白介素IL-18的作用機(jī)理以及在疾病和藥物研究中的作用

IL-18概述

白介素-18（IL18，也稱為干擾素-γ誘導(dǎo)因子），位于人類第11號(hào)染色體和小鼠第9號(hào)染色體。IL-18屬于IL-1超家族，最早在庫普弗細(xì)胞（駐留在肝臟中的巨噬細(xì)胞）中被發(fā)現(xiàn)，非造血細(xì)胞如腸上皮細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中也有IL-18生成。IL-18具有多種生物學(xué)特性，在抗炎，抗腫瘤免疫中具有重要的作用。

IL-18受體和信號(hào)通路

IL-18通過受體介導(dǎo)其作用，該受體屬于IL-1R家族，由IL-18Rα鏈（IL-18R1，IL-1Rrp）和IL-18Rβ鏈（IL-18R輔助蛋白，IL-1RAcPL）組成。IL-18與IL-18Rα結(jié)合后，IL-18Rβ結(jié)合形成三聚體。細(xì)胞內(nèi)區(qū)域包含一個(gè)與TLR相同的TIR結(jié)構(gòu)域，MyD88與TIR結(jié)合，將信號(hào)傳輸?shù)郊?xì)胞中。雖然IL-18Rα單獨(dú)可與IL-18結(jié)合，但其親和力較低。IL-18Rβ鏈?zhǔn)歉哂H和力結(jié)合和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)所必需的。當(dāng)IL-18Rα與IL-18Rβ結(jié)合時(shí)，它會(huì)引起構(gòu)象變化，產(chǎn)生高親和力受體。由T細(xì)胞和NK細(xì)胞中的IL-12和IFN-α（人類）刺激或通過STAT4（信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子4）的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)誘導(dǎo)的IL-18R表達(dá)對(duì)于有效的IFN-γ產(chǎn)生至關(guān)重要。然而，IL-18R也在穩(wěn)定狀態(tài)下在嗜堿性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和CD4+NKT細(xì)胞中表達(dá)，所有這些細(xì)胞都會(huì)產(chǎn)生Th2細(xì)胞因子，如IL-4和IL-13，以響應(yīng)IL-18的刺激。IL-18R也由上皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等非免疫細(xì)胞表達(dá)，并參與細(xì)胞存活和分化。這些細(xì)胞中IL-18R表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚。

 

IL-18信號(hào)傳導(dǎo)（文獻(xiàn)1）

當(dāng)IL-18與IL-18Rα結(jié)合時(shí)（黑色箭頭），IL-18Rβ與復(fù)合物結(jié)合。IL-18信號(hào)通過包括MyD88、IRAK和TRAF6（白色箭頭）在內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB和AP-1。IL-18BP競(jìng)爭(zhēng)IL-18與IL-18Rα的結(jié)合。當(dāng)IL-18Rα與IL-37結(jié)合時(shí)會(huì)阻止與IL-18Rβ的結(jié)合，后者與IL-1R8結(jié)合時(shí)則通過STAT3發(fā)送抑制信號(hào)。
 

IL-18的生理學(xué)作用

疾病中的IL-18

癌癥 IL-18激活NK細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ，并與IL-12協(xié)同增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性。這里介紹IL-18在預(yù)防癌癥中的兩種最新理論。其中一個(gè)是（A）通過IL-18激活的人γδT細(xì)胞建立癌癥治療；另一個(gè)是（B）微生物群中的真菌通過誘導(dǎo)IL-18來預(yù)防結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌。

 

（A） 人類γδT細(xì)胞的強(qiáng)勁增殖。IL-18與IL-2聯(lián)合激活并誘導(dǎo)人CD56+CD11c+前體NK細(xì)胞的增殖，而后者又能在唑來膦酸鹽（Zol）處理的單核細(xì)胞（Mo）產(chǎn)生的γδT細(xì)胞抗原刺激下強(qiáng)勁增殖并激活γδT細(xì)胞。（B） CLRs介導(dǎo)的CARD9炎癥體激活在結(jié)腸癌誘導(dǎo)中的作用。腸道微生物區(qū)系中的真菌通過C型凝集素受體（CLR）激活巨噬細(xì)胞，該受體通過CARD9炎癥體促進(jìn)Syk激活caspase-1。合成的IL-18是預(yù)防結(jié)腸炎和結(jié)腸炎相關(guān)癌癥所必需的。銀屑病 由cathelicidin LL-37刺激的角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生IL-18。IL-18激活Th1細(xì)胞，產(chǎn)生干擾素-γ（IFN-γ）。IL-18還刺激分泌IL-17的Th17細(xì)胞或γδT細(xì)胞。另外，樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生IL-18和IL-23。

 

特應(yīng)性皮炎
角質(zhì)形成細(xì)胞或肥大細(xì)胞通過蛋白水解過程發(fā)揮IL-18活化作用。IL-18可基于IL-12誘導(dǎo)Th2或Th1細(xì)胞因子。來自角質(zhì)形成細(xì)胞的變應(yīng)原或胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（TSLP）激活的樹突狀細(xì)胞與Th2細(xì)胞相互作用。

 

皮膚型紅斑狼瘡
凋亡的角質(zhì)形成細(xì)胞主要存在于表皮的基底層，在角質(zhì)形成細(xì)胞上IL-18R表達(dá)的IL-18敏感性改變似乎是CLE的特征。IL-18 在皮膚病損的表皮中表達(dá)–誘導(dǎo)趨化因子CXCL10的表皮生成，有利于吸引產(chǎn)生IFNγ的淋巴細(xì)胞。T細(xì)胞在角質(zhì)形成細(xì)胞附近的真皮表皮邊界附近積聚。此外，IL-18導(dǎo)致TNFα從活化的角質(zhì)形成細(xì)胞釋放。TNFα在自分泌反饋回路中起作用，以誘導(dǎo)鄰近表皮細(xì)胞的凋亡。由于狼瘡條件下的清除不足，凋亡細(xì)胞不會(huì)被清除，不會(huì)發(fā)生“繼發(fā)性壞死”，結(jié)果可能會(huì)將危險(xiǎn)分子模式（DAMP）（例如HMGB1或HSP）釋放到細(xì)胞外空間。當(dāng)具有免疫能力的細(xì)胞在DAMPs的情況下遇到（以前是細(xì)胞內(nèi)自身）抗原時(shí)，它們可能會(huì)從耐受性（通常由凋亡細(xì)胞誘導(dǎo)）轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨砻庖邞?yīng)答/或細(xì)胞毒性，如果不存在，這種情況也可能會(huì)有利CLE皮膚病變中Treg細(xì)胞的表達(dá)。DAMPs還可有助于進(jìn)一步激活角質(zhì)形成細(xì)胞表達(dá)趨化因子和細(xì)胞因子，從而維持局部炎癥。IL-18對(duì)DC的趨化活性也可能有助于上皮真皮漿樣樹突狀細(xì)胞（pDC）的積累。已在CLE中發(fā)現(xiàn)了pDC，并且是已知的I型IFN產(chǎn)生者，它們依次激活角質(zhì)形成細(xì)胞，使其在其表面表達(dá)IL-18R 。由于炎性介質(zhì)的存在，破壞了基底膜的完整性，促進(jìn)了炎性細(xì)胞的流入。

 

腎臟疾病
IL-18被認(rèn)為與多種腎臟疾病相關(guān)。以IgA腎病為例，血清IL-18水平是IgA腎病的有效預(yù)后因素。與健康對(duì)照組相比，IgA腎病患者的血清IL-18濃度顯著升高。對(duì)皮質(zhì)類固醇治療敏感的患者在治療后血清IL-18水平顯著降低，而對(duì)治療耐藥的患者沒有降低。此外，基線時(shí)血清IL-18水平高于中值的IgA腎病患者在隨訪期（四年）結(jié)束時(shí)的腎臟存活率約為20%，總IgA腎病患者的腎臟存活率約為80%。此外，免疫組化分析顯示，IgA腎病患者腎活檢樣本中IL-18和NLRP3蛋白的強(qiáng)度與蛋白尿的嚴(yán)重程度相關(guān)。因此，血清IL-18濃度可能是本病腎臟預(yù)后的預(yù)測(cè)指標(biāo)。心血管疾病 早期臨床研究表明，動(dòng)脈粥樣硬化患者的血液和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中IL-18水平升高。在一項(xiàng)針對(duì)1229名冠心病患者的前瞻性研究中，在4年的隨訪中，致命心血管事件患者的血清IL-18水平顯著高于未死亡患者。一項(xiàng)基于社區(qū)的前瞻性隊(duì)列研究表明，血漿IL-18水平是健康歐洲男性冠狀動(dòng)脈事件的預(yù)測(cè)因子。最近，一項(xiàng)關(guān)于IL-18與冠心病相關(guān)性的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，血液循環(huán)中的IL-18可能是心血管疾病的危險(xiǎn)因素。這些報(bào)告表明IL-18與代謝綜合征有關(guān)。然而，在能量過剩引起的代謝紊亂期間，NLRP3炎性體可能會(huì)被異常的脂質(zhì)代謝產(chǎn)物和/或高糖水平激活，從而導(dǎo)致IL-18和IL-1β的分泌，從而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。相比之下，IL-18在引發(fā)肥胖相關(guān)代謝疾病方面具有中性或有益的作用。IL-18濃度的增加可能是疾病早期NLRP3炎癥體激活水平的一個(gè)指標(biāo)。IL-18與IL-12和/或IL-15一起發(fā)揮促炎作用，例如激活Th1細(xì)胞，并通過包括NK細(xì)胞在內(nèi)的各種免疫細(xì)胞誘導(dǎo)IFN-γ。在代謝綜合征的進(jìn)展過程中，異常代謝產(chǎn)物，如氧化低密度脂蛋白和高血糖，激活TLR4和/或TLR2介導(dǎo)的途徑，可能導(dǎo)致IL-12和/或IL-15的產(chǎn)生。在這些條件下，IL-18可能激活NK細(xì)胞和/或Th1細(xì)胞，產(chǎn)生大量IFN-γ和/或TNF-α。成人Still�。ˋOSD） AOSD是以長(zhǎng)期間歇性發(fā)熱、一過性多形性皮疹、關(guān)節(jié)炎或關(guān)節(jié)痛、咽痛為主要臨床表現(xiàn)，并伴有周圍血白細(xì)胞總數(shù)及粒細(xì)胞增高和肝功能受損等系統(tǒng)受累的臨床綜合征。AOSD患者體內(nèi)IL-18水平非常高，與疾病急性期密切相關(guān)，而且隨著疾病特有的炎癥活動(dòng)而波動(dòng)。

 

AOSD患者血清IL-18濃度顯著升高

IL-18相關(guān)藥物研究進(jìn)展

雖然IL-18已被發(fā)現(xiàn)三十余年，但相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究直到近年才獲得突破性進(jìn)展。目前尚無靶向IL-18藥物上市，海外在研管線屈指可數(shù)，國(guó)內(nèi)沒有企業(yè)布局該靶點(diǎn)。

 

2016年11月29日，AB2 Bio Ltd（一家專攻全身性自身炎癥疾病的瑞士臨床生物技術(shù)公司）宣布其旗下Tadekinig alfa（IL-18BP）獲得歐洲EMA授予孤兒藥資格（ODD），用于治療噬血細(xì)胞性淋巴組織細(xì)胞增生癥（HLH）。隨后又獲得FDA孤兒藥、突破性療法資格和兒科罕見病資格。2018年初，Gem Gabay博士牽頭的來自日內(nèi)瓦大學(xué)和日內(nèi)瓦大學(xué)醫(yī)院的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)確定了IL-18蛋白在Still病中的關(guān)鍵作用，奠定了IL-18抑制劑成為主流候選藥的基礎(chǔ)。

 

2020年10月29日，藥明生物和AB2 Bio達(dá)成協(xié)議，藥明生物將協(xié)助后者進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移，推進(jìn)Tadekinig alfa后續(xù)商業(yè)化生產(chǎn)，為美國(guó)上市做準(zhǔn)備。目前Tadekinigalfa治療HLH已順利挺進(jìn)3期臨床，治療Still癥臨床也已達(dá)2期主要終點(diǎn)。前期的廣泛臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，AB2 Bio的IL-18BP藥物具有良好的耐受性和安全性。

 

AB2 Bio在研管線（虛化區(qū)域表示該適應(yīng)癥直接進(jìn)入3期臨床）
 

2020年6月24日，Nature雜志發(fā)表了耶魯大學(xué)Aaron Ring課題組以周挺博士為第一作者的研究文章：IL-18BP is asecreted immune checkpoint and barrier to IL-18 immunotherapy. 首次報(bào)道了IL-18的天然假受體IL-18BP作為一種新的可溶性的免疫檢查點(diǎn)抑制了其抗腫瘤功能，并通過定向進(jìn)化手段將IL-18改造成不結(jié)合假受體但保有信號(hào)傳導(dǎo)功能的DR-18(decoy-resistantIL-18)，顯示出良好的抗腫瘤效果。

 

基于這個(gè)研究，2022年1月27日，一家細(xì)胞因子癌癥免疫療法生物技術(shù)公司Simcha Therapeutics宣布完成4000萬美元的B系列融資。該公司為其首個(gè)候選藥物ST-067（一種“抗誘餌”IL-18變體）的首個(gè)人類多中心1/2期臨床試驗(yàn)的1期部分的第一名患者給藥。該研究旨在評(píng)估ST-067在多種實(shí)體瘤類型中的安全性和生物活性。2022年3月2日，Avalo Therapeutics公布最新財(cái)報(bào)，提到其在研針對(duì)成人Still�。ˋOSD）和系統(tǒng)性青少年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎（SJIA）的抗IL-18單克隆抗體AVTX-007正在兩個(gè)隊(duì)列的12名AOSD難治性或激素依賴性患者的多中心1b期研究中進(jìn)行評(píng)估。數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)將在2023年公布。另外，AVTX-007治療多發(fā)性骨髓瘤的多中心1b期研究的數(shù)據(jù)表明，AVTX-007在高達(dá)14mg/kg的劑量下通常是安全的，耐受性良好。藥效學(xué)數(shù)據(jù)表明，在給藥后24小時(shí)內(nèi)，IL-18水平會(huì)大幅降低。然而，由于缺乏有效性信號(hào)，Avalo正在逐步減少該適應(yīng)癥的開發(fā)工作。

 

Avalo Therapeutics管線速覽

葛蘭素史克的GSK1070806是一種人源化單克隆抗體，2021年5月進(jìn)行的一項(xiàng)針對(duì)移植物功能延遲(DGF)的初步研究顯示，在大多數(shù)患者中，干擾素-γ誘導(dǎo)的趨化因子水平下降或保持不變。盡管該研究在停藥點(diǎn)之前結(jié)束，但有4/7的登記患者（57%）出現(xiàn)DGF，超過了50%的標(biāo)準(zhǔn)治療率，另外兩名患者盡管沒有達(dá)到協(xié)議定義的DGF定義，但移植功能較差。七名患者中有六名出現(xiàn)嚴(yán)重不良事件（SAE），包括兩名治療相關(guān)的SAE。