IL-10基因敲除小鼠與結腸炎的介紹與研究應用

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IL-10基因簡介
白介素10（IL-10）又被稱為細胞因子合成抑制因子（CSIF)，由CD4+ Th2亞群產生，并抑制Thl克隆產生的細胞因子。IL-10可以抑制巨噬細胞分泌細胞因子，除CSIF活性外，IL-10還表現出多效性，作用于不同類型的細胞，包括胸腺細胞、細胞毒性T細胞、肥大細胞、B細胞和巨噬細胞。該基因位于人類的1號染色體上，共有7個外顯子，氨基酸數量為178個（表1）。
 

表1. IL-10的基本信息

備注：標有√的意為賽業紅鼠資源庫有該種保存狀態的小鼠

IL-10與結腸炎（Colitis）
結腸炎（Colitis）是指各種原因引起的結腸炎癥性病變。可由細菌、真菌、病毒、寄生蟲、原蟲等生物引起。根據病因不同，可分為感染性結腸炎、缺血性結腸炎和偽膜性結腸炎、潰瘍性結腸炎（UC）及結腸Crohn病。其中UC在結腸炎中備受關注。腸粘膜局部免疫反應的異常是造成UC炎癥和組織損傷重要的內在因素，NF-kB炎癥通路及細胞因子在介導異常的免疫反應中有著重要作用。IL-10基因敲除小鼠出現了自發性腸炎，其腸黏膜炎性區和非炎性區IL-10的表達均明顯增加[1]。

有研究自2013年至2018年間的征集了27名志愿者，分別為17名UC患者和10名未患UC者。與對照組相比，UC患者發炎的直腸粘膜中IL-10表達有增加的趨勢。在橫結腸發炎患者及腸遠端UC病變且橫結腸未發炎的患者中，橫結腸活檢與直腸活檢IL-10的表達沒有顯著差異。然而，橫結腸發炎患者IL-10的表達水平高于對照組和腸遠端UC病變且橫結腸未發炎的患者[2]（圖1）。
 

圖1. 結腸IL-10表達模式（A)對照組和UC患者直腸IL-10表達的比較（B)對照組、腸遠端病變的UC患者和廣泛性結腸炎的UC患者直腸和橫結腸中IL-10表達的評估。

有研究發現，UC患者炎癥浸潤組織中檢測到了IL-10陽性細胞，主要是單核細胞（巨噬細胞和淋巴細胞），從漿膜延伸到粘膜，在上皮和漿膜中更為豐富。在固有層、實質和潰瘍部位也檢測到IL-10陽性細胞（圖2）。在所有活檢中都觀察到重要的粘膜破壞。與對照組相比，UC患者結腸漿膜中的IL-10免疫活性細胞增加[3]。
 

圖2. UC患者結腸粘膜中IL-10蛋白的表達。UC患者炎癥結腸組織（上下圖的中間和右側）和非炎癥結腸組織（左上和左下圖）中IL-10表達。紅色箭頭表示免疫反應陽性細胞。

IL-10敲除小鼠模型
早在1998年研究人員就發現，由于在無菌條件下未觀察到IL-10敲除小鼠發生結腸炎，表明IL-10敲除小鼠自發結腸炎需要腸道菌群的存在。此外，研究表明，IL-10敲除小鼠缺乏IL-10導致對細菌抗原的耐受性喪失，而細菌抗原的耐受性與微生物定植發生的時間無關。早期研究表明，抗生素治療可預防或減輕幾種IBD小鼠模型的結腸炎發展。

腸道免疫細胞是IL-10敲除小鼠炎癥發展的關鍵，結腸炎的發展涉及TLR誘導的NF-κB活化，主要來源于粘膜免疫細胞。此外，IL-10敲除小鼠自發結腸炎需要MyD88信號，IL-10、MyD88雙基因敲除小鼠不會發生結腸炎。研究已經證明，來自細菌的免疫刺激DNA序列改善了IL-10敲除小鼠的結腸炎癥，表明這些先天免疫反應刺激可能在腸道中具有生理抗炎作用。關于IL-10敲除小鼠的微生物群作用概述見圖3。
 

圖3. IL-10缺陷型IBD小鼠模型中的微生物群的影響。

UC的治療
UC的治療包括內科及外科兩種方法，近年來人們研究發現韋多利珠單抗對潰瘍性結腸炎（UC）患者具有緩解效果。另外抗腫瘤壞死因子（TNF）和韋多利單抗的聯合治療以及Entyvio皆是有效的治療方法。臨床病例發現一例患有強直性脊柱炎（AS）的UC患者接受了抗腫瘤壞死因子（TNF）和韋多利單抗的聯合治療并緩解。而Entyvio是一種腸道選擇性生物制劑，可特異性拮抗α4β7整合素，抑制α4β7整合素與腸道黏膜細胞粘附分子MAdCAM-1的結合，Entyvio可用于中度至重度的UC或克羅恩病（CD）成人患者的治療。

小結
IL-10是由免疫細胞和非免疫細胞分泌的重要的抗炎細胞因子，作用于先天性和適應性免疫細胞，并具有廣泛的免疫調節活性。可抑制增殖、細胞因子分泌與共刺激分子表達。

UC的發生與IL-10的降低有相關性，IL-10的表達與疾病進程也有關系，隨著病變程度的加劇，IL-10的表達呈下降趨勢，而緩解期開始升高，說明IL-10開始發揮其炎性抑制作用，用以恢復炎性因子和抗炎因子之間的平衡，因此 IL-10可以作為UC疾病狀態的一個重要的參考指標。

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推薦文獻：

[1] MelgarS，Yeung MM，BasA，eta1．Over-expression ofinterleukin 10 in mucosalT cellsofpatientswith activeulcerativecolitis．ClinExp Immu- nol，2003，134：127-37.

[2] Wittmann Dayagi T， Werner L， Pinsker M， Salamon N， Barschak I， Weiss B， Shouval DS. Mucosal IL-10 and IL-10 receptor expression patterns in paediatric patients with ulcerative colitis. Int J Exp Pathol. 2021 Feb;102（1):4-10.

[3] Fonseca-Camarillo G， Furuzawa-Carballeda J， Llorente L， Yamamoto-Furusho JK. IL-10-- and IL-20--expressing epithelial and inflammatory cells are increased in patients with ulcerative colitis. J Clin Immunol. 2013 Apr;33（3):640-8.