一、IL-1的“雙面人生”:炎癥的啟動器與免疫的調控者白介素-1(Interleukin-1, IL-1)并非一個單一的分子,而是一個龐大的家族,其中最核心的成員是
IL-1α和
IL-1β。這兩種細胞因子是機體抵御病原體入侵和組織損傷的“急先鋒”,它們在炎癥和免疫反應中扮演著至關重要的角色,堪稱免疫系統(tǒng)的“總指揮”之一。
1. 誰是IL-1的“生產(chǎn)者”?IL-1主要由
巨噬細胞、單核細胞、樹突狀細胞等先天免疫細胞分泌。當這些細胞感受到來自細菌、病毒、或組織損傷釋放的危險信號(如病原體相關分子模式PAMPs或損傷相關分子模式DAMPs)時,IL-1的合成和釋放就會被迅速觸發(fā)。
- IL-1α: 主要存在于細胞內(nèi),與細胞膜結合,當細胞受損或壞死時釋放,作為局部炎癥的警報信號。
- IL-1β: 更為人熟知,它以無活性前體(pro-IL-1β)形式產(chǎn)生,必須經(jīng)過特殊的炎癥小體( inflammasome)的活化,由Caspase-1酶剪切后才能釋放出具有生物活性的成熟形式,作為系統(tǒng)性炎癥的關鍵介質。
2. IL-1的核心生物學功能IL-1的生物活性極為廣泛,作用于全身多種組織和器官,它主要通過結合細胞表面的I型IL-1受體(IL-1R1)來啟動信號轉導。
- 炎癥反應的強力啟動:
- IL-1是最強的內(nèi)源性致熱原之一。它作用于下丘腦的體溫調節(jié)中樞,引起發(fā)熱(俗稱發(fā)燒),這是機體對抗感染的防御機制。
- 促進血管內(nèi)皮細胞表達粘附分子,使中性粒細胞、單核細胞等免疫細胞更容易粘附和遷移到炎癥或感染部位,加速炎癥過程。
- 誘導其他促炎細胞因子(如IL-6、TNF-α)和炎癥介質(如前列腺素E2,PGE2)的產(chǎn)生,形成強大的炎癥級聯(lián)放大效應。
- 在局部,IL-1可引起疼痛敏感性增加(痛覺過敏),這是通過直接或間接作用于傷害感受神經(jīng)元實現(xiàn)的。
- ? 免疫系統(tǒng)的全面調控:
- 促進B細胞的活化、增殖和分化,增強抗體合成。
- 刺激T細胞的增殖和細胞毒性T細胞反應,連接先天免疫和適應性免疫。
- 誘導肝細胞產(chǎn)生急性期蛋白,這是全身應對感染和炎癥的標志。
簡而言之,IL-1是機體在遭受攻擊時拉響的最高級別警報,它快速動員全身資源,通過炎癥、發(fā)熱和免疫反應來清除病原體和修復損傷。然而,正是這種強大的力量,一旦失控,也會成為疾病的“幫兇”。
二、 信號通路的“幕后推手”:IL-1與NF-κB通路的聯(lián)動細胞因子發(fā)揮作用,離不開其背后的復雜信號轉導網(wǎng)絡。IL-1之所以能被稱為“總指揮”,正是因為它激活了一條至關重要的“中央樞紐”信號通路:
NF-κB通路。
1. IL-1的信號轉導機制當IL-1α或IL-1β與細胞表面的I型IL-1受體(IL-1R1)結合時,并非孤軍奮戰(zhàn)。它需要一個“幫手”——
IL-1受體輔助蛋白(IL-1RAcP),三者形成異源三聚體復合物。這個復合物的細胞內(nèi)部分包含一個共同的結構域:
Toll樣/IL-1R(TIR)結構域。
信號傳遞由此開始:
- 招募關鍵分子: TIR結構域會招募一系列信號分子,其中最重要的是髓樣分化因子-88(MyD88)。
- 激酶活化: MyD88的加入導致下游的IL-1受體相關激酶(IRAKs,特別是IRAK4)被活化,并進一步招募腫瘤壞死因子受體相關因子(TRAF6)。
- NF-κB激活: TRAF6是激活IκB激酶復合物(IKK)的關鍵。IKK磷酸化抑制蛋白IκB,導致IκB被降解,從而釋放被其束縛在細胞質中的核因子-κB(NF-κB)。
- 核內(nèi)轉錄: 自由的NF-κB迅速轉移到細胞核內(nèi),結合到特定基因的啟動子上,啟動一系列促炎基因的轉錄,包括IL-6、IL-8、COX-2(環(huán)氧合酶-2)、IL-1α和IL-1β自身的基因等。
2. 炎癥與自身炎癥的“惡性循環(huán)”IL-1通過NF-κB通路所誘導的下游分子(如IL-6、趨化因子、COX-2等),反過來又會加劇炎癥反應。如果IL-1的產(chǎn)生或信號通路發(fā)生異常,這種原本用于防御的機制就會失控,導致
慢性炎癥和
自身炎癥性疾病的發(fā)生。
例如,在自身炎癥綜合征(Autoinflammatory Syndromes)中,如冷沉淀素相關周期性綜合征(CAPS),患者的IL-1β生成通路存在基因突變,導致IL-1β持續(xù)或過度活化,引起反復的炎癥發(fā)作,如發(fā)燒、皮疹、關節(jié)炎等,嚴重影響生活質量。
三、從“敵人”到“靶點”:IL-1家族的臨床應用與治療前景正是由于IL-1在多種疾病中扮演著核心的“促炎”角色,它也成為了藥物研發(fā)領域炙手可熱的
治療靶點。通過抑制IL-1的活性,可以有效“踩剎車”,控制過度或異常的炎癥反應。
1. 臨床上的IL-1抑制劑(IL-1阻斷劑)目前,針對IL-1信號通路的藥物主要通過阻斷IL-1與受體結合或清除多余的IL-1分子來實現(xiàn)抗炎作用。這些藥物通常被稱為IL-1拮抗劑或阻斷劑。
- 阿那白滯素(Anakinra): 一種重組的IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)。IL-1Ra是人體內(nèi)天然存在的IL-1抑制劑,它可以結合到IL-1R1上,但不會激活下游信號。阿那白滯素模仿這種天然機制,競爭性地阻斷IL-1α和IL-1β的作用。它已獲批用于治療類風濕性關節(jié)炎、幼年特發(fā)性關節(jié)炎和CAPS等。
- 卡納單抗(Canakinumab): 一種人源化的全長單克隆抗體,特異性靶向并結合IL-1β。它能有效中和循環(huán)中的IL-1β,阻止其與受體結合。主要用于治療CAPS、Still病、以及一些特殊的心血管炎癥適應癥。
- 利洛西普(Rilonacept): 一種由IL-1受體的細胞外域組成的融合蛋白,作為一個“誘餌受體”(Decoy Receptor),像海綿一樣吸附IL-1α和IL-1β,阻止它們到達真正的細胞受體。主要用于治療CAPS。
2. IL-1在多種疾病中的治療潛力IL-1阻斷劑的應用范圍正不斷擴大,體現(xiàn)了IL-1在廣泛疾病中的病理生理作用:
- 風濕免疫性疾?。?/strong> 是IL-1抑制劑的經(jīng)典應用領域,除了類風濕性關節(jié)炎和自身炎癥綜合征,還包括痛風發(fā)作等。
- 心血管疾?。?/strong> 研究表明,慢性炎癥,尤其是IL-1β介導的炎癥,是動脈粥樣硬化等心血管疾病的關鍵驅動因素。針對IL-1β的治療被證明可以降低心血管事件的風險。
- 神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?/strong> IL-1β參與神經(jīng)炎癥過程,與阿爾茨海默病、帕金森病、多發(fā)性硬化癥、以及慢性疼痛等神經(jīng)退行性疾病和疼痛的發(fā)生發(fā)展密切相關。阻斷IL-1被認為是潛在的治療策略之一。
- 腫瘤: 慢性炎癥與癌癥發(fā)生發(fā)展密切相關,IL-1通過促炎和促血管生成等作用,可能加速腫瘤的侵襲。靶向IL-1有望成為抗腫瘤炎癥治療的新方向。
- 感染性疾?。?/strong> 在某些過度炎癥反應的嚴重感染,如重癥COVID-19中,IL-1阻斷劑被嘗試用于控制“細胞因子風暴”,以減輕肺部炎癥損傷。
總結而言,白介素-1(IL-1)是炎癥和免疫反應的“雙刃劍”:適度的IL-1是機體防御的號角;而過度的IL-1則是疾病的推手。隨著對IL-1信號通路理解的不斷深入,靶向IL-1的精確治療已成為現(xiàn)代醫(yī)學對抗慢性炎癥和自身免疫性疾病的有力武器,正不斷為患者帶來新的希望。