Điều Hòa Và Truyền Tín Hiệu Theo Con Đường Il-33/st2

ứng, hen suyễn, xơ hóa phổi, viêm đa khớp dạng thấp, bệnh lý collagen mạch máu,

viêm đại tràng, bệnh lý tim mạch, ung thư và sốc nhiễm trùng 151.

Năm 2002, Weinberg đã báo cáo biểu hiện ST2 trong các tế bào tim khi đáp ứng với stress lên cơ tim và xác định vai trò ST2 trong hệ tim mạch 152. Đến năm 2005, Schmitz đã xác định Interleukin 33 là phối tử của ST2 giúp tìm hiểu các chức năng của ST2 một cách rõ ràng hơn với tác động chống phì đại và xơ hóa tế bào cơ tim 153.

Sản phẩm phiên mã của gen tạo ra bốn đồng dạng, trong đó có hai dạng quan trọng là IL1RL1-b và IL1RL1-a. Đồng dạng IL1RL1-b hoặc ST2L là thành viên của nhóm thụ thể IL-1, còn IL1RL1-a hoặc sST2 là một thụ thể hòa tan có thể tìm thấy trong huyết thanh. Sự ghép nối vùng gen khởi động thay đổi và giải mã ở đầu 3' của mRNA giống nhau là cơ chế tạo thành sST2 và ST2L 148. Gen ST2 có hai vùng gen khởi động khác nhau tác động lên cơ chế điều hòa phiên mã của gen 154, mỗi vùng gen khởi động liên quan đến sự biểu hiện của mARN sST2 hoặc ST2L (Sơ đồ 1.3).

Sơ đồ 1.3 Lược đồ các vùng gen khởi động giải mã gen ST2

“Nguồn: Cheyenne C. S. Tseng, 2018” 155

1.3.1.2 Các sản phẩm phiên mã

Bốn đồng dạng của ST2:

- ST2L (ST2 ligand): (còn được gọi là IL1RL1-b) là một thụ thể gắn trên màng, thuộc nhóm các thụ thể loại 1 của IL-1. ST2L có một miền ngoại bào gồm ba cấu trúc giống Ig liên kết nhau, một đoạn xuyên màng tế bào và một miền TIR (thụ thể Toll / interleukin-1) trong bào tương. Dạng ST2L được biểu hiện chủ yếu ở các tế bào tạo máu (tế bào Th2 và tế bào mast). Khi IL-33 kích hoạt ST2L, một phản ứng viêm phụ thuộc Th2 được hình thành để tạo ra các cytokine như IL-4 và IL-5 148.

- sST2 (soluble ST2): (còn được gọi là IL1RL1-a): là dạng hòa tan và lưu thông trong huyết thanh khi có yếu tố cảm ứng. sST2 hoạt động như một chất ức chế IL-33 và Th2 chức năng. sST2 không có miền xuyên màng và nội bào tương và có chứa một chuỗi C-terminal có chín amino acid. Sự biểu hiện của dạng lưu hành sST2 phần lớn là cảm ứng và có mặt trong hầu hết các tế bào của cơ thể 148.

- ST2V : đặc trưng bởi sự thiếu một cấu trúc Ig và điểm nối thay đổi của phần

C-terminal, chủ yếu được tìm thấy ở các mô cơ quan tiêu hóa ở người.

- ST2LV : ST2LV được tạo ra do thay đổi điểm nối loại bỏ các miền xuyên

màng trong ST2L.

ST2 hòa tan không có phần xuyên màng và nội bào nên có thể lưu thông tự do trong dòng máu (Sơ đồ 1.4) 148,153. ST2 hòa tan có chứa một trình tự tín hiệu giúp phát hiện được trong huyết thanh một cách dễ dàng.

Sơ đồ 1.4 Cấu trúc hai đồng dạng ST2 chính: ST2L và sST2

“Nguồn: Domingo A Pascual-Figal, 2015” 156

1.3.2 Trục tín hiệu IL-33/ST2

Năm 2005, Schmitz đã xác định interleukin 33 (IL-33) là phối tử của ST2 cho

phép tìm hiểu rõ hơn về các chức năng của hệ tín hiệu này.

1.3.2.1 Interleukin-33

IL-33 được xác định là thành viên của gia đình các cytokine IL-1 và là phối tử của thụ thể ST2L 153. IL-33 được tạo ra để đáp ứng với các kích thích khác nhau trong các tế bào biểu mô, nguyên bào sợi cơ, tế bào mỡ, tế bào nội mô, tế bào cơ trơn và đại thực bào như một cytokine tiền viêm 157,158.

IL-33 là một protein 30 kDa có chức năng kép, vừa như một yếu tố nhân giúp phiên mã vừa như một cytokine tiền viêm [89]. Đầu N của IL-33 có chứa một tín hiệu định vị tại nhân, là một chuỗi xoắn ốc gắn với DNA có chức năng như là nhân tố điều

hòa phiên mã của tiểu đơn vị p65 của phức hợp NF-κB và một miền liên kết nhiễm sắc 153. Đầu C có chứa miền cytokine giống IL-1 có khả năng gắn vào thụ thể ST2L và kích hoạt việc tạo ra các cytokine loại 2 (như IL-5 và IL-13) từ các tế bào T hỗ trợ phân cực và các tế bào lympho bẩm sinh loại 2 153 . IL-33 có chiều dài đầy đủ có thể liên kết với histone H2A và H2B 159 và có thể kích hoạt hoạt động histone deacetylase- 3 160. Theo đó, IL-33 ảnh hưởng đến biểu hiện gen bằng cách tái cấu trúc nhiễm sắc và theo cơ chế biểu sinh. Các chức năng hạt nhân và cytokine của IL-33 được kiểm soát và điều hòa một cách chặt chẽ 150. Như vậy, IL-33 vừa hoạt động như một yếu tố nhân vừa hoạt động như một cytokine tiền viêm thông qua 2 tiến trình là kích hoạt hay bất hoạt IL-33 (Sơ đồ 1.5)

Sơ đồ 1.5 Cơ chế điều chỉnh tại chỗ và chức năng cytokine của IL-33

“Nguồn: Kristen M. Larsen, 2018” 151

IL-33 thể hiện vai trò như một yếu tố nhân thông qua tương tác với miền N- terminal của tiểu đơn vị p65 của yếu tố hạt nhân κB (NF-κB) và kìm hãm sự biểu hiện của các gen được điều hòa bởi NF-κB cần thiết cho tín hiệu tiền viêm 161. Để đáp ứng với tổn thương tế bào hay tổn thương mô hoặc nhiễm virus, IL-33 nhanh chóng được phóng thích khỏi nhân tế bào hoại tử và được tiết vào khoang ngoại bào để liên kết với thụ thể ST2L thông qua miền cytokine 162. Sự gắn kết này kích hoạt một dòng thác phản ứng viêm, IL-33 hoạt động như một tín hiệu báo động và được xem như một phân tử liên quan đến tổn thương 163. Chức năng hạt nhân của IL-33 như một yếu tố phiên mã điều chỉnh biểu hiện gen cytokine và có liên quan đến quá trình đáp ứng viêm qua chức năng báo động và cytokine của IL-33 150.

IL-33 cũng có chức năng như một cytokine sau khi phân cắt bởi men caspase- 1, protease cathepsin G và elastase (giải phóng bởi bạch cầu trung tính) men protease chymase và tryptase (tiết ra bởi các tế bào mast đã hoạt hóa) trong điều kiện viêm thành dạng hoạt động sinh học164. Các dạng trưởng thành của IL-33 thiếu miền N- terminal và hoạt động như các cytokine giống IL-1 thông qua miền C-terminal. Chức năng của IL-33 được khuếch đại trong bối cảnh vi môi trường bị viêm thông qua hoạt động của các protease được tiết ra bởi các tế bào miễn dịch bẩm sinh 164. IL-33 bị thoái giáng bởi các men pro-apoptotic 3 và 7 thành dạng bất hoạt trong quá trình chết tế bào theo chương trình nhằm đảm bảo dung nạp về miễn dịch trong quá trình chết theo chương trình 165.

1.3.2.2 Thụ thể ST2L và sST2

ST2L là một thụ thể màng có trên bề mặt nguyên bào sợi, tế bào mast, bạch cầu ái toan, tế bào lympho Th2, tế bào đuôi gai, bạch cầu ái kiềm, tế bào giết diệt tự nhiên bất biến (iNKT) và đại thực bào 166. Để có thể truyền tín hiệu khi gắn vào IL- 33, ST2L phải gắn kết với protein phụ của thụ thể IL1 (IL1-RacP) tạo thành phức hợp thụ thể dị thể xuyên màng 167.

sST2 được tiết ra dưới dạng protein glycosyl hóa. Khác với ST2L, sST2 tương tác một cách độc lập với IL-33 ở ngoại bào và làm mất chức năng của liên kết IL-33 với ST2L. sST2 biểu hiện chủ yếu bởi các nguyên bào sợi, tế bào biểu mô và phế nang 168.

1.3.2.3 Điều hòa và truyền tín hiệu theo con đường IL-33/ST2

IL-33 được tiết ra bởi các tế bào để phản ứng với tổn thương viêm hay sức căng cơ học 169. IL-33 gắn kết với phức hợp thụ thể bao gồm ST2L và protein phụ IL-1R (IL-1RAcP) để thực hiện các chức năng 162. IL-1RAcP cần thiết cho quá trình truyền tín hiệu của IL-33 thông qua ST2L bằng cách tăng cường ái lực của IL-33 đối với ST2L 170. Sự tương tác của IL-33 và ST2L kích hoạt các kinase protein hoạt hóa mitogen và các con đường sinh hóa 153. Quá trình này sẽ kích hoạt hoạt động yếu tố nhân-kB (NF-kB) và tạo ra các đáp ứng liên quan 148.

Trong cơ thể, sST2 có ái lực cao với IL-33 và làm giảm tương tác giữa IL33 và ST2L. Do đó, sự gắn kết sST2 với IL-33 làm mất các chức năng của trục ST2/IL- 33 và sST2 được xem là một thụ thể mồi. Hệ thống ST2 hoạt động vừa như khâu trung gian về chức năng của IL-33 (dạng xuyên màng ST2L) vừa ức chế IL-33 (dạng sST2). Ngoài ra, IL-33 dường như cũng điều hòa phiên mã mRNA của ST2L và sST2, qua đó làm tăng hay giảm sự biểu hiện mRNA của gen ST2 171.

IL-33/ST2 kích hoạt sản xuất các cytokine Th2 như IL-4, IL-5 và IL-13 trong các tế bào Th2 153. Trong các tế bào biểu mô, sự hoạt hóa IL-33 của ST2 dẫn đến sản xuất các chemokine 172. Tín hiệu hoạt động của IL-33/ST2 dẫn đến kích hoạt các tế bào là tác nhân miễn dịch 150,173.

Tín hiệu IL-33 có thể giảm bởi nhiều cơ chế khác nhau. Các hoạt động tiền viêm của IL-33 bị giảm tại hạt nhân khi liên kết với nhiễm sắc để ức chế phiên mã và bị thoái giáng bởi các protease pro-apoptotic để ngăn chặn sự phóng thích ra ngoại bào. Cơ chế thứ hai là do các phản hồi làm giảm tín hiệu IL-33 nhằm làm giảm các phản ứng miễn dịch trong điều kiện căng cơ học. Cơ chế thứ ba là sự kích hoạt kinase bám dính tiêu điểm (FAK) và glycogen synthase kinase 3β (GSK-3β) khi có gắn kết ST2L với IL-33, GSK-3β sẽ gắn kết và phosphoryl hóa ST2L 174. Cơ chế thứ tư là do phân tử miễn dịch Ig đơn liên quan đến IL1-R (SIGIRR) phá vỡ cấu trúc liên kết ST2L-IL1-RacP làm bất hoạt tín hiệu của hệ IL-33/ST2L 175. Ngoài ra, sST2 hoạt động như một thụ thể mồi liên kết với IL-33 để ngăn tương tác của IL-33 với ST2L

176. Cuối cùng, IL-33 bị bất hoạt trong khoang ngoại bào do oxy hóa dư lượng cystein của phân tử này và hình thành các liên kết disulfide trong miền cytokine 177.

Như vậy, cơ chế hoạt động của hệ IL-33/ST2 phức tạp với sự gắn kết của IL- 33 và phức hợp ST2L và protein phụ IL-1R để kích hoạt hoạt động yếu tố nhân-kB (NF-kB) và tạo ra các đáp ứng liên quan. Có nhiều cơ chế để bất hoạt chức năng của IL-33 trong đó sST2 hoạt động như một thụ thể mồi để bất hoạt hoạt động của IL-33.

1.3.3 Chức năng sinh học của IL-33/ST2 trong suy tim

1.3.3.1 Chức năng sinh học của hệ IL-33/ST2 trong suy tim mạn

Đáp ứng viêm và miễn dịch. IL-33/ST2 có chức năng điều hòa miễn dịch liên quan tế bào lympho T trợ giúp loại 2 khi có tình trạng tăng sinh tế bào, trạng thái viêm và các bệnh lý tự miễn 178. IL-33/ST2 tác động đến nhiều cơ quan thông qua hệ thống đáp ứng viêm và miễn dịch. Sự kích hoạt các kinase nội bào và các yếu tố khác nhau dẫn đến phiên mã các gen liên quan viêm và sản xuất các cytokine/chemokine gây viêm tạo ra đáp ứng miễn dịch đầy đủ (Sơ đồ 1.6) 179.

Sơ đồ 1.6 Chức năng viêm và miễn dịch động của hệ thống IL-33/ST2L

“Nguồn: Irene Pusceddu, 2019” 179

Tái cấu trúc và xơ hóa cơ tim. Hệ thống IL-33/ST2 tác động lên nguyên bào sợi tim hoặc tế bào cơ tim và có liên quan mật thiết đến quá trình tái cấu trúc bất lợi cũng như xơ hóa trong suy tim 152. Hệ thống IL33/ST2 có tác động giảm xơ hóa cơ tim, ngăn ngừa phì đại tế bào cơ tim, giảm quá trình chết theo chương trình và cải thiện chức năng cơ tim. Như vậy, sự gắn kết của IL-33 với ST2L giúp bảo vệ tim mạch qua tác động chống xơ hóa và chống tái cấu trúc tim. Tác động có lợi của hệ

thống IL-33/ST2 sẽ mất đi khi IL-33 gắn kết với “thụ thể mồi nhử” sST2 (Hình 1.4)

156.

Hình 1.4 Chức năng chống tái cấu trúc và xơ hóa của hệ IL-33/ST2

“Nguồn: Domingo A Pascual-Figal, 2015” 156

Tình trạng chức năng hệ thống tim - phổi - mạch máu. IL-33/ST2 không chỉ phản ánh quá trình xơ hóa và tái cấu trúc tim mà còn phản ánh tình trạng của hệ thống chức năng tim-phổi-mạch máu. Phế nang và nội mô mạch máu giải phóng sST2 khi có những thay đổi về huyết động trong bệnh cảnh suy tim 180. Như vậy, sST2 cũng phản ánh tình trạng sung huyết ở bệnh nhân suy tim mạn và lý giải phần nào vai trò của sST2 ở bệnh nhân khó thở. Mức độ và diễn tiến sung huyết phổi hay tĩnh mạch hệ thống có thể làm thay đổi nồng độ sST2 180. Nghiên cứu của Pascual-Figal mở ra một tiếp cận mới cho việc điều chỉnh biểu hiện sST2 như một mục tiêu điều trị tiềm năng trong suy tim mạn 181.

1.3.3.2 Vai trò sST2 trong suy tim

sST2 là một dấu ấn sinh học có giá trị tiên lượng và tiên đoán các biến cố tim mạch trong suy tim và nhiều bệnh lý tim mạch khác như THA, HCMVMT, NMCT cấp 182. sST2 được phóng thích sau tổn thương cơ tim hay khi có sức căng cơ học trên cơ tim 152. sST2 hoạt động như một thụ thể mồi nhử cho IL-33, nồng độ sST2 tăng cao ngăn chặn các tác động có lợi của IL-33 bằng cách hạn chế sự tương tác IL-33 và ST2L. sST2 lưu thông dư thừa làm mất hiệu quả bảo vệ của IL-33, dẫn đến xơ hóa, tái cấu trúc tim và rối loạn chức năng tâm thất. Do đó, nồng độ sST2 cao trong tuần hoàn có liên quan đến gia tăng xơ hóa cơ tim, tái cấu trúc tim bất lợi và kết cục tim mạch xấu (Hình 1.5) 25,180.