第八章　白细胞介素-8

1986年，Kownatzki等首先证实单核细胞可产生一种中性粒细胞趋化因子，此后不同实验室也发现此因子，根据所研究的细胞和功能，给出不同的名字，如中性粒细胞激活蛋白-1（neutrophil activating protein-1，NAP-1）、单核细胞来源的中性粒细胞趋化因子（monocyte-derived neutrophil chemotactic factor，MDNCF）、单核细胞来源的中性粒细胞激活肽（monocyte-derived neutrophil activating peptide，MDNAP）、内皮细胞来源的中性粒细胞激活肽（endothelial-derived neutrophil activating peptide，EDNAP）、中性粒细胞趋化因子（neutrophil chemotactic factor，NCF）。1988年，成功基因克隆这种中性粒细胞趋化因子，属于C-X-C亚族成员，目前普遍被称为白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8），又称为趋化因子CXCL8。IL-8是一种多细胞来源的细胞因子，包括单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、血管内皮细胞、皮肤成纤维细胞、气道平滑肌细胞、角质细胞、黑色素细胞和肝细胞等。内皮细胞胞浆中以怀布尔-帕拉德小体（Weibel-Palade body）的形式储存IL-8。IL-1、TNF、LPS和PMA刺激单核细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞、皮肤成纤维细胞、角质细胞等合成和分泌IL-8；PHA等刺激活化的T细胞也产生并分泌IL-8。同时，多种恶性肿瘤细胞组织如鳞状细胞癌、黑色素瘤、胃肠道肿瘤、甲状腺肿瘤、卵巢癌、乳腺癌、肺癌等也能高表达IL-8，IL-8的表达与肿瘤中血管生成、生长转移、复发等密切相关。

现初步证实IL-8家族（亦称pf4家族）至少有12个成员。IL-8可以分成α和β亚群，α亚群的基因位于第4号染色体上，β亚群的基因位于第17号染色体上。IL-8是一种小分子量多肽，分子量约为8.3kD，二级结构由α螺旋和β片层组成。核磁共振和X射线晶体衍射显示其三维结构是6股反向平行的β片层和2个对称的反向平行α螺旋组成的二聚体，肝素参与交联。未成熟IL-8由99个氨基酸残基组成，N端的22个氨基酸为信号肽，不同的特异性蛋白酶可分解IL-8前体N端的不同部位，产生不同分子量的IL-8，其中在非免疫细胞内由蛋白酶切形成的IL-8为含77个氨基酸的多肽；而在单核-巨噬细胞内酶切形成的IL-8为含72个氨基酸的多肽。不同分子量的IL-8诱导中性粒细胞趋化和脱颗粒的能力不同，含72个氨基酸的IL-8活性最强，即通常所指的成熟IL-8。含72个氨基酸的IL-8在其对应的第7、9、34和50位点有4个保守性半胱氨酸残基，无N糖基化位点，pI为8.0~8.5、耐热、耐碱。天然状态下的IL-8分别在第7与第34位、第9与第50位半胱氨酸间形成链内二硫键，如采用二巯基乙醇还原处理，则IL-8趋化活性消失。成熟IL-8有69、70、71、72、77和79个氨基酸残基形式。在体外，凝血酶或纤维蛋白溶酶可将77个氨基酸残基形式裂解成72个氨基酸残基形式。

人IL-8基因位于染色体4q12-q21，从人胎盘DNA中克隆出来的IL-8基因全长5.2kb，由4个外显子和3个内含子组成。人IL-8 mRNA为1.8 kb，翻译为99个氨基酸组成的前体蛋白，经细胞内特异性蛋白酶酶切后形成有活性的IL-8。在IL-8基因启动子上有多个位点可结合几种不同的转录因子，IL-8基因启动子区含经典CCAAT和TATA盒结构，转录因子NF-κB、AP-1或C/EBP与启动子结合后，启动IL-8基因的快速表达，启动子上这些可结合多个转录因子的位点在结构上紧密相关、功能上相互协同，是调节IL-8启动子功能的主要顺式作用元件。在人上皮细胞，TNF-α通过激活MAPK信号通路诱导IL-8的表达，其中p38对转录后的调控尤其重要。同时，miRNA-146a/b-5p通过沉默IRAK1间接抑制IL-8表达。

IL-8基因是一种早期反应基因，当细胞受到刺激后，IL-8 mRNA含量会迅速升高，60分钟内即可检出。IL-8作为调节炎症反应的重要介质，对炎症反应、免疫应答及创伤愈合等有重要调节作用，IL-8分泌失调也可损伤组织细胞，与多种器官功能衰竭有关。

IL-8与其受体结合、相互作用，从而发挥各种生物学效应。IL-8受体（IL-8 receptor，IL-8R）为二聚体的糖蛋白，目前已知的IL-8R至少有2种类型，分别为CXCR1（CXC receptor 1）和CXCR2（CXC receptor 2），IL-8与CXCR1结合的亲和力大于CXCR2。两个受体均属于G蛋白偶联受体家族成员，两者在氨基酸水平上有77%的同源性。IL-8R为跨膜蛋白，其N端位于细胞外侧，C端在细胞内，中间形成7个跨膜螺旋结构，包含3个细胞外环和3个细胞内环，其中C端部分和第3个细胞内环与G蛋白相偶联，而N端则是IL-8R识别配体的关键区域。除N端部分外，两型IL-8R具有很高的同源性。CXCR1和CXCR2存在于多种细胞表面，其中，中性粒细胞表面表达的IL-8R受体密度最大，达20 000个受体/细胞。

IL-8与IL-8R相互作用诱导IL-8R构象发生改变，使IL-8R位于细胞内与下游信号蛋白结合的位点以及与G蛋白结合的羧基末端暴露，启动细胞内的信号传导，最终导致细胞功能的变化。目前，研究表明除内皮细胞、中性粒细胞、T细胞、肥大细胞等组织细胞外，多种肿瘤细胞及肿瘤相关巨噬细胞也有CXCR1和CXCR2的特异性高表达，提示IL-8可能对肿瘤微环境具有极大的影响。

IL-8与受体结合，主要激活几种不同的信号通路途径，包括：①磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶途径；②蛋白酪氨酸激酶受体途径；③Rho GTP酶及下游的信号通路（图8-1）。

磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）-蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）途径是促使IL-8招募中性粒细胞的一个重要效应信号途径，可被属于G蛋白偶联受体家族成员的IL-8R激活。IL-8结合而活化的IL-8R作用于下游的PI3K使之活化，激活的PI3K使内膜组分4，5-二磷酸磷脂酰肌醇 [phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate，PtdIns（4，5）P2] 磷酸化转变为3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇 [PtdIns（3，4，5）P3]，后者与蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）的PH结构域（pleckstrin homology domain）结合，使其由胞质转位至细胞膜，定位于磷酸肌醇依赖性激酶1（phosphoinositide dependent kinase 1，PDK1）和PDK2附近，导致Akt构象发生变化，暴露其磷酸化位点，其中PDK1磷酸化Akt的Thr308，PDK2磷酸化Ser473，伴随着分子内两个关键氨基酸残基Thr308和Ser473的磷酸化，Akt得以激活。激活的细胞内Akt通路最终引起细胞蛋白合成、细胞增殖、扩散和抗凋亡等一系列生物学效应。研究表明，Akt的活化可进一步作用于其下游分子mTOR、Bad、IJB、caspase-9、MMP-9和COX-2等表达，从而导致细胞的异常分化与增殖及抗凋亡作用，促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移及瘤内新生血管形成。Cheng等研究发现，人类癌基因可通过激活Akt通路增强对肿瘤药物的抗性。

PI3K还可激活一些非受体型酪氨酸蛋白激酶，如Src家族的激酶和FAK等。采用IL-8刺激前列腺癌细胞，可激活细胞内FAK和Src激酶，诱导FAK及Src表层蛋白信号通路活化，从而促进前列腺癌细胞的存活、增殖及抗药能力。此外，G蛋白活化后，磷脂酶C（PLC）也可作为下游的效应分子之一被激活，活化的PLC可催化内膜类脂PtdIns（4，5）P2转化成重要的细胞内信使甘油二脂（DAG）和三磷酸肌醇（PI3），这些细胞内信使分子作用于蛋白激酶C（PKC），可诱导PKC的多种同工酶包括PKCα、PKCβ、PKCβⅡ等的活化。PKC是一类非常重要的信号转导分子，细胞信号转导的多条途径都可导致PKC的活化，PKC在细胞的生长分化及其他多种细胞功能的调控中具有关键性的调节作用。Takami等研究证实，PKC磷酸化可激活爆发性呼吸以及Mac-1介导的细胞黏附作用。Nasser等证明，PKC可调节肌动蛋白细胞骨架，调控细胞的运动功能。有研究发现，在黑色素瘤和前列腺癌细胞中，IL-8通过激活p38蛋白激酶/Akt和增加PKC活性来增加NF-κB转录子活性。

研究发现，IL-8可诱导内皮细胞的血管内皮生长因子受体-2（vascular endothelial growth factor receptor-2，VEGFR-2）磷酸化，VEGFR-2属于蛋白酪氨酸激酶受体，磷酸化的VEGFR-2启动蛋白酪氨酸激酶受体信号途径的活化，并激活下游的MAPK三级级联反应，产生磷酸化的转录因子作用于相应的靶基因，从而调控影响细胞增殖的多个基因转录，影响基因的表达水平，调节血管内皮细胞的生长状态及血管壁的通透性。同时，IL-8可促进卵巢癌血管内皮细胞VEGFR-2的活化，激活下游的MAPK级联反应，MAPK活化引起的癌细胞增殖、存活和新血管形成与IL-8相关。

Rho GTP酶是一类小GTP酶，属于Ras超家族。目前已发现3个亚家族，共十余种，即Rho（A~E和G）、Rac和Cdc42。Rho GTP酶受GTP酶激活蛋白（GAPs）、鸟苷酸交换因子（GEFs）及鸟苷酸分离抑制因子（GDIs）的调控，以结合无活性GDP和结合有活性GTP的方式发挥分子开关作用，是调节肌动蛋白骨架的关键蛋白。目前发现多种细胞膜受体可将其配体的细胞外刺激信号跨膜转导作用于Rho的调节蛋白，从而激活Rho GTP酶，参与不同的细胞反应。不同类型的IL-8R，即CXCR1和CXCR2，在接受IL-8刺激后可分别激活不同的GTP酶Rho家族成员，CXCR1可快速激活Rho GTP酶，而CXCR2则延迟激活RacGTP酶，最终促进肌动蛋白细胞骨架聚合，引起细胞骨架的缩进效应，调控细胞的运动功能。有研究发现，IL-8可使前列腺癌细胞的Rho、Rac和Cdc42 GTP酶活性呈动态的时间依赖性改变，说明IL-8可通过活化Rho GTP酶来促进肿瘤细胞的迁移和侵袭。此外，研究表明，Rho作为“分子开关”不仅能对来自上游不同受体所介导的不同信号作出反应，而且还可通过下游的多重级联反应与其他信号通路之间发生“串话”（cross talk），从而产生多种细胞效应。