应的反应，从而表现为胰岛素作用的靶器官对胰岛素的敏感性下降。其中脂肪细胞的胰岛素低敏感性会导致储存的甘油三酯水解，从而提高血浆中的自由脂肪酸的含量；而肝细胞的胰岛素抵抗则会降低糖原储备，导致血糖含量升高；肌肉细胞的胰岛素抵抗可降低葡萄糖的吸收。目前认为胰岛素抵抗是多种代谢相关疾病和Ⅱ型糖尿病的发病基础，胰岛素抵抗与多种炎症因子有关。研究发现，IL-8、IL-1、TNF-α、C-反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、血浆纤溶酶原激活物抑制物-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）和IL-6等，在胰岛素抵抗人群血浆中的浓度均明显高于正常人群。脂肪细胞3T3体外培养实验结果证实，IL-6通过STAT3-SOCS3通路影响胰岛素受体信号转导，从而引起胰岛素抵抗。对胰岛素抵抗机制的研究有助于发现治疗胰岛素抵抗的药物，并有可能为该病的治疗提供新的治疗手段。

除上述疾病外，IL-6还参与了多种临床疾病的病理过程，包括呼吸系统衰竭、心血管疾病、脓毒血症等。研究表明，IL-6与机体的老化过程密切相关，如体重减轻、淋巴增殖紊乱、多发性骨髓瘤、骨质疏松、阿尔茨海默病、帕金森病等。

通过阻断IL-6及其信号通路的生物制剂已在某些人类疾病的治疗中取得进展。如人源化的抗IL-6R单克隆抗体（tocilizumab，托珠单抗）在多个国家批准用于治疗中重度类风湿关节炎；在日本，人源化的抗IL-6R单克隆抗体还批准用于治疗青少年特发性关节炎和卡斯尔曼病。gp130/Fc融合蛋白被用来阻断IL-6信号通路。

由于JAK-STAT3是IL-6和IL-6R信号传递分子，在美国、欧洲和日本，试验JAK激酶抑制剂——托法替尼（tofacitinib）用于治疗中重度类风湿关节炎，临床还发现托法替尼可治疗银屑病和严重性肠病。STAT3抑制剂——BP-1-102也可能成为有效的治疗药物。

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