白细胞介素18与糖尿病及其并发症的关系

　　作者：杨国华 郭 晖 刘 艳 作者单位：吉林大学第一医院内分泌科,吉林 长春 130021

　　【关键词】 白细胞介素 18 糖尿病 基因多态性

　　近年来的研究表明，白细胞介素18(IL18)作为一种前炎症细胞因子，通过促发炎症因子生成，导致Th1/Th2细胞因子失平衡及胰岛β细胞凋亡而与糖尿病的发生、发展相联系，并且通过多种机制影响糖尿病的大血管病变和微血管病变(主要为糖尿病肾病和糖尿病视网膜病)的发生。同时，IL18的基因多态性也是糖尿病研究领域中一个倍受关注的焦点。

　　1 IL18的发现

　　Nakamura(1989年)〔1〕和Okamura(1995年)〔2〕从内毒素诱导的小鼠血清及肝脏中分离提取出一种蛋白质,它具有与IL12相似的生物学活性,但诱生γ干扰素(IFNγ)的能力比IL12强，被命名为干扰素γ诱导因子(IGIF)。1996 年Ushio以mIGIF 为探针克隆了人类hIGIF 的cDNA 并在E.coli 中表达,鉴于IGIF 的氨基酸序列与已知数据库中任何蛋白均不相同,故将其命名为IL18〔3〕。

　　2 IL18的生物学作用

　　人和小鼠的IL18主要由巨噬细胞样细胞产生，如单核巨噬细胞和肝枯否细胞。另外，树突状细胞、成骨细胞、角质化细胞以及脂肪细胞也可产生〔4〕。IL18可以诱导细胞产生许多细胞因子，其中主要是诱导富集的T细胞产生IFNγ;IL18还可以诱导T细胞生成粒-巨噬细胞集落刺激因子(GMCSF)，并可增加巨噬细胞产生的肿瘤坏死因子α(TNFα)。在IL12协同作用下，IL18也可诱导巨噬细胞、单核细胞、NK细胞、B细胞生成IFNγ，其机制主要是IL12可诱导巨噬细胞等表达IL18受体。另外，IL18具有促进T细胞的增殖以及增强FasL介导的Th1细胞、NK细胞的细胞毒作用。除此之外，它可以上调细胞间黏附分子(ICAM)的表达〔5〕。

　　3 IL18与糖尿病的关系

　　3.1 IL18与1型糖尿病

　　3.1.1 IL18与免疫介导的1型糖尿病(T1DM) T1DM被公认为自身免疫病,其发生是T细胞和巨噬细胞依赖性的。迄今的研究表明,在T1DM的发病过程中,致病性的Th1细胞及其细胞因子(IFNγ、TNFα等)，通过诱导一氧化氮(NO)合成和(或)细胞凋亡，从而导致选择性β细胞死亡，造成胰岛细胞破坏〔6〕。IL18是否会通过诱导IFNγ等细胞因子生成而参与免疫介导的T1DM的发生?为揭示这一答案，人们做了大量动物试验。Rothe〔6〕等发现非肥胖的糖尿病(NOD)小鼠的自然病程为从胰岛炎至糖尿病。在胰岛炎的早期阶段就证明NOD小鼠的胰腺有IL18 mRNA的表达，给NOD小鼠注射环磷酰胺后，IL18 mRNA 的表达迅速增高，随后迅速进入糖尿病阶段，且IL18 mRNA 的增高早于IFNγ mRNA。预防性给予NOD 小鼠IL18 结合蛋白,降低IL18水平,可以显著降低其糖尿病和胰岛炎的发病率〔7〕。但Rothe〔8〕等认为在糖尿病早期阶段，外源性给予NOD 小鼠IL18可以减缓Th1依赖的胰岛炎,抑制糖尿病的发生。其机制可能是IL18直接作用于胰岛，在炎症因子的作用下调节它们的活性。

　　另外，相关的临床研究也取得了一定进展。IL18 与胰岛自身抗体有关，在T1DM的患者中,随着多种自身抗体的增多,IL18 水平也升高，并且其数值高于健康对照组〔9〕。Katakami〔10〕等也证明T1DM患者血清IL18水平显著升高，并且认为糖化血红蛋白是IL18血清水平的独立决定因素，因此推测高血糖本身可以影响IL18水平。

　　IL18作为先天免疫系统的一种介质,其低水平可能抑制胰岛的炎症破坏，然而随着血糖升高，IL18水平与高血糖相互促进，形成恶性循环，促进糖尿病的发展。

　　3.1.2 IL18与成人隐匿性自身免疫性糖尿病 成人隐匿性自身免疫性糖尿病(Latent autoimmune diabetes in adults，LADA)的DR和DQ基因为T1DM易感性相关的等位基因，因此被认为是一种特殊的T1DM，同样存在胰岛β细胞自身免疫性破坏。邬磊〔11〕等研究发现IL18在LADA组处于高水平,反映Th1 细胞的分化和功能活跃， IL18与空腹血糖之间存在正相关关系。IL18在IL12协同下诱导IFNγ等细胞因子生成增多，从而也可能通过进一步破坏Th1/Th2 细胞比例平衡、引起胰岛β细胞损伤参与LADA的发生。

　　3.2 IL18与2型糖尿病(T2DM) T2DM发病机制为胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷。近年来有学者认为T2DM的发生也与炎症有关。IL18在炎症级联反应中发挥重要作用。Thorand〔12〕等证明血清IL18水平与空腹血糖及糖化血红蛋白相关，IL18水平的增加极大提高了T2DM的发病危险性，而且这种联系与IL6等其他促炎因子无明显相关性。胰岛素抵抗是T2DM的基本特征，肥胖是发生胰岛素抵抗的关键因素。脂肪细胞可产生IL18，而体重减轻可以降低血清IL18浓度。因此，IL18可能成为肥胖影响T2DM的患病危险率及胰岛素抵抗的桥梁之一。

　　Frigerio〔13〕等把胰岛和β细胞分别培养在不同浓度的IL18 培养液中,并未发现胰岛素的释放变化，β细胞上也没有IL18 受体α链表达。可见，IL 18 本身在胰岛β细胞损伤中无直接作用,但其可能通过促发Th1 细胞和(或)巨噬细胞产生下游的细胞因子，如IFNγ、TNFα等引起胰岛细胞损伤进而引起糖尿病。

　　4 IL18与糖尿病并发症的关系

　　4.1 IL18与T2DM大血管病 糖尿病作为动脉粥样硬化(AS)的等位症，与AS发生有许多相同的病理基础。目前已充分肯定了炎症活性的增加在AS形成过程中的重要作用，炎症是促进AS斑块破裂的因素之一 〔14〕。IL 18引起心血管事件的机制可能是降低斑块稳定性〔14〕以及通过刺激释放 IFNγ间接发生作用〔15〕。通过颈动脉彩超测量颈动脉内膜中层厚度(IMT)是评估糖尿病心血管病的有用指标，临床研究表明，IL 18水平升高可引起IMT增厚〔5〕。因此，IL18 可能是T2DM大血管病变的一个重要的独立危险因素。

　　4.2 IL18与糖尿病微血管病

　　4.2.1 IL18与糖尿病肾病 Mahmoud〔16〕通过研究表明，糖尿病组IL18水平要显著高于对照组，且随着糖尿病肾病(DN)程度的加重而逐渐升高。Nakamura〔5〕等认为巨噬细胞介导的炎症反应可能在DN的发病机制中发挥重要作用。他们已经证明在DN患者以及糖尿病患者的肾组织中有ICAM1 上调和巨噬细胞浸润。ICAM1不足的小鼠被诱发糖尿病后不容易并发DN。因此，IL18介导肾小管上皮细胞凋亡以及上调ICAM1可能是DN的发病机制之一。另外，血清及尿中IL18水平和尿蛋白分泌率(UAER， urinary albumin excretion rate)密切相关，且这种联系不受其它因素影响，IL18 也可能通过影响肾小球滤过率参与DN的发生。IL18 浓度的检测可能作为诊断早期DN的一项有意义指标。

　　4.2.2 IL18与糖尿病视网膜病变 现有的研究表明，糖尿病视网膜病变(DR)的病理改变涉及了炎症、代谢酶、细胞周期、细胞生长、细胞增生、信号传导、细胞外基质等相关基因的变化。梅妍〔17〕等以RTPCR 观察IL18在不同时期糖尿病大鼠视网膜的表达。结果表明，IL18在视网膜的表达水平随糖尿病大鼠的病程进展呈下降趋势。进而推测，在早期视网膜IL18 可能通过促炎症作用或免疫调节机制参与炎性应答反应，随后则可能与其血管生成的抑制作用有关，随着IL18 下调，对血管内皮生长因子、胰岛素样生长因子、碱性成纤维生长因子抑制作用减弱，导致血管内皮细胞增生。

　　5 IL18基因多态性与糖尿病

　　Rothe 〔6〕认为mIL18可能定位于小鼠9 号染色体，其位置处于糖尿病易感基因Idd2 所在区间。mIL18 和hIL18 的氨基酸序列有65%的同源性。它们与IL18 mRNA的表达有关。国外关于IL18的基因多态性与糖尿病关系的研究主要集中在607位和137位的单核昔酸多态性。

　　在欧美的受试者中，分别以0.46和0.30的较小等位基因频率表达了IL18启动子607(C→A)和137(G→C)的单核苷酸多态性。这两种启动子的多态性与IL18的减少有关。137(G→C)位的等位基因C 已经实验证明可以分裂H4TF1的固定结合位点，而607(C→A)的核酸交换可能分裂一个潜在的cAMP应答元件结合位点〔18〕。Kretowski〔19〕等经过对波兰人(201例病例组及194例不相关的对照组)进行研究，发现137(G→C)在T1DM组高于正常对照组，并且发现137(G→C)所导致的患病风险性根据607(C→A)的不同而改变。137位的G/C或C/C表达伴有-607位的C/C或C/A表达均与T1DM有关，而当607表达A/A基因型时，无论137位表达G/C还是C/C，均未与疾病表现相关性。日本人Ide〔20〕也发现607(C→A)在病例组的表达明显高于对照组。然而，Jeffrey〔18〕等认为以上的研究并没有提供哈迪温伯格平衡信息。考虑到与哈迪温伯格平衡的偏离，经过对英国白种人大样本(1 560例病例组及1 715例对照组)研究表明，IL18的基因多态性与T1DM无明显联系。Novotaa〔21〕也认为IL18的基因多态性与T1DM无关，经过研究还表明这两种基因多态性与LADA亦无明显相关性。这种矛盾的结果可能与病例的选择及人种有关。

　　综上所述，IL18作为一种前炎症细胞因子，与糖尿病及其并发症的发生有着密不可分的关系。其机制可能包括破坏Th1/Th2 细胞比例平衡、上调ICAM、生成血管内皮生长因子等免疫调节机制及炎性应答反应，还有增加胰岛素抵抗、降低AS斑块稳定性等作用。但是，IL18影响糖尿病及其并发症的确切机制尚有待进一步的研究。

　　【参考文献】

　　1 Nakamura K，Okamura H，Wada M，et al.Endotoxininduced serum factor that stimulates gamma interferon product ion 〔J〕.Infect Immun，1989;57 (3):5906.

　　2 Okamura H，Nagata K，Komatsu T，et al.A novel costimulatory factor for gamma interferon induct ion found in the livers of mice causes endotoxic shock 〔J〕.Infect Immun，1995;63 (5):396672.

　　3 Ushio S，Namba M,Okura T，et al.Cloning of the DNA for human IFNgamma inducing factor expression in Eschericha coli and studies on the biologic activities of the protein 〔J〕.Immunol， 1996;156(11):4274.

　　4 Hung J，McQuillan BM，Chapman CM，et al.Elevated interleukin18 levels are associated with the metabolic syndrome independent of obesity and insulin resistance〔J〕.Immunology，2005;96(2):24751.

　　5 Nakamura A，Shikata K，Hiramatsu M,et al.Serum interleukin18 levels are associated with nephropathy and atherosclerosis in Japanese patients with type 2 diabetes〔J〕.Diabetes Care，2005;28(12):28905.

　　6 Rothe H，Jenkins NA，Copeland NG,et al.Active of autoimmune diabetes is associated with the expression of a novel cytokine，IGIF，which is located near Idd2〔J〕.J Clin Invest,1997;99(3):469.

　　7 Nicoletti F，Di Marco R，Papaccio G,et al.Essential pathogenic role of endogenous IL18 in murine diabetes induced by multiple low doses of streptozotocin.Prevention of hyperglycemia and insulitis by a recombinant Ⅱ18binding protein:Fc construct〔J〕.Eur J Immunol，2003;33(8):227886.

　　8 Rothe H，Hausmann A，Casteels K,et al.IL18 inhibits diabetes development in nonobese diabetic mice by counterregulation of Th1dependent destructive insulitis 〔J〕.Immunology，1999;163(3):1230.

　　9 HanifiMoghaddam P，Schloot NC，Kappler S,et al.An association of autoantibody status and serum cytokine levels in type 1 diabetes〔J〕.Diabetes，2003;52(5):113742.

　　10 Katakami N，Kaneto H，Matsuhisa M，et al.Serum interleukin18 levels are increased and closely associated with various soluble adhesion molecule levels in type 1 diabetic patients〔J〕.Diabetes,2007;30(1):15961.

　　11 邬 磊，刘鹏鹰.LADA患者血清IL12、IL18及血淋巴细胞亚群研究〔J〕.中华内分泌代谢杂志，2005;21(4):3356.

　　12 Thorand B，Kolb H，Baumert J，et al.Elevated levels of interleukin18 predict the development of type 2 diabetes 〔J〕.Diabetes，2005;54(10):29328.

　　13 Frigerio S，Hollander GA，Zumsteg U.Functional IL18 is produced by primary pancreatic mouse islets and NIT1 beta cells and participates in the progression towards destructive insulitis〔J〕.Horm Res，2002;57(34):94104.

　　14 Esposito K，Nappo F，Giugliano F,et al.Cytokine milieu tends toward inflammation in type 2 diabetes〔J〕.Diabetes，2003;26(5):1647.

　　15 Whitman SC，Ravisankar P，Daugherty A，et al.Interleukin18 enhances atherosclerosis in apolipoprotein E(-/-) mice through release of interferongamma〔J〕.Circ Res，2002;90 (2):e34.

　　16 Mahmoud RA，elEzz SA，Hegazy AS.Increased serum levels of interleukin18 in patients with diabetic nephropathy〔J〕.Ital J Biochem,2004;53(2):7381.

　　17 梅 妍，周鸿鹰，李爱冬,等.白介素18 及信号转导和转录激活因子5 在糖尿病大鼠视网膜的表达〔J〕.中华眼底病杂志，2005;21(4):25860.

　　18 Szeszko JS，Howson JM，Cooper JD,et al.Analysis of polymorphisms of the interleukin18 gene in type 1 diabetes and HardyWeinberg equilibrium testing〔J〕.Diabetes,2006;55(2):55962.

　　19 Kretowski A，Mironczuk K，Karpinska A，et al.Interleukin18 promoter polymorphisms in type1 diabetes〔J〕.Diabetes，2002;51(11):33479.

　　20 Ide A，Kawasaki E，Abiru N，et al.Association between IL18 gene promoter polymorphisms and CTLA4 gene 49A/G polymorphism in Japanese patients with type I diabetes〔J〕.J Autoimmun，2004;22(1):738.

　　21 Novotaa P，Kolostovaa K，Pinterovaa K，et al.Interleukin IL18 gene promoter polymorphisms in adult patients with type 1 diabetes mellitus and latent autoimmune diabetes in adults 〔J〕.Immunology,2005;96(2):24751.