IL-13 heeft effecten op immuuncellen die vergelijkbaar zijn met die van het nauw verwante cytokine IL-4. Men vermoedt echter dat IL-13 de centrale mediator is van de fysiologische veranderingen die door allergische ontsteking in veel weefsels worden veroorzaakt.
Hoewel IL-13 vooral in verband wordt gebracht met de inductie van luchtwegaandoeningen, heeft het ook anti-inflammatoire eigenschappen. IL-13 induceert een klasse van eiwitafbrekende enzymen, bekend als matrix metalloproteinasen (MMP’s), in de luchtwegen. Deze enzymen zijn nodig om agressie van parenchymale ontstekingscellen in het lumen van de luchtwegen te induceren, waar zij vervolgens worden opgeruimd. IL-13 induceert onder andere deze MMP’s als onderdeel van een mechanisme dat beschermt tegen buitensporige allergische ontsteking die vatbaar is voor verstikking.
Van IL-13 is bekend dat het veranderingen in hematopoietische cellen induceert, maar deze effecten zijn waarschijnlijk minder belangrijk dan die van IL-4. Bovendien kan IL-13 de secretie van immunoglobuline E (IgE) door geactiveerde menselijke B-cellen induceren. Schrapping van IL-13 bij muizen heeft geen duidelijk effect op de ontwikkeling van Th2-cellen of op antigeenspecifieke IgE-responsen die door krachtige allergenen worden geïnduceerd. In vergelijking daarmee deactiveert verwijdering van IL-4 deze reacties. In plaats van een lymfoïde cytokine fungeert IL-13 dus meer als een moleculaire brug die allergische ontstekingscellen verbindt met de niet-immuuncellen die ermee in contact komen, waardoor de fysiologische functie wordt veranderd.
De signalering van IL-13 begint via een gedeelde multi-subunit receptor met IL-4. Deze receptor is een heterodifferentiaal van IL-13. Deze receptor is een heterodimer receptorcomplex bestaande uit alpha IL-4 receptor (IL-4Rα) en alpha Interleukin-13 receptor (IL-13R1). De hoge affiniteit van IL-13 voor de IL-13R1 leidt tot hun bindingsvorming, die de waarschijnlijkheid van een heterodimeervorming met IL-4R1 en de productie van de type 2 IL-4 receptor nog vergroot. Heterodimerisatie activeert zowel de STAT6 als de IRS. STAT6-signalering is belangrijk bij de initiatie van de allergische reactie. De meeste biologische effecten van IL-13 zijn, net als die van IL-4, gekoppeld aan één transcriptiefactor, de signaaltransducer en activator van transcriptie 6 (STAT6). Interleukine-13 en de daarmee geassocieerde receptoren met de α-subeenheid van de IL-4-receptor (IL-4Rα) maken de downstream activering van STAT6 mogelijk. De JAK Janus kinase-eiwitten aan het cytoplasmatische uiteinde van de receptoren zorgen voor de fosforylering van STAT6, dat vervolgens een geactiveerd homodimeer vormt en naar de kern wordt getransporteerd. Eenmaal in de kern reguleert het STAT6 heterodimeermolecuul de genexpressie van celtypes die van cruciaal belang zijn voor het evenwicht tussen de immuunafweer van de gastheer en allergische ontstekingsreacties, zoals de ontwikkeling van Th2. Dit kan het gevolg zijn van een allergische reactie die ontstaat wanneer men geconfronteerd wordt met een Ala-gen. IL-13 bindt zich ook aan een andere receptor die bekend staat als IL-13Rα2. IL-13Rα2 (die als decoy-receptor wordt aangeduid) is afkomstig van Th2-cellen en is een pleotroop immuunregulerend cytokine. IL-13 heeft een grotere affiniteit (50-maal) voor IL-13Rα2 dan voor IL-13Ra1. De IL-13Rα2-subeenheid bindt alleen aan IL-13 en bestaat bij muizen zowel in membraangebonden als in oplosbare vorm. Een oplosbare vorm van IL-13Rα2 is bij de mens niet aangetoond. Studies van IL-13 transgene muizenlongen met IL-13Rα2 null loci toonden aan dat IL-13Rα2 deficiëntie IL-13 of ovalbumine-geïnduceerde pulmonale ontsteking en remodellering significant versterkte. De meeste normale cellen, zoals immuuncellen of endotheelcellen, brengen zeer lage of niet detecteerbare niveaus van IL-13 receptoren tot expressie. Onderzoek heeft aangetoond dat de expressie van IL-13Rα2 op het celoppervlak van menselijke astmatische luchtwegfibroblasten verminderd was vergeleken met de expressie op normale controle luchtwegfibroblasten. Dit ondersteunde de hypothese dat IL-13Rα2 een negatieve regulator is van IL-13-geïnduceerde respons en illustreerde een significant verminderde productie van TGF-β1 en afzetting van collageen in de longen van muizen.
Interleukine-13 heeft een kritieke rol in de metaplasie van de gobletcellen. Gobletcellen zijn gevuld met mucine (MUC). MUC5AC Mucine 5AC is een gelachtig mucinproduct van gobletcellen. Interleukine-13 induceert de differentiatie van gobletcellen en maakt de productie van MUC5AC in tracheaal epitheel mogelijk. 15-Lipoxygenase-1 (15LO1), een enzym in het vetzuurmetabolisme, en zijn metaboliet, 15-HETE, komen sterk tot expressie bij astma (wat leidt tot de overexpressie van MUC5AC) en worden geïnduceerd door IL-13 in menselijke luchtwegepitheelcellen. Met het toenemend aantal gobletcellen, is er de productie van overmatig slijm in de bronchiën. De functionele gevolgen van de veranderingen in MUC opslag en secretie draagt bij tot de pathofysiologische mechanismen voor verschillende klinische afwijkingen bij astmatische patiënten, waaronder sputum productie, vernauwing van de luchtwegen, exacerbatie en versneld verlies van longfunctie.
Bovendien is aangetoond dat IL-13 een krachtig fibrogeen programma induceert tijdens het verloop van verschillende ziekten die gekenmerkt worden door verhoogde type 2 cytokines zoals chronische schistosomiasis en atopische dermatitis onder andere. Er is gesuggereerd dat dit fibrogene programma kritisch afhankelijk is van directe IL-13 signalering via IL-4Rα op PDGFRβ+ fibroblasten.