IL-6同時(shí)具有抗炎和促炎作用。

一、IL-6

白細(xì)胞介素(IL)因最初是在白細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞因子,而被冠名為白細(xì)胞介素(Interleukin)。包括IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10等,在免疫細(xì)胞的發(fā)育、活化、增殖和免疫調(diào)節(jié)等過程中發(fā)揮重要作用。

IL-6是一種多效性的細(xì)胞因子,在免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)、造血過程以及機(jī)體代謝等多種生理和病理過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,由多種細(xì)胞分泌,包括單核巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等。在不同的生理和病理情況下,這些細(xì)胞會(huì)被激活并分泌IL-6,以調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫和炎癥反應(yīng)等。

健康人血液中,IL-6的濃度非常低,約為1-5皮克/毫升。但炎癥狀態(tài)下,IL-6的濃度會(huì)急劇上升,如敗血癥患者中的濃度可達(dá)到微克/毫升級(jí)別。一些自身免疫病如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)、克羅恩病和系統(tǒng)性紅斑狼瘡等都有較高的IL-6濃度。

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IL-6在細(xì)胞中的功能

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IL-6下游的效應(yīng)細(xì)胞很多,網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。

二、IL6信號(hào)傳導(dǎo)

1、 經(jīng)典信號(hào)通路(anti-inflammatory,抗炎)

配體受體結(jié)合:IL-6首先與細(xì)胞膜上的IL-6受體(IL-6R)結(jié)合,形成IL-6/IL-6R復(fù)合物。

招募gp130:IL-6/IL-6R復(fù)合物招募信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白gp130,形成一個(gè)三聚體復(fù)合物。gp130是一種跨膜蛋白,在IL-6信號(hào)傳導(dǎo)中起著關(guān)鍵作用。

激活JAK激酶:三聚體復(fù)合物的形成導(dǎo)致gp130胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域發(fā)生構(gòu)象變化,使得與之結(jié)合的Janus激酶(JAK)相互靠近并發(fā)生磷酸化而激活。

磷酸化STAT3:激活的JAK激酶進(jìn)而磷酸化gp130胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域上的酪氨酸殘基,這些磷酸化的酪氨酸殘基作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3(STAT3)的結(jié)合位點(diǎn),招募STAT3并使其磷酸化。

STAT3二聚化與核轉(zhuǎn)位:磷酸化的STAT3形成二聚體,然后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi),與靶基因的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合,調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄,從而介導(dǎo)細(xì)胞的增殖、分化、存活以及炎癥反應(yīng)等生物學(xué)效應(yīng)。

2、反式信號(hào)通路(pro-inflammatory,促炎)

sIL-6R:金屬蛋白酶 ADAM17的將膜結(jié)合的IL-6R(mIL-6R)切割成可溶性的IL-6受體(sIL-6R),sIL-6R在細(xì)胞外(細(xì)胞間隙、非細(xì)胞膜上)與IL-6結(jié)合。

IL-6/sIL-6R復(fù)合物形成:IL-6與sIL-6R結(jié)合異二聚體復(fù)合物,結(jié)合到細(xì)胞表面的gp130蛋白上。

激活信號(hào)傳導(dǎo):gp130的二聚化、激活JAK激酶,進(jìn)而磷酸化STAT3等轉(zhuǎn)錄因子,啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),最終調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞的生物學(xué)功能。

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3、mIL-6R與sIL-6R

IL-6R分為膜結(jié)合型(membrane-bound IL-6R)和可溶性(sIL-6R)兩種形式。mIL-6R表達(dá)在某些特定細(xì)胞表面,如肝細(xì)胞、巨核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和某些T細(xì)胞亞群等,它能讓這些細(xì)胞識(shí)別并結(jié)合IL-6,從而使細(xì)胞被IL-6激活,稱之為經(jīng)典信號(hào)傳導(dǎo)。稱為抗炎信號(hào)過程,細(xì)胞行為包括上皮細(xì)胞增殖,及抑制上皮細(xì)胞死亡。?

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金屬蛋白酶ADAM17在IL-6R質(zhì)膜的莖區(qū)Q357和D358之間對(duì)其進(jìn)行截切

mIL-6R在細(xì)胞膜上被金屬蛋白酶如ADAM17截切,形成位于細(xì)胞質(zhì)中的片段,成為sIL-6R(可溶性白細(xì)胞介素-6受體),sIL-6R可以和IL-6結(jié)合,形成的IL-6/sIL-6R復(fù)合物能結(jié)合到細(xì)胞表面的gp130蛋白的同二聚體上,激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)通路。有些細(xì)胞不表達(dá)膜結(jié)合型IL-6R,如胚胎干細(xì)胞、人類原代平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞和造血細(xì)胞等,可以通過這種轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)(sIL-6R)的方式被IL-6激活。這個(gè)信號(hào)過程產(chǎn)生的行為也稱之為促炎過程,如招募單核細(xì)胞到炎癥區(qū)域,激活免疫系統(tǒng)。T 細(xì)胞上的反式信號(hào)傳導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡受抑制、調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞(Treg)的分化受抑制,以及輔助性 T 細(xì)胞 17(TH17)的分化。

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?IL-6/6R信號(hào)通路中的促炎過程和抗炎過程

三、IL-6疾病與藥物

IL-6與多種疾病相關(guān)。

1、自身免疫性疾病

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA):IL-6、IL-6R、sIL-6R、gp130和sgp130之間的相互作用激活細(xì)胞內(nèi)的JAK/STAT和MAPK等信號(hào)通路,引發(fā)炎癥反應(yīng),促進(jìn)關(guān)節(jié)組織的損傷,屬于促炎反應(yīng)。sIL-6R水平在患者中升高,進(jìn)一步增強(qiáng)了IL-6的反式信號(hào)傳導(dǎo),加重炎癥。

克羅恩病:IL-6的異常表達(dá)促使腸道炎癥的發(fā)生和發(fā)展,通過與相應(yīng)受體結(jié)合激活信號(hào)通路,招募免疫細(xì)胞至炎癥部位,促進(jìn)炎癥介質(zhì)的釋放。

系統(tǒng)性紅斑狼瘡:IL-6在免疫調(diào)節(jié)失衡和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用,促進(jìn)自身抗體的產(chǎn)生,激活免疫細(xì)胞,加重炎癥損傷。

慢性炎癥性疾病包括卡斯?fàn)柭 ⒇惡涨刑夭?、系統(tǒng)性幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎等。

2、癌癥相關(guān)

卵巢癌:IL-6通過與sIL-6R結(jié)合形成復(fù)合物,作用于內(nèi)皮細(xì)胞上的gp130,引發(fā)反式信號(hào)傳導(dǎo),產(chǎn)生促炎微環(huán)境,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲,同時(shí)抑制化療誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

乳腺癌:IL-6及其相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)可能促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的生長、增殖和轉(zhuǎn)移,sIL-6R作為預(yù)后標(biāo)志物,提示其在腫瘤發(fā)展過程中可能參與了促炎和促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的過程。

其他疾病

心臟疾病包括慢性心力衰竭,急性心肌梗死。其他疾病如不孕癥中sgp130蛋白降低,先兆子癇病中sIL-6R釋放減少,中風(fēng)中sgp130水平升高,酒精性肝病中IL6和spg130水平升高等。

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?IL-6異常誘發(fā)的多種與免疫相關(guān)的疾病

目前已經(jīng)上市的藥物針對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等自身免疫性疾病、細(xì)胞因子釋放綜合征(CRS)、巨細(xì)胞動(dòng)脈炎、Castleman 病等四種類型疾病,藥物以托珠單抗(Tocilizumab)和司妥昔單抗(Siltuximab)為主,其中托珠單抗重組人源化抗人 IL-6R 單克隆抗體,能特異性結(jié)合可溶性及膜結(jié)合的 IL-6R,阻斷 IL-6 與受體的結(jié)合,從而抑制 IL-6 的信號(hào)傳導(dǎo)。司妥昔單抗是人源化抗 IL-6 單克隆抗體,能夠選擇性地結(jié)合 IL-6,阻斷 IL-6 與其受體的相互作用。

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?針對(duì)IL6信號(hào)通路藥物開發(fā)的方向

參考資料:

Interleukin-6: Structure-function relationships, protein science, 1997

The pro- and anti-inflammatory properties of the cytokine interleukin-6, Biochimica et Biophysica Acta, 2011

The Role of IL-6 in Fibrotic Diseases: Molecular and Cellular Mechanisms, International Journal of Biological Sciences, 2022

Interleukin-6: From basic biology to selective blockade of pro-inflammatory activities, 2013, Seminars in Immunology

Interleukin-6 and its receptors: A highly regulated and dynamic system, Cytokine, 2014

A panoramic review of IL-6: Structure, pathophysiological roles and inhibitors, Bioorganic & Medicinal Chemistry

Interleukin-6 signalling in health and disease, F1000Research, 2020

Targeting IL-6 trans-signalling: past, present and future prospects, Nature reviews immunology, 2023

Interleukin?6: designing specific therapeutics for a complex cytokine, Nature reviews drug discovery, 2018