IL-1/IL-1R概述1IL-1家族IL-1家族是一类重要的细胞因子,包含IL-1、IL-33和IL-36等多种成员,它们分别与不同受体结合,诱导受体与IL-1RAcP形成异聚体,招募MyD88启动信号级联反应,促进炎症基因表达。而IL-1家族受体(IL-1Rs)属于Ig样受体超家族,具有Toll/白细胞介素-1受体(TIR)结构域,与先天免疫反应相关。图1 IL-1家族细胞因子及其受体概述2IL-1的复杂生物学特性白细胞介素-1(IL-1)作为免疫和炎症反应的调节因子,对多种细胞尤其是免疫细胞有重要影响。IL-1在介导肿瘤、自身炎症、自身免疫、感染和退行性疾病中发挥关键作用,在中枢神经系统中,IL-1诱导发热和下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的激活。IL-1基因定位于人和小鼠的2号染色体,其活性在基因转录、表达、分泌和受体结合等多个层面受到调控。它有IL-1α和IL-1β两种形式,由不同的基因编码,合成与释放机制各有不同,尽管它们结合相同的受体并显示出相似的生物学特性,但对炎症和癌症的影响不同。其中IL-1β在生物学活性和疾病中的作用最为显著,目前针对IL-1β的研究也最为深入。图2 IL-1介导的炎症机制和治疗靶点①IL-1α:在多种细胞中组成性表达,可定位于细胞核、细胞质和细胞膜,在不同部位具有不同功能。细胞凋亡时,它与染色质紧密结合,不诱导炎症;而在坏死信号存在时,它被释放并激活炎症反应,还可能作为癌蛋白促进肿瘤发展。②IL-1β:主要由造血细胞响应TLR刺激而产生,IL-1β前体(pro-IL-1β)无功能活性,需要在炎性小体(如NLRP3)的作用下由蛋白酶切割激活,可通过多种途径释放,分泌受到严格调控。此外,IL-1β可激活炎症相关基因、影响细胞代谢活动基因、调节免疫反应相关基因的表达,可诱导其他促炎细胞因子、趋化因子等的合成,参与适应性免疫反应的调节,具有多种生理和病理功能,在血管病理、风湿性疾病和恶性肿瘤中发挥重要作用。3IL-1R复合物的组成部分及其功能IL-1R1:IL1-R1是位于细胞表面的膜蛋白,由三个胞外结构域和一个胞内结构域组成,主要负责启动IL-1介导的细胞信号传导,与IL-1结合后招募IL-1R3形成三聚体信号复合物,激活细胞内信号通路,最终引发多种细胞反应,其功能异常与多种免疫和炎症性疾病相关。图3 特异性表达IL1R1的细胞系和组织IL-1R2:IL-1R2结构与IL-1R1相似,是IL-1的诱饵受体,可结合IL-1α和IL-1β,但因缺乏细胞内TIR结构域无法启动信号级联反应。它可作为IL-1的储存库和运输载体,其表达受多种因素调节,在不同疾病状态下表达水平有所变化,基因多态性也会影响其功能。图4 免疫细胞中IL-1R1和IL-1R2的诱导及其功能IL-1R3(IL-1RAcP):作为共受体,能与多种IL-1家族细胞因子的配体结合受体形成异聚体复合物,促进细胞质TIR结构域二聚化,启动独特的反应。IL-1Ra:是IL-1α/β的内源性抑制剂,与IL-1R1的结合亲和力高于IL-1α和IL-1β,可阻止IL-1R3的招募,抑制IL-1信号转导,从而发挥抗炎作用,还具有抗凋亡功能。图5 IL-1及其受体IL-1的生理功能及信号通路1IL-1的生理功能和免疫调节作用免疫细胞调节:IL-1作用于多种免疫细胞(如中性粒细胞、T细胞、B细胞等),可刺激T细胞和B细胞的活化和增殖,增强巨噬细胞的吞噬能力。在病原体入侵时充当“警报信号”,吸引免疫细胞迁移至感染部位。因此,IL-1信号的失调可能导致自身免疫疾病。图6 IL-1调节免疫细胞维持上皮屏障:在多种上皮细胞中,IL-1参与维持屏障功能。在皮肤中,角质形成细胞分泌的IL-1可在受伤后被激活,参与免疫细胞招募;在胃肠道,IL-1对胃酸分泌、黏液分泌等有调节作用,同时在肠道炎症和肿瘤发生中起一定作用;在呼吸道,IL-1调节黏液分泌和气道表面液体代谢,促进肺泡上皮细胞再生;在内皮细胞,IL-1参与炎症反应、凝血和血管生成等过程。促进炎症反应:IL-1通过诱导其他炎症因子(如TNF-α、IL-6)和趋化因子(如CXCL8/IL-8)的产生,增加毛细血管的通透性,使免疫细胞更容易渗出血管并到达感染部位,促进炎症反应,引发发热、T细胞激活和抗病原体等反应。图7 IL-1调节多种维持体内平衡的细胞2IL-1的信号传导IL-1R1对IL-1的亲和力高于IL-1R2,是IL-1相关信号通路的主要介导者。IL-1通过与IL-1R1和IL-1R3结合形成异源三聚体,进而激活NFκB、MAPK等信号通路,启动促炎功能。图8 IL-1R组分在IL-1信号转导中的作用受体亲和力受多种因素影响,如遗传突变、可变剪接、翻译后修饰、调节蛋白以及辅助因子和共价修饰等。不同的亲和力状态会影响细胞内信号通路的激活,进而调节炎症和免疫反应。图9 IL-1受体亲和力和信号传导IL-6在疾病中的作用机制1IL-1在肿瘤中的作用诱导癌变:慢性炎症是癌变的标志之一,IL-1在其中发挥重要作用。IL-1已被证明在多种类型的肿瘤中上调,包括乳腺癌、结肠癌、头颈部癌、肺癌、胰腺癌和黑色素瘤。IL-1可诱导免疫、上皮和癌前细胞产生DNA损伤分子,增加突变积累,促进肿瘤发生,其对癌变的影响取决于细胞因子网络的调控。此外,IL-1水平高的患者通常预后较差。调节肿瘤微环境:肿瘤微环境中的炎症可介导多种细胞间的相互作用,促进肿瘤细胞的存活、增殖和转移。IL-1作为重要的炎症调节因子,可由肿瘤细胞、髓样细胞等多种细胞产生,通过激活相关信号通路,促进血管生成、调节免疫细胞功能,为肿瘤细胞营造有利的生长环境。例如,IL-1α可通过VEGFR-2途径诱导血管内皮生长因子(VEGF)的合成和分泌,促进血管生成,为肿瘤的生长和转移提供必要条件;IL-1β可诱导巨噬细胞趋化,使其在肿瘤微环境中聚集,促进肿瘤进展。影响免疫细胞功能:IL-1对不同免疫细胞的功能产生不同影响,从而影响肿瘤的免疫逃逸和发展,在多种癌症中,抑制IL-1R信号可减少肿瘤转移。在髓样细胞方面,IL-1β可促进髓源性抑制细胞(MDSCs)的积累,MDSCs能抑制T细胞的激活,帮助肿瘤细胞逃避机体的免疫监视;在T淋巴细胞方面,IL-1对不同亚型的T细胞免疫反应影响各异,在某些情况下可促进Th2、Th17细胞的分化和扩增,抑制Th1细胞极化和细胞毒性CD8+T细胞的激活,导致免疫抑制,有利于肿瘤细胞的生长和转移。在特定条件下,IL-1也可激活抗肿瘤的Th1细胞和细胞毒性CD8+T细胞,发挥抗肿瘤作用。参与肿瘤细胞的耐药机制:IL-1信号通路可能与受体酪氨酸激酶通路协同作用,使癌细胞产生耐药性。在头颈部鳞状细胞癌、非小细胞肺癌、黑色素瘤和结直肠癌等癌症中,IL-1的产生增加与对EGFR阻断剂、放疗和BRAF抑制剂等治疗的耐药性有关。IL-1是衰老相关分泌表型(SASP)的上游调节因子,可促进癌症干细胞的干性和耐药性。图10 IL-1在肿瘤进展中的作用示意图2IL-1在自身免疫疾病中的作用异常的IL-1信号可导致自身免疫疾病,通过放大T细胞反应、破坏Tregs的稳定性和自身耐受性以及作用于非免疫细胞等机制,参与多种自身免疫疾病的病理过程。在实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)和胶原诱导的关节炎等疾病中,IL-1可刺激IL-17的产生,加重病情。IL-1还可使Tregs的Foxp3表达降低,使其转化为产生IFN-γ和IL-17的效应T细胞,破坏自身耐受性。此外,IL-1在1型和2型糖尿病、类风湿关节炎、系统性硬化症等疾病中,通过影响非免疫细胞的功能,导致组织损伤和疾病进展。3IL-1在伤口愈合和血栓形成中的作用皮肤受伤时,IL-1参与炎症反应和免疫细胞招募,并促进成纤维细胞增殖和胶原蛋白合成,加速伤口愈合。此外,IL-1还可调节基质金属蛋白酶(MMPs)的活性,参与组织重塑,但过度的IL-1会导致慢性伤口不愈合。在血栓形成方面,过多的IL-1信号会促进血栓形成,抑制IL-1可减少相关疾病中的血栓事件。以IL-1/IL-1R通路为靶点的治疗策略IL-1/IL-1R复合物轴的异常调节与多种疾病的发病机制相关,针对IL-1的治疗在癌症治疗中显示出一定的潜力。目前已开发出多种靶向IL-1α、IL-1β或IL-1R1的治疗策略。如阿那白滞素(Anakinra)、利纳西普(Rilonacept)、卡那单抗(Canakinumab)等已获批用于治疗炎症性疾病,还有一些处于研发阶段的药物,如Bermekimab、AMG108等。此外,多项临床试验正在开展,探索抗IL-1治疗与其他药物联合使用的疗效。表1 过去十年中开发的靶向IL-1通路的药物IL-1在特定疾病类型中的作用1自身炎症性疾病自身炎症性疾病(AIDs)是一类罕见且异质性的疾病,由先天免疫反应失调引起,多在儿童早期发病,其发病机制包括炎性小体功能失调、激活机制异常及调节途径缺陷等。目前已发现30多种基因定义的自身炎症性疾病,多与IL-1途径直接或间接相关。IL-1介导自身炎症的临床特征:IL-1介导的自身炎症性疾病的主要临床特征包括发热,以及episodic或慢性的全身和/或组织炎症。常见受累部位有皮肤和肌肉骨骼系统,部分疾病还会累及浆膜、中枢神经系统和结膜等特定部位。患者常伴有疲劳或不适,实验室检查通常显示急性期标志物升高和血液、组织中的中性粒细胞增多。IL-1驱动的单基因/多基因自身炎症性疾病:单基因自身炎症性疾病由炎症控制相关单基因突变引起,可导致炎性小体激活和IL-1释放。多基因自身炎症性疾病(如慢性复发性多灶性骨髓炎、化脓性汗腺炎谱系疾病等)具有多种遗传病因,与IL-1介导的疾病途径相关,对IL-1阻断治疗有部分反应。表2 IL-1驱动的单基因自身炎症性疾病总结表3 IL-1作用的多基因自身炎症性疾病总结自身炎症性疾病的治疗:秋水仙碱是早期治疗IL-1介导疾病的药物,IL-1R拮抗剂阿那白滞素、重组IL-1R利纳西普和人单克隆抗体卡那单抗等IL-1靶向疗法相继获批,它们安全有效,但存在个体差异和局限性。当前趋势是联合蛋白靶点或开发小分子抑制剂,如针对NLRP3、半胱天冬酶1等的抑制剂,以提高治疗效果。2心血管疾病动脉粥样硬化:IL-1参与动脉粥样硬化斑块的形成、发展和破裂,通过影响内皮细胞功能、诱导炎症反应和促进血栓形成等发挥作用。NLRP3炎性小体与动脉粥样硬化相关,胆固醇晶体可激活该炎性小体,促进IL-1β释放。临床研究如CANTOS试验表明,阻断IL-1β可降低心血管事件风险。图11 IL-1/炎性小体和动脉粥样硬化血栓形成急性心肌梗死(AMI):AMI时,缺血再灌注损伤导致细胞死亡,释放DAMPs,激活NLRP3炎性小体,引发炎症反应,导致心肌细胞死亡和心脏功能受损。抑制NLRP3炎性小体或IL-1活性可减小梗死面积,改善心脏功能。临床研究显示,IL-1阻断剂阿那白滞素可降低AMI患者发生心力衰竭的风险。心力衰竭(HF):炎症促进HF的发生发展,IL-1可直接影响心脏收缩功能,导致心肌收缩和舒张功能下降。IL-1阻断剂治疗HF患者可改善心肺功能和生活质量,降低HF住院率。不同类型的HF患者对IL-1阻断剂的反应有所差异。图12 IL-1和AMI和心力衰竭中的炎性小体炎症性心脏病:在心肌炎、心脏结节病和心包炎等炎症性心脏病中,NLRP3炎性小体和IL-1均发挥重要作用。例如,在心肌炎中,抑制NLRP3炎性小体或IL-1可改善病情;在心包炎中,秋水仙碱和阿那白滞素等治疗有效。图13 NLRP3炎性小体形成的示意图 3附上IL-1/IL-1R的氨基酸序列IL-1α:MAKVPDMFEDLKNCYSENEEDSSSIDHLSLNQKSFYHVSYGPLHEGCMDQSVSLSISETSKTSKLTFKESMVVVATNGKVLKKRRLSLSQSITDDDLEAIANDSEEEIIKPRSAPFSFLSNVKYNFMRIIKYEFILNDALNQSIIRANDQYLTAAALHNLDEAVKFDMGAYKSSKDDAKITVILRISKTQLYVTAQDEDQPVLLKEMPEIPKTITGSETNLLFFWETHGTKNYFTSVAHPNLFIATKQDYWVCLAGGPPSITDFQILENQAIL-1β:MAEVPELASEMMAYYSGNEDDLFFEADGPKQMKCSFQDLDLCPLDGGIQLRISDHHYSKGFRQAASVVVAMDKLRKMLVPCPQTFQENDLSTFFPFIFEEEPIFFDTWDNEAYVHDAPVRSLNCTLRDSQQKSLVMSGPYELKALHLQGQDMEQQVVFSMSFVQGEESNDKIPVALGLKEKNLYLSCVLKDDKPTLQLESVDPKNYPKKKMEKRFVFNKIEINNKLEFESAQFPNWYISTSQAENMPVFLGGTKGGQDITDFTMQFVSSIL-1R1:MKVLLRLICFIALLISSLEADKCKEREEKIILVSSANEIDVRPCPLNPNEHKGTITWYKDDSKTPVSTEQASRIHQHKEKLWFVPAKVEDSGHYYCVVRNSSYCLRIKISAKFVENEPNLCYNAQAIFKQKLPVAGDGGLVCPYMEFFKNENNELPKLQWYKDCKPLLLDNIHFSGVKDRLIVMNVAEKHRGNYTCHASYTYLGKQYPITRVIEFITLEENKPTRPVIVSPANETMEVDLGSQIQLICNVTGQLSDIAYWKWNGSVIDEDDPVLGEDYYSVENPANKRRSTLITVLNISEIESRFYKHPFTCFAKNTHGIDAAYIQLIYPVTNFQKHMIGICVTLTVIIVCSVFIYKIFKIDIVLWYRDSCYDFLPIKASDGKTYDAYILYPKTVGEGSTSDCDIFVFKVLPEVLEKQCGYKLFIYGRDDYVGEDIVEVINENVKKSRRLIIILVRETSGFSWLGGSSEEQIAMYNALVQDGIKVVLLELEKIQDYEKMPESIKFIKQKHGAIRWSGDFTQGPQSAKTRFWKNVRYHMPVQRRSPSSKHQLLSPATKEKLQREAHVPLGExtracellularHelicalCytoplasmic18-336337-356357-569IL-1R2:MLRLYVLVMGVSAFTLQPAAHTGAARSCRFRGRHYKREFRLEGEPVALRCPQVPYWLWASVSPRINLTWHKNDSARTVPGEEETRMWAQDGALWLLPALQEDSGTYVCTTRNASYCDKMSIELRVFENTDAFLPFISYPQILTLSTSGVLVCPDLSEFTRDKTDVKIQWYKDSLLLDKDNEKFLSVRGTTHLLVHDVALEDAGYYRCVLTFAHEGQQYNITRSIELRIKKKKEETIPVIISPLKTISASLGSRLTIPCKVFLGTGTPLTTMLWWTANDTHIESAYPGGRVTEGPRQEYSENNENYIEVPLIFDPVTREDLHMDFKCVVHNTLSFQTLRTTVKEASSTFSWGIVLAPLSLAFLVLGGIWMHRRCKHRTGKADGLTVLWPHHQDFQSYPKExtracellularHelicalCytoplasmic14-343344-369370-398抗体发现服务 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