白細胞介素－21 抗腫瘤作用研究進展▲

覃建穎 曾建業(yè) 審校

(1 廣西醫(yī)科大學附屬南寧市第一人民醫(yī)院心胸外科，南寧市 530022，E－mail:496581998@qq.com;2 廣西醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院心胸外科，南寧市 530031)

細胞因子是由細胞分泌的一類蛋白質，主要影響淋巴細胞生成、增殖、分化的細胞因子群屬于Ⅰ型細胞因子，其中包括白細胞介素(interleukin，IL)－2、IL－4、IL－9、IL－15和IL－7［1］。2000 年，Ozaki 等［2］發(fā)現(xiàn)了一種新型Ⅰ類細胞因子受體－新穎的白介素受體(novel interleukin receptor，NILR);隨后，Parrish－Novak 等［3］通過功能性克隆技術發(fā)現(xiàn)了NILR 的配體，并命名為IL－21 和IL－21R。IL－21 屬于IL－2 細胞因子家族的一員，IL－21 受體與IL－4、IL－7、IL－9和IL－15 受體一樣，有一條共同的γ 鏈［4］。研究表明，IL－21 可調節(jié)機體的先天性和獲得性免疫反應，參與自身免疫性疾病、過敏反應和炎癥的發(fā)生發(fā)展，并具有重要的抗腫瘤作用。本文主要就IL－21 的抗腫瘤作用及其在腫瘤治療中的應用研究進展作一綜述。

1 IL－21 及其受體的分子結構及信號通路

IL－21 是一種具有四螺旋束的細胞因子，人IL－21 的基因位于染色體4q26－q27 上，成熟的IL－21 多肽包含131 個氨基酸殘基;鼠與人的IL－21 在基因結構上具有約60%的同源性［3］。像其他IL－2 類細胞因子一樣，如IL－2、IL－4、IL－7、IL－9 和IL－15［5］，IL－21R 由a 鏈(ac)和γ鏈(γc)組成，其中a 鏈為CD360，γ 鏈為CD132，其基因位于染色體16p11;IL－21 受體同樣是一種酪氨酸激酶，當與IL－21 結合，主要募集和活化兩面神激酶/信號傳導及轉錄激活因子(Janus kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT)傳導通路。首先，IL－21R活化JAK1 和JAK3，JAK 使下游的STAT 聚集和磷酸化(主要活化STAT3，也部分活化STAT1 和短暫活化STAT5a、STAT5b)［6］;然后STAT3 二聚體進入細胞核，激活目的基因轉錄，包括顆粒酶A(Gzma)、顆粒酶B(Gzmb)、B 細胞淋巴瘤6 蛋白(Bcl6)、孤獨核受體gt(Rorgt)、抑癌基因Bim、Prdm1、細胞因子信號抑制物1 和3(Socs1、Socs3)、IL－10、Maf、脫中胚蛋白(Eomes)等，行使相應的生物效應;其中Socs1、Socs3 還可下調JAK/STAT通路活性，起負反饋調節(jié)作用［7］。促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen－activated protein kinases，MAPK)和磷脂酰肌醇(－3)激酶(phosphotidylinositol3－kinase，PI3K)傳導通路也部分介導IL－21 的信號傳導［8］(圖1)。

圖1 IL－21 的信號通路

2 IL－21 的產生及IL－21R 的表達

IL－21 主要由CD4+T 細胞產生，另外自然殺傷T 細胞(natural killer T cell，NKT 細胞)、輔助性濾泡狀T(Tfh)細胞和CD8+T 細胞也可部分分泌，部分淋巴造血細胞也可少量分泌［9－12］。研究證明，IL－21R 主要分布于脾、胸腺、外周血和淋巴結［13］，并廣泛表達于骨髓系和淋巴系細胞群，主要表達于B 淋巴細胞表面，角質細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞(natural killer cell，NK 細胞)、NKT 細胞、CD4+T 細胞、CD8+T 細胞也可表達IL－21R［5］。可見，機體內的IL－21 失衡主要是引起機體免疫系統(tǒng)的異常。

3 IL－21 的抗腫瘤作用

IL－21 具有多效應性，可影響機體內的多種免疫細胞，包括NK 細胞、T 細胞、B 細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞等［4，7］，甚至內皮細胞(圖2)，調節(jié)機體的細胞免疫和體液免疫，抑制腫瘤內血管的生長，對腫瘤細胞起殺傷作用。體內抗腫瘤的細胞主要有NK 細胞、NKT 細胞和CD8+T 細胞。研究證明，腫瘤微環(huán)境內的免疫細胞對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉移具有非常的重要作用［14］。然而，腫瘤微環(huán)境內分泌的乳酸或各種酶可下調抗腫瘤細胞的活性，使腫瘤細胞逃逸機體免疫系統(tǒng)監(jiān)測［15］。相關研究顯示，增強體內腫瘤浸潤淋巴細胞(tumor infiltrating lymphocyte，TIL)和記憶性CD8+T 細胞的活性可抑制腫瘤的生長，起到抗腫瘤的作用［16］。IL－21 可提高NK細胞、NKT 細胞和CD8+T 細胞的抗腫瘤活性，抑制血管內皮細胞的生長，抑制腫瘤的生長及轉移。

圖2 IL－21 對各種細胞的影響

3.1 IL－21 對CD8+T 細胞的影響 IL－21 可促進CD8+T細胞增生和提高其抗腫瘤活性。Zeng 等［17］的實驗研究表明，IL－21 可促進老鼠記憶性和幼稚型CD8+T 細胞的增生，促使其分泌干擾素(IFN)－γ，特別是與IL－15 協(xié)同時其影響更強;而敲除IL－21R 基因的老鼠，CD8+T 細胞的增殖和細胞毒性功能受損。近年的研究發(fā)現(xiàn)，在IL－27的誘導和刺激下，人的幼稚型CD8+T 細胞可分泌IL－21，增加IFN－γ 分泌;IL－21 可促進CD8+T 細胞分泌顆粒酶B［18］。Williams 等［19］的實驗研究顯示，受HIV－1 型病毒感染的CD8+T 細胞可分泌IL－21。由此可推斷，IL－21可通過CD8+T 細胞表面的IL－21R 受體，刺激和活化CD8+T 細胞，促進IFN－γ、顆粒酶B 的產生，提高細胞毒性反應，殺傷腫瘤細胞，起到抗腫瘤作用，同時可促進IL－21 的產生，起到自分泌的作用。

3.2 IL－21 對NK 細胞的影響 Parrish－Novak 等［3］早期發(fā)現(xiàn)IL－21 可促進NK 細胞的增殖與成熟。隨后的研究表明，IL－21 可促進NK 細胞的分化與成熟，增強其細胞毒性，使IFN－γ 和穿孔素分泌增加，提高其抗腫瘤活性［4，7］。NK 細胞的抗腫瘤作用一直都是研究的熱點，但NK 細胞在機體內的比例小、體外擴增培養(yǎng)困難及其在體內存活時間有限等因素，限制著NK 細胞的抗腫瘤療效。Denman 等［20］指出，膜集合IL－21 的抗原提呈細胞可增強NK 細胞的增殖能力，提高細胞毒性作用，有效殺傷多種腫瘤細胞。Roda 等［21］發(fā)現(xiàn)，IL－21 可通過IL－21R促進NK 細胞分泌IFN－γ，增強NK 細胞對抗體包被腫瘤細胞的溶解及殺傷。由此可見，IL－21 可使NK 細胞的增值能力增強，并促進其分泌IFN－γ，增強NK 細胞的抗腫瘤作用。

3.3 IL－21 對NKT 細胞的影響 與NK 細胞相似，IL－21可促進NKT 細胞的分化和延長其存活時間，使顆粒酶B數(shù)量及大小增加，增強其細胞毒性，提高其抗腫瘤活性［4－5］。研究發(fā)現(xiàn)，IL－21 可與IL－2 或IL－15 具有協(xié)同作用，促進NKT 細胞的增殖及延長其存活時間，促進顆粒酶B 的產生;在CD3/CD8 抗體的刺激下，NKT 細胞還可通過自分泌產生更多IL－21［22］。Sakurai 等［23］通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，在過敏性鼻炎患者中，NKT 細胞可通過產生IL－21 和IFN－γ 來發(fā)揮抗過敏的作用。然而，最新的臨床研究顯示，在IV 期惡性黑色素瘤患者中，NKT 細胞比例下調;而通過IL－21 治療，可使機體內NKT 細胞維持在一個相對穩(wěn)定水平，但卻引起NKT 細胞分泌IFN－γ 和TNF 減 少［24］。不 過，IL－21 是 促 進 或 是 抑 制NKT 細胞產生IFN－γ 尚存在爭議，這可能與疾病及細胞來源不同有關，有待更多的實驗研究證實。

3.4 IL－21 對血管內皮細胞的抑制作用 腫瘤內血管的生長是腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉移的必需條件，因此抑制或阻斷腫瘤內血管的生成是治療腫瘤的方法之一。Castermans 等［25］的研究顯示，IL－21R 可表達于血管內皮細胞表面，與IL－21 結合，抑制腫瘤內血管的生長，起到限制腫瘤生長及轉移的作用［25］。IL－21 也可通過抑制促血管生長相關基因的表達來抑制血管的生成;IL－21 可使內皮細胞的STAT3 磷酸化水平功能降低;而STAT3在多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要的促進調節(jié)作用［26－27］。

4 IL－21 在腫瘤治療中的作用

早期的瘤鼠動物實驗運用IL－21 轉基因技術，通過對黑色素瘤和腎癌細胞的研究發(fā)現(xiàn)，IL－21 主要是通過活化NK 細胞和CD8+T 細胞，增強其細胞毒性反應，抑制腫瘤的生長及轉移［28］。與其他I 類細胞因子相比，如IL－2、IL－15，IL－21 有更強的活化CD8+T 細胞毒性作用，可激發(fā)更強的抗腫瘤作用［29］;IL－21 與IL－7 或IL－15 具有協(xié)調作用，可增強CD8+T 細胞的抗腫瘤作用［17］。Strengell 等［30］的研究表明，IL－21 與IL－18 具有協(xié)調作用，可促進CD8+T 細胞和NK 細胞分泌IFN－γ。目前，IL－2 具有較好的擴增TIL 的功能［31］，并有提高放療療效的作用［32］，因而常用于腎癌和黑色素瘤的免疫學治療［33］。然而，大劑量的IL－2 使用產生的毒性作用可對患者的心臟、肺、腎及神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴重損害，常常限制其臨床的廣泛使用［33－34］。相關研究表明，IL－21 對機體的損害和毒性作用較IL－2 ?。?1］。Sivakumar 等［35］在老鼠模型抗腫瘤實驗中發(fā)現(xiàn)，IL－2 可引起嚴重的毛細血管滲漏綜合征，而同劑量的IL－21 則明顯降低這一不良反應，具有良好的耐受性。目前，IL－21 已進入臨床治療性研究階段。研究發(fā)現(xiàn)，IL－21 對于治療轉移性黑色素瘤和腎細胞癌、復發(fā)性惰性非霍奇金淋巴瘤等具有較好的臨床效果［36－38］，均未發(fā)現(xiàn)嚴重不良反應。Steele 等［39］用西妥昔單抗和IL－21 對15 例已發(fā)生轉移的結直腸癌患者進行治療，結果60%患者病情穩(wěn)定，具有良好耐受性。

5 小 結

IL－21 對機體的先天性和獲得性免疫都具有重要的調節(jié)作用，主要涉及自身免疫性疾病、過敏反應、炎癥反應及抗腫瘤等諸多方面的研究。在抗腫瘤研究中，大量的動物實驗及體外研究發(fā)現(xiàn)，IL－21 主要是通過CD8+T細胞、NK 細胞和NKT 細胞的細胞毒性作用，分泌相應的細胞因子，殺傷腫瘤細胞，起到抗腫瘤的作用;同時IL－21 可抑制內皮細胞的生長，限制腫瘤內血管的生成，抑制腫瘤的生長及轉移。目前，IL－21 的臨床抗腫瘤試驗主要圍繞于黑色素瘤和腎細胞癌的研究，部分涉及直腸癌、非霍奇金淋巴瘤淋巴瘤、白血病和卵巢癌，而有關其他類型的腫瘤和癌癥，如肺癌、肝癌、胃癌等的研究則較少見報告。IL－21 在其他腫瘤或癌癥人體內的分布情況，及其與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及抗腫瘤活性等是否一致，有待更多的研究證實。雖然IL－21 對機體的毒性作用，如對心臟、腎、肺、神經(jīng)系統(tǒng)等的損害，較IL－2 小，可仍會使少部分患者發(fā)生重度的肝損傷及粒細胞的減少［36］。IL－21 對機體抗腫瘤的安全性和最佳劑量選擇等尚需大量臨床試驗進一步明確。

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