趨化因子及其受體在肝細(xì)胞癌微環(huán)境中的作用

陳 升 劉 嬌 張 新 謝渭芬

隨著對(duì)腫瘤研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞并非“孤軍奮戰(zhàn)”，它們可以招募周圍的間質(zhì)細(xì)胞形成一個(gè)新的整體，稱之為腫瘤微環(huán)境（TME）。腫瘤微環(huán)境是由腫瘤細(xì)胞、多種間質(zhì)細(xì)胞及其分泌的蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)等組成。肝細(xì)胞癌（以下簡稱肝癌）是中國常見惡性腫瘤之一，研究人員發(fā)現(xiàn)在肝癌的微環(huán)境中，趨化因子及其受體在促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖、招募免疫細(xì)胞進(jìn)入腫瘤微環(huán)境、重塑細(xì)胞外基質(zhì)及腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移等方面都發(fā)揮著重要的作用［1］。

1 趨化因子及其受體的結(jié)構(gòu)和分類

趨化因子是一類小分子蛋白，根據(jù)蛋白序列中保守性半胱氨酸（C）的數(shù)目及前兩個(gè)半胱氨酸之間的距離可分為CXC亞家族、CC亞家族、C亞家族和CX3C亞家族［2］。趨化因子的受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族，根據(jù)與不同配體的結(jié)合分為CC類受體（CCR）、CXC類受體（CXCR）、C受體（CR）和CX3C受體（CX3CR）。趨化因子通過與相應(yīng)受體結(jié)合來發(fā)揮其生物學(xué)功能，但趨化因子與受體結(jié)合存在冗余的現(xiàn)象，即一種趨化因子可以結(jié)合多種受體，而一種受體也可以結(jié)合多種趨化因子。當(dāng)趨化因子與相應(yīng)的受體結(jié)合后，G蛋白亞基Gα-1和Gβ-γ分離并激活磷脂酰肌醇激酶和鳥苷三磷酸酶Rho下游通路，最終導(dǎo)致細(xì)胞外的鈣離子內(nèi)流，觸發(fā)下游信號(hào)通路，引起多種生物學(xué)效應(yīng)。趨化因子根據(jù)其生物學(xué)功能又可分為維持穩(wěn)態(tài)的趨化因子和炎性反應(yīng)相關(guān)的趨化因子。維持穩(wěn)態(tài)的趨化因子在細(xì)胞的定植、次級(jí)淋巴器官的抗原遞呈和免疫監(jiān)視等生理情況下起著重要的作用。炎性反應(yīng)相關(guān)的趨化因子在組織炎性反應(yīng)情況下招募中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞進(jìn)入炎性組織，從而啟動(dòng)機(jī)體固有免疫反應(yīng)［3-4］。

2 趨化因子在肝癌微環(huán)境中的來源

在肝癌中，腫瘤細(xì)胞本身為趨化因子的重要來源之一，其通過分泌多種趨化因子來招募間質(zhì)細(xì)胞進(jìn)入腫瘤內(nèi)，形成肝癌微環(huán)境。Zhou等［5］的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng)的肝癌細(xì)胞（MHCC-97L、MHCC-97H、LM3）比轉(zhuǎn)移能力較弱的肝癌細(xì)胞（HepG2、PLC、Huh7）分泌更多的 CXCL5，并且在肝癌患者樣本中發(fā)現(xiàn)，CXCL5主要表達(dá)于肝癌實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)，還證實(shí)了肝癌細(xì)胞中CXCL5表達(dá)的強(qiáng)弱與瘤內(nèi)中性粒細(xì)胞浸潤程度及預(yù)后相關(guān)。

除了腫瘤細(xì)胞外，與腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞、庫普弗細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、激活的星狀細(xì)胞及肝竇內(nèi)皮細(xì)胞等均可合成和分泌趨化因子（見表1）。Matsubara等［6］等報(bào)道了CX3CL1不僅表達(dá)于肝癌細(xì)胞，還表達(dá)于肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和膽管細(xì)胞。Piqueras等［7］和 Zimmermann等［8］研究發(fā)現(xiàn)，通過CCR1和CCR5招募的CD14＋CD16＋單核細(xì)胞可以分泌CCL3、CCL4等多種細(xì)胞因子。Bai等［9］研究發(fā)現(xiàn)，骨髓間質(zhì)來源的HS-5細(xì)胞通過分泌CCL5來激活肝癌細(xì)胞（Huh7）PI3K／AKT通路和上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-2（MMP-2）的表達(dá)，從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲并抑制其凋亡。

表1 肝癌微環(huán)境中重要的趨化因子和受體

3 趨化因子與肝癌細(xì)胞的增殖

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)多種趨化因子在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖方面發(fā)揮著重要的作用。Cao等［25］檢測(cè)了48對(duì)肝癌與癌旁標(biāo)本中CXCL1的mRNA含量，發(fā)現(xiàn)Ⅰ～Ⅱ期患者中有51.4%的癌組織較癌旁組織表達(dá)升高，Ⅲ～Ⅳ期達(dá)72.7%；將肝癌細(xì)胞（7721、7402）過表達(dá)CXCL1或外源性加入CXCL1，均可明顯增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的增殖能力。Du等［26］研究發(fā)現(xiàn)，激活CCL20／CCR6趨化因子軸可以增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的增殖能力，下調(diào)CCR6則可抑制肝癌細(xì)胞的增殖。Shi等［27］報(bào)道了下調(diào)肝癌細(xì)胞（97L、LM3）趨化因子CC受體樣蛋白1（CCRL1）的表達(dá)后，可以抑制肝癌細(xì)胞的增殖并減慢皮下成瘤小鼠的腫瘤生長速度；同時(shí)腫瘤細(xì)胞分泌的CCL19和CCL21也隨之減少，抑制了其共同受體CCR7的活性和下游Akt／GSK-3β和 Wnt通路的激活；這說明CCRL1表達(dá)上升可以抑制具有促瘤能力的CCR7的活性，從而減慢了腫瘤的增殖速度。Ochoa-Callejero等［28］研究發(fā)現(xiàn)，CCR5拮抗劑maraviroc不僅可抑制CCL5／p38／ERK通路的激活，從而緩解乙硫氨酸誘導(dǎo)的小鼠肝癌細(xì)胞增殖，而且肝癌細(xì)胞的凋亡數(shù)量明顯增多。

4 趨化因子與肝癌的轉(zhuǎn)移和侵襲

趨化因子對(duì)肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲同樣起著重要的作用。Liu等［29］研究發(fā)現(xiàn)，CXCL12-CXCR4的激活可以促進(jìn)肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。Nagamine等［30］研究發(fā)現(xiàn)，巖藻多糖通過下調(diào)Huh7中CXCL12來達(dá)到抗腫瘤活性的作用。Uchida等［31］報(bào)道CCL20可以促進(jìn)CCR6高表達(dá)肝癌細(xì)胞（HepG2）形成偽足，肝癌組織中CCR6表達(dá)升高與癌細(xì)胞肝內(nèi)轉(zhuǎn)移及預(yù)后較差相關(guān)。Tian等［32］研究發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）可以結(jié)合在CXCL16轉(zhuǎn)錄活性區(qū)，啟動(dòng)CXCL16的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲，生存分析也顯示CXCL16表達(dá)高的患者預(yù)后較差。

趨化因子還可以誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞分泌MMP，對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜進(jìn)行降解，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力。Zhang等［33］研究發(fā)現(xiàn)，骨橋蛋白可以刺激肝癌細(xì)胞（SMMC7721、HepG2）合成 CXCR4和MMP-2，從而增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的侵襲能力。若下調(diào)CXCR4，則MMP-2表達(dá)下降，肝癌細(xì)胞的侵襲能力受到抑制。Shih等［34］報(bào)道了肝癌成血管細(xì)胞分泌的CCL2可以激活肝癌細(xì)胞的CCR2／JNK信號(hào)通路，使miR-21表達(dá)上調(diào)，從而誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）和MMP-9的釋放，最終使肝癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)。

在轉(zhuǎn)移性肝癌的研究中，Itatani等［35］報(bào)道了在人肝轉(zhuǎn)移的結(jié)腸癌細(xì)胞中，Smad4的缺失可以上調(diào)CCL15表達(dá)，CCL15可以招募能分泌 MMP-9的CCR1＋髓細(xì)胞進(jìn)入肝癌組織，從而促進(jìn)了癌細(xì)胞在肝內(nèi)的轉(zhuǎn)移。Zhao等［36］在小鼠結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移模型中發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞分泌的CCL2可以結(jié)合到骨髓來源且具有促進(jìn)肝癌增殖的CD11b／Gr1mid細(xì)胞表面的CCR2受體，從而招募其進(jìn)入肝癌組織內(nèi)，抑制CCL2分泌或沉默CD11b／Gr1mid細(xì)胞上的CCR2均可抑制腫瘤增殖，這說明CCL2-CCR2軸在招募這類特殊的細(xì)胞進(jìn)入肝癌組織內(nèi)起著重要的作用。然而對(duì)以上這些趨化因子及受體是否參與了肝癌器官特異性轉(zhuǎn)移尚無定論，因此在這方面進(jìn)一步研究將豐富肝癌器官特異性轉(zhuǎn)移的理論。

5 趨化因子與肝癌的血管生成

新生血管形成往往是腫瘤形成的標(biāo)志之一，新生血管為腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲創(chuàng)造了有利條件。肝癌是一種血管豐富的腫瘤，它的增殖、轉(zhuǎn)移很大程度上依賴血供范圍，趨化因子和受體在其中發(fā)揮了重要的作用。在CXC趨化因子家族中，含有谷氨酸-亮氨酸-精氨酸模序（ELR）的趨化因子（如CXCL8、CXCL1、CXCL5和 CXCL12）是有效的成血管因子，而缺少ELR模序的CXC類趨化因子（如CXCL4、CXCL9等）可以抑制血管生成，兩類趨化因子的平衡關(guān)系決定了瘤內(nèi)血管的內(nèi)皮細(xì)胞增生程度，進(jìn)而影響腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移［21，37］。

目前，許多研究圍繞CXCL12與血管生成的關(guān)系而展開。Li等［38］報(bào)道CXCL12和CXCR4在肝癌組織血管內(nèi)皮細(xì)胞中的表達(dá)均明顯上調(diào)，表明肝癌可以通過自分泌方式促進(jìn)血管生成；Siegel等［39］研究發(fā)現(xiàn)用bevacizumab治療肝癌后，患者循環(huán)血液中血管內(nèi)皮生長因子-A（VEGF-A）和CXCL12下降。Xue 等［40］用 CXCL12 刺 激 肝 癌 細(xì) 胞SMMC-7721，發(fā)現(xiàn)VEGF分泌增加；若沉默CXCR7則VEGF分泌減少，且裸鼠皮下成瘤的瘤體明顯縮小，血管指標(biāo)CD31表達(dá)也減弱；結(jié)果間接證實(shí)了CXCR7可能是CXCL12受體之一，激活CXCR7會(huì)促進(jìn)血管生成。

小鼠肝癌模型研究發(fā)現(xiàn)，通過尾靜脈注射胸腺瘤細(xì)胞后，CCR1基因敲除小鼠（CCR1-／-）肝轉(zhuǎn)移瘤的微血管密度明顯低于對(duì)照組［41］。Choi等［23］研究發(fā)現(xiàn)，若下調(diào)肝癌細(xì)胞CXCL8的表達(dá)，則VEGF分泌明顯減少，血管出芽能力減弱，小鼠瘤內(nèi)CD31、CD34、血管內(nèi)皮生長因子受體2（VEGFR2）及血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣黏蛋白（E-cadherin）等血管標(biāo)志物表達(dá)下降。

6 趨化因子與肝癌的炎性反應(yīng)

肝臟的慢性炎性反應(yīng)常伴隨著持續(xù)的肝損傷，不斷的損傷和再生會(huì)導(dǎo)致肝臟纖維化、硬化，直至肝癌。趨化因子與炎性反應(yīng)的關(guān)系密切，明確趨化因子在慢性肝損傷到肝癌發(fā)展過程中的作用，以及尋找能預(yù)測(cè)慢性肝臟炎性反應(yīng)惡變的趨化因子作為診斷依據(jù)，對(duì)肝癌的診治具有重要的意義。中性粒細(xì)胞作為腫瘤炎性微環(huán)境中典型的炎性細(xì)胞，可以分泌多種促炎介質(zhì)，參與抗炎反應(yīng)及隨后的組織重建等過程。Gao等［42］研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌組織標(biāo)本中的CXCR6表達(dá)明顯高于癌旁組織，CXCR6缺失會(huì)抑制Gr-1＋中性粒細(xì)胞浸潤和促炎因子白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、IL-6和IL-8產(chǎn)生，聯(lián)合檢測(cè)肝癌標(biāo)本中CXCR6與中性粒細(xì)胞的表達(dá)可以提高對(duì)生存和預(yù)后判斷的準(zhǔn)確性。Kuang等［43］研究發(fā)現(xiàn)，癌旁間質(zhì)中有促炎作用的IL-17＋細(xì)胞數(shù)量較癌組織明顯增多，用IL-17處理過的肝細(xì)胞或肝癌細(xì)胞可以明顯提高中性粒細(xì)胞的遷移能力，并且IL-17可以刺激肝臟血管內(nèi)皮細(xì)胞CXCL1、CXCL5等數(shù)種CXC類趨化因子表達(dá)明顯上調(diào)，但CC類趨化因子表達(dá)并未上調(diào)。如果抑制內(nèi)皮細(xì)胞表面的CXCR1和CXCR2，則中性粒細(xì)胞遷移能力明顯下降。以上結(jié)果說明IL-17可以通過血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的CXC類趨化因子來促進(jìn)中性粒細(xì)胞進(jìn)入肝癌組織發(fā)揮抗炎作用。

7 趨化因子與肝癌的免疫

目前有研究發(fā)現(xiàn)，與肝癌相關(guān)的免疫細(xì)胞包括庫普弗細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，肝臟特有的肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞和肝細(xì)胞都可以作為抗原遞呈細(xì)胞，這種特殊的微環(huán)境也影響了由趨化因子介導(dǎo)的免疫細(xì)胞的招募過程［44］。Tang等［45］用過表達(dá)CX3CL1的小鼠肝癌細(xì)胞對(duì)小鼠進(jìn)行皮下成瘤，發(fā)現(xiàn)CX3CL1可誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生腫瘤特異性的CD4＋CD8＋細(xì)胞毒性T細(xì)胞，其分泌IL-2可明顯減慢腫瘤的生長速度。有研究已證實(shí)，CCL21可以招募樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞以減弱腫瘤細(xì)胞介導(dǎo)的免疫抑制作用［46］。在此基礎(chǔ)上，Zhou等［47］在肝癌小鼠腹腔內(nèi)注射抗CD25鼠單克隆抗體（PC61）以去除小鼠體內(nèi)的Treg細(xì)胞，并聯(lián)合注射CCL21，發(fā)現(xiàn)腫瘤的血管生成和癌細(xì)胞增殖受到抑制，且瘤內(nèi)的CD4＋CD8＋細(xì)胞毒性 T細(xì)胞和CD11C＋樹突狀細(xì)胞數(shù)量增加，具有免疫抑制功能的IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）釋放減少，最終小鼠的生存時(shí)間延長，說明去除小鼠體內(nèi)Treg細(xì)胞可以增強(qiáng)CCL21的抗腫瘤作用。Marukawa等［48］用過表達(dá)CCL2的肝癌細(xì)胞在小鼠體內(nèi)進(jìn)行皮下成瘤，發(fā)現(xiàn)瘤塊內(nèi)的 Mac-1＋巨噬細(xì)胞、CD4＋CD8＋T淋巴細(xì)胞數(shù)量增加，腫瘤壞死因子-α（TNF-α）表達(dá)明顯升高，瘤體較對(duì)照組明顯縮小，說明CCL2可以招募并激活巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞以達(dá)到抗腫瘤增殖的目的。

8 結(jié)語

肝癌的預(yù)后不良且缺乏有效的治療手段，學(xué)者們致力于尋找新的治療靶點(diǎn)和治療手段。以往的研究表明了趨化因子及其受體在肝癌的發(fā)病機(jī)制中起著舉足輕重的作用。目前針對(duì)肝臟疾病的趨化因子拮抗劑已在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中初見成效，但令人遺憾的是，趨化因子對(duì)肝癌的發(fā)生發(fā)展既有抑制也有促進(jìn)，基于肝癌趨化因子及其受體的拮抗劑研究目前尚處于起步階段。其中CXCL12-CXCR4軸的抑制劑研究得較多，特別是在防止腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)方面的研究前景較為光明。肝癌趨化因子或受體的拮抗劑應(yīng)用于臨床需注意：（1）趨化因子拮抗劑可能會(huì)延遲人體正常炎性反應(yīng)；（2）由于趨化因子及其受體存在冗余現(xiàn)象，抑制其中一對(duì)趨化因子及受體可能會(huì)反饋增強(qiáng)其他受體的活性；（3）明確合適的靶趨化因子軸進(jìn)行治療以及藥物劑量至關(guān)重要。相信隨著對(duì)趨化因子及其受體作用機(jī)制的研究和對(duì)肝癌發(fā)病機(jī)制和發(fā)展過程了解的不斷深入，必將為新藥的研發(fā)提供新的方向。

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