药 物 生 物 技 术
Pharmaceutical Biotechnology 2005 ,12 (1) :66~70
白细胞介素218 3
刘广桢 ,顾觉奋 ,陈建华
(中国药科大学生命科学与技术学院 ,江苏 南京 210009)
摘 要 IL218 是近年克隆鉴定的新型细胞因子 ,具有较广泛的免疫学活性。IL218、IL218R 和 IL218BP 已
经被广泛而深入地研究。文章综述 IL218 的生化和分子生物学及其生物学功能研究进展。
关键词 白细胞介素218 ;白细胞介素218 受体 ;白细胞介素218 受体结合蛋白
中图分类号 :Q51 文献标识码 :A 文章编号 :100528915 (2005) 0120066205
Okamura 等从中毒性休克的小鼠肝脏克隆到一种由应
激诱导的蛋白 ,该蛋白可介导高水平的 IFN2γ产生 [1 ,4 ,26 ] 。
被称为 IFN2γ诱导因子 (interferon gammar inducing factor ,
IGIF) [3 ,5~7 ] 。该因子与 IL21α胎和成体的小肠中测得的
IL218
达量相对于其它器官组织是最高的。免疫生化分
析表明在小肠和 IL21β在结构上有一定的相似性 ,认为可
能是 IL21 家族成员 ,1996 年将其正式命名为白细胞介素2
18 ( IL218) 。研究表明 , IL218 在抗过敏、抗肿瘤和抗感染方
面发挥重要作用。
1 IL218 的产生来源[ 23]
一般来说 , IL218 在细胞中的构成性表达较低 ,而在应
激诱导条件下可高水平表达。表皮细胞中 IL218 mRNA 的
表达量在刺激早期就明显上调。进一步的实验表明角质形
成细胞是表皮中 IL218 主要的来源。成骨细胞基质细胞表
达 IL218。在胚上皮细胞的胞质中有大量的 IL218。这表明
小肠上皮细胞可能是 IL218 最主要的来源 [2 ] 。
2 IL218 的生化性质
初步纯化的 IL218 分子质量较大 ,可能与其它蛋白质
结合存在于体液中 ,对热 (80 ℃,1h) 、酸性条件 (p H 2. 0) 、蛋
白水解酶、尿素处理 (6 mol/ L) 均敏感 ,甚至完全丧失活性 ;
而 22巯基乙醇可增强其活性 ,可能是由于打断二硫键暴露
出 IL218 本身分子所致。纯化的 IL218 分子质量为 18. 3
ku[8 ] ,等电点为 4. 9 ,是由 157 个氨基酸残基组成的蛋白质 ,
序列中存在游离的半胱氨酸残基 ,其组成与 IL21β有一定
的相似性。
3 IL218 的分子结构[ 5~6 ,8~9 ,13]
从小鼠克隆到的 IL218 cDNA 编码 192 个氨基酸的蛋
白 ,其分子质量约为 18. 3 ku ;从大鼠克隆到的 IL218 cDNA
编码 194 个氨基酸的蛋白 ,二者在 cDNA 和氨基酸水平均
有 91 %的同源性。以小鼠 IL218 的 cDNA 作为探针从正常
人肝脏 cDNA 文库中钓取出人 IL218 cDNA ,这一 cDNA 编
码 193 个氨基酸残基的蛋白质 ,和小鼠的相应序列具有
65 %的同源性。IL218 前体分子含有一个 35 个氨基酸组成
的前导序列 ,无 N2糖基化位点和信号肽序列 ,在结构上与
IL21α、IL21β和 IL21 受体拮抗物相似。IL218 的氨基酸序列
中具有一段 IL21 特征性序列 ,具有与 IL21 相似的β2三叶草
空间结构 ,其组成与 IL21β蛋白在氨基酸水平均有 15 %的
同源性。最初生成的鼠 IL218 是无生物活性的前体分
子 [1 ] ,其中含有 Asp2X 结构 ,这一点与 IL21β前体分子相
同 ,该结构是白细胞介素 1β转换酶的作用位点 [15 ] 。体外
实验表明 ,该酶对 IL21β前体和 IL218 前体有相似的作用。
4 IL218 基因
日本学者从纯化的 IL218 结构序列出发 ,合成寡核苷
酸引物 ,克隆出的前体蛋白核苷酸序列 ,共编码 192 个氨基
GAA T TCA T GTACT T T GGCAA GCT T GAA TCTAAA T TA
TCA GTCA TAA GAAA T T T GAA T GACCAA GT TCTC T TC
A T T GACCAA GGAAA TCGGCCTCTA T T T GAA GA TA T G
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图 1 从 cDNA 文库中获得的编码人 IL218 前体的全克隆
66
3 收稿日期 :2003207223 修回日期 :2003209223
作者简介 :刘广桢 ,男 ,1980 年生 ,吉林延边人 ,中国药科大学生命科学与技术学院在读硕士研究生 ,研究方向 ,基因工程制药
3 通讯作者 :陈建华 ,中国药科大学副教授
酸残基 ,其中包括 35 个氨基酸的前导序列 ,不存在 N2糖基
化位点和信号肽序列。鼠 IL218 的 cDNA 转化进 E. coli 中
可进行成功表达。利用小鼠 IL218 的 cDNA 作为探针从人
肝脏 cDNA 文库中筛选出人 IL218 cDNA 克隆 (图 1) ,同样
可在 E. coli 中得到表达 ,经纯化后其表达产物的纯度大
于 90 %。
5 IL218 受体[ 20 , 21]
IL218 在宿主防御及致病过程中的多种生物学功能是
通过它与细胞表面的 IL218 受体 ( IL218R) 相互作用实现
的。IL218R 与 IL21 受体家族相似 ,此受体由 IL21Rrp 和
AcPL 组成 ,它们都与 IL21R 家族有序列同源性 [16~18 ] 。
5. 1 IL218Rα
IL218Rα为 IL218R 的主要结合亚基 ,属 Ig 超家族成
员。人源 IL218Rα与鼠源 IL218Rα前体分别是 541 个氨基
酸和 537 个氨基酸的蛋白质 ,有 65 %的氨基酸同源 ,信号肽
18 个氨基酸 ,成熟蛋白分别为 523 和 519 个氨基酸的蛋白。
鼠源 IL218Rα与 IL21RacP、T1 / ST2 和 IL21RI 有 27 %~
31 %的氨基酸同源 ,胞外结构域有 20 %~27 %的氨基酸同
源 ,并含有 3 个 Ig 结构域和 6 个 Cys 残基。人源 IL218Rα
的基因定位在 2q12213 上 [17 ] 。
5. 2 IL218Rβ[19 ]
IL218Rβ又称为辅助蛋白样蛋白 (AcPL) ,也属 Ig 超家
族成员。人源 AcPL 与鼠源 AcPL 前体分别是 600 个氨基
酸和 614 个氨基酸的蛋白质 ,有 25 %的氨基酸同源 ,信号肽
14 个氨基酸 ,成熟蛋白分别为 596 和 600 个氨基酸的蛋白 ,
存在 4 个 N2糖基化位点。与 IL21RI、IL21RAcP 和 IL2
1RrPI有 25 %~27 %的氨基酸同源。人源 IL218Rβ与 IL2
1R 胞质结构域有 32 %的氨基酸同源。IL218Rβ不能结合
IL218R ,但它是 IL218 信号转导所必需的。IL218Rβ的基因
定位在 2 号染色体上 [9 ,17 ] 。
6 IL218 受体结合蛋白[ 13 ,16 , 19]
IL218 受体结合蛋白 ( IL218BP)属于免疫球蛋白超家族
成员 ,可在体内外有效抑制 IL218 的作用 ,因而认为是 IL2
18 的天然拮抗剂。
人 IL218BP 由 164 个氨基酸残基组成 ,含有一段 30 个
氨基酸的信号肽及 4 个 N2糖基化位点。小鼠的 IL218BP
由 165 个氨基酸残基组成 ,含有一段 28 个氨基酸的信号肽
及 4 个 N2糖基化位点。两者的氨基酸序列有 60. 8 %的同
源性 ,无种属特异性。IL218BP 的基因位于染色体的 11q13
上 ,无外显子编码的跨膜区域。人源 IL218BP 有 3 种剪接
变异体 : IL218BPa、IL218BPb 和 IL218BPc (表 1) 。
这些变异体有下列特征 :有共同的 A T G 翻译起始部
位 ;有 28 个氨基酸序列相同的信号肽 ;为可溶性成熟蛋白 ;
C2末端氨基酸长度不同。
表 1 IL218BP 的 3 种变异体
变异体
前体蛋白
(氨基酸)
信号肽
(氨基酸)
成熟蛋白
(氨基酸)
解离常数
(nM)
hIL218BPa 192 28 164 399
hIL218BPb 113 28 85 2
hIL218BPc 197 28 169 2. 94
IL218BP 可以有效阻止 IL218 与其受体结合 ,并可抑制
IL218 诱导 KG21 细胞产生 IFN2γ的能力 , IL218BP 还可以
抑制 IL218 诱导 IL28 合成和激活 N F2κB 的能力。IFN2γ能
通过诱导 IL218BP 的表达来降低 IL218 的活性。IL218BP
是通过降低 IFN2γ所介导的反应来抑制 IL218 的活性。IL2
18 是 IFN2γ产生的重要诱导因子 ,而 IFN2γ可刺激角质细
胞等大量表达 IL218BP。因此 , IL218BP 对 IL218 生物学活
性的调节可能是通过 IFN2γ介导的负反馈机制实现的。到
目前为止 ,在脂多糖处理的小鼠中 ,用重组 IL218BP 或在体
外通过 IFN2γ刺激产生 IL218BP 来抑制 IL218 的活性试验
已有报道。现在认为 IL218BP 是 IL218 的可溶性诱饵受体
(dereceptor) ,它可以有效地在体内、体外抑制 IL218 的生物
学作用。
7 IL218 的生物学作用
7. 1 对 T 细胞的作用
T 细胞有包括细胞毒性 (杀伤) T 细胞、免疫性 T 细胞
( T1 )和辅助性 T 细胞 ( T2 ) 3 种效应性 T 细胞 ,其对病原体
的作用机制如图 2 所示。
IL218 对 T 细胞表达细胞因子有显著的影响。酶联免
疫吸附分析表明重组的 IL218 可刺激 T 细胞和外周单核细
胞产生大量的 IFN2γ[1 ] 。IL218 还可以显著增加培养的 T
细胞的 IL22 的量。与 IL212 不同的是 IL218 在没有抗原或
CD3 刺激存在下 ,也可以刺激 T 细胞产生 IL22。IL218 可
显著增加培养的 T 细胞 GM2CSF 的量 [9~11 ] ,而 IL212 没有
这种效应。
IL218 对 T 细胞增殖有重要作用。IL218 可明显的刺
激用 CD3 单克隆抗体活化的人 T 细胞增殖 ,并表现出一
种剂量依赖效应。IL218 可以增加 IL22Rα链的表达 ,这可
能也与 IL218 对 T 细胞的增殖作用有关。总之 , IL218 促
进 T 细胞的增殖效应明显是通过一种 IL22 依赖途径进
行的。
IL218 对 T 细胞参与的免疫应答进行调控。IL218 可
以诱导 OVA # 4 细胞 (一种对卵白蛋白发生应答的 Th1 细
胞克隆)内蛋白质的酪氨酸残基进行磷酸化。IL218 可以使
p56 (LCK)以及丝裂原活化的蛋白激酶 ( MA P K) 发生磷酸
化反应。另外 ,在次级免疫应答中 IL218 参与对 Th1/ Th2
细胞之间漂移的调节 ,通过诱导 IFN2γ使 T 细胞前体向
Th1 细胞分化并促进其增殖。
76刘广桢等 :白细胞介素218
图 2 3 种效应性 T 细胞对病原体的作用机制
7. 2 对 B 细胞的作用
联合应用 IL218 和 IL212 可以使 CD40 抗体活化的 B
细胞表达 IFN2γ,产生的 IFN2γ不抑制 B 细胞的增殖 ,但可
抑制 IgE、Ig G的生成 ,同时提高 Ig G2d 的表达量 [1 ,3 ,8 ] 。IL2
18 还能调节 B 细胞免疫球蛋白的分泌 ,抑制活化的 B 细胞
产生 IgE。
7. 3 对 N K细胞的作用
IL218 首先是在患有内毒素休克的小鼠中发现的 ,它引
起小鼠血清中 IFN2γ水平上升。最初被称为 IFN2γ诱导因
子 ( IGIF) ,表明它具有诱导 N K 细胞和 T 细胞产生 IFN2γ
的功能。在体外实验中 , IL218 可以增强外周血和脾脏天然
杀伤细胞的活性。IL218 可以增强天然杀伤细胞对 Fas 阳
性细胞的杀伤作用 [11 ,18 ] 。
7. 4 对单核细胞的作用
小鼠的 IL218 可以促进单核细胞生成 IFN2γ[18 ] 和单
核/ 巨噬细胞集落刺激因子 [2 ] ,并抑制 ConA 活化的外周血
单核细胞表达 IL210。重组的人和鼠的 IL218 都可以诱使
经丝裂原刺激的外周血单核细胞产生 IFN2γ,增加 GM2
CSF 的生成 ,并抑制 IL210 的表达。Gracie 等报道 , IL218
与 IL212 或 IL215 联合 ,在体外能显著诱导类风湿性关节炎
患者滑液细胞产生 IFN2γ; IL218 单独能显著促进滑液
CD14 + 的 Mφ分泌 GM2CSF、NO 和 TN F2α;此外 , TN F2α
和 IL21β能上调滑液原代培养物及纯化的滑液成纤维细胞
IL218 的表达 ,表明 IL218 诱生的单核因子可以在关节滑液
中反馈促进 Thl 细胞的分化。IL218 在体内起着前炎症细
胞因子的作用 ,并且协同 IL212 和 IL215 在类风湿性关节炎
患者 Th1 优势应答的维持及单核因子的产生中发挥重要
作用 [18 ] 。
7. 5 肿瘤抑制作用
经腹腔注射或静脉注射 IL218 可以使 Bulb/ c 小鼠获得
对同系的 Meth A 肉瘤细胞攻击的抵抗力 ,而皮下注射则
无此作用。IL218 的抗肿瘤作用是通过在肿瘤移植早期提
高 N K细胞的活性 ,同时提高 IL210 的水平 ,降低 IL22 的水
平实现的。当 N K 活性降为正常值 , IL210 合成降低 , IL22
的水平保持不变 ,因此细胞活性明显提高。小鼠移植 CL82
1 黑色素瘤前后分别应用 IL218 治疗都减少了肿瘤形成的
数目 ,从 60 %降至 20 % ,并且抑制了肿瘤的生长速度。同
时 , IL218 可以排除 CL821 肿瘤在小鼠体内的定植。IL218/
IL212 联合应用有即刻地、最明显地抗肿瘤作用 ,这种方式
给药的小鼠血清中 IFN2γ的水平明显升高。应用 N K细胞
的抗体消除 N K细胞后 , IL218 的抗肿瘤作用随即消失。说
明 IL218 的抗肿瘤作用通过 N K介导细胞介导 [5 ,8 ,25 ] 。
7. 6 抗细菌真菌效应
IL218 和 IL212 联合使用可诱导腹膜渗出细胞生成
IFN2γ[1 ]和一氧化氮 [5 ,11 ] 。并通过这两种物质介导行使抗
隐球菌的活性。这种活性可被 IFN2γ单克隆抗体和一氧化
氮生成抑制物阻断。这两种因子的抗真菌作用在很大程度
上是通过 N K细胞实现的。在 IL218 和 IL218 受体缺陷性
小鼠中 ,它们抗细菌感染的能力会下降 ;如用抗 IL218 单抗
中和野生型小鼠中的 IL218 ,则小鼠很容易受细菌的感染 ,
注入 IL218 ,则又可恢复它抗感染的能力。这些实验表明
IL218 在抗细菌感染免疫过程中具有主要作用。
7. 7 致肝损伤作用
IL218 可作用于 N K 细胞使之产生 FasL 而通过 FasL
依赖性肝细胞凋亡模式导致肝损伤。事实上 , FasL 可刺激
巨噬细胞非 ICE 依赖性分泌 IL218。L PS 可使 FasL 表达上
调 ,而表达后的 FasL 作用于巨噬细胞使之产生成熟型的
IL218 ,ICE 缺乏小鼠亦出现上述表现 ,应用重组可溶性
FasL 可使血清 IL218 水平明显升高 ,并伴有血清肝脏酶水
平增高 ,而 IL218 缺乏小鼠应用 FasL 后未出现肝损伤 ,说
明 IL218 非 ICE 依赖性分泌在肝损伤中作用亦至关重要。
所有结果显示 , IL218 和 FasL 相互作用 ,相互促其增长 ,其
间积极的反馈环路在肝损伤过程中起着关键作用 [24 ] 。
7. 8 自身免疫性疾病 [14 ,22 ]
作为早期的致炎性细胞因子 , IL218 本身在 IDDM 的β
细胞损伤中虽无直接作用 ,但其可促发胰岛炎中的 Th1 细
胞和 (或)巨噬细胞产生下游的细胞因子 ,如 IL21β、TNF2α
和 IFN2γ,进而导致胰岛β细胞的损伤和死亡。研究发现 ,
类风湿性关节炎 ( rheumatoidarthritis , RA) 的发病与 IL218
有关。IL218 mRNA 和蛋白质表达在 RA 患者滑液组织中
明显升高 (与骨性关节炎相比) 。与此相应 ,在滑液淋巴细
胞和巨噬细胞上检测到 IL218 受体 ,体外 , IL218 可以诱导
滑膜组织产生大量的 IFN2γ,促进 GM2CSF 和 NO 的产生 ,
促进滑液 CD4 + 巨噬细胞产生 TN F2α。对培养的滑液和分
离的滑液成纤维细胞 , TNF2α和 TN F2β可以上调 IL218 的
表达 ,提示单核因子的表达可以反馈促进滑膜 Th1 的发
育。有报道类风湿关节炎患者血清中 IL218 升高 ,并在关
节滑膜及其下层发现表达 IL218 的细胞。上述研究表明
IL218 在类风湿关节炎的发病中起着重要作用。
86 药 物 生 物 技 术 第 12 卷第 1 期
7. 9 抗病毒功能 [12 ]
IL218 具有抗多种病毒功能。用 IL218 治疗被脑心肌
炎病毒 ( EM2CV)和痘苗病毒感染的小鼠时 ,可使小鼠产生
抗病毒能力 , IL218 也可提高被 I 型单纯疱疹病毒 ( HSV21)
感染小鼠的成活率。IL218 编码基因与编码 HSV22gd 蛋白
的 DNA 表达载体一起注射小鼠 ,可以抑制病毒繁殖 ,提高
小鼠成活率。给 EMCV 感染的小鼠注入外源 IL218 可以提
高 IFN2γ的表达。用 IL218 治疗 HSV21 感染的 IFN2γ缺陷
性小鼠的研究表明 , IFN2γ是 IL218 诱导抗病毒免疫的介导
因子。
8 结 语
综上所述 ,尽管 IL218 发现的时间较短 ,但初步研究已
显示出具有进一步开发应用前景。值得应深入开展其免疫
学功能的基础研究 ,并探讨其临床应用的可能性 ,以期为抗
感染、抗肿瘤和过敏性疾病的治疗提供一种强有力的生化
免疫药物。IL218BP 是 IL218 的内源性蛋白 ,它通过与 IL2
18 竞争结合而阻止 IL218 与其受体的结合 ,从而有效抑制
IL218 的生物学活性。因此若能将 IL218BP 的重组药物应
用于临床 ,或利用 IL218BP 进行基因治疗 ,将为某些自身免
疫性疾病和内毒素所致肝损伤的治疗开辟一条新的途径。
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Interleukin218
L IU Guang2zhen , GU J ue2fen , C H EN Jian2ha
( Chi na Pharm aceutical U ni versi t y , N anj i ng 210009 , Chi na)
Abstract Interleukin218 has recently been cloned and characterized as a new type of inflammatory cyto2
kine. The study about Interleukin218 indicates that it has comprehensive immunologic competence. Inter2
leukin218 , Interleukin218 receptors ( IL218R) and Interleukin218 binding protein ( IL218BP) have been
st udied widely and deeply. In this review , the p rogress in the st udy of biochemist ry , molecular biology
and biology f unctions about Interleukin218 are discussed.
Key words Interleukin218 , Interleukin218 receptors , Interleukin218 binding protein
·信 息·
20052A234 上海科研人员破解病毒蛋白 :从 6 个方向打靶 SARS 上海科研人员在 SARS 病毒蛋白研究上获得了重
要进展 ,他们完成了 SARS 病毒的 3 个关键蛋白质的表达 ,并进行了初步验证。这是继 SARS 病毒分离成功、病毒全基因
组测序完成后 ,SARS 病毒研究方面的又一具有重要意义的进展。
研究小组克隆了 SARS 病毒的 6 种主要蛋白的基因 : S、M、E、N 以及 RNA 聚合酶、3CL 蛋白水解酶。科研人员把
SARS 病毒中的蛋白对应的基因找出来 ,放到大肠杆菌中。大肠杆菌放进了 SARS 基因后 ,就含有了 SARS 病毒的基因。
在培育大肠杆菌过程中 ,有很多新的大肠杆菌产生出来 ,在这个繁殖过程中 ,病毒的蛋白也一起表达出来。此时 ,科学家把
大肠杆菌杀死 ,把病毒蛋白收集起来 ,由于还有其他蛋白 ,科学家还要进行分离 ,得到“纯粹”的病毒的蛋白。
目前完成了 SARS 病毒外壳 6 个病毒中的 3 个病毒表达 ,分别是 E 蛋白、N 蛋白和 3CL 蛋白水解酶。另外 3 个蛋白的
表达还没有完成 ,主要是这些蛋白更为复杂 ,表达也就更困难。例如 S 蛋白比较大 ,有 2000 多个氨基酸。而 N 蛋白是跨膜
蛋白 ,它的蛋白跨在细胞的膜外、膜中间、膜里 ,是最难表达的一种。现在还很难预测这 3 个蛋白表达什么时候能攻克下
来。这 6 个蛋白各自工作 ,相当于病毒对生物体有 6 个攻击点 ,科学家们如果全部掌握 ,就可以从 6 个方面来制服 SARS。
20052A235 磁性聚乙二醇微球固定化辅酶维生素 B6 的研究 以制备的磁性聚乙二醇胶粒子为载体 ,戊二醛为交联
剂 ,固定化辅酶维生素 B6 ,对固定化的条件进行了探索 ,确定了固定化的最佳条件 :室温下 ,0. 03g 磁性聚乙二醇微球与
5mL (8 %)戊二醛交联 ,固定 0. 01g 辅助酶维生素 B6 ;振荡时间为 12h。
20052A236 稳定的重组人α干扰素液体制剂及生产工艺 本发明提供一种稳定的重组人α干扰素液体制剂及生产工
艺 ,由干扰素、人血白蛋白、保湿润滑剂、增稠剂、等渗调节剂氯化钠、ED TA2Na2 0 %~0. 05 %、吐温 - 80 0. 1 %~1 %按比例
配制而成 ,延长液体干扰素效期至 2 年以上 ,解决了干扰素液体制剂效期短的难题 ,可制成滴眼剂、滴鼻剂、喷雾剂。本发
明生物兼容性和稳定性好 ,具有润滑保湿作用 ,减少对皮肤粘膜的刺激 ,延长干扰素在用药部位附着时间 ,并防止药物快速
从用药部位清除尤其是鼻咽部清除 ,减少给药次数 ,使之达到增效和缓释作用从而提高疗效。且具有制备工艺简单 ,实用
生产周期短、使用方便、吸收快、疗效可靠等特点 ,具有很高的临床应用价值。
20052A237 基因重组人溶菌酶针对冠状病毒 SARS 在制药中的新用途 本发明涉及一种基因重组人溶菌酶的新用
途 ,特别是涉及制药领域中基因重组人溶菌酶在预防和抑制冠状病毒 SARS 的新用途。可做成注射剂、片剂、胶囊、颗粒
剂、气雾剂、滴剂。其来源丰富 ,制备工艺简单 ,使用安全方便 ,无毒副作用 ,具有很好的药用前景。
07 药 物 生 物 技 术 第 12 卷第 1 期