אינטרלויקין - Interleukin - 4

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
אינטרלויקין 4
Interleukin 4
שמות אחרים	IL-4
מעבדה	כימיה בדם, אימונולוגיה בדם.
תחום	תגובות חיסוניות של תאים.
טווח ערכים תקין	פחות מ- 0.5 פיקוגרם/מ"ל.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

Interleukin 4 (להלן IL-4) הוא ציטוקין המשרה התמיינות של naive helper T cells (להלן ThO) לתאי-Th2. במהלך השפעול על ידי IL-4, תאי Th2 מייצרים עוד IL-4 בלולאה משוב חיובית. IL-4 מיוצר בעיקר על ידי תאי פיטום (mast cells), על ידי תאי Th2, ועל ידי אאוזינופילים ובזופילים (Gadani וחב' ב-J Immunol משנת 2012).

בתחילה זוהה IL-4 על ידי Howard ו-Paul כקו-מיטוגן של תאי B, אך בהמשך זוהה כשחקן מפתח בהישרדות של לויקוציטים בתנאים פיזיולוגיים ופתולוגיים כגון חסינות מתווכת על ידי תאי Th2,‏ switching של IgE בתאי B, ותיקון רקמות והומאוסטאזיס דרך שפעול חלופי של מקרופאגים. IL-4 קשור ל-IL-13 כיוון ששניהם מעודדים חסינות type 2 (Zhu ב-Cytokine משנת 2015). גנים של משפחה זו נמצאו בדגים עצמותיים (Li וחב' ב-Mol Immunol משנת 2007) וכן בדגים סחוסיים (Ohtani וחב' משנת 2008), וכיון שבשלב זה של האבולוציה אין אפשרות להבדיל בין IL-4 ו-IL-13, הם מוגדרים כ-IL-4/IL-13.

ההיסטוריה של IL-4

IL-4 התגלה על ידי Howard ו-Paul ובאופן בלתי תלוי על ידי Vitetta בשנת 1982 ‏(Howard וחב' ב-J Exp Med משנת 1982, Isakson וחב' באותו כתב עת מאותה שנה, ו-Paul ב-Cytokine משנת 2015). רצף הנוקלאוטידים של IL-4 הושג 4 שנים לאחר מכן, ונמצא הדמיון לחלבון העכבר הידוע כ-B cell stimulating factor-1 (להלן BCSF-1). IL-4 הוא ציטוקין קריטי לא רק בגין היותו מווסת את יצירת אימונוגלובולינים, אלא גם בגין הקשר שלו לתהליכי דלקת, פיברוזיס, תהליכים אלרגיים, ופעילות אנטי-סרטנית, תוך שהוא פועל דרך שני סוגי קולטנים, שאחד מהם משמש גם את IL-13 שפעילותו חופפת חלקית את זו של IL-4. קיים עניין מתגבר הקשור לחסימה התרפויטית של מסלולו של IL-4 לטיפול ב-atopic dermatitis ובאסתמה. IL-4 זוהה לראשונה כגורם המיוצר על ידי תאי T, ומסוגל להחיש את התגובה של תאי B לאנטי IgM, כמו גם את ה-switch של איזוטיפים של אימונוגלובולינים של תאי B ליצירה של IgG, ובעיקר של IgG1. לדוגמה, IL-4 הוא גם ציטוקין מפתח להתמיינות של תאי T helper 2 (Th2) המווסתת את ההדבקה על ידי טפילים ותורמת לתגובה האלרגית, ויכולה להשרות את התמיינות של מקרופאגים מסוג M2, השולטת בהדבקה על ידי הפרוטוזואון Trypanosoma cruzi (Wirth וחב' ב-Immunology משנת 1989).

ציטוקין נוסף ממשפחת γc,‏ IL-21, הוא בעל מספר תכונות הדומות לאלה של IL-4, אך גם בעל הבדלים עיקריים. לדוגמה, ההתפתחות של תאי T ו-B נורמלית בעכברי +H21r, עם זאת, רמות IgG1 מופחתות בהרבה, ו-IL-21 נדרש גם ליצירת IgG3 על ידי תאי B נאיביים עם CD40 משופעל (Pene וחב' ב-J Immunol משנת 2004). IL-4 ו-IL-21 משתפים פעולה ביצירה של Ig כפי שמבוטא ב-panhypogammaglobulinemia בעכברים החסרים את איתותי IL-4 ו-IL-21. אף על פי כן מסלולי האיתות העיקריים זהים בהיות IL-4R המולקולה העיקרית בעגינה של חלבונים מאותתים. STAT3 יכול להיות מגויס ל-1IL-13Rα בקולטן type II שעל פני מקרופאגים באדם.

התפתח עניין רב ב-IL411 המקודד על ידי גן IL-4 המושרה מוקדם בתאי B (Chu ו-Paul ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1997), השייך למשפחת החמצון של חומצות אמינו, הכוללות L-phenlalanine (Boulland וחב' ב-Blood שנת 2007). הליך זה תורם לתכנות של מקרופאגים והוא מווסת את הקיטוב של מקרופאגים מסוג M2, ובכך הוא מעכב את השפעול של תאי T דרך דִּלְדּוּל של טריפטופן ושל ארגינין, כמו גם דרך הגברת היצירה של IL-10 (Yue וחב' ב-PLoS One משנת 2015). יתרה מכך, מהלך זה משפעל את הקולטן aryl hydrocarbon ומסייע להתפתחות הסרטן (Sadik וחב' ב-Cell משנת 2020). IL411 משמש גם כסמן פרוגנוסטי המשפיע על התגובה המקומית של תאי T במלנומה עורית באדם (Ramspott וחב' ב-J Invest Dermat משנת 2018), כמו גם ביכולת לסייע למערכת העצבים המרכזית בתהליך הרה-מיאלינציה על ידי אפנון של דלקת הנתמכת על ידי תאי T (Psachulia וחב' ב-Brain משנת 2016).

מבנה

ל-IL-4 מבנה קומפקטי וגלובולרי בדומה לציטוקינים אחרים, המיוצב על ידי שלושה קשרים דיסולפידים (Carr וחב' ב-Biochemistry משנת 1991), מחצית מהמבנה נשלטת על ידי ארבעה צרורות של סלילוני α עם סטייה שמאלית (Walter וחב' ב-J Biol Chem משנת 1992) כאשר סלילונים אלה הם אנטי מקבילים עם שני חיבורים עליונים, הנופלים לתוך שני גדילים אנטי מקבילים של .β sheet

IL-4 קשור ל-IL-13 כיוון ששניהם מעודדים חסינות type 2 (Zhu ב-Cytokine משנת 2015). גנים של משפחה זו נמצאו בדגים עצמותיים (Li וחב' ב-Mol Immunol משנת 2007) וכן בדגים סחוסיים (Ohtani וחב' משנת 2008, וכיון שבשלב זה של האבולוציה אין אפשרות להבדיל בין IL-4 ו-IL-13, הם מוגדרים כ-IL-4/IL-13.

הביולוגיה של IL-4

אף על פי ש-IL-4 נוצר בראש ובראשונה על ידי תאי T משופעלים מסוג CD4, הוא מיוצר גם על ידי תאי T "טבעיים" מסוג ⁺‏CD4+NK1.1 (להלן NKT), וכן על ידי מקרופאגים, אאוזינופילים, בזופילים, תאי פיטום וכן על ידי type 2 innate lymphoid cells (להלן תאי ILC2s), אף על פי שכמות IL-4 המיוצרת על ידי תאים אלה אינה אחידה. מחקר נוסף גילה ש-IL-4 חיוני ליצירת IgE הקריטי לריגוש של אלרגנים כמו גם לתגובה הפיזיולוגית לטפילים, כולל הלמינטים. IL-4 משרה הגברה של הביטוי של CD23 על פני תאי B. בנוסף, IL-4 פועל כפקטור גדילה של תאי T באדם ובעכברים, ומסייע להתמיינות של תאי Th2. כאשר הוא פועל במשותף עם ,phorbol 2-myristate 3-acetate IL-4 הוא קו-מיטוגן פוטנטי עבור טימוציטים. יתרה מכך, IL-4 הנובע מתאי NKT, אחראי להרחבה של תאי memory-like CD8 T בעכברי BALB/c. בסך הכול IL-4 יכול לפעול על מגוון רחב של תאי מטרה כולל מקרופאגים, קודמנים של תאים המטופויאטים, תאי סטרומה, תאי NK, ופיברובלסטים, ויכול גם לפעול כגורם אנטי-אפופטוטי.

משמעות קלינית

נמצא ש-IL-4 מתווך במיטוגניות, ובגרורתיות ב-רבדוציוסרקומה. IL-4 ביחד עם ציטוקינים של Th2, כרוך בדלקת של דרכי האוויר של מטופלים עם אסתמה אלרגית (Steinke ו-Borish ב-Respir Res משנת 2001).

התפקיד של IL-4

לציטוקין זה תפקידים ביולוגיים רבים, כולל הסטימולציה של תאי B ו-T משופעלים בתהליך שגשוגם, ובהתמיינות של תאי B לתאי פלזמה. IL-4 הוא וסת מפתח בחסינות הומורלית ואדפטיבית. IL-4 משרה class switching ל-IgE, כמו גם ל-up regulation של יצירת MHC class II. IL-4 מפחית את יצירת תאי Th1, מקרופאגים ואינטרפרון γ. יצירת יתר של IL-4 כרוכה באלרגיות (Hershey וחב' ב-New Eng J Med משנת 1997).

דלקת וריפוי פצעים

מקרופאגים ברקמות משחקים תפקיד חשוב בדלקת כרונית ובריפוי פצעים. הנוכחות של IL-4 ברקמות מחוץ לכלי דם, מסייעת לשפעול חלופי של מקרופאגים לתאי M1, ומעכבת את השפעול הקלאסי של מקרופאגים לתאי M1. העלייה בתיקון של מקרופאגים מסוג M2, קשורה להפרשה של IL-10 ושל TGF-β המביאה להחלשה של התהליך הדלקתי הפתולוגי. הפרשה של arginase, של פרולין, של פוליאמינאזות ושל TGF-β על ידי תאי M2 משופעלים קשורה לריפוי פצעים ולפיברוזיס (Aster וב' ב-Pathol Basis Dis משנת 2009).

מערכת העצבים

גידולים במוח כגון אסטרוציטומה, גליובלסטומה, מנינגיומה ומדולובלסטומה מבטאים ביתר קולטנים לפקטורי גדילה שונים כגון EGF,‏ FGFR-1 הקולטן לטרנספרין (להלן TfR) ו-IL-13R. רוב המנינגיומות באדם מבטאות באופן מסיבי את הקולטנים ל-IL-4, מה שמצביע על תפקידו של האחרון בהתפתחות התהליך הסרטני. מנינגיומות מבטאות את IL-4Rα ואת IL-13Rα1, אך אינן מבטאות את שרשרת γc על פני התאים, מה שמצביע על כך שרוב המנינגיומות מבטאות את IL-4 type2 (Meyaard וחב' ב-J Immunol משנת 1996, ו-Puri וחב' ב-Cancer משנת 2005).

יעדים תאיים של IL-4 במוח

IL-4 משחק תפקידים חשובים במוח, ואם כי הוא אינו גורם אנטי-דלקתי טהור הוא יכול בשיתוף פעולה עם מקרופאגים לייצר תגובה דלקתית (Major וחב' ב-J Immunol משנת 2002). מחקרים in vivo מראים שמינון גבוה כרוני או יצירת-יתר טרנסגנית של IL-4 גורמת להצטברות של AAMps, לביטוי-יתר של אינטרפרון-γ, לירידה ביצירה של ציטוקינים קדם-דלקתיים, להיסטיוציטוזיס, לאריתרו-פגוציטוזיס, להמטופויאזיס חוץ-מודולרי ולאיבוד משקל (Milner וחב' ב-Blood משנת 2010). נתונים אלה מצביעים על כך שההשפעות in vivo של IL-4 מורכבות, ותלויות בסביבה המקומית ומתווכות תהליכים שונים ברקמות שונות. המצב הוא אף יותר מורכב במוח המושפע בבירור מ-IL-4, אם כי רק מעט ידוע בדבר היכולת של הציטוקין הזה לפעול בפרנכימה המוחית. מיקרוגליה ואסטרוציטים ב-CNS נלמדו בהקשר של IL-4, אם כי התפקיד האפשרי בגירוי של נוירונים ושל אוליגו-דנדרוציטים אינו ברור לחלוטין.

מניפולציות תרפויטיות תוך שימוש ב-IL-4

תכשירים שמגבירים או שמעכבים את פעילות IL-4 נוצרו במרוצת השנים. אף על פי שלא ברור בהקשר התרפויטי שהגברת IL-4 תהיה תועלתית, נעשו ניסויים לייצר "superkines" של IL-4. קולטן IL-4 -type I מפגין קישור מוגבר של γc, ומפגין עלייה של פי 3–10 ביכולת של שפעול STAT6 (Junttila וחב' ב-Nature Chem Biol משנת 2012). אחת המולקולות בהקשר של תרפויטיקה, היא הנוגדן החד שבטי האנושי לחלוטין dupulumab, הנקשר לאפיטופ על פני שרשרת IL-4Rα, הנדרש ליצירת דימר, ולפיכך מעכב את הפעילויות של IL-4 ו-IL-13. Dupilumab אושר על ידי ה-FDA בשנת 2017 לטיפול של atopic dermatitis מתון עד חמור, ובהמשך לטיפול באסתמה מתונה עד חמורה עם פנוטיפ אאוזינופילי במטופלים מגיל 12 שנה ומעלה (Change ו-Nadeau ב-Cell משנת 2017, ו-Shirley ב-Drugs משנת 2017). נוגדן חד-שבטי אחר, lebrikizumab, החוסם את פעילות IL-13 אך לא את זאת של IL-4, נמצא יעיל בטיפול באסתמה (Corren וחב' ב-N Eng J Med משנת 2011). Pitrakinra הוא וריאנט של IL-4 אנושי, עם מוטציות ב-helix D, שהן קריטיות לדימריזציה של יצירת IL-4Rα עם γc או עם IL-13Rγ1, ולכן חוסם את האיתות על ידי IL-4 או על ידי IL-13. Pitrakinra נמצא בעל יעילות מסוימת בטיפול של חולי אסתמה בתת-קבוצה של מטופלים (Wenzel וחב' ב-Lancet משנת 2007). Tralokinumab הוא מעכב נוסף של IL-13.

פרט לתרפיות המבוססות על אנטי IL-4Rα, נמצאים במחקר תכשירים כגון omalizumab המכוונים כנגד Fc של IgE, כנגד תת-יחידה α של IL-5 (reslizumab ו-mepolizumab), וכנגד TSLP‏ (tezepelumab) (Mavissakalian ו-Brady ב-Clin Rev Allergy Immunol משנת 2010, ו-Chun ו-Lehman באותו כתב-עת מאותה שנה).

IL-4 ומקרופאגים

ידוע ש-IL-4 מווסת את הפנוטיפים של מקרופאגים (Stein וחב' ב-J Exp Med משנת 1992, Mosser ו-Edwards ב-Nature Rev Immunol משנת 2008, Martinez וחב' ב-Annu Rev Immunol משנת 2009, Ferrante וחב' ב-Inflammation משנת 2013, ו-Twum וחב' ב-J Leukoc Biol משנת 2017). כיוון שמקרופאגים הם מתווכים של חסינות הפונדקאי, ומשתתפים במגוון גדול של תהליכים פיזיולוגיים, כולל הומאוסטאזיס של רקמות ותיקונן, מחקרים עדכניים מתמקדים בהבנת אוכלוסיות של מקרופאגים בדלקת אלרגית, הדבקה על ידי נמטודות, סרטן, רגנרציה של שריר ותרמוגנזה (Shapouri-Moghaddam וחב' ב-J Cell Physiol משנת 2018, Kelly-Welch וחב' ב-J Immunol משנת 2004, Ford וחב' ב-BMC Immunol משנת 2012, Dasgupta וחב' ב-Sci Signal משנת 2016, ו-Girodet וחב' ב-Am J Respir Cell Mol Biol משנת 2016). קיים מקדם דלקת בקצה אחד של הספקטרום, ומקדם תיקון של רקמה בקצה הספקטרום האחר. פנוטיפים מקוטבים בחוזקה אלה תוארו לראשונה in vitro כאשר תוספת של של ציטוקינים רקומביננטים ספציפיים יכולים ל"דחוף" פנוטיפים בתמיסה למצב קיצוני. תאי M1 נמצאים באופן אופייני ברקמות במהלך הדבקה עם פתוגנים תוך-תאיים, בחשיפה למרכיבים על פני חיידקים, ובריכוזים גבוהים של אינטרפרון γ. לעומת זאת, תאי M2 מצויים בריכוז גבוה ברקמות עם ריכוזים גבוהים של IL-4 ו-IL-13, כפי שמוצאים בהדבקה עם תולעים טפיליות או בדלקת אלרגית. עם זאת, מעריכים שהטרוגניות של פנוטיפים מקרופאגיים מסובכת יותר in vivo, ושסמנים מסורתיים המשמשים להבדיל בין M1 ל-M2, כגון CD86 ו-CD206 בהתאמה, אינם מספיקים לפתור את התסבוכת של פנוטיפים מקרופאגיים in vivo (Martinez ו-Gordon ב-F1000Prime Rep משנת 2014). יתרה מזאת, המודלים המוגבלים של שמט ספציפי למקרופאגים או לשמט סלקטיבי מקשים להבין את התפקיד החד-ערכי של סוגים מסוימים של מקרופאגים בתהליכי מחלה (Vannella וחב' ב-PloS Pathol משנת 2014, Abram וחב' ב-J Immunol Methods משנת 2014, ו-McCubbrey וחב' ב-Front Immunol משנת 2017).

לשפר את הביטוי של סמנים על ידי אוכלוסיות מקרופאגים ברקמה, Summrrfield וחב' השתמשו בריצוף של RNA בתא בודד על מנת לאפיין מקרופאגים ברקמת שריר של עכבר העוברת תגובה לפציעה כתוצאה מתכשירים מקדמי פיברוזה, או תגובה מקדמת רגנרציה (Summerfield וחב' ב-Sci Immunol משנת 2019). חוקרים אלה זיהו שני פנוטיפים ייחודיים של מקרופאגים ברקמת שריר בכל אחד מהמצבים (F1 ו-F2, ו-R1 ו-R2). במצבים פיברוטיים, מקרופאגים של שריר, שאופיינו על ידי ביטוי גני כדוגמת CD9 (Martinez וחב' ב-Blood משנת 2013)

הקולטנים של IL-4

כפי שצוין למעלה, IL-4 פועל הן על תאים לימפו-המטופויאטים וכן על תאים שאינם לימפו-המטופויאטים. יש 2 סוגים של קולטנים ל-IL-4: הקולטן type I מורכב מ-IL-4Rα שמשקלו המולקולרי 140 קילו-דלטון ומ-γc והוא מבוטא על פני תאים לימפו-המטופויאטים, ואילו הקולטן type II של IL-4 הבנוי מ-IL-4Rα ומ- IL-13Rα1 מבוטא על תאים שאינם המטופויאטים ומשמש גם כקולטן תפקודי של IL-13 (Scholaret וחב' ב-Cell משנת 2008), ו-IL-4 כמו גם IL-13 פועלים דרך תת-קולטן זה. הביטוי של IL-4Rα נמוך יחסית, ותאים המגיבים ל-IL-4, לרוב מבטאים רק מספר מאות קולטנים מסוג זה בכל תא. לדוגמה, ישנם רק בערך 300 אתרי קישור על פני לימפוציטים "נחים", זאת אף על פי שמספר הקולטנים יכול לגדול פי-5 עד פי 10 במהלך השפעול של התאים. הקולטן של IL-4 ידוע כ-IL-4Rα. קולטן זה קיים בגוף בשלושה קומפלקסים שונים. קולטן type 1 מורכב מתת היחידה IL-4Rα עם שרשרת γ וקושר באופן ספציפי את IL-4. קולטן type 2 בנוי מתת היחידה IL-4Rα הקשורה לתת יחידה אחרת הידועה כ-IL-13Ralfa1. הקולטנים מסוג type 2 הם בעלי יכולת לקשור את IL-4 וגם את IL-13, שהם ציטוקינים בעלי תפקידים ביולוגיים דומים (Maes וחב' ב-Am J Respir Cell Mol Biol משנת 2012, ו-Chatila וחב' ב-Trends Mol Med משנת 2004).

בניסויים של רה-קונסטיטוציה נמצא ש-IL-4 נקשר ל-IL-Rα בזיקה גבוהה (Kd בערך של 266 פיקומולר) ובנוכחות של γc גדלה הזיקה ל-Kd של בערך 79 פיקומולר, ואילו כאשר קיימת אינטראקציה של IL-4-IL-Rα עם γc הזיקה של IL-4 לקולטנו נחלשת עד כדי Kd גדול מ-500 פיקומולר. הקולטן של IL-4 type II המכיל IL-4Rα ו-IL13Rα1, אינו מתבטא על תאי T בשלים אך מתבטא על סוגי תאים אחרים וסוגל להעביר איתותים באתם תאים. מעניין לציין שקולטנים type II מבוטאים על תאי T שאינם בשלים, כולל תאי Th1, וקולטנים אלה משחקים תפקיד בתיווך של אפופטוזיס בתאים אלה (Li וחב' ב-Immunity משנת 2004). הדיפרנציאלי של γc ושל IL-13Rα1 קובע האם IL-4 יאותת דרך הקולטן type I או דרך הקולטן type II, ו-IL-13 משתף השפעות עם IL-4 על התאים עם קולטני IL-4 type II. אכן IL-4 ו-IL-13 מקודדים על ידי גנים סמוכים על פני כרומוזום 11 של עכברים, ועל פני כרומוזום 5q31 באדם. בשני מינים אלה הגנים ממוקמים בין הגנים RAD50 ו-KIF3A, שהם תוצרי אותו גן קדמון.

מחלות אלרגיות

מפגעים אלה כוללים לדוגמה atopic dermatitis, אסתמה ואנפילקסיס סיסטמי. IL-4 מתווך בתפקודים חשובים תומכי דלקת באסתמה, כולל השריית רה-ארגון איזוטופי של ,IgE ביטוי של מולקולות ספיחה תאית על דופן כלי-דם, על ידי מולקולת VCAM-1, וסיוע לנדידה של אאוזינופילים דרך האנדותל. כמו כן, הפרשה של T-helper type 2 (להלן Th2), הגורמת להפרשת ציטוקינים.

גידולים סרטניים

ל-IL-4 יש השפעה משמעותית על התפתחות התהליך הסרטני. יצירה מוגברת של IL-4 נמצאה בסרטני השד, הערמונית, הריאות, תאי הכליה וסוגי סרטן נוספים (Li וחב' ב-Cancer Res משנת 2008) על ידי הגברת העמידות של תאי הסרטן לאפופטוזיס. ביטוי יתר של קולטנים ל-IL-4 מוצאים בתאי כליה ובגליובלסטומה קולטנים על פני כל תא.עם 10,000 עד 13,000 קולטנים על פני כל תא.

הוראות לביצוע הבדיקה

איסוף הדם במבחנה כימית (פקק אדום או צהוב, או במבחנת .SST גם מבחנת ג'ל מתקבלת. לאחר הסרכוז יש להעביר את הנסיוב למבחנת פלסטיק לצורך העברה למעבדה כנסיוב מוקפא. גם קבלת הדגימה בקירור מתקבלת. שיטת הבדיקה :Electrochemiluminescence.

ראו גם

• חזרה לדף מדריך בדיקות מעבדה
• בדיקות מעבדה - מערכת החיסון

המידע שבדף זה נכתב על ידי פרופ' בן-עמי סלע, המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-שומר;
החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב (יוצר הערך)