重组人白介素-36α(IL-36α,别名IL-1F6、FIL1ε)作为IL-1家族第6号成员,其工作机制呈现独特的双重蛋白酶依赖激活模式。与经典IL-1β不同,IL36A蛋白缺乏传统信号肽序列,通过非经典分泌途径释放。深入理解其从翻译后修饰到受体复合物组装的完整信号链条,对银屑病、类风湿关节炎等炎症研究的实验设计具指导价值。
IL-36α合成时以前体形式存在,全长158个氨基酸。其N端缺少前导肽,却包含一段特有的抑制性前域(1-13残基)。这段前域通过空间位阻掩盖成熟区的受体结合界面。胞内钙蛋白酶Calpain-1识别Asp13-Leu14位点,切除抑制性前域,产生145个氨基酸的成熟肽段。
剪切后的IL-36α N端序列为Met-Leu-Pro-Arg,形成完整的β三叶草折叠。第14位Met和第15位Leu构成疏水核心,Arg16与受体形成盐桥。实验显示,未剪切前体与IL-36R亲和力Kd仅为10??M,剪切后亲和力提升至10??M,信号活性增强1000倍。重组表达时,在N端添加FLAG标签会阻碍前域切除,导致蛋白活性下降90%,这种设计缺陷在商用IL36 alpha protein中常见。
成熟IL-36α结合IL-36R(IL-1RL2)的Ig样结构域D2和D3。IL-36R胞外段包含3个Ig样结构域,D1不参与配体结合,起空间间隔作用。配体结合后,D3结构域构象变化,暴露二聚化臂,招募IL-1RAcP(IL-1受体辅助蛋白)形成异源二聚体。
这个组装过程呈现浓度依赖的协同性。表面等离子共振显示,IL-36α与IL-36R单体结合Kd=5×10??M,而IL-1RAcP加入后复合物稳定性提升50倍(Kd≈10?1?M)。IL-36R表达水平决定细胞响应阈值。角质形成细胞受TNF-α刺激后,IL-36R mRNA上调20-30倍,使原本无响应的细胞变得高度敏感。
IL-36R的糖基化修饰调控信号强度。N-糖基化位点Asn144突变会导致受体滞留内质网,膜表达量下降70%。使用衣霉素抑制糖基化后,IL-36α诱导的NF-κB激活减弱60%。这种修饰对实验结果的批间一致性影响显著。
受体二聚化后,IL-36R和IL-1RAcP的TIR结构域间距精确控制在3-4nm,为MyD88提供双价结合位点。MyD88通过其N端死亡结构域(DD)形成螺旋状聚合物,每个聚合物包含6-8个MyD88分子。这种超分子结构组装是IL-36α信号区别于IL-1β的关键特征。
MyD88聚合物招募IRAK4激酶。IRAK4通过其DD结构域结合MyD88,随后磷酸化激活IRAK1和IRAK2。磷酸化的IRAKs从复合物解离,转化至细胞质激活TRAF6。这一过程呈现严格的时序性:IRAK4在刺激后5分钟达到峰值,IRAK1在10-15分钟,TRAF6激活则在30分钟。
IL-36α诱导的MyD88聚合物稳定性低于IL-1β。单分子成像显示,IL-36α刺激下MyD88聚合物的平均寿命为8-10分钟,而IL-1β刺激下可达20分钟。这种差异导致IL-36α信号持续时间较短,通常2-4小时回到基线,而IL-1β信号可持续6-8小时。
TRAF6作为E3泛素连接酶,催化自身和NEMO的K63连接多聚泛素化。活化的IKK复合物磷酸化IκBα的Ser32和Ser36位点,导致其泛素化降解。IL-36α刺激下,IκBα降解速度比IL-1β快2倍,刺激后15分钟即降解90%。
释放的NF-κB二聚体(主要为p65-p50)进入细胞核,结合炎症基因启动子的κB位点(5'-GGGRNNYYCC-3')。RNA-seq数据显示,IL-36α特异性上调IL-23A、IL-17C和CCL20基因,而对IL-6的诱导强度仅为IL-1β的40%。这种转录谱差异由共激活因子偏好性决定:IL-36α信号更多招募CBP/p300,而IL-1β信号偏向招募SRC-1。
IL-36α还激活RelB-p52非经典NF-κB通路。NIK激酶在刺激后60分钟积累,处理p100前体生成p52。这条通路特异性调控CCL19和CCL21表达,在皮肤T细胞趋化中起核心作用。使用NF-κB诱导激酶(NIK)抑制剂可阻断IL-36α的趋化功能,但不影响其促炎作用。
MyD88聚合物同时招募TAK1激酶。TAK1激活后磷酸化MKK3/6和MKK4/7,分别启动p38MAPK和JNK通路。IL-36α对p38α的激活强度是ERK1/2的3-4倍,这种偏好性与IL-1RAcP的C端序列相关。
p38MAPK磷酸化转录因子ATF2和AP-1组分c-Jun。IL-36α刺激下,磷酸化c-Jun在30分钟达到峰值,持续时间超过4小时。这种持续激活由MKP家族调控:IL-36α上调DUSP1表达的速度慢于IL-1β,导致p38MAPK去磷酸化延迟。
ERK通路通过Ras-MEK级联被激活,但IL-36α诱导的ERK磷酸化幅度仅为EGF的20%。这种弱激活不足以驱动细胞增殖,而是协同NF-κB增强炎症基因表达。使用MEK抑制剂U0126预处理,可使IL-36α诱导的IL-8表达下降50%,说明ERK通路起到信号放大器作用。
IL-36Ra(IL-1F5)是IL-36α的天然拮抗剂,结合IL-36R但不招募IL-1RAcP。它作为"抢占式抑制剂",与IL-36α竞争IL-36R。IL-36Ra与IL-36R亲和力Kd=2×10??M,与IL-36α相当,但结合后不会诱导受体构象变化。
IL-36Ra的表达水平调控信号阈值。正常皮肤中IL-36Ra/IL-36α摩尔比为10:1,确保信号静默。银屑病皮损中,IL-36α上调100倍,而IL-36Ra仅上调5倍,比例失衡至1:2,信号被解锁。这种失衡是疾病持续炎症的核心机制。
IL-36Ra自身需要N端剪切才能激活。未剪切的全长IL-36Ra无拮抗活性。角质形成细胞分泌的蛋白酶Cathepsin S在Leu10-Gln11位点剪切IL-36Ra,使其获得功能。这种双向剪切机制(同时激活激动剂和拮抗剂)构成精密的自调控回路。
角质形成细胞是IL-36α的主要靶细胞。IL-36α刺激后,IL-23A、IL-24和S100A7表达上调50-100倍。这些因子进一步激活Th17细胞,形成IL-23/IL-17正反馈环路。共培养实验显示,IL-36α处理的角质形成细胞使Th17细胞IL-17F分泌增加3倍。
巨噬细胞对IL-36α的响应依赖极化状态。M1型巨噬细胞高表达IL-36R,IL-36α刺激后TNF-α分泌增加5倍;M2型IL-36R表达低10倍,几乎无响应。这种差异使IL-36α成为调控巨噬细胞极化的潜在靶点。
成纤维细胞中IL-36α诱导的趋化因子谱与TNF-α高度重叠但强度较弱。IL-36α单独刺激使CCL2表达上调10倍,而TNF-α可达50倍。IL-36α与TNF-α联用产生协同效应,CCL2表达提升至200倍。这种协同是关节炎滑膜炎症的重要机制。
体外实验IL-36α的有效浓度范围为1-100 ng/mL。1 ng/mL激活NF-κB报告基因达到50%最大效应(EC50),10 ng/mL饱和受体(>90%最大效应)。SATB-2细胞(稳定表达IL-36R)的结合实验显示,Bmax约为50,000受体/细胞。
时间梯度设计需匹配信号动力学。NF-κB激活在30分钟达到峰值,2小时回到基线。IκBα降解检测应在15-30分钟取样。趋化因子mRNA表达在2-4小时达峰,蛋白分泌在6-12小时。48小时后的效应主要由次级细胞因子介导。
受体内化实验显示,100 ng/mL IL-36α刺激30分钟,IL-36R内吞率约40%。使用Dynasore抑制网格蛋白介导的内吞,可使IL-8表达提升30%,说明内化负调控信号强度。这种内化-恢复周期约4-6小时,影响长期刺激实验的设计。
IL-36α与IL-38(IL-1F10)共享IL-36R,但IL-38是部分激动剂。IL-38刺激下,NF-κB激活仅为IL-36α的20%,却更持久。IL-36α和IL-38共处理时,IL-38作为"信号缓冲剂",平滑IL-36α的脉冲式激活。
IL-1β可转激活IL-36信号。IL-1β预处理角质形成细胞24小时,使IL-36R表达上调3倍,IL-36α的响应性增强5倍。这种致敏效应在慢性炎症中放大整体炎症负荷。使用IL-1R拮抗剂Anakinra可同时抑制IL-1β和削弱IL-36α信号。
TLR配体(如LPS)与IL-36α产生协同。LPS激活的NF-κB为IL-36α启动子解聚染色质,使IL-36α诱导的转录效率提升2倍。这种协同在脓毒症模型中被证实是细胞因子风暴的驱动因素。同时阻断MyD88和TRIF通路可完全消除协同效应。