IL10生物学作用.docx

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IL10生物学作用

IL-10生物学作用

1、简介

在1989年,mosmannand及他们的同事描述了一种新的免疫介质,由th2细胞克隆分泌,能够抑制th1细胞克隆il-2和ifnr的合成。

早期被命名为细胞因子合成抑制因子（csif）,这种因子后来被命名为il-10,在这被发现的21年期间,很多研究深入剖析了这个细胞因子的生物学特性

2、il-10基因和蛋白

人类il-10基因位于1号染色体上,包括总共5.1kb的序列包含5个外显子,il-10基因的启动子中有很多的snp位点,一些证据表明这些基因多态性在体外会影响il-10的表达,il-10基因由178个氨基酸组成蛋白质,分泌时会被切去18个氨基酸的信号肽,人类和鼠类的il-10约有75%的氨基酸序列是一致的,wlodawer和walter小组用x射线解决了il-10的晶体结构,有趣的是il-10的结构与ifnr的结构类似,人il-10是一个35kd的二聚体由两个单体通过非共价键形式结合,二聚体有两个v型的结构域,每个结构域包含六个螺旋结构,其中a-d属于一个单体,另外两个（e0和f0）属于另外一个单体。

在单体内有两个二硫键（分别是c30-c126和c80-c132）来维持因子结构和生物学活性。

除了各种不同的哺乳动物il-10相关分子外,还有四种病毒il-10类似物,由eb病毒,马疱疹病毒2型,口疮病毒和巨细胞病毒产生,除了cmv病毒的il-10,其它病毒与细胞分泌的的il-10氨基酸序列结构相似,比如,eb病毒的il-10氨基酸序列与人il-10序列有83%相同,除了一些微小的变异外主要的不一致集中在n末端,因此导致两者结构非常类似。

病毒il-10的表达似乎是在病毒感染的细胞裂解期,病毒因子似乎也通过相同的il-10受体来作用,和人类il-10相比,多数病毒il-10的作用只有其效力的1/1000,但不幸的是,多数的抗人il-10抗体和elisa试剂不能区别两者,最近,认识到新的一些类似于il-10人分子结构,这些细胞因子被统称为il-10家族,包括il-10,il-19,il-20,il-22,il-24,和il-26。

有趣的是,他们的序列并不与其生物学功能相关,具体请参见相关文献。

3、il-10的细胞来源

目前已知并非只有特定的t细胞亚群才能合成il-10,几乎所有淋巴细胞均能合成il-10。

体内最重要的来源主要是单核巨噬细胞和t辅助细胞,此外,树突状细胞,b细胞,细胞毒性t细胞,γδt细胞,nk细胞,肥大细胞以及中性粒细胞和嗜酸性细胞也能合成il-10,这些细胞分泌il-10主要决定于特定的刺激,受损组织类型和某种免疫反应时间点。

单核巨噬细胞在各种内源性和外源性介质的作用下激活后分泌il-10,如lps（通过激活tlr4,traf3,nf-κbp65/p50,和erk激酶）、儿茶酚胺（通过激活蛋白激酶a和creb-1/atf-1）引起il-10基因转录。

单核巨噬细胞在清除凋亡细胞过程中也会分泌il-10,这一过程依赖于cd36和p38丝裂原激活蛋白（map）激酶,除了转录水平,等最近认为il-10也被microrna在转录后期所调节。

t细胞分泌il-10主要在t细胞受体接受刺激并激活erk1和erk2map激酶,此外,il-10分泌与c-maf转录因子表达相关,体内抗原致敏的t细胞比纯真t细胞高表达il-10,尽管这种细胞仍然是单等位基因的表达。

在抗原致敏的t细胞中,th2细胞最初被认为是最重要的il-10来源细胞,在这些细胞中,干扰素调节因子（irf）4可以促进il-10的表达,然而,目前了解到th1细胞至少和th2细胞分泌il-10的水平相似,在th1细胞中,il-12促进il-10的产生,这是通过增高磷脂酰肌醇3激酶活性,导致两个事件发生,一为抑制持续激活的丝氨酸/苏氨酸激酶糖原合酶激酶-3β,另一是增加c-jun水平。

用il-27刺激th1细胞会增加il-10分泌和轻度增加ifn-γ的表达,1997年,鉴别出1型调节t细胞（tr1）作为一类cd4+细胞的亚群产生高水平的il-10,低水平的il-2,不产生il-4。

tr1细胞foxp3阴性,有以下特点:

1、增殖能力弱,2、几乎是选择性合成il-10,3、能够通过细胞因子相关机制抑制抗原递呈细胞和抗原特异性效应t

细胞。

其由纯真t细胞受到il-27作用,诱导芳香烃受体（ahr）,ahr与c-maf结合后,协同激活il-10和il-21的启动子,导致细胞向tr1细胞转化,新细胞因子il-21上调c-maf表达增强il-10分泌,（tgf）-β/il-6也能够引起c-maf表达,tr1样细胞也能从th1细胞分化,但如何区分tr1样细胞还不是很清楚。

il-10还能够被treg细胞分泌,treg细胞多数为cd25+由胸腺产生,但也能在外周血经过耐受刺激的作用产生,treg生成依赖于tgf-β、全反式维甲酸,t细胞受体信号,以及共同γ链细胞因子受体,详细请参见主要文献。

tgf-β诱导treg表达foxp3和il-10,然而全反式维甲酸倾向于foxp3表达而抑制il-10。

il-2,通过信号转导和激活转录因子stat5,加强il-10分泌,是一种重要的激活treg抑制活性的因子,在感染或炎症中,treg能够由血液中转移到炎症组织在那里抑制树突状细胞和产细胞因子抗原特异性t细胞迁移,然后treg细胞能自己移位至引流淋巴结抑制抗原特异性t细胞的激活和增殖。

在小鼠,treg细胞的特异性标志是foxp3,然而在人类这个标志并非总与调节功能相关。

最近,新发现的th17和th22细胞也能够产生il-10,有趣的是,il27减少rorγt表达并抑制th17细胞功能,然而在稳定的th17细胞il-27与il-23一起能够减少il-10的分泌而对il-17表达没有影响,因此,所有目前已知的th细胞群均能产生il-10,尽管在产量上稍有差别,il-10产生能被il-4和ifnr所抑制,此外,il-10自身会抑制自己产生,最近,还有人甚至推测,许多r6的+记忆性t细胞在识别交叉反应抗原后能够稳定的分泌il–10。

4.il-10受体

il-10多种活性由特异的细胞表面受体复合物来介导,这种il-10受体包含两个不同的链,il-10r1和il-10r2两条链均属于ii类细胞因子受体家族（crf2）。

此家族分子特点为常表现为跨膜糖蛋白,其细胞外结构域特点是含有约210氨基酸序列,包含两个iii型纤维连接素结构域,并有几个保守氨基酸位点对于维系其二级结构有重要作用。

相比之下,他们的细胞内结构域长度不同,并且没有什么特别相同的序列。

1993年moore小组克隆了小鼠il-10r1,一年后,这个小组发表了人类il-10r1序列,从氨基酸水平看,两者60%相同,73%类似。

il-10r1是一个90-110kd糖基化蛋白,其基因位于11号染色体上,人il-10r1基因具有一定的多态性,最近,自从1993年就认识的一种叫crf2-4蛋白被认为是il-10r2,这条链的基因位于人21号染色体上。

il-10和il-10r复合体的亲和力（50–250pm）明显高于与分离il-10r1（500–620pm）。

il-10与其受体复合体的结合包括两个步骤（图2）。

il-10首先与il-10r1结合,两者相互作用引起细胞因子结构改变从而使il-10/il-10r1复合体与il-10r2结合,il-10r2自身不能与il-10结合。

人类il-10和il-10r1之间相互作用的分子学基础已经有详尽阐述,一个il-10表位在结构改变后可以显露出来与il-10r2结合。

il-10r1主要在免疫细胞表达,通常其表达水平较低,每个细胞约表达100至800个分子,有趣的是,单核巨噬细胞表达最大量的il-10r。

这种分子的表达是可以调节的,但目前还不清楚其调节因素是什么。

lps刺激的单核细胞激活后il-10r1（2h）及il-10r2（18h）的mrna轻度升高,il-10r1在cd4+记忆性t细胞比纯真t细胞表达更高,在t、b、nk细胞受到刺激后,il-10r复合物两种蛋白表达均下降。

在t细胞,这种情况依赖于t细胞激活的强度,一些非免疫细胞也有非常低的il-10r1表达,这些细胞激活后会上调il-10r1表达。

总体来讲,il-10r1表达与il-10作用于免疫细胞的强度有相关关系。

和il-10r1相反,il-10r2广泛并强表达于大多数细胞和组织上。

组织细胞受到ifn-γ或tnf-α刺激后会增加il-10r2的mrna表达。

因此,il-10r1是il-10受体复合物的特异性部分,il-10r2是il-10受体复合物的同步部分。

事实上,后者的作用最近被证明与新发现的细胞因子il–22,il–26,il-28和il–29信号传递有关。

这解释了为什么il-10r2在各种细胞系中广泛表达而il-10r1不表达。

我们最近证明,对于il-22和il-10,这种il-10r2共同通路似乎没有竞争抑制作用和也不互相限制生物学作用。

尽管事实上,没有那种细胞上会共同表达il-22r1和il-10r1,这种干扰缺乏可能是在r1链缺乏的细胞上很难形成有效的竞争抑制。

il-10–il-10r相互作用

细胞il-10r是一个非常复杂,包括crf2家族两个成员:

il-10r1和il-10r2。

il-10首先与il-10r1结合,两者相互作用引起细胞因子结构改变从而使il-10/il-10r1复合体与il-10r2结合。

两种受体成分靠近导致受体相关的jak1（与il-10r1相关）和tyk2（与il-10r2相关）相互激活,然后il-10r1胞浆部分酪氨酸磷酸化,stat3分子结合并被贾纳斯激酶磷酸化。

此外,stat1和某些细胞的stat5分子也被激活。

同源或异源stat二聚体移入细胞核,结合到各种不同启动子相关的stat结合元件,引起相应基因的转录。

il-10主要应用janus激酶家族成员和stat转录因子来介导其生物学作用,其主要过程类似于ifn,事实上,il-10与受体结合激活两种janus激酶家族成员:

jak1（与il-10r1相关）和tyk2（与il-10r2相关）。

然后,il-10r1两个酪氨酸（446和496位）被这些激酶磷酸化,转录因子stat3通过其sh2结构域与这些部位结合,因此stat3被磷酸化。

此外,il-10作用于细胞上,stat1和某些细胞的stat5分子也被激活。

这些转录因子形成同源或异源stat二聚体移入细胞核,结合到各种不同启动子相关的stat结合元件,引起相应基因的转录。

与先前的研究相比,新出现的证据是,不是stat分子二聚体化引起sh2区酪氨酸磷酸化,胞浆中stat分子已经表现为二聚体并会在janus激酶激活后进行分子结构转化。

细胞信号抑制子3（socs3）是il-10诱导表达的基因之一。

socs3属于结合janus激酶的一个蛋白家族,并抑制激酶活性,看起来il-10诱导socs3来结束il-10的作用。

除了上面提到的il-10r1细胞内两个酪氨酸位点外,还有另一个il-10r1区域对于il-10抑制炎症介质产生有关,尤其是这个区域接近其c端并包含两个丝氨酸,尽管经过很多深入的研究,il-10信号转导的很多方面仍然不清楚,如il-10可以激活磷酸肌醇-3激酶或p70s6激酶。

il-10r1的细胞内部分还包括一个区域,当去掉此区域,细胞对il-10的敏感性会增高至100倍,哪种介质对此介质起作用也不清楚。

5.il-10的生物学作用

il-10生物学作用惊人的具有多面性并在最近几年被深入的研究,不同细胞族的作用均得到阐明,包括胸腺细胞,t细胞,b细胞,nk细胞,单核细胞,巨噬细胞,肥大细胞,中性粒和嗜酸性细胞。

根据最新的知识,看起来几乎所有单核巨噬细胞都是il-10抑制性作用的靶细胞,有趣的是,单核细胞的il-10r信号导致数百个基因转录活性改变:

在我们最近的基因芯片分析中,我们发现有约1600个基因表达上调而同时约1300个基因表达下调。

il-10影响单核巨噬细胞主要功能:

释放免疫介质,抗原呈递。

简单来说,它抑制单核巨噬细胞促进天然和特异性免疫的功能,同时增强这些细胞抑制,免疫耐受诱导和清道夫功能。

事实上,il-10抑制单核巨噬细胞释放炎症介质,因此抑制lps和ifn-γ导致的tnf-α,il-1β,il-6,il-8,g-csf和gm-csf分泌。

此外,它增强抗炎性因子释放,如il-1受体拮抗剂和溶解性tnf-α受体。

因此,il-10急剧减少大多数天然免疫中重要细胞因子的作用,此外,il-10抑制单核巨噬细胞的抗原递呈作用。

它能减少il-ifn-γ诱发的mhcii分子和共刺激分子（e.g.cd86）、粘附分子（e.g.cd54）的表达。

此外,il-10抑制il-12的合成,因此,阻碍th1免疫反应。

对apc直接抑制影响会被cd4+t抑制而加强。

比如,il-10引起apc合成il-12抑制,导致产ifn-γ的t细胞数量减少,此外,il-10本身抑制th1细胞的ifn-γ产生,ifn-γ缺乏就会增强apc的失活,il-10也减少巨噬细胞分泌il-23,这种细胞因子对于th17细胞免疫是必须的。

上文提到,il-10增强单核巨噬细胞的吞噬作用,它能增加各种受体表达,这些受体能够与调理素或非调理素结合的病原微生物相结合并摄取入胞,il-10刺激的单核细胞还能够增强igg-fc受体表达（cd64,cd32,cd16）,cd14样的分子表达也会增加,这些分子在细胞摄取非调理素结合物质中有重要的作用。

有趣的是,il-10同时还会抑制杀伤被摄取的微生物。

这种增加吞噬病原的情况理论上会增加细胞被补体攻击的可能,然而看起来il-10减少这种危险:

它会保护人单核巨噬细胞免受补体裂解作用。

il-10能够抑制单核细胞化学趋化作用,尽管这种作用比较弱。

它也能明显影响单核细胞进一步分化,因为

它增强这些细胞最终分化为巨噬细胞的可能,也能使细胞分化为抑制性apc,同时抑制髓系树突状细胞分化。

il-10对浆系树突状细胞功能影响很小,比如,它只轻度抑制这些细胞i型干扰素的产生。

前文已经提到,il-10可以直接作用于t细胞,不依赖于其对apc细胞的抑制,il-10抑制cd4+t细胞的增殖和细胞因子合成,包括抑制th1细胞产生il-2和ifn-γ,以及抑制th2细胞产生il-4和il-5。

有趣的是,il-10不能抑制th17细胞产生il-17。

此外,il-10似乎对cd8+t细胞没有直接抑制作用。

对于体外激活的cd4+t细胞,il-10引起这些细胞发展为调节表型,,在这种方式下,tr1细胞数量增加,分泌il-10通过细胞因子依赖机制抑制抗原特异性效应t细胞。

尽管在体外tr1产生可通过以下途径被诱导,包括预先被il-10刺激的apc,没有apc情况下直接用il-10刺激cd4+t细胞,以及其它方法,但似乎il-10刺激的apc比直接刺激在tr1分化的作用中要更加重要。

此外,il-27和补体受体cd46共同激活也能促进纯真t细胞向tr1分化。

一般认为和tr1细胞相比,il-10对于体外的treg细胞表现的抑制作用并不十分重要,但2008年等人ito研究表明有两型treg细胞存在于人类的胸腺和外周血,根据其是否表达icos进行划分,icos+treg细胞分泌il-10抑制dc功能,产生tgf-β抑制t细胞功能,icos+-treg细胞只分泌tgf-β。

此外,collison等最近推断treg与其它t细胞的接触是产生il-35和treg细胞激活的重要因素,尽管treg的抑制功能是依赖于il-35和il-10。

然而,在体内肺脏和结肠中发现,treg细胞生产的il-10几乎不能影响免疫应答。

和单核细胞相似,在中性粒细胞il-10抑制炎症介质产生,因此,其抑制lps和吞噬细菌引起的tnf-α和il-1β产生,此外,il-10抑制各种趋化中性粒细胞化学因子释放,il-10也能够抑制环氧合酶-2和前列腺素e2合成。

在嗜酸性粒细胞,il-10抑制lps引起的各种炎性介质如tnf-α,gm-csf以及cxcl8。

此外,lps引起中性粒细胞和嗜酸性粒细胞的存活性也能被il-10拮抗。

il-10和il-4共同抑制il-3和干细胞因子导致的肥大细胞分化。

此外将il-10与肥大细胞孵育会抑制其自发和抗原引起的tnf-α,gm-csf,和no合成。

il-10也能减少ige受体的表达,也能减少其信号分子如syk,fyn和akt。

和这些观察结果一致,il-10的过表达会减少体内ige介导的过敏性反应。

需要指出的是,il-10也有对几种免疫细胞有重要的非抑制功能。

它能够阻止b细胞凋亡,增强它们的分化,增殖,和mhcii类分子表达,并在免疫球蛋白种类转换中有促进作用。

此外,il-10刺激nk细胞的细胞毒活性[86],增加nk细胞对il-2诱导的细胞因子分泌如:

ifn-γ,gm-csf和tnf-α,它还能够增加il-2引起的cd56-bright亚型nk细胞的增殖。

尽管小鼠的il-10对人类细胞没有作用,但人类的细胞因子对小鼠有活性,eb病毒合成的il-10同源物bcrf1和人类的细胞因子有相类似的免疫生物学活性,然而,检测不到一系列il-10阳性作用,比如,在bcrf1刺激下小鼠b细胞mhcii类分子并没有增加,此外,病毒il-10需要比人il-10浓度高约1000倍才能发挥人il-10的大多作用比如抑制il-2的释放。

这可能与病毒il-10和il-10r1的低亲和力有关,此外,似乎和人il-10相比,病毒il-10与不同的il-10r1变异体（snp相关的氨基酸改变）亲和力也不同。

6.il-10免疫抑制作用的分子基础

尽管经过长时间此领域的研究,il-10对于apc（抑制细胞因子产生和抗原递呈）和t细胞（抑制细胞因子产生和增殖）的精确地免疫抑制分子机制仍然有争议。

然而一般公认在髓系来源细胞il-10受体激活的stat3是il-10抗炎作用所必须的步骤,这被stat3缺乏小鼠模型和几个体外实验所证明。

最有趣的是,还有来自于高ige综合征患者的证据,这些患者包含一个主要的stat3突变,因此表现为il-10抑制lps诱发的tnf-α释放功能丧失。

是否stat3激活也是直接抑制t细胞的原因还有待证明,尤其是因为th17炎症因子产生,如il-6和il-23,也是通过stat3激活来完成的。

stat激活引起的新蛋白合成似乎是il-10对于单核巨噬细胞抗炎症作用所必须的,尽管抗炎症

作用在中性粒细胞中可以依赖也可以不依赖新蛋白的合成,这些促使一些研究来鉴别il-10引起那些基因的表达。

然而,这些研究中没有单个明确指标可以代表il-10抗炎症作用的重要介质,似乎一些il-10引起的基因表达引起作用特异的抑制效应,将在下文讨论。

单核细胞类细胞（包括单核细胞,巨噬细胞,树突状细胞）在通过tlr等识别病原后会产生几种炎性介质,遇到lps后引发信号传导,通过几种适合的分子,其中myd88是最常见的,这导致了转录因子nf-κb和一些map激酶（p38,erk,jnk）的激活。

已知il-10是抑制tlr引起炎症介质释放,因此有一些对比报道是否il-10能够干扰tlr引起的信号传导（参见综述171）。

il-10引起的基因表达socs3最初被认为是最理想的标志,因为其类似分子socs1缺乏（本身不清楚是否会被il-10诱导）会放大lps应答,以及通过myd88非依赖途径和抑制i型ifn产生导致死亡。

然而,socs3缺乏的小鼠表现出il-10能够正常的抑制tnf-α产生,一些磷酸化酶,可以使特异的map激酶失活（如dusp1/mkp1）,能够被il-10调节,也被发现可以对lps信号有负性调节作用,然而,这些磷酸化酶的基因缺乏模型来证明其对il-10的抑制能力正式证明依据缺乏。

甚至不支持其对tnf-α调节。

一些最近的论文认为il-10可能通过干扰myd88或泛素翻译从而降低myd88依赖的信号分子（irak-1,irak-4和traf6）,il-10可以抑制tlr诱导的mir-155来调节tlr信号,这种microrna靶位是磷酸酶ship1mrna,因此ship1水平升高从而影响tlr信号传导。

murray认为在小鼠巨噬细胞il-10的抗炎作用主要取决于tnf-α基因的转录激活水平,已有几个机制认为这种转录可能会抑制炎症因子,第一,il-10能诱导nf-κb的抑制性同源二聚体p50/p50进行核转位并与dna结合从而减少nf-κb依赖的基因表达。

然而,cao等证明同源二聚体p50/p50没有转录调节活性并能特异诱导il-10的表达。

因此同源二聚体p50/p50的抑制作用可能是因为自分泌il-10的反馈环,从而通过其它机制降低细胞因子的表达。

通过基因表达谱,几种因素能抑制nf-κb活性（bcl-3,ikbns,abin3,etv3,和sbno2）,然而,没有证据表明缺乏这些因素能够减轻il-10的抑制作用,目前只有bcl-3有一些作用,但有趣的是,bcl-3和ikbns可以介导同源二聚体p50/p50的募集,但只诊断一些特异细胞因子的表达,bcl-3调节tnf-α和il-23p19但对il-6表达无影响,ikbns仅仅影响il-6和il-12/il-23p40而不会影响tnf-α转录。

另一方面,il-10诱导b-atf基因,其能抑制ap-1活性,但似乎对tnf-α和il-6表达均没有影响。

还有一些报告支持il-10抑制能力通过转录后原件实现,然而,这可能依赖于il-10作用的时间,很多细胞因子包括il-10本身,以及生长因子都包含au-richelements（ares）,这种结构能与are结合蛋白结合从而调节mrna稳定和翻译。

tlr激活的p38mapk途径能通过mk2介导的磷酸化导致ttp活性丧失调节tnf-αmrna降解。

一些文章提示il-10可通过干扰p38mapk信号和/或调节are-结合蛋白ttp或hur表达干扰这个信号。

前文讲过,il-10被认为与th1,th2和th17免疫抑制有关,一些il-10对t细胞激活的负性调节作用是因为其对apc的免疫抑制作用所诱导。

il-10抑制的抗原递呈作用引起th1、th2和th17应答的下调,有趣的是,koppelman等证明,用il-10刺激单核细胞,成熟的肽结合的mhcii类分子聚集在细胞内侧小囊泡中而不能到达细胞膜,steimle小组最近解释了这个现象,他们发现,在人单核细胞,il-10诱导膜相关ring-ch（march）1蛋白,其属于泛素连接酶家族,march1下调在感染细胞表面表达mhcii类分子,此外,他们发现,无论在il-10刺激的单核细胞还是转染march1细胞均出现分子泛素化的形式,最终,用sirna敲除march1可以消除上述发生在单核细胞mhcii类分子不在膜上表达的现象。

除了能诱导th1细胞分化的抗原递呈和细胞因子产生明显减少以外,有趣的是即使产生激活前t细胞过程也被il-10通过下调apc产生ifn-γ,il-12和il-18能力而抑制。

除了对t细胞激活的间接影响还有报告提示其直接抑制cd4+t细胞,通过降低触发t细胞受体来实现,这被认为主要因为il-10对cd28共刺激信号有抑制作用,主要减少cd28络氨酸磷酸化从而减少肌酸

激酶3激酶p85,然而,我们的实验证明il-10即使在cd28阴性的t细胞也能抑制t细胞受体诱导的ifn-γ产生,提示存在独立于cd28信号。

7.il-10在免疫介导疾病的作用

有很多观察描述了il-10在各种疾病的发病机理有很重要的作用。

并分为两个亚型:

、il-10

表达过多疾病,il-10表达绝对或相对减少引起疾病,

在il-10表达过多的疾病,可以看到il-10引起的免疫抑制作用和一些肿瘤生长,红斑狼疮,ebv相关