白介素-5的功能及應(yīng)用

白介素-5的功能及應(yīng)用

白介素-5（il-5）是近年來發(fā)現(xiàn)的一種具有免疫調(diào)節(jié)功能的生物活性介質(zhì)。它在機(jī)體免疫功能中起著十分重要的作用,特別是在病原體侵入機(jī)體后的粘膜免疫增強(qiáng)活性中扮演著重要的角色。本文就其分子結(jié)構(gòu)、生物學(xué)活性及其在器官移植、臨床感染及粘膜免疫佐劑等方面的研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)要綜述。1嗜酸性細(xì)胞的增殖和分化IL-5是由Takatsu等在1980年首次報(bào)道,他們發(fā)現(xiàn)在T細(xì)胞條件培養(yǎng)液中,含有一種因子能替代T細(xì)胞在體外協(xié)同胸腺依賴抗原的抗體應(yīng)答,稱為T細(xì)胞替代因子(TRF)。由于這種因子對(duì)B細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞增殖、分化有重要調(diào)節(jié)作用,又名B細(xì)胞生長(zhǎng)因子-Ⅱ,IgA增強(qiáng)因子,嗜酸性粒細(xì)胞集落刺激因子和嗜酸性粒細(xì)胞分化因子。1986年統(tǒng)一命名為白細(xì)胞介素-5(interleukin5,IL-5)。它調(diào)控著嗜酸粒細(xì)胞的產(chǎn)生、活化和分布,對(duì)B細(xì)胞、T細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞、嗜堿粒細(xì)胞具有多種生物學(xué)功能,協(xié)同IL-2和IL-4等參與體液免疫應(yīng)答和誘導(dǎo)胸腺細(xì)胞分化,選擇性增強(qiáng)粘膜免疫應(yīng)答。在人類IL-5主要由活化的T細(xì)胞產(chǎn)生,在小鼠則由Th2亞群細(xì)胞產(chǎn)生。這些細(xì)胞經(jīng)病原體包括寄生蟲、細(xì)菌、病毒及某些免疫介質(zhì)等刺激后通過啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成,而分泌具有生物學(xué)活性的IL-5。2小鼠糖基化前后il-5的生物活性小鼠IL-5由133氨基酸殘基組成,含21氨基酸的信號(hào)肽,成熟IL-5分子含有112氨基酸殘基,裸肽分子量12~15kD,有3個(gè)糖基化位點(diǎn),糖基化后分子量為18kD,糖基化對(duì)于IL-5的生物活性并無影響。小鼠IL-5通常以二硫鍵連接的二聚體形式存在,分子量為45kD。人的IL-5由134氨基酸殘基組成,含22氨基酸殘基信號(hào)肽,2個(gè)糖基化點(diǎn)。人和鼠IL-5在氨基酸水平和DNA水平的同源性分別為70%和77%。IL-5的活性形式是寡二聚體,兩條肽鏈以二硫鍵連接,以反向平行的構(gòu)型存在,IL-5的單體形式無生物學(xué)活性。3il-5基因?qū)π∈竽c道黏膜中b細(xì)胞的分離和培養(yǎng)與其它IL相比,IL-5生物學(xué)活性作用譜相對(duì)較窄。它的作用概括起來主要有以下幾個(gè)方面:(1)小鼠IL-5促進(jìn)抗原刺激的B細(xì)胞分化為抗體合成細(xì)胞,主要作用于進(jìn)入細(xì)胞增殖后期的B細(xì)胞,并增加活化B細(xì)胞IL-2R的表達(dá),IL-5的這種刺激作用與人IL-6功能相似,人IL-5只作用于B細(xì)胞刺激后很窄的時(shí)相內(nèi)。體外實(shí)驗(yàn)顯示,IL-5對(duì)B細(xì)胞的發(fā)育有顯著影響,但是在IL-5基因剔除小鼠的腸道粘膜中發(fā)現(xiàn)缺陷型的B細(xì)胞僅占5%,這與B細(xì)胞亞群的分類有關(guān),它分為B1和B2兩個(gè)亞群。IL-5基因剔除小鼠的腸道粘膜中有50%的B1細(xì)胞缺陷,同對(duì)照組比較,其對(duì)B1抗原的刺激反應(yīng)下降50%,這與B1細(xì)胞數(shù)量有50%的缺陷相關(guān),B1細(xì)胞的發(fā)育依賴于IL-5。(2)促進(jìn)IgA合成,其機(jī)理可能是:①作為IgA特異性啟動(dòng)因子,使mIgM陽性B細(xì)胞分化為mIgA陽性B細(xì)胞;②作用于IgA型B細(xì)胞,促進(jìn)其增殖和分化,成為分泌IgA的漿細(xì)胞。IL-4有協(xié)同IL-5促進(jìn)IgA合成的作用。IL-5對(duì)IgM的分泌也有促進(jìn)作用。(3)協(xié)同ConA或IL-2誘導(dǎo)胸腺中殺傷性T細(xì)胞前體(CTPp)分化為CTL。(4)趨化人嗜酸性粒細(xì)胞,延長(zhǎng)成熟嗜酸性粒細(xì)胞的存活時(shí)間,刺激人和小鼠嗜酸性粒細(xì)胞的功能,誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞的分化。體外實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物研究均顯示IL-5對(duì)嗜酸性粒細(xì)胞的成熟、分化、存活等起重要作用,給哮喘患者單克隆抗體IL-5,結(jié)果引起嗜酸性粒細(xì)胞顯著快速持久的減少及血清嗜酸性粒細(xì)胞陽離子蛋白的下降,但對(duì)其分布和活性無影響。4th1和th2對(duì)免疫耐受的影響IL-5主要來源于Th2細(xì)胞,是多功能細(xì)胞因子,可誘導(dǎo)活化的B細(xì)胞分化為漿細(xì)胞,分泌抗體,誘導(dǎo)B細(xì)胞分裂增殖,增強(qiáng)CTL活性。在體外混合淋巴細(xì)胞反應(yīng)中發(fā)現(xiàn):以抗原刺激后,對(duì)該抗原已發(fā)生耐受的淋巴細(xì)胞培養(yǎng)上清液中IL-2的量,比未發(fā)生耐受的淋巴細(xì)胞明顯減少;IL-4和IL-5的量較多,而未發(fā)生耐受者幾乎不產(chǎn)生IL-4和IL-5。因而,器官移植后細(xì)胞因子譜系由Th1向Th2轉(zhuǎn)化,可以導(dǎo)致免疫耐受。研究發(fā)現(xiàn)IL-5基因表達(dá)與肝移植排斥反應(yīng)密切相關(guān),分別有74%及53.3%的急性及慢性排斥反應(yīng)病人移植物內(nèi)有IL-5的基因表達(dá),而只有16%的正常移植物可檢測(cè)到該細(xì)胞因子。此外,與無排異患者及有感染癥狀病人IL-5水平相比,發(fā)生排斥反應(yīng)病人血清及膽汁中IL-5均顯著上升,且膽汁IL-5水平早于活檢證實(shí)排異前3d即達(dá)到高峰。因此,普遍認(rèn)為IL-5對(duì)預(yù)測(cè)肝移植排斥反應(yīng)有重要作用。目前的免疫抑制劑CsA及FK506在抑制IL-2基因表達(dá)的同時(shí)并不影響IL-5的表達(dá)。5th1型細(xì)胞因子誘導(dǎo)的細(xì)胞免疫妊娠后由于胚胎為半同種異植體,Th1、Th2細(xì)胞因子必須進(jìn)行調(diào)整,即增強(qiáng)Th2型細(xì)胞因子介導(dǎo)的體液免疫,偏離Th1型細(xì)胞因子介導(dǎo)的細(xì)胞免疫,才能逃逸母體的免疫應(yīng)答,維持妊娠。檢測(cè)早、中、晚期孕鼠胚胎界面及外周血細(xì)胞因子含量,發(fā)現(xiàn)在整個(gè)妊娠過程中,很容易檢測(cè)到IL-4、IL-5、IL-10和IL-3,整個(gè)免疫反應(yīng)趨于以抗體介導(dǎo)的體液免疫為主。6嗜酸性細(xì)胞及感染小鼠外周血和組織中il-5的變化近年來對(duì)曼氏血吸蟲的一些研究提示,Th2分泌的細(xì)胞因子可能在肉芽腫免疫調(diào)節(jié)過程中起作用。對(duì)感染后不同時(shí)期的日本血吸蟲小鼠脾細(xì)胞體外刀豆素A(ConA)與SEA誘導(dǎo),在不同時(shí)期IL-5mRNA水平的動(dòng)態(tài)研究結(jié)果顯示,SEA誘導(dǎo)的IL-5mRNA轉(zhuǎn)錄的出現(xiàn)、高峰及下降的動(dòng)態(tài)變化與蟲卵肉芽腫的形成、發(fā)展、調(diào)節(jié)的變化相平行,提示IL-5可能與肉芽腫的形成與免疫調(diào)節(jié)有關(guān)。IL-5可能通過誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育,促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞在肉芽腫中的聚集,在肉芽腫形成與調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮作用。在蠕蟲感染中,嗜酸性粒細(xì)胞增多是宿主免疫應(yīng)答最大特點(diǎn)之一,不少實(shí)驗(yàn)已證明IL-5與嗜酸性粒細(xì)胞增多有直接關(guān)系,抗IL-5的中和性單克隆抗體能完全阻斷巴西日圈線蟲或曼氏血吸蟲感染的小鼠的外周血和組織內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞增多。嗜酸性粒細(xì)胞的趨化、移行以及抑制其凋亡的微環(huán)境控制是鼻息肉形成的重要機(jī)理。研究表明:IL-5在鼻息肉組織中的含量遠(yuǎn)高于鼻粘膜,在伴有哮喘的鼻息肉組織中IL-5含量明顯高于不伴有哮喘者,證實(shí)了鼻息肉組織中IL-5的含量高于下鼻甲粘膜,IL-5主要在嗜酸性粒細(xì)胞中表達(dá),在淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞中表達(dá)很弱,在上皮細(xì)胞中則不表達(dá)。提示IL-5是促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞遷徙和延長(zhǎng)壽命的主要細(xì)胞因子之一,且嗜酸性粒細(xì)胞是IL-5的主要來源,通過其自身分泌IL-5來發(fā)揮上述作用而促進(jìn)炎癥的發(fā)展。布地奈德治療6~8周后,鼻息肉中IL-5陽性細(xì)胞的數(shù)量較未治療組有下降趨勢(shì),但差異無顯著性。變應(yīng)性鼻炎患者受變應(yīng)原攻擊后,炎癥細(xì)胞增加,炎癥前細(xì)胞因子如IL-5的產(chǎn)生增多。IL-5能調(diào)節(jié)嗜酸性粒細(xì)胞選擇性募集于肺組織,還能延長(zhǎng)嗜酸性粒細(xì)胞壽命,增加炎性細(xì)胞粘附于血管內(nèi)皮細(xì)胞。哮喘鼠支氣管肺泡灌洗液中細(xì)胞總數(shù)、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞及淋巴細(xì)胞較健康鼠均明顯增加;經(jīng)卵清蛋白致敏的小鼠吸入過敏原可引起明顯的氣道嗜酸性粒細(xì)胞蓄積,廣泛肺損害及氣道高反應(yīng)性,但對(duì)經(jīng)敲除基因技術(shù)去除IL-5表達(dá)能力的小鼠給予同樣方法致敏及吸入過敏原,則不出現(xiàn)上述情況,用基因治療方法恢復(fù)IL-5缺陷鼠的IL-5表達(dá)后,同時(shí)也恢復(fù)了過敏原激發(fā)哮喘的表現(xiàn)。IL-5在肺炎患者的嗜酸性粒細(xì)胞蓄積和氣道高反應(yīng)性中起著重要的作用,但對(duì)肺炎患者CD4+T細(xì)胞的活化并無顯著作用。研究顯示急性發(fā)作期患者外周血中IL-5與嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)均顯著高于哮喘緩解期組及對(duì)照組,IL-5與嗜酸性粒細(xì)胞之間呈顯著正相關(guān),提示體內(nèi)IL-5與嗜酸性粒細(xì)胞增加與哮喘患者病情輕重程度有關(guān)。外周血、誘導(dǎo)痰中嗜酸性粒細(xì)胞、IL-5和FEV1/FVC之間均未顯示象哮喘組一樣的相關(guān)性,經(jīng)氣管內(nèi)給予外源IL-5僅引起部分與哮喘相關(guān)的表現(xiàn)。說明IL-5和炎性介質(zhì)并不是慢性喘息型支氣管炎的主要致病因素,過敏反應(yīng)在其病因中肺部感染僅起到次要作用,因此,IL-5、嗜酸性粒細(xì)胞水平的變化不能反映慢性喘息型支氣管炎癥病情嚴(yán)重性和隨訪的指標(biāo)。7il-5粘膜免疫佐劑7.1il-5對(duì)小細(xì)胞iga合成的影響佐劑作用的方式有多種,如免疫調(diào)節(jié)、抗原提呈、CTL誘導(dǎo)、靶向定位及儲(chǔ)存時(shí)間等,一種佐劑可以一種或多種途徑發(fā)揮作用。最初報(bào)道,IL-5可在體外選擇性增強(qiáng)LPS激活的B細(xì)胞分泌IgA,IL-4可進(jìn)一步增強(qiáng)此效應(yīng)。隨后的研究證實(shí),IL-5刺激mIgA+B細(xì)胞合成IgA,而不是作用于mIgA-B細(xì)胞。提示IL-5促進(jìn)mIgA+細(xì)胞的成熟,使之分泌IgA,但并不誘導(dǎo)IgA的轉(zhuǎn)換。施加IL-5可以增強(qiáng)小鼠體內(nèi)的IgA粘膜應(yīng)答。然而,IL-5缺陷小鼠鼻內(nèi)接種流感病毒所誘導(dǎo)的局部病毒特異性IgA,與對(duì)照組相同,提示至少在此系統(tǒng)中,IL-5對(duì)于體內(nèi)IgA的誘導(dǎo)并不是必不可少的。IL-5可以顯著增強(qiáng)LPS和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-β)誘導(dǎo)的IgA分泌。7.2il-5在免疫佐劑免疫中的作用共同粘膜免疫系統(tǒng)被公認(rèn)為是眾多病原體與宿主間的一道屏障,開發(fā)利用這個(gè)系統(tǒng)來誘導(dǎo)粘膜免疫反應(yīng)產(chǎn)生IgA,從而抑制精子在女性生殖道內(nèi)穿入的設(shè)想將可能成為現(xiàn)實(shí)。在粘膜感應(yīng)部位,Th細(xì)胞的發(fā)育受免疫佐劑的影響,如霍亂毒素可刺激Th1和Th2細(xì)胞反應(yīng),而去毒百喉毒素只激活Th2細(xì)胞反應(yīng)。最有前景和研究最多的粘膜免疫佐劑是霍亂毒素和大腸桿菌不耐熱腸毒素,但毒性限制了其發(fā)展和在人類的應(yīng)用,尋求新的無毒的粘膜免疫佐劑已倍受到關(guān)注。T細(xì)胞分泌的IL-5集中位于粘膜組織的IgA效應(yīng)部位,IL-5具有促進(jìn)抗原刺激的B細(xì)胞生長(zhǎng)分化為抗體合成細(xì)胞、促進(jìn)活化的粘膜B細(xì)胞分泌合成IgA的作用,因此,IL-5可能成為新的安全有效的免疫佐劑。在針對(duì)病原體疫苗的研究中,已有一些學(xué)者嘗試將IL-5作為粘膜免疫佐劑。Pockley等通過滴眼途徑,分別用抗原二硝基酚-肺炎球菌或二硝基酚-肺炎球菌加IL-5和IL-6免疫雌兔,結(jié)果顯示:抗原與IL-5和IL-6共免疫后的雌兔淚液中的特異性IgA滴度顯著高于單獨(dú)抗原免疫組,約為后者的3倍,但I(xiàn)L-5和IL-6對(duì)總的淚液IgA水平和IgG并無顯著影響。Alistair等以重組痘苗病毒作為載體,將IL-5與小鼠異種抗原血凝素基因共表達(dá),鼻內(nèi)接種免疫小鼠后,顯著增強(qiáng)了小鼠肺部的特異IgA反應(yīng),為對(duì)照組的4倍,且可持續(xù)至少4周以上。這種增強(qiáng)的IgA反應(yīng)可被抗mIL-5單克隆抗體所廢除,對(duì)特異IgG水平無增強(qiáng)效應(yīng)。Belinda等通過血清型沙門氏桿菌稀薄菌株表達(dá)鼠IL-5基因,口服免疫IL-5缺陷的小鼠后,用ELISA和ELISPOT法檢測(cè)直腸、陰道、肺及胃腸道粘膜和血清中抗沙門氏菌LPS的IgA反應(yīng)及IgG反應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比,口服免疫表達(dá)mIL-5的沙門氏菌株活疫苗的IL-5缺陷小鼠顯著增強(qiáng)了粘膜和血清中特異IgA反應(yīng)及血清中IgG滴度,起作用的是沙門氏菌表達(dá)的mIL-5,而不是由于內(nèi)源性mIL-5所至。因此抗原與IL-5或其他細(xì)胞因子共表達(dá)可能可以增強(qiáng)抗原的抗原性,為表達(dá)蛋白抗原的活疫苗的應(yīng)用及改進(jìn)粘膜免疫策略提供了一定的價(jià)值。利用非復(fù)制型痘苗病毒同時(shí)表達(dá)IL-5和乙型肝炎病毒抗原(HBsAg),鼻內(nèi)吸入分別免疫小鼠和新西蘭白兔,結(jié)果