白細胞介素4受體（IL-4R/IL-4Ra）：細胞因子多功能靶點，哮喘、鼻炎、病毒、腫瘤等研究中呈多樣潛力！
日期：2024-03-29 08:58:03
2024年1月26日消息，上海健康元分別與江蘇荃信生物、山東博安生物達成產品授權合作，獲得抗TSLP單抗、抗IL-4Ra單抗兩款產品的相關權益，以開發它們用于治療致哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）等呼吸系統疾病。特別值得關注的是，細胞因子IL-4R/IL-4Rα作為一款多功能靶點，其研究應用范圍不斷擴展，包括多種過敏性、自身免疫等疾病。目前，國內外已有超10多個IL-4R/IL-4Rα藥物處于晚期臨床開發階段。除了此外，IL-4R/IL-4Rα還在病毒和腫瘤方面發揮著關鍵作用，顯示出其作為多功能靶點的多樣潛力，其在不同疾病中的作用機制和臨床潛力值得進一步深入研究和開發。今天讓我們一起來了解下！
1. 什么是白細胞介素-4受體？
1.1 IL-4R/IL-4Rα的結構
白細胞介素-4受體（IL-4R，又叫CD124；IL4Rα）是一種I型跨膜蛋白，屬于白細胞介素家族成員之一。IL4Rα鏈cDNA全長3.6 kb，含有一個編碼825個氨基酸的開放閱讀框架，根據推測其中包括信號序列（25個氨基酸），細胞外區（207個結合域氨基酸），跨膜區（24個氨基酸），細胞內區（569個氨基酸）。人IL4R存在三種類型：Type I由高特異性親和力a鏈（IL-4Ra）和IL-2Rγ鏈構成；Type II由IL-4Ra鏈和IL-13Ra鏈構成；Type III由IL-4Ra鏈、IL-13Ra鏈和IL-2Rγ鏈構成。IL-4Ra鏈對IL-4具有很高的親和力，已經被克隆并證明具有對IL-4的生物學反應能力。IL-4Ra鏈胞外結構域包含有WSXWS模塊，是受體結合細胞因子所必需的最佳構象。在結合配體后，與IL-4R偶聯的酪氨酸激酶被激活，從而產生信號傳導（圖1） [1-5]。
1.2 IL-4R/IL-4Rα表達和功能
IL-4Rα是三類IL-4R復合物共有的關鍵亞單位，亦通常簡稱為IL-4R。I類IL4R復合物主要表達于T淋巴細胞、NK細胞、嗜堿性粒細胞和肥大細胞，II類復合物則表達于非淋巴細胞來源的腫瘤細胞，而III類復合物則主要表達于B細胞和單核細胞。IL4R結合白細胞介素4和白細胞介素3等配體后，可發揮多種免疫調節效應，例如調節B細胞中IgE抗體的產生、促進Th2細胞的分化以及導致巨噬細胞替代性激活等。最近的研究發現，抑制或敲除IL-4R/IL-4Rα表達與鼻病毒（RV）入侵相關。此外，許多研究表明，IL-4R/IL-4Rα和IL4的基因多態性與多種自身免疫疾病密切相關，包括哮喘、鼻炎、關節炎等等 [1-3, 6-7]。
圖1. 三類IL-4R復合物結構組成 [3]
2. IL-4R/IL-4Rα的配體有哪些？
IL-4R/IL-4Rα主要通過與IL-4和IL13等配基結合發揮重要的生物學作用。IL-4由活化II型輔助性T細胞、嗜堿性粒細胞和肥大細胞產生，它可通過抑制單核-巨噬細胞的激活以及Th1細胞因子如IL-1、TNF-α和干擾素γ（IFN-γ）來抑制炎癥反應。然而，IL-4在不同的免疫機制中，也發揮促炎作用。因此，IL-4被認為是一種多功能細胞因子。IL-13是Th2細胞產生的細胞因子。IL-4和IL-13的氨基酸序列有大約25%的同源性。IL-13能夠促進B細胞的分化，提高其活性，并且可以抑制外周血單核-巨噬細胞產生和IL-1β、IL-8、TNF-a、IL-6等細胞因子的表達。IL-4和IL-13的生物活性極為相似，它們共享一個關鍵的信號轉導受體組分，并在基因定位和蛋白質構成上有一定的相似性 [8-10]。
3. IL-4R/IL-4Rα相關的機制
IL-4受體是一種細胞表面的二聚體復合物，由α和γ亞單位組成。其中，IL-4Rα是對IL-4非常敏感的特異性受體。γ鏈為Type I和Type III細胞因子所共有，又稱為共同γ鏈（common gamma chain，γc鏈）。IL13Rα的作用類似于γ鏈，可以增強IL-4Rα與IL-4之間的結合力。如前所述，IL-4與IL-13是一種生物活性相似的多效細胞因子。因此，IL-4受體主要通過與IL-4和IL-13等分子結合來發揮生物學功能。
例如，當IL-4與受體結合后，IL-4受體與γc鏈形成二聚體，激活酪氨酸激酶（PTK），導致細胞內底物的磷酸化，從而觸發信號的級聯傳遞。這啟動了四種主要的信號轉導途徑：1）與細胞生存相關的磷酸肌醇3激酶（PI-3K）途徑；2）與細胞增殖和基因轉錄的Ras/絲裂原激活的蛋白酶（MAPK）途徑；3）胰島素受體底物1/2（IRS-1/2）途徑；4）控制基因轉錄的Jak-STAT途徑。此外，Stat-6對IL-4依賴性的CD23、II型MHCε重鏈和IL-4α受體的表達起著重要作用，并且對Th2淋巴細胞因子的分泌也至關重要（圖2）[3, 11]。
圖2. IL-4R/IL-4Rα相關的機制 [3]
4. IL-4R/IL-4Rα相關的疾病研究
許多研究證實IL-4受體基因有多個影響其生物活性的基因多態位點，這些基因多態性與多種疾病相關。目前，對IL-4基因多態性的研究主要集中在lle50Val、Gln55（576）Arg和Ser503（478）Pro等位點。深入研究IL-4R/IL-4Rα基因多態性對各種疾病的影響，可能對研究預防和治療這些疾病提供幫助。此外，一些研究表明IL-4R/IL-4Rα在病毒和腫瘤中也發揮著重要作用。
4.1 IL-4R/IL-4Rα和哮喘研究
IL-4、IL-4R/IL-4Rα和IL-13在過敏反應和哮喘的發生過程中扮演著關鍵角色。它們嚴重影響氣道對過敏原的反應性，導致氣道結構重建、氣道炎癥和氣道平滑肌增生。IL-4和IL-13通過與IL-4R結合來實現其生物學功能。IL-4R可能通過影響Th1/Th2細胞的平衡來參與哮喘的發病機制。目前，IL-4和IL-4R基因的多態性與哮喘之間的關系備受關注。一些研究報道了IL-4Ra lle50Val與哮喘的相關性，但研究結果并不一致。有研究顯示，lle50Val與哮喘有一定關聯，但另一些研究卻發現IL-4Ra lle50Val與哮喘之間并無明顯關聯。此外，在一項針對波蘭兒童的研究中發現，IL-4R基因rs1805011位點的多態性可能增加過敏發病風險，并與輕度哮喘和變應性皮炎的易感性相關 [12-15]。
4.2 IL-4R/IL-4Rα和變應性鼻炎研究
由于IL-4R/IL-4Ra的編碼基因存在錯義突變，導致表達的氨基酸結構發生變化，從而增強了IL-4R的信號傳導功能并改變了其生物學活性。其中，IL-4Ra鏈的Q576R位點是首次發現的新突變基因，即1902位核苷酸鳥嘌呤（A）突變為腺嘌吟（G），導致IL-4R上的第576個堿基的谷氨酸（簡稱Q）被精氨酸（簡稱R）替代 [16]。研究發現，R576在變態反應性疾病患者中表達明顯增加。此外，還發現R576通過改變IL-4R的信號傳導而促進了變應性哮喘的發生。另有報道表明，R576與哮喘的嚴重程度密切相關，認為R576可以作為臨床有效標記哮喘嚴重程度的指標之一 [17-20]。
4.3 IL-4R/IL-4Rα與系統性紅斑狼瘡研究
通過PCR-RFLP方法研究SLE患者的lle50Val基因型。結果顯示，SLE患者IL-4Ra鏈lle50的頻率明顯升高。多項研究表明，在SLE發病過程中，IL-2、IL-12、IFN-1的產生減少，而IL-6、IL-10的產生增加，導致Th1和Th2型細胞因子的不平衡。在SLE患者中，Th2反應占主導地位。IL-4和IL-4R介導的信號傳導在Th0細胞向Th2細胞轉化過程中至關重要。此外，對IL-4R Gln551Arg進行了遺傳型分析。結果顯示，SLE患者IL-4R鏈Arg551的頻率較對照組明顯升高。因此，IL-4R基因多態性導致受體功能增強在SLE的發展中起著重要作用，可能通過誘導Th2亞型的發展，并在其他遺傳或環境因素的作用下促進自身抗體的產生 [21-22]。
4.4 IL-4R/IL-4Rα與其它自身免疫疾病研究
IL-4R/IL-4Rα的多態性已被證實還與其它多種自身免疫性疾病相關。研究指出，IL-4Rα Q576R多態性在特應性皮炎患者中促進了Th2細胞的增加，而這種細胞類型通常與過敏反應有關，而特應性皮炎則是一種常見的過敏性疾病 [23]；IL-4R基因rs1805013位點多態性可能增加骨關節炎的患病風險 [24]。一項針對高加索人群的研究，研究者探索了IL-13/IL-4/IL-4R系統中18個SNPs與手關節易感性的關系，結果證實了IL-4/IL-13系統在手關節炎發病機制中的重要作用 [25]；IL-4Ra基因的I75V位點在肌無力患者中顯著增高，特別是在女性患者和AChR抗體陽性患者中。這種變異可能通過影響IL-4R/IL-4Rα信號傳導，導致免疫反應失衡，進而影響肌無力的發展 [26]。
4.5 IL-4R/IL-4Rα與病毒研究
宿主細胞的細胞因子受體在信號傳導中扮演著關鍵角色，并且常常成為病毒攻擊的首要目標，其中包括BMPR2、CCR5、CCR7、FGFR1、IL17RB、IL1R1、IL4R、PDGFRA、TLR2和TNFRSF11B。最新研究表明，抑制IL4R或敲低IL4R基因可以有效阻止呼吸道合胞病毒（RSV）引起的新生小鼠肺部損傷和鼻病毒（RV）誘導的氣道黏液分泌 [27-28]。此外，研究還發現，HIV-1型tat基因通過促進IL4R的轉錄上調來維持其自身的復制。這些發現揭示了IL-4R/IL-4Rα在多種病毒引發的疾病過程中的重要作用 [29]。
4.6 IL-4R/IL-4Rα與癌癥研究
IL-4R/IL-4Rα在癌癥發生和發展中可能扮演著重要角色。研究發現，IL4R在肝瘤組織中表達水平較高，并且與腫瘤的分化狀態密切相關。進一步的研究揭示，IL4R通過調節JAK1/STAT6和JNK/ERK1/2信號通路的活性，其在調控肝癌細胞的增殖和轉移中發揮重要作用 [30]；IL-4與IL4R的結合能夠誘導人乳腺癌細胞進行程序性死亡，這表明IL-4/IL4R信號通路在乳腺癌的治療中可能具有潛在作用 [31]；IL-4/IL4R信號通路也顯示出能夠抑制急性淋巴細胞白血?。˙-CLL）癌細胞的增殖，并阻止它們進入G1期 [32]。這些發現暗示了IL-4R在癌癥研究中可能具有重要的作用，但其詳細機制仍需進一步的研究和驗證。
5. IL-4R/IL-4Rα的臨床藥物研究前景
目前，有多達40種針對IL-4R/IL-4Rα的藥物正在積極研發中，其中IL-4R/IL-4Rα單抗呈現出極具前景的臨床應用。全球首款IL-4R單抗度普利尤單抗（Dupilumab）由賽諾菲（Sanofi）和再生元（Regeneron）公司聯合開發，于2017年3月首次獲得FDA批準，用于治療中重度特應性皮炎、中重度哮喘和慢性鼻炎。截至2023年，Dupilumab的銷售額已達77億歐元，賽諾菲預計其銷售額將持續猛增，成為免疫治療領域的重要產品?？傮w而言，針對IL-4R/IL-4Rα的藥物具有廣泛的潛力，除了在特應性皮炎、哮喘等自身免疫疾病的藥物開發領域，其獨特的療效和不斷拓展的適應癥將為患者提供更多治療選擇和希望。
為鼎力協助各藥企針對IL-4R/IL-4Rα在哮喘、鼻炎、關節炎、病毒、腫瘤等在臨床中的研究，華美CUSABIO推出IL-4R/IL-4Rα（CSB-MP011661HU2-B）活性蛋白產品，助力您在對IL-4R/IL-4Rα機制方面的研究或其潛在臨床價值的探索。
華美CUSABIO蛋白IL-4R/IL-4Rα
Purity was greater than 95% as determined by SDS-PAGE.
Immobilized Human IL4(CSB-MP011659HU) at 2μg/mL can bind biotinylated Human IL4R. The EC50 is 12.68-14.23 ng/mL.
參考文獻：
[1] Goutet, Michèle, et al. "Identification of contact and respiratory sensitizers according to IL-4 receptor α expression and IL-2 production." Toxicology and applied pharmacology 260.2 (2012): 95-104.
[2] Blaeser, Frank, et al. "Targeted inactivation of the IL-4 receptor α chain I4R motif promotes allergic airway inflammation." The Journal of experimental medicine 198.8 (2003): 1189-1200.
[3] Suzuki, Akiko, et al. "Targeting of IL-4 and IL-13 receptors for cancer therapy." Cytokine 75.1 (2015): 79-88.
[4] Andrews, Allison-Lynn, et al. "IL-4 receptor α is an important modulator of IL-4 and IL-13 receptor binding: implications for the development of therapeutic targets." The Journal of Immunology 176.12 (2006): 7456-7461.
[5] Oiso, N., K. Fukai, and M. Ishii. "Interleukin 4 receptor α chain polymorphism Gln551Arg is associated with adult atopic dermatitis in Japan." British Journal of Dermatology 142.5 (2000): 1003-1006.
[6] Bao, Katherine, and R. Lee Reinhardt. "The differential expression of IL-4 and IL-13 and its impact on type-2 immunity." Cytokine 75.1 (2015): 25-37.
[7] Mommert, Susanne, et al. "Expression of histamine receptors H2R and H4R are predominantly regulated via the IL‐4/IL‐13 receptor type II on human M2 macrophages." Allergy 76.9 (2021): 2886-2890.
[8] Iwaszko, Milena, Sylwia Bia?y, and Katarzyna Bogunia-Kubik. "Significance of interleukin (IL)-4 and IL-13 in inflammatory arthritis." Cells 10.11 (2021): 3000.
[9] Etter, Hansueli, et al. "IL-4 and IL-13 downregulate rolling adhesion of leukocytes to IL-1 or TNF-α-activated endothelial cells by limiting the interval of E-selectin expression." Cytokine 10.6 (1998): 395-403.
[10] Brooks, B. M., A. L. Thomas, and J. W. Coleman. "Benzylpenicillin differentially conjugates to IFN-γ, TNF-α, IL-1 β, IL-4 and IL-13 but selectively reduces IFN-γ activity." Clinical & Experimental Immunology 131.2 (2003): 268-274.
[11] Jiang, Hong, Miera B. Harris, and Paul Rothman. "IL-4/IL-13 signaling beyond Jak/Stat." Journal of Allergy and Clinical Immunology 105.6 (2000): 1063-1070.
[12] Chatila, Talal A. "Interleukin-4 receptor signaling pathways in asthma pathogenesis." Trends in molecular medicine 10.10 (2004): 493-499.
[13] Humbert, M., et al. "L'interleukine 4 et ses récepteurs dans l'asthme: données actuelles." Revue fran?aise d'allergologie et d'immunologie clinique 41.1 (2001): 50-54.
[14] Cui, Tianpen, et al. "Polymorphisms in the IL-4 and IL-4R [α] genes and allergic asthma." (2003): 888-892.
[15] Wenzel, Sally E., et al. "IL4Rα mutations are associated with asthma exacerbations and mast cell/IgE expression." American journal of respiratory and critical care medicine 175.6 (2007): 570-576.
[16] 20.Qiao, H‐L., J. Yang, and Y‐W. Zhang. "Relationships between specific serum IgE, cytokines and polymorphisms in the IL‐4, IL‐4Rα in patients with penicillins allergy." Allergy 60.8 (2005): 1053-1059.
[17] Wang, Helen Y., et al. "Cutting edge: Effects of an allergy-associated mutation in the human IL-4Rα (Q576R) on human IL-4-induced signal transduction." The Journal of Immunology 162.8 (1999): 4385-4389.
[18] Huang, Chen-Zheng, et al. "Polymorphisms and haplotype analysis of IL-4Rα Q576R and I75V in patients with penicillin allergy." European journal of clinical pharmacology 65 (2009): 895-902.
[19] Tianpen, Cui, et al. "Polymorphisms of IL-4, IL-4Rα, and AICDA genes in adult allergic asthma." Journal of Huazhong University of Science and Technology [Medical Sciences] 23 (2003): 134-137.
[20] Huang, Z. Y., et al. "Association of the IL-4R Q576R polymorphism and asthma in the Chinese Han population: a meta-analysis." Genet Mol Res 14.1 (2015): 2900-11.
[21] Shiroiwa, Wakana, et al. "IL-4Rα polymorphism in regulation of IL-4 synthesis by T cells: implication in susceptibility to a subset of murine lupus." International immunology 19.2 (2007): 175-183.
[22] Munshi, Anjana, et al. "Pharmacogenomics of Allergy and Asthma." Omics for Personalized Medicine (2013): 529-557.
[23] Scibiorek, Martyna, et al. "IL-4Rα signalling in B cells and T cells play differential roles in acute and chronic atopic dermatitis." Scientific Reports 13.1 (2023): 144.
[24] Hammadi, Zainab Abdulrahman, Maan Hasan Salih, and Firas Faris Rija. "Evaluation of Serum Level and Interleukin-4 Receptor (rs1805010) Gene Polymorphism in a Sample of Osteoporosis Women." Tikrit Journal of Pharmaceutical Sciences 17.2 (2023): 39-48.
[25] Vargiolu, M., et al. "Interleukin-4/interleukin-4 receptor gene polymorphisms in hand osteoarthritis." Osteoarthritis and Cartilage 18.6 (2010): 810-816.
[26] Zsuzsanna, Pál, et al. "Interleukin-4 receptor alpha polymorphisms in autoimmune myasthenia gravis in a Caucasian population." (2012).
[27] Bastid, Jérémy, and Nathalie Bonnefoy. "The emerging role of the IL-17B/IL-17RB pathway in cancer." Frontiers in immunology 11 (2020): 533902.
[28] Marr, Nico, et al. "Assessment of genetic associations between common single nucleotide polymorphisms in RIG-I-like receptor and IL-4 signaling genes and severe respiratory syncytial virus infection in children: a candidate gene case-control study." PLoS One 9.6 (2014): e100269.
[29] Real, Fernando, et al. "S100A8-mediated metabolic adaptation controls HIV-1 persistence in macrophages in vivo." Nature communications 13.1 (2022): 5956.
[30] Kim, Sung Dae, et al. "The malignancy of liver cancer cells is increased by IL-4/ERK/AKT signaling axis activity triggered by irradiated endothelial cells." Journal of Radiation Research 61.3 (2020): 376-387.
[31] Parveen, Sadiya, et al. "IL-4 receptor targeting as an effective immunotherapy against triple-negative breast cancer." bioRxiv (2020): 2020-08.
[32] Allegra, Alessandro, et al. "Clinico-biological implications of modified levels of cytokines in chronic lymphocytic leukemia: A possible therapeutic role." Cancers 12.2 (2020): 524.
