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科学。作者手稿；PMC 2014年1月21日提供。
以最终编辑形式发布为：
科学。1998年12月18日；282(5397): 2261–2263.
数字对象标识：10.1126/科学282.5397.2261
预防性维修识别码：项目经理3897229
NIHMSID公司：NIHMS537543号
PMID：9856950

实验性哮喘对IL-13的需求与IL-4无关

加布里埃尔·格吕尼,玛莎·沃诺克,阿迪尔·瓦基尔,拉杰夫·文卡亚,弗兰克·布罗姆巴赫,唐娜·M·伦尼克,迪安·谢泼德,马库斯·莫尔斯,黛布拉·D·唐纳森,理查德·洛克斯利、和大卫·B·科里*
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摘要

哮喘的发病机制部分反映了T细胞细胞因子的活性。小鼠模型支持白细胞介素-4（IL-4）和IL-4受体参与哮喘。IL-13是一种与IL-4相关的细胞因子，也与IL-4受体的α链结合，选择性中和IL-13可改善哮喘表型，包括气道高反应性、嗜酸性粒细胞募集和粘液过度产生。IL-13或IL-4通过IL-4受体α链依赖性途径使未免疫T细胞缺陷小鼠具有哮喘样表型。该途径可能是哮喘与人类5q31基因座和IL-4受体的遗传关联的基础。

过敏性哮喘是一种以局部和全身过敏性炎症和可逆性气道阻塞为特征的复杂疾病。哮喘症状，尤其是呼吸急促，主要与气道阻塞有关，死亡几乎总是由窒息引起的(1). 哮喘患者对刺激性刺激（称为气道高反应性（AHR））的气道反应性增加和杯状细胞的粘液高分泌是导致气道阻塞的两个主要原因(2). 来自动物模型的数据一致显示T的关键作用H（H）2（T辅助因子2）细胞和细胞因子IL-4和IL-5的潜在重要作用(三–7).

吨H（H）2细胞在IL-4的存在下选择性地发育和扩增(8). 区分IL-4对T细胞的直接影响和发育影响H（H）在哮喘模型中，我们比较了缺乏IL-4或IL-4受体α链（IL-4Rα）的BALB/c小鼠建立哮喘表型的能力(9). 在用抗原卵清蛋白（OVA）进行鼻内激发后，BALB/c小鼠形成了一种定型哮喘表型，其特征是气道嗜酸性粒细胞内流、杯状细胞化生伴粘液过度分泌，以及对乙酰胆碱激发的敏感性增强所显示的AHR增加(6,7). IL-4和IL-4Rα缺陷小鼠的每一项哮喘指数均呈递增衰减(图1，C到E) (10). 因此，与先前的研究一致(5–7)IL-4有助于哮喘表型，但这些数据表明IL-4Rα的独立贡献更大。

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PAS染色的小鼠肺组织切片。箭头指向呼吸道上皮内的杯状细胞。(一)野生型小鼠用OVA引物，用PBS鼻内激发。(B类)野生型小鼠经鼻注射IL-13。(C类)IL-4缺乏和(D类)IL-4Rα缺陷小鼠用OVA引物，并用OVA鼻内攻击。野生型小鼠用OVA引物激发，并用(E类)OVA和人Fc控制蛋白或(F类)OVA和IL-13R-Fc。注意杯状细胞明显减少(D类)和(F类).

IL-13是一种与IL-4密切相关的细胞因子，与IL-4Rα结合，也通过TH（H）哮喘患者的2个细胞(11). 为了评估IL-13是否有助于哮喘表型，我们使用可溶性IL-13受体α2-人Fc融合蛋白（IL-13R-Fc）与OVA致敏的BALB/c小鼠，并与接受对照蛋白的小鼠进行比较(12). IL-13R-Fc选择性结合并中和小鼠IL-13，但不结合IL-4(13). 这种治疗显著减弱了哮喘表型，尽管对中性粒细胞流入支气管肺泡灌洗（BAL）几乎没有影响(图1、E和F、和​和2）。2). 因此，IL-13和IL-4一样(5–7)，可导致实验性哮喘的急性效应期。

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IL-13的中和作用。如（+）所示，经鼻给药经激发的野生型小鼠人免疫球蛋白（Ig对照）、Ig对照和OVA，或IL-13R-Fc和OVA。的数据(一)AHR、(B类)杯状细胞得分和数量(C类)嗜酸性粒细胞和(D类)BAL液中的中性粒细胞绘制为平均值±SEM*P（P）与PBS和Ig对照治疗小鼠相比<0.05；†P（P）与OVA和Ig对照组小鼠相比，<0.05。数据代表了至少两个可比较的实验，每组四到八只小鼠。

为了评估IL-13和IL-4独立于T和B细胞引起病理的能力，我们给未免疫的BALB/c和RAG1（重组酶激活基因1）缺陷小鼠注射了每种细胞因子(14). 每种细胞因子单独诱导哮喘表型(图1、A和B、和​和3）。三). 相反，向IL-4Rα缺陷小鼠施用任一种细胞因子均未导致任何哮喘参数发生显著变化，表明其作用依赖于IL-4Rβ介导的信号。此外，OVA-特异性T的过继转移H（H）IL-4Rα缺陷小鼠的2个细胞未能诱导哮喘表型，而野生型小鼠的相同治疗导致了完整表型(15,16). 因此，抗原激发、重组细胞因子或过继转移T细胞诱导的实验性哮喘H（H）2细胞，通过依赖于IL-4Rα的最终途径介导。

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重组IL-4和IL-13的作用。野生型（WT），RAG1-缺陷型（RAG1−/−)和IL-4Rα缺乏（IL-4R−/−)小鼠经鼻注射IL-4、IL-13或对照蛋白。的数据(一)AHR、(B类)杯状细胞得分和数量(C类)嗜酸性粒细胞和(D类)BAL液中的中性粒细胞绘制为平均值±SEM*P（P）与接受对照蛋白的小鼠相比，<0.05。数据代表了至少两个可比较的实验，每组四到八只小鼠。

在IL-4缺陷小鼠中观察到的哮喘表型减弱现在可以解释为代表IL-4缺陷T产生的残余IL-13的作用H（H）2个单元格(17). 在实验性肠道蠕虫感染中的平行观察表明，IL-4和IL-13在通过IL-4Rα介导关键最终效应途径中发挥作用(18). 人类哮喘可能代表了一系列疾病，也通过共享的受体效应通路联系在一起。肠和肺组织的常见胚胎学起源(19)将支持这些器官中存在定型反应。

鉴于疾病的复杂性和任何动物模型的不足，我们的数据与人类哮喘的相关性仍然是一个无法完全解决的重要问题。连锁分析已将哮喘易感性映射到人类染色体5q25-31上的一个区域，该区域包括IL-4和IL-13基因(20)和IL-4受体α链两个域的突变(21). 在人类研究中，基因组中的许多额外区域与哮喘有关，这表明哮喘是一种复杂的多因素表型(22). 然而，正如我们所建议的那样，不同形式的哮喘可能遵循最终的共同效应途径，通过IL-4Rα转导的信号介导，从而为潜在干预创造一个统一的靶点。

致谢

我们感谢D.Erle、M.Wills-Karp、R.Coffman和F.Finkelman的有益讨论，以及遗传研究所IL-13Rα研究支持团队2-Fc蛋白和R.Coffman检测IL-4。由NIH资助T32 HL07185（G.G.）、03344（D.B.C.）、47412、53949、33259（D.S.）、09883（R.V.）和P01-HL56385；克罗恩和结肠炎基金会和赫夫尼学者基金会（A.E.W.）；霍华德·休斯医学院（M.M.和R.M.L）；和先灵葆雅公司（D.M.R.）。

参考文献和注释

1Molfino NA、Nannini LJ、Martelli AN、Slotsky AS。北英格兰。医学杂志。1991;324:285.[公共医学][谷歌学者]
2Goldstein RA、Paul WE、Metcalfe DD、Busse WW、Reece ER。Ann.实习生。医学。1994;121:698.[公共医学][谷歌学者]
三。Gavett SH、Chen X、Finkelman F、Wills-Karp M。美国J.Respir。细胞分子生物学。1994;10:587.[公共医学][谷歌学者]
4Watanabe A等人。同上。1997;16:69. [谷歌学者]Garssen J、Nijkamp FP、Van Der Vliet H、Van Loveren H。美国修订版。数字化信息系统。1991;144:931.[公共医学][谷歌学者]Rankin JA等人。程序。国家。阿卡德。科学。美国。1996;93:7821. [谷歌学者]Foster PS、Hogan SP、Ramsay AJ、Matthaei KI、Young IG。实验医学学报1996;183:195. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]Mauser PJ等人。美国修订版。数字化信息系统。1993;148:1623.[公共医学][谷歌学者]
5Brusselle G、Kips J、Joos G、Bluethmann H、Pauwels R。美国J.Respir。细胞分子生物学。1995;12:254.[公共医学][谷歌学者]
6Corry DB等人。实验医学学报1996;183:109. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
7Corry DB等人。分子医学。1998;4:344. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
8Abbas AK、Murphy KM、Sher A。自然。1996;383:787.[公共医学][谷歌学者]
9野生型，BALB/c IL-4−/−(23)和C57BL/6 RAG1−/−(24)这些老鼠是从杰克逊实验室购买的。BALB/c IL-4Rα−/−在Max-Planck-Institut für Immunobiologie获得。对小鼠进行免疫接种，并用鸡蛋OVA进行鼻内攻击(6,7). AHR表示为乙酰胆碱的激发浓度（毫克/千克），可使基线气道阻力增加200%（PC200) (6,7). 在放大250倍的条件下，对定期酸-雪夫（PAS）染色的肺切片进行检查。根据PAS的丰度对盐水和OVA激发小鼠的20到50条连续气道进行分类+杯状细胞和指定的数字分数（0:<5%杯状细胞；1:5-25%；2:25-50%；3:50-75%；4:>75%）。每个肺的气道评分总和除以组织学杯状细胞评分检查的气道数量（以任意单位表示；U）。BAL样品按规定进行分析(7). 使用Student’st吨测试（PC200)或Wilcoxon试验（杯状细胞评分，BAL细胞学）。
10个人计算机200经盐处理的对照组为0.55±0.06 mg/kg。PC200OVA攻击的野生型、IL-4缺陷型和IL-4Rα缺陷型小鼠的剂量分别为0.24±0.025、0.36±0.026和0.45±0.058 mg/kg。
11Minty A等人。自然。1993;362:248.[公共医学][谷歌学者]Punonen J等人。程序。国家。阿卡德。科学。美国。1993;90:3730. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]Naseer T等人。美国J.Respir。批评。护理医学。1997;155:845.[公共医学][谷歌学者]直到S等人。免疫学。1997;91:53. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
12在第−14天和第−7天皮下注射OVA后，BALB/c野生型小鼠经鼻注射55µl IL-13R-Fc(13)或磷酸盐缓冲盐水（PBS）中的免疫球蛋白控制蛋白（Ig控制）。我们在第0天、第1天、第2天、第3天、第3.5天、第4天和第4.5天给予110µg IL-13R-Fc，在第0、第1、第2和第4天给予110μg Ig对照。在第1天、第2天和第4天，给这两种蛋白质注射750µg OVA。第5天收集数据(9).
13.Donaldson DD等人。免疫学杂志。1998;161:2317.[公共医学][谷歌学者]
14野生型，IL-4Rα−/−和RAG1−/−在第1天、第3天和第5天，将重组IL-4或IL-13或对照蛋白（牛血清白蛋白或无关大鼠抗体）3至5µg滴鼻给小鼠，12至15小时后收集数据(9). 为清楚起见，仅显示了BALB/c野生型小鼠的数据。
15CD4细胞+使用表达OVA-特异性TCR转基因的D011.10 T细胞受体（TCR）转基因小鼠的脾细胞制备T细胞系(25). 用1µM OVA肽、IL-4（300 IU/ml）和IFN-γ抗体（R46A2；100µg/ml）培养等量的T细胞和抗原呈递细胞（丝裂霉素c处理的和T细胞缺失的BALB/c脾细胞）5天。野生型或IL-4Rα−/−用1.2×10重组小鼠7静脉冲洗细胞。连续6天用OVA对小鼠进行鼻内激发。第7天收集数据(9).
16Grünig G，Corry DB。未公布的数据。[谷歌学者]
17Hogan SP等人。免疫学杂志。1998;161:1501.[公共医学][谷歌学者]科恩·L、荷马·RJ、马里诺夫·A、兰金·J、波托姆利·K。实验医学学报1997;186:1727. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
18Bancroft AJ、McKenzie AN、Grencis RK。免疫学杂志。1998;160:3453.[公共医学][谷歌学者]Urban JF，Jr等人。免疫。1998;8:255.[公共医学][谷歌学者]Urban JF，Jr、Katona IM、Paul WE、Finkelman FD。程序。国家。阿卡德。科学。美国。1991;88:5513. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]Barner M、Mohrs M、Brombacher F、Kopf M。货币。生物。1998;8:669.[公共医学][谷歌学者]
19Ten Have-Oproek AA公司。实验肺研究。1991;17:111.[公共医学][谷歌学者]
20Postma DS等人。北英格兰。医学杂志。1995;333:894.[公共医学][谷歌学者]
21Mitsuyasu H等人。自然遗传学。1998;19:119.[公共医学][谷歌学者]Hershey GK、Friedrich MF、Esswein LA、Thomas ML、Chatila TA。北英格兰。医学杂志。1997;337:1720.[公共医学][谷歌学者]
22Daniels SE等人。自然。1996;383:247.[公共医学][谷歌学者]Sandford A、Weir T、Pare P。美国J.Respir。批评。护理医学。1996;153:1749.[公共医学][谷歌学者]
23Noben-Trauth N、Kohler G、Burki K、Ledermann B。转基因研究。1996;5:487.[公共医学][谷歌学者]
24Mombaerts P等人。单元格。1992;68:869.[公共医学][谷歌学者]
25Murphy KM、Heimberger AB、Loh DY。科学。1990;250:1720.[公共医学][谷歌学者]