IL-18 对NK细胞的调节及抗肿瘤效应
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国外医学肿瘤学分册 2000年6月第27卷第3期
IL-18 对NK细胞的调节及抗肿瘤效应
山东省医学科学院基础医学研究所(济南 250062) 张瑞军(综述) 田志刚(审校)
摘 要 白细胞介素-18(IL-18)是近年发现的一种重要免疫调节因子，原名lGlF(lFN-γ-inducing factor)，可以诱导NK细胞分泌lFN-γ，并具有促进NK细胞的增殖、活化及杀伤功能。IL-18可以通过诱导NK细胞的活性发挥体内抗肿瘤作用，是一种应用前景较好的抗肿瘤细胞因子。
关键词：白细胞介素-18 自然杀伤细胞 抗肿瘤
IL-18是一种新型细胞因子，与IL-12的生物学功能有相近之处，对T细胞有多种调节功能，可以显著刺激Thl细胞产生IFN-γ[1]，促进Thl增殖及Fas介导的Thl细胞的细胞毒作用[2]。最近研究发现IL-18对NK细胞也有很重要的调节作用，特别是介异NK细胞抗肿瘤作用尤为引人注目。
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一、IL-18的发现、来源及结构特征
1995年Okamura等[1]用疮疱棒状杆菌(P.acnes)感染小鼠，经LPS诱导小鼠发生中毒性休克，从其肝脏中纯化出一种新的蛋白质，由于可显著刺激Thl细胞产生lFN-γ，命名为lGlF(lFN-γ-inducing factor)，鉴于lGlF具有多种生物学功能，1996年正式命名为IL-18。Ushio等[3]用小鼠IL-18 cDNA探针筛选人肝细胞cDNA文库，得到人IL-18基因克隆。
小鼠IL-18主要由肝脏中的Kuffer细胞产生，外周血单核细胞经LPS刺激也有IL-18 mRNA的表达，人IL-18的细胞来源还不稳定，外周血中只有单核巨噬细胞不经诱导即可表达IL-18 mRNA，T、B细胞中几乎检测不到IL-18 mRNA。 ConA或PHA刺激的外周血中IL-18 mRNA的表达量没有明显改变，提示人IL-18可能来源于单核巨噬细胞系统。组织分布检测表明，胰腺、肾、骨骼肌富含IL-18 mRNA，肝、肺等组织也可检测到[3]。
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人IL-18前体蛋白由193个氨基酸组成，无N-糖基化位点和疏水信号肽序列，N端有一36个氨基酸前导序列，成熟蛋白为切除前导序列的单肽，含157个氨基酸残基，分子量为18～19kD。IL-18以单体的形式发挥生物学效应，DTT处理不影响其活性[3]。IL-18在结构上与IL-1相似，具有IL-1特征性结构F-X(12)-F-X-S-X(6)-F-L序列，二者前体分子N-端都没有疏水信号肽序列，而代之有一段无功能的前导序列，它们的分泌和成熟都需lCE(IL-1β-converting enzyme)特异的水解作用[3]。因此有的学者推测IL-18的基因可能定位于IL-1基因附近，位于2q13～2q21处，甚至认为IL-18和IL-1可能来自同一原始基因[3]。但是IL-18与IL-1生物学功能相差很大，尤其对NK细胞的调节作用。
二、IL-18对NK细胞的调节作用
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NK细胞是三大淋巴细胞之一，无须抗原刺激即可介导抗肿瘤和抗病毒，即是天然免疫的主要承担者，又是获得性细胞免疫的核心调节细胞，与T细胞配合共同发挥体内抗肿瘤作用[4]，其生物学功能受多种细胞因子的调节，如IL-12、IL-2[4]，新型细胞因子IL-18可以促进NK细胞的增殖、活化、杀伤及分泌功能，是一种重要的NK细胞调节因子。
(一)IL-18对NK细胞分泌lFN-γ的调节
过去认为IL-12是最强的lFN-γ诱生因子，可以诱导NK细胞、Thl细胞分泌lFN-γ，这种作用需要辅助细胞或辅助因子的存在，如IL-1β[5]。IL-18可以诱导活化的Thl细胞产生大量的lFN-γ,活性比IL-12强[1]。Tomura等[5]研究了IL-18对NK细胞体外作用的特点，IL-18单独与NK细胞孵育，只能诱生少量的LFN-γ,有IL-12或IL-2存在时。可以诱导NK细胞分泌大量的LFN-γ,活性远高于IL-12+IL-2或IL-12+IL-1β，提示IL-18并不是IL-12诱生lFN-γ的辅助因子，而单独具有诱导NK细胞分泌lFN-γ的功能。IL-18+IL-12是至今活性最强的诱导NK细胞分泌lFN-γ的细胞因子组合[5]。
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(二)IL-18对NK细胞增殖及活化的调节
一系列的实验表明，IL-18能刺激NK细胞增殖、活化，但需要与其它细胞因子组成才能发挥较强的促增殖作用。Tomura等[5]发现IL-18单独对小鼠脾脏NK细胞的促增殖作用并不强，但与IL-2或IL-12组合可以刺激NK细胞向淋巴母细胞转化，并较强地促进NK细胞增殖、活化。分析小鼠脾脏NK表面分子，发现只有NK1.1+CD3-细胞群发生了转化，并继续增殖分化成不同的细胞群，而NK1.1-CD3-细胞群没有发生转化。另外，这两种细胞因子组合诱导得到的细胞不同，IL-18+IL-12诱导得到的细胞为NK1.1+CD3-细胞，IL-18+IL-12诱导得到的细胞为NK1.1+CD3-和NK1.1-CD3-细胞各占一半,其中NK1.1+CD3-细胞群还可在不同的细胞因子诱导下向淋巴母细胞转化、增殖。IL-18+IL-12和IL-18+IL-2诱导得到的细胞群的杀伤活性基本相同。由此可知，IL-18可以活化、增殖NK细胞的某些亚群，且与不同细胞因子组合诱导得到不同的细胞群。
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Takeda等[6]的实验显示敲除IL-18基因的小鼠体内的NK细胞失去了体外活化的能力，说明IL-18是NK的发育成熟和活化的必须细胞因子。
(三)IL-18对NK细胞激活杀伤活性的调节
IL-18可以促进fas-FasL介导的NK细胞的细胞毒作用。Fas是一种介导细胞凋亡的表面分子，在机体许多细胞和组织都有表达。当靶细胞的Fas与效应细胞的FasL(Fas Ligand)结合时，就会诱发靶细胞的凋亡[2]。NK细胞和T细胞静止时一般少量表达FasL，活化时FasL的表达量就会增加。Fas-FasL凋亡系统成熟。Tsutsui等[7]取P.acnes感染小鼠的肝脏NK细胞，并以这种鼠的肝巨噬细胞做饲养细胞，建立了一种NK细胞克隆LNK，LNK对NK细胞肝脏的经典靶细胞YAC-1没有杀伤活性，只表现Fas-FasL依赖的细胞毒作用。IL-18可通过促进FasL在LNK细胞的表达量，增强LNK细胞的Fas-FasL依赖的细胞毒作用。IL-12和IL-1β都没有这种作用，anti-IFN-γmAb也不能阻断IL-18的作用，说明IL-18可直接增强NK细胞的杀伤功能。
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IL-18不仅仅促进Fas-FasL介导的细胞凋亡作用，Ushio等[3]发现人IL-18也可促进NK细胞对传统靶细胞杀伤。Tomura等[5]发现IL-18+IL-12或IL-18+IL-2诱导活化的NK细胞可对多种细胞株有杀伤活性，并没有表现出Fas-FasL依赖的杀伤活性的差异，提示IL-18即可以促进Fas-FasL介导的NK细胞的细胞毒活性，又可促进穿孔素介导的NK细胞传统的杀伤活性。NK细胞克隆LNK的单一杀伤活性可能是由于体外长期培养过程中丢失了传统的杀伤穿孔素介导的细胞毒系统，或由于P.acnes感染刺激而引起肝脏NK细胞的功能性表面分子发生改变所致[5]。
三、IL-18体内抗肿瘤作用及其与NK的关系
IL-18在体外可以增强NK细胞的细胞毒活性[1，5，7]，刺激T细胞增殖以及促进NK细胞、T细胞分泌lFN-γ[1]，显示出较强的抗肿瘤潜能。Osaki等[8]用荷瘤小鼠进行体内实验，IL-18可以抑制多种移植瘤的生长，在肿瘤移植前预给IL-18，抗肿瘤作用更强，甚至可以完全抑制肿瘤的植入；IL-18对IL-12和lFN-γ基因敲除小鼠具有同样的抗肿瘤保护作用，提示IL-18的抗肿瘤作用不依赖于IL-12和lFN-γ。
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IL-12也是一种抗肿瘤作用较强的细胞因子，可以通过多种途径发挥抗肿瘤作用，包括增强NK细胞毒活性，扩增CTL细胞并促进其杀伤活性，诱导NK细胞、T细胞分泌lFN-γ，lFN-γ可直接杀伤肿瘤细胞或通过lFN-γ诱生的10kD蛋白(lFN-γ-inducible 10kD Protein,IP-10)抑制血管产生发挥抑制肿瘤作用[8]。IL-18的抗肿瘤机制可能与IL-12不相同，IL-18主要是通过对NK细胞的调节发挥抗肿瘤作用的。Micallef等[9]发现注射IL-18的荷瘤小鼠体内lFN-γ和lP-10的量没有明显变化，结荷瘤小鼠注射IL-18的同时使用anti-ASGMIAb(ASGM1是一种NK细胞的表面分子，anti-ASGMlAb可以抑制NK细胞的杀伤活性)，IL-18的抗肿瘤作用可被阻断，使用IL-18的荷瘤小鼠的肿瘤浸润淋巴细胞中NK细胞的数量和活性大大增加，CD8+和CD4+T细胞的数量在早期(前5天)增加，随后逐渐上升，由此Micallef等[9]推测，IL-18抗肿瘤机制可能是：首先激活NK细胞，使其能够特异地杀伤肿瘤细胞，然后在NK细胞的调节下，CD8+和CD4+T细胞逐渐活化，CTL发挥杀伤作用，CD4+T细胞参与形成肿瘤特异性免疫记忆。
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与IL-12相比，相同用量下IL-18的抑瘤作用较弱，增加IL-18的用量或与IL-12结合使用可以增强抗瘤作用。尽管单独使用IL-18和IL-12毒副作用很小，但IL-18和IL-12联合使用却表现出较强的毒副作用，荷瘤小鼠体重下降，粘膜糜烂、胸腺萎缩，出现腹泻性结肠炎甚至腹泻死亡[9]，这些毒副作用对IL-18有剂量依赖性，而不受IL-12剂量变化的影响，且IL-18的剂量变化没有引起lFN-γ量的变化，所以毒副作用不可能是lFN-γ或IL-12引起的，提示毒副作用可能是由IL-18引起[9]。细胞因子多以组合形式应用于肿瘤生物治疗，IL-18若用于临床还需消除它在细胞因子组合使用中的毒副作用的影响。
近年研究表明NK细胞在肿瘤免疫中占有重要地位，是机体抗肿瘤的第一道防线。IL-18对NK细胞抗肿瘤作用的调节，显示了IL-18在肿瘤治疗方面较好的应用前景[10]。
参考文献
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1 Okamura H, Tsutsi H,Komatsu T, et al. Nature,1995；378(6552):88～91
2 Dao T, Ohashi K, Kayano T, et al. CeIL Immunol,1996；173(2):230～235
3 Ushio S, Namba M, Okura T,et al. Immunol,1996；156(11):4274～4279
4 田志刚，孙汭.国外医学肿瘤学分册，1997；24(3)：136～138
5 Tomura M, Zhou XY, Maruo S, et al, J Immunol,1998；160(10):4738～4746
6 Takeda K, Tsutsui H, Yoshimoto T.Immunity ,1998;8(3):383～390
7 Tsutsui H, Nakanishi K,Matsui K,et al. J Immunol,1996;157(9):3967～3973
8 Osaki T, Peron JM, Cai Q,et al. J Immunol,1998;160(4):1742～1749
9 Micallef MJ, Tanimoto T, Kohno K, et al. Cancer Res,1997;57(20):4557～4563
10 Dinarello CA.Methods,1999;19(1):121～132, 百拇医药
山东省医学科学院基础医学研究所(济南 250062) 张瑞军(综述) 田志刚(审校)
摘 要 白细胞介素-18(IL-18)是近年发现的一种重要免疫调节因子，原名lGlF(lFN-γ-inducing factor)，可以诱导NK细胞分泌lFN-γ，并具有促进NK细胞的增殖、活化及杀伤功能。IL-18可以通过诱导NK细胞的活性发挥体内抗肿瘤作用，是一种应用前景较好的抗肿瘤细胞因子。
关键词：白细胞介素-18 自然杀伤细胞 抗肿瘤
IL-18是一种新型细胞因子，与IL-12的生物学功能有相近之处，对T细胞有多种调节功能，可以显著刺激Thl细胞产生IFN-γ[1]，促进Thl增殖及Fas介导的Thl细胞的细胞毒作用[2]。最近研究发现IL-18对NK细胞也有很重要的调节作用，特别是介异NK细胞抗肿瘤作用尤为引人注目。
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一、IL-18的发现、来源及结构特征
1995年Okamura等[1]用疮疱棒状杆菌(P.acnes)感染小鼠，经LPS诱导小鼠发生中毒性休克，从其肝脏中纯化出一种新的蛋白质，由于可显著刺激Thl细胞产生lFN-γ，命名为lGlF(lFN-γ-inducing factor)，鉴于lGlF具有多种生物学功能，1996年正式命名为IL-18。Ushio等[3]用小鼠IL-18 cDNA探针筛选人肝细胞cDNA文库，得到人IL-18基因克隆。
小鼠IL-18主要由肝脏中的Kuffer细胞产生，外周血单核细胞经LPS刺激也有IL-18 mRNA的表达，人IL-18的细胞来源还不稳定，外周血中只有单核巨噬细胞不经诱导即可表达IL-18 mRNA，T、B细胞中几乎检测不到IL-18 mRNA。 ConA或PHA刺激的外周血中IL-18 mRNA的表达量没有明显改变，提示人IL-18可能来源于单核巨噬细胞系统。组织分布检测表明，胰腺、肾、骨骼肌富含IL-18 mRNA，肝、肺等组织也可检测到[3]。
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人IL-18前体蛋白由193个氨基酸组成，无N-糖基化位点和疏水信号肽序列，N端有一36个氨基酸前导序列，成熟蛋白为切除前导序列的单肽，含157个氨基酸残基，分子量为18～19kD。IL-18以单体的形式发挥生物学效应，DTT处理不影响其活性[3]。IL-18在结构上与IL-1相似，具有IL-1特征性结构F-X(12)-F-X-S-X(6)-F-L序列，二者前体分子N-端都没有疏水信号肽序列，而代之有一段无功能的前导序列，它们的分泌和成熟都需lCE(IL-1β-converting enzyme)特异的水解作用[3]。因此有的学者推测IL-18的基因可能定位于IL-1基因附近，位于2q13～2q21处，甚至认为IL-18和IL-1可能来自同一原始基因[3]。但是IL-18与IL-1生物学功能相差很大，尤其对NK细胞的调节作用。
二、IL-18对NK细胞的调节作用
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NK细胞是三大淋巴细胞之一，无须抗原刺激即可介导抗肿瘤和抗病毒，即是天然免疫的主要承担者，又是获得性细胞免疫的核心调节细胞，与T细胞配合共同发挥体内抗肿瘤作用[4]，其生物学功能受多种细胞因子的调节，如IL-12、IL-2[4]，新型细胞因子IL-18可以促进NK细胞的增殖、活化、杀伤及分泌功能，是一种重要的NK细胞调节因子。
(一)IL-18对NK细胞分泌lFN-γ的调节
过去认为IL-12是最强的lFN-γ诱生因子，可以诱导NK细胞、Thl细胞分泌lFN-γ，这种作用需要辅助细胞或辅助因子的存在，如IL-1β[5]。IL-18可以诱导活化的Thl细胞产生大量的lFN-γ,活性比IL-12强[1]。Tomura等[5]研究了IL-18对NK细胞体外作用的特点，IL-18单独与NK细胞孵育，只能诱生少量的LFN-γ,有IL-12或IL-2存在时。可以诱导NK细胞分泌大量的LFN-γ,活性远高于IL-12+IL-2或IL-12+IL-1β，提示IL-18并不是IL-12诱生lFN-γ的辅助因子，而单独具有诱导NK细胞分泌lFN-γ的功能。IL-18+IL-12是至今活性最强的诱导NK细胞分泌lFN-γ的细胞因子组合[5]。
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(二)IL-18对NK细胞增殖及活化的调节
一系列的实验表明，IL-18能刺激NK细胞增殖、活化，但需要与其它细胞因子组成才能发挥较强的促增殖作用。Tomura等[5]发现IL-18单独对小鼠脾脏NK细胞的促增殖作用并不强，但与IL-2或IL-12组合可以刺激NK细胞向淋巴母细胞转化，并较强地促进NK细胞增殖、活化。分析小鼠脾脏NK表面分子，发现只有NK1.1+CD3-细胞群发生了转化，并继续增殖分化成不同的细胞群，而NK1.1-CD3-细胞群没有发生转化。另外，这两种细胞因子组合诱导得到的细胞不同，IL-18+IL-12诱导得到的细胞为NK1.1+CD3-细胞，IL-18+IL-12诱导得到的细胞为NK1.1+CD3-和NK1.1-CD3-细胞各占一半,其中NK1.1+CD3-细胞群还可在不同的细胞因子诱导下向淋巴母细胞转化、增殖。IL-18+IL-12和IL-18+IL-2诱导得到的细胞群的杀伤活性基本相同。由此可知，IL-18可以活化、增殖NK细胞的某些亚群，且与不同细胞因子组合诱导得到不同的细胞群。
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Takeda等[6]的实验显示敲除IL-18基因的小鼠体内的NK细胞失去了体外活化的能力，说明IL-18是NK的发育成熟和活化的必须细胞因子。
(三)IL-18对NK细胞激活杀伤活性的调节
IL-18可以促进fas-FasL介导的NK细胞的细胞毒作用。Fas是一种介导细胞凋亡的表面分子，在机体许多细胞和组织都有表达。当靶细胞的Fas与效应细胞的FasL(Fas Ligand)结合时，就会诱发靶细胞的凋亡[2]。NK细胞和T细胞静止时一般少量表达FasL，活化时FasL的表达量就会增加。Fas-FasL凋亡系统成熟。Tsutsui等[7]取P.acnes感染小鼠的肝脏NK细胞，并以这种鼠的肝巨噬细胞做饲养细胞，建立了一种NK细胞克隆LNK，LNK对NK细胞肝脏的经典靶细胞YAC-1没有杀伤活性，只表现Fas-FasL依赖的细胞毒作用。IL-18可通过促进FasL在LNK细胞的表达量，增强LNK细胞的Fas-FasL依赖的细胞毒作用。IL-12和IL-1β都没有这种作用，anti-IFN-γmAb也不能阻断IL-18的作用，说明IL-18可直接增强NK细胞的杀伤功能。
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IL-18不仅仅促进Fas-FasL介导的细胞凋亡作用，Ushio等[3]发现人IL-18也可促进NK细胞对传统靶细胞杀伤。Tomura等[5]发现IL-18+IL-12或IL-18+IL-2诱导活化的NK细胞可对多种细胞株有杀伤活性，并没有表现出Fas-FasL依赖的杀伤活性的差异，提示IL-18即可以促进Fas-FasL介导的NK细胞的细胞毒活性，又可促进穿孔素介导的NK细胞传统的杀伤活性。NK细胞克隆LNK的单一杀伤活性可能是由于体外长期培养过程中丢失了传统的杀伤穿孔素介导的细胞毒系统，或由于P.acnes感染刺激而引起肝脏NK细胞的功能性表面分子发生改变所致[5]。
三、IL-18体内抗肿瘤作用及其与NK的关系
IL-18在体外可以增强NK细胞的细胞毒活性[1，5，7]，刺激T细胞增殖以及促进NK细胞、T细胞分泌lFN-γ[1]，显示出较强的抗肿瘤潜能。Osaki等[8]用荷瘤小鼠进行体内实验，IL-18可以抑制多种移植瘤的生长，在肿瘤移植前预给IL-18，抗肿瘤作用更强，甚至可以完全抑制肿瘤的植入；IL-18对IL-12和lFN-γ基因敲除小鼠具有同样的抗肿瘤保护作用，提示IL-18的抗肿瘤作用不依赖于IL-12和lFN-γ。
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IL-12也是一种抗肿瘤作用较强的细胞因子，可以通过多种途径发挥抗肿瘤作用，包括增强NK细胞毒活性，扩增CTL细胞并促进其杀伤活性，诱导NK细胞、T细胞分泌lFN-γ，lFN-γ可直接杀伤肿瘤细胞或通过lFN-γ诱生的10kD蛋白(lFN-γ-inducible 10kD Protein,IP-10)抑制血管产生发挥抑制肿瘤作用[8]。IL-18的抗肿瘤机制可能与IL-12不相同，IL-18主要是通过对NK细胞的调节发挥抗肿瘤作用的。Micallef等[9]发现注射IL-18的荷瘤小鼠体内lFN-γ和lP-10的量没有明显变化，结荷瘤小鼠注射IL-18的同时使用anti-ASGMIAb(ASGM1是一种NK细胞的表面分子，anti-ASGMlAb可以抑制NK细胞的杀伤活性)，IL-18的抗肿瘤作用可被阻断，使用IL-18的荷瘤小鼠的肿瘤浸润淋巴细胞中NK细胞的数量和活性大大增加，CD8+和CD4+T细胞的数量在早期(前5天)增加，随后逐渐上升，由此Micallef等[9]推测，IL-18抗肿瘤机制可能是：首先激活NK细胞，使其能够特异地杀伤肿瘤细胞，然后在NK细胞的调节下，CD8+和CD4+T细胞逐渐活化，CTL发挥杀伤作用，CD4+T细胞参与形成肿瘤特异性免疫记忆。
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与IL-12相比，相同用量下IL-18的抑瘤作用较弱，增加IL-18的用量或与IL-12结合使用可以增强抗瘤作用。尽管单独使用IL-18和IL-12毒副作用很小，但IL-18和IL-12联合使用却表现出较强的毒副作用，荷瘤小鼠体重下降，粘膜糜烂、胸腺萎缩，出现腹泻性结肠炎甚至腹泻死亡[9]，这些毒副作用对IL-18有剂量依赖性，而不受IL-12剂量变化的影响，且IL-18的剂量变化没有引起lFN-γ量的变化，所以毒副作用不可能是lFN-γ或IL-12引起的，提示毒副作用可能是由IL-18引起[9]。细胞因子多以组合形式应用于肿瘤生物治疗，IL-18若用于临床还需消除它在细胞因子组合使用中的毒副作用的影响。
近年研究表明NK细胞在肿瘤免疫中占有重要地位，是机体抗肿瘤的第一道防线。IL-18对NK细胞抗肿瘤作用的调节，显示了IL-18在肿瘤治疗方面较好的应用前景[10]。
参考文献
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1 Okamura H, Tsutsi H,Komatsu T, et al. Nature,1995；378(6552):88～91
2 Dao T, Ohashi K, Kayano T, et al. CeIL Immunol,1996；173(2):230～235
3 Ushio S, Namba M, Okura T,et al. Immunol,1996；156(11):4274～4279
4 田志刚，孙汭.国外医学肿瘤学分册，1997；24(3)：136～138
5 Tomura M, Zhou XY, Maruo S, et al, J Immunol,1998；160(10):4738～4746
6 Takeda K, Tsutsui H, Yoshimoto T.Immunity ,1998;8(3):383～390
7 Tsutsui H, Nakanishi K,Matsui K,et al. J Immunol,1996;157(9):3967～3973
8 Osaki T, Peron JM, Cai Q,et al. J Immunol,1998;160(4):1742～1749
9 Micallef MJ, Tanimoto T, Kohno K, et al. Cancer Res,1997;57(20):4557～4563
10 Dinarello CA.Methods,1999;19(1):121～132, 百拇医药