白介素三大家族解析：免疫调节中的重要作用

白介素三大家族解析：免疫调节中的重要作用

白介素家族是免疫系统中重要的细胞因子，参与调节炎症反应和免疫细胞的活性。本文将详细介绍白介素家族的主要成员及其功能，帮助读者更好地理解这些分子如何塑造我们的身体反应。

白细胞介素（Interleukins, IL）是一类细胞因子，最初被认为仅由白细胞表达而得名。后续研究发现，其他体细胞也能表达白介素。这些分子通过自分泌或旁分泌的方式，与细胞表面的受体结合，从而触发一系列生物学反应。

白介素的主要功能包括调节炎症反应和免疫细胞分化、激活，以及参与免疫系统的整体平衡。根据结构和功能的不同，白介素可以被大致分为几个家族，包括 IL-1、IL-2、IL-6、IL-10、IL-12 和 IL-17 家族，每个家族的成员都有其独特的生物学活性和作用机制。

“炎”值爆表的 IL-1 家族

• 细胞因子成员：IL-1α、IL-1β、IL-1Ra、IL-33、IL-18、IL-37、IL-36α、IL-36β、IL-36γ、IL-36Ra、IL-38
• 特征：具有 N 端前导肽，β-折叠结构

IL-1 家族在白介素家族中可谓“人丁兴旺”，涵盖 11 个细胞因子配体和 10 个受体。根据蛋白 N 端前体片段的长度，配体可分为 3 个亚家族（如图 1）：

图 1. IL-1 细胞因子亚家族。

• IL-1 亚家族（IL-1α、IL-1β、IL-1Ra、IL-33），主要通过 IL-1R1 受体介导，参与炎症与免疫调节过程。
• IL-18 亚家族（IL-18、IL-37），利用 IL-18Rα/β 和 IL-18Rα/IL-1R8 受体，调控先天免疫和适应性免疫反应。
• IL-36 亚家族（IL-36α/β/γ、IL-36Ra），通过 IL-36R 发挥作用，在皮肤和黏膜的炎症反应中发挥关键作用。

多数 IL-1 家族配体成员以全长前体形式表达，需要经过蛋白水解加工才能形成生物成熟形式。值得注意的是，IL-1 家族细胞因子促炎作用因子居多。

IL-1 受体家族成员 (ILRs) 和 Toll 样受体 (TLRs) 共享一个超家族特征，即含有 Toll/IL-1 受体同源区的胞内信号结构域，以及胞外区的免疫球蛋白 (Ig) 样结构域或富含亮氨酸重复序列。

图 2. IL-1 家族配体-受体结合常见信号通路。

IL-1 家族的促炎细胞因子（IL-1α/β、IL-18、IL-33、IL-36）与特定的 IL-1 受体结合，并通过 MyD88、IRAK4、TRAF6 激活 NF-κB 和 MAPK，从而促进多种炎症基因的转录。IL-37 与 IL-18Rα 结合并招募 IL-1R8（也称为 TIR8 或 SIGIRR），这一过程不触发下游 MyD88 的募集。而 IL-38 则主要与 IL-36R 结合。IL-37 和 IL-38 通过 NF-κB 和 MAPK 途径发挥抗炎作用。IL-1Ra 和 IL-36Ra 作为拮抗剂，分别与 IL-1α/β 和 IL-36 竞争性结合 IL-1R1 和 IL-36R，由于它们不能募集共受体，因此有效抑制了 IL-1 和 IL-36 的信号传导（图2）。

超能战士：IL-1β

IL-1β 是 IL-1 家族中的明星因子。IL-1β 主要由单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞等先天免疫系统的核心成员生成并释放：在模式识别受体（PRR）被病原体相关分子模式（PAMP）或损伤相关分子模式（DAMP）激活时，IL-1β 以无活性的前体形式（pro-IL-1β）产生，随后经 caspase-1 切割为活性形态，进而被释放至细胞外。

IL-1β 在许多炎症性和免疫介导的疾病中发挥着关键作用。例如，针对 IL-1β 的靶向治疗策略逐渐成为治疗多种慢性炎症性疾病的热点，Canakinumab 已获 FDA 批准用于痛风治疗。当前，肿瘤领域对 IL-1β 的研究主要聚焦于 IL-1β 于其如何调控肿瘤微环境中的免疫细胞与炎症细胞。此外，研究表明 IL-1β 在括黑色素瘤、结肠癌、肺癌、乳腺癌以及头颈癌等许多实体肿瘤中表达上调，并与不良预后紧密相关。

免疫稳态"楷模": IL-2 家族 (γc-家族)

• 细胞因子成员：IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15 和 IL-21
• 特征：共享受体 γ 链 (γc) 亚基

IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15 及 IL-21 同属四 α-螺旋束 I 型细胞因子，共享受体 γc 亚基，统称 IL-2 家族或 γc 家族。该家族成员通过激活依赖于磷酸化 JAK1 和 JAK3 的信号通路，进而激活 STAT 蛋白，实现信号从细胞膜向细胞核的高效传递。

IL-2 家族细胞因子在免疫稳态的调节中发挥着多元化的关键作用。

IL-4 作为免疫调节因子，功能多样：抑制许多单核细胞和巨噬细胞促炎介质释放；诱导幼稚 T 细胞向 Th2 细胞分化，抑制 Th1 细胞，减少其细胞因子分泌，从而削弱 Th1 细胞介导的炎症反应；促进 B 细胞的增殖、分化和产生抗体。IL-4 非传统意义上的抗炎细胞因子，其抗炎/促炎效应因病理环境而异，例如，在哮喘中，IL-4 通过诱导 IgE 同型转换，上调血管细胞粘附分子（VCAM-1）表达，以及促进嗜酸性粒细胞跨内皮迁移等过程加剧炎症。

图 3. IL-2 家族细胞因子及其受体。

IL-7 是 B 细胞发育，记忆和幼稚 T 细胞增殖和存活的关键因子，对胸腺 T细胞的发育至关重要。IL-9 由多种T细胞表达，如 Th2 细胞、Th9 细胞、Th17 细胞和 Treg 细胞，涉及促进炎症机制、对抗寄生虫和肿瘤的免疫，它还参与了过敏性疾病如哮喘的发病机制。IL-15 控制T 和 B 淋巴细胞生长和分化，激活 NK 细胞和吞噬细胞，维护免疫稳态。IL-21 参与了自身免疫性疾病的促炎和调节，影响 T 和 B 细胞的增殖、分化和功能，促 CD8+ T 细胞和 NK 细胞成熟，增加细胞毒性。

剂量双刃剑：IL-2

IL-2：主要由活化的 T 细胞，特别是活化的 CD4+ 辅助性 T 细胞产生，是免疫调节中的核心因子。它能促进 T 细胞增殖，增强 NK 细胞的杀伤活性，诱导调节性 T 细胞分化，并介导激活诱导的细胞死亡（AICD）。

IL-2 通过与高亲和力的三聚体 IL-2 受体（IL-2Rα、IL-2Rβ 和 γc）结合，调控 T 细胞的多样生物学功能。尽管 IL-2Rβ 和 γc 的二聚体也能结合 IL-2，但其主要生物效应由高亲和力受体介导。

低剂量 IL-2 作用于调节性 T 细胞（Tregs）上的高亲和力受体，抑制免疫应答；高剂量时 IL-2 则与效应 T 细胞、记忆性 T 细胞和 NK 细胞上的中等亲和力受体结合，促进免疫应答。因此，低剂量 IL-2 在治疗自身免疫和炎症性疾病中受到关注，而高剂量如重组人 IL-2 阿地白介素（Aldesleukin）则用于肿瘤治疗。

不只有白介素的 IL-6 家族

• 细胞因子成员：IL-6、IL-11、IL-27、IL-31，非白介素成员睫状神经营养因子（CNTF）、白血病抑制因子（LIF）、抑瘤素 M（OSM）、心脏营养素 1（CT-1）、心脏营养素样细胞因子（CLC）。
• 特征：都是四螺旋束细胞因子（图4）。除了 IL-31 通过 gp130 样蛋白（GPL）受体外，其他成员都绑定 β 受体 gp130 进行信号传导。

图 4. IL-6 家族因子上-上-下-下拓扑结构的四螺旋束细胞因子模型。

IL-6 家族不仅涵盖 IL-6、IL-11、IL-27、IL-31，还包括未被归类 IL 大家族的 CNTF、LIF、OSM、CT-1、CLC，基于功能相似与信号通路共享，被纳入 IL-6 家族。它们激活 JAK1、JAK2 和 TYK2，触发 STAT 转录因子（图5）。

图 5. IL-6 家族及其受体复合物。

这些细胞因子生物活性既有重叠又有相异之处，它们参与调控肝脏急性期反应、B 细胞活化、T 细胞平衡、代谢及神经功能。每个成员均对免疫稳态、造血、炎症、发育及代谢的生理调控发挥关键作用。

炎症”侦察兵“：IL-6

IL-6 是由单核/巨噬细胞、内皮细胞、脂肪细胞和造血细胞等细胞产生的一种多效性细胞因子，广泛作用于 T 细胞、B 细胞、巨噬细胞、肝细胞、血管内皮细胞和造血干细胞等多种细胞类型，在炎症调控、免疫反应及造血过程中发挥关键作用， 其临床检测是炎症诊断的重要指标。

IL-6 拥有三种信号通路：经典信号通路（Classic signaling）、反式信号通路（Trans-signaling）和反式呈递信号通路（Trans-presentation signaling/IL-6 cluster signaling）。

图 6. IL-6 经典信号通路和反式信号通路。

经典信号中， IL-6 与靶细胞（如肝细胞、单核细胞和部分 T 细胞亚群）膜上受体 IL-6R 结合（IL-6/mIL-6R），再与 gp130 形成复合体。

反式信号中，IL-6 与可溶性 IL-6 受体结合形成复合体（IL-6/sIL-6R），再与表达 gp130 但不具 mIL-6R 的细胞作用。因 gp130 在所有器官和几乎所有细胞类型中普遍表达，反式信号通路作用范围更广。两种信号中配体-受体复合物形成触发多种细胞内信号通路的激活，包括 JAK/STAT 通路、Ras-MAPK 通路、p38 和 JNK/MAPK 通路、PI3K/Akt/mTOR 通路和 MEK-ERK5 通路。经典信号传导可诱导再生、抗炎和保护反应，而反式信号传导则诱导促炎活动。反式呈递信号特指树突状细胞上的 IL-6/IL-6R 复合物与 T 细胞表面 gp130 结合，激活 T 细胞的信号传导。目前，关于 IL-6 反式呈递信号在病理学中的意义有待深入研究。

小结

本期为大家介绍了 IL-1、IL-2、IL-6 家族，下期即将与大家探讨的是同样值得关注的 IL-10、IL-12、IL-17 家族，敬请期待！