TLR在腫瘤中的作用

楊 波 袁東亞 張 敏

TLR在腫瘤中的作用

楊 波 袁東亞 張 敏

Toll樣受體蛋白在非特異性免疫中的發(fā)揮著重要的作用，也是非特異性免疫和特異性免疫之間的紐帶。TLRs可以識別微生物上的保守結(jié)構(gòu)的分子，從而激活機體產(chǎn)生免疫應(yīng)答，為機體識別微生物、病毒等提供了重要的作用。除此之外，TLRs還有許多未知的作用。本文主要綜述從Toll樣受體的功能與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來探討TLRs與腫瘤在免疫逃逸、癌變過程中的表達(dá)和其在治療中作用的進(jìn)展。

Toll受體；TLRs信號通路；免疫逃逸

最早發(fā)現(xiàn)Toll樣受體的是Medzhitov，他在1997年發(fā)現(xiàn)與果蠅同源的人類的Toll樣受體蛋白，即Toll樣受體4（TLR4）[1]。此次的發(fā)現(xiàn)，為研究TLRs奠定了基礎(chǔ)和具有重要的意義。到目前為止，共有13種TLRs受體被發(fā)現(xiàn)，即TLR1-13。

1 TLRs的結(jié)構(gòu)與功能

Toll樣受體（Toll like receptors，TLRs）是一種新發(fā)現(xiàn)的I型的跨膜蛋白，是種新的模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）其被認(rèn)為是天然免疫與獲得性免疫之間的紐帶，TLRs激活人體固有免疫以及釋放炎癥，是通過辨別病原相關(guān)的分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）和一些內(nèi)源性配體從而誘發(fā)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)參與機體免疫疾病[2]。

TLRs的結(jié)構(gòu)主要分為胞外段、跨膜區(qū)、胞內(nèi)段。胞外段主要是含有大量的亮氨酸重復(fù)序列，其主要是由550-980個氨基酸所組成，可以識別大多數(shù)的病原體表面分子標(biāo)志；跨膜區(qū)是富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)；胞內(nèi)段與IL-1受體同源，又稱作Toll/IL-1受體(TIR)，大約由20個氨基酸組成[3]。TIR是細(xì)胞內(nèi)信號的起始部位[4]。其主要高表達(dá)在抗原提呈細(xì)胞表面如：巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞，然而TLR3、TLR7、TLR8和TLR9主要表達(dá)在核內(nèi)體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[5]。

2 Toll樣受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

目前，大家主要將TLRs的信號通路分為兩個途徑[6]：髓樣分化因88(MyD88)依賴途徑與MyD88非依賴途徑。

除TLR3以外，其他的TLRs的信號通路的啟動途徑主要是依賴MYD88信號通路[7]。MyD88依賴性通路主要是通過IL-1受體相關(guān)激酶（IRAK）介導(dǎo)生成NF-кB，而NF-кB等相關(guān)基因通過磷酸化引起易位，從而導(dǎo)致MAPK通路激活，來誘導(dǎo)生成AP-1，同時產(chǎn)生一些炎性細(xì)胞因子。

而非依賴性的MyD88途徑，主要是通過召募β干擾素TLR結(jié)構(gòu)域的接頭蛋白，來活化NF-кB與干攏素調(diào)節(jié)因子3（interferon regulatory factor 3，IRF3）的通路,引起IFN-I及炎癥因子的釋放。

3 TLRs與在腫瘤免疫中的作用

3.1 TLRs在癌前病變中表達(dá)的轉(zhuǎn)變 在正常的機體環(huán)境當(dāng)中，TLR2、TLR4和TLR5主要表達(dá)于細(xì)胞膜。在機體發(fā)育異常期間，其表達(dá)變得加強和更加趨向于細(xì)胞質(zhì)中例如：在TLR5和正常食管的上皮組織向癌轉(zhuǎn)變的情況下，呈現(xiàn)出這樣的轉(zhuǎn)變的表達(dá)模式：在正常的食管上皮細(xì)胞中，TLR5的表達(dá)主要是表現(xiàn)在基底外側(cè)的細(xì)胞質(zhì)膜上和基底細(xì)胞質(zhì)[8]。然而當(dāng)發(fā)育異常時，TLR5這樣兩極似的表達(dá)方式會停止，其表達(dá)方式也變得更加的擴散。在食管腺癌中，TLR5與發(fā)育不良的柱狀上皮相比，其著色強度變?nèi)?，但是它遵循相同的擴散染色模式[8]。在正常的口腔上皮組織中，TLR5也在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)，但是與口腔上皮癌組織中的TLR5相比，TLR5在細(xì)胞質(zhì)中的表達(dá)要比在正常的口腔上皮組織中更強[9]。

TLRs這種更強和更加擴散的表達(dá)現(xiàn)象，也出現(xiàn)在其他的TLRs亞型和癌癥類型。僅有少量的TLR4在正常的結(jié)腸黏膜內(nèi)表達(dá)具有活性。在發(fā)育異常的結(jié)腸和腺癌的組織中，TLR4表達(dá)變得更加明顯，其在細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞膜的表達(dá)也變得更強和更具擴散[10]。在胃柱狀上皮異常增生的TLR2和TLR4，惡性腺瘤以及甲狀腺癌濾泡的TLR2和TLR4，它們的TLR2、TLR4和TLR5遵循與結(jié)腸腺癌相同的細(xì)胞基質(zhì)的擴散模式[11-13]。

在結(jié)腸和胃部的異常柱狀上皮，其TLRs拮抗劑的水平和Toll相互作用蛋白（TOLLIP）下降，然而TLRs的表達(dá)趨向于更加的擴散和趨向于細(xì)胞質(zhì)中。正常的TOLLIP通路會導(dǎo)致過量的TLRs下降。TOLLIP通路的破壞將會造成TLRs的表達(dá)過量和改變[11-12]。

DAMPs（損傷相關(guān)分子模式）引起機體的免疫反應(yīng)，是通過結(jié)合到細(xì)胞膜或當(dāng)細(xì)胞膜被破壞時，使其釋放到細(xì)胞外基質(zhì)來引起機體的免疫反應(yīng)[14-15]。DAMPs可以與免疫系統(tǒng)相互作用來抑制腫瘤，但是在另一方面，DAMPs也可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[16]。

在正常的情況下，DAMPs是被限制在正常細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中[15]，但是在腫瘤細(xì)胞中它可以過量的表達(dá)，也可以改變它的細(xì)胞內(nèi)定位。例如，在腫瘤中，這正常的細(xì)胞核DAMP分子HMGB1在細(xì)胞質(zhì)中過量的表達(dá)[17-18]。TLR2、TLR4和TLR9是HMGB1的靶受體，它的激活可以啟動級聯(lián)反應(yīng)，例如，經(jīng)由細(xì)胞內(nèi)的通路引導(dǎo)促炎因子，促進(jìn)血管的新生，刺激細(xì)胞遷移[19]。先前TLRs在細(xì)胞質(zhì)中過量的表達(dá)對于細(xì)胞膜的重新分配是作為一個儲備功能，其被細(xì)胞外的配體激活，例如細(xì)菌[11-12]。但是我們可以假設(shè)，過量表達(dá)的和在癌細(xì)胞質(zhì)中重新定位的TLRs可能也是由細(xì)胞質(zhì)的DAMP配體所激活的，而DAMP配體同樣的過度表達(dá)和重新定位在細(xì)胞質(zhì)。除了正常的炎癥性的級聯(lián)以外，這種異常的和連續(xù)的細(xì)胞內(nèi)TLRs刺激可以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)展，然而這細(xì)胞質(zhì)的TLRs的作用還是需要進(jìn)一步的研究的。

3.2 TLRs在腫瘤逃逸中的作用 研究發(fā)現(xiàn)，促炎癥信號一般是降低適應(yīng)性免疫應(yīng)答的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。而TLRs信號通路會引起一種轉(zhuǎn)變，即會導(dǎo)致這種適應(yīng)性免疫應(yīng)答從抗腫瘤作用轉(zhuǎn)變到致癌作用，通過影響這種平衡而朝向炎癥和抗腫瘤免疫抑制發(fā)展。直接的激活TLRs會產(chǎn)生免疫抑制細(xì)胞因子IL-10和TGF-β[20-21]，以及增加副性免疫調(diào)節(jié)表面分子PD-L1和HLA-G的表達(dá)[22-24]，這些分泌細(xì)胞因子和表面蛋白會使免疫細(xì)胞產(chǎn)生免疫耐受。

3.3 TLRs與腫瘤放射療法 放射治療是治療多種實體腫瘤的主要方法，包括胃腸道腫瘤。多個癌癥模型也提供了足夠的證據(jù)顯示，一些有效的電離輻射不僅是促進(jìn)對局部腫瘤控制，也是促進(jìn)局部和系統(tǒng)性抗腫瘤免疫[25-28]。潛在的輻射效應(yīng)，即在腫瘤內(nèi)誘導(dǎo)一種促炎微環(huán)境和釋放可以被APC處理和提呈的腫瘤抗原,因此作為一種內(nèi)在的腫瘤疫苗接種。相對于經(jīng)典的腫瘤疫苗,放射誘導(dǎo)針對多個抗原表位的免疫反應(yīng)。當(dāng)腫瘤是雜交瘤時,這多克隆免疫反應(yīng)可能通過下調(diào)靶抗原來阻止腫瘤逃逸。電離輻射和促炎藥物如TLR配體，可能通過協(xié)同作用促進(jìn)免疫系統(tǒng)根除腫瘤[29-30]。因為TLRs可以敏銳的識別危險信號，所以可以利用其配體作為免疫佐劑，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展的過程中產(chǎn)生足夠的危險信號來活化機體的固有免疫系統(tǒng)，從而激活機體免疫系統(tǒng)清除腫瘤細(xì)胞。

在Scholch的研究中發(fā)現(xiàn)[31]，放療除了可以引起局部的細(xì)胞毒性活動以外，也可能引起局部和全身抗腫瘤免疫反應(yīng),其也有可能被免疫治療劑增強，即Toll樣受體激動劑(TLR)7/8。因此用放射療法和TLR7/TLR8的激動劑組合治療小鼠模型的結(jié)直腸癌和胰腺癌得到了明顯的效果，其原理是放射治療提供腫瘤抗原,而TLR7/TLR8受體激動劑會刺激APC去處理和提呈這些抗原，從而來誘發(fā)和增強機體抗腫瘤的免疫反應(yīng)。其NK細(xì)胞和CD8+細(xì)胞產(chǎn)生抗癌作用，而CD8+T細(xì)胞占主導(dǎo)作用，其中DC是其中的關(guān)鍵點?？偟膩碚f，TLR7/TLR8受體激動劑似乎對放療是有效的佐劑,其誘導(dǎo)強烈的局部和全身性的系統(tǒng)性免疫反應(yīng)，來應(yīng)對常規(guī)治療釋放的腫瘤抗原。同樣在Dovedi[32]和Adlard[33]的研究中用的相似的方法，即用放射和TLR7/TLR8受體激動劑來治療其他的腫瘤模型，其也得到了顯著的療效。

4 展望

雖然細(xì)胞質(zhì)的中TLRs的作用和腫瘤表達(dá)的TLRs都有助于腫瘤的免疫逃逸，但是其發(fā)生發(fā)展的機制都需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究，通過對TLRs在腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用的探索，可進(jìn)一步了解腫瘤性疾病發(fā)生發(fā)展的機制與治療。

[1] Medzhitov R,Preston-Hurlburt P,Janeway CJ.A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity[J].Nature, 1997,388(6640):394-397.

[2] Kawai T,Akira S.The role of pattern-recognition receptors in innate immunity:update on Toll-like receptors[J].Nat Immunol,2010,11(5): 373-384.

[3] Seitz M.Toll-like receptors:sensors of the innate immune system[J]. Allergy,2003,58(12):1247-1249.

[4] Dunne AO,Neill LAJ.The Interleukin-1 Receptor/Toll-Like Receptor Superfamily:Signal Transduction During Inflammation and Host Defense[J]. Science Signaling,2003,2003(171):e3.

[5] Kumar H,Kawai T,Akira S.Toll-like receptors and innate immunity[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications,2009, 388(4):621-625.

[6] Takeda K,Akira S.TLR signaling pathways[J].Semin Immunol,2004, 16(1):3-9.

[7] Compagno M,Lim WK,Grunn A,et al.Mutations of multiple genes cause deregulation of NF-[kgr]B in diffuse large B-cell lymphoma[J].Nature, 2009,459(7247):717-721.

[8] Helminen O,Huhta H,Takala H,et al.Increased Toll-like receptor 5 expression indicates esophageal columnar dysplasia[J].Virchows Archiv, 2014,464(1):11-18.

[9] Kauppila JH,Mattila AE,Karttunen TJ,et al.Toll-like receptor 5 (TLR5) expression is a novel predictive marker for recurrence and survival in squamous cell carcinoma of the tongue[J].British Journal of Cancer, 2013,108(3):638-643.

[10] Wang EL,Qian ZR,Nakasono M,et al.High expression of Toll-like receptor 4/myeloid differentiation factor 88 signals correlates with poor prognosis in colorectal cancer[J].Br J Cancer,2010,102(5):908-915.

[11] Pimentel-Nunes P,Gonalves N,Boal-Carvalho I,et al.Decreased Tollinteracting protein and peroxisome proliferator-activated receptor γ are associated with increased expression of Toll-like receptors in colon carcinogenesis[J].Journal of Clinical Pathology,2012,65(4):302-308.

[12] Pimentel-Nunes P,Gonalves N,Boal-Carvalho I,et al.Helicobacter pylori Induces Increased Expression of Toll-Like Receptors and Decreased Toll-Interacting Protein in Gastric Mucosa that Persists Throughout Gastric Carcinogenesis[J].Helicobacter,2013,18(1):22-32.

[13] Hagstro..m J,Heikkila..A,Siironen P,et al.TLR-4 expression and decrease in chronic inflammation:indicators of aggressive follicular thyroid carcinoma[J].Journal of Clinical Pathology,2012,65(4):333-338.

[14] Obeid M,Tesniere A,Ghiringhelli F,et al.Calreticulin exposure dictates the immunogenicity of cancer cell death[J].Nature Medicine,2007,13(1):54-61.

[15] Shi Y,Zheng W,Rock KL.Cell injury releases endogenous adjuvants that stimulate cytotoxic T cell responses[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2000,97(26):14590-14595.

[16] Krysko O,Love Aaes T,Bachert C,et al.Many faces of DAMPs in cancer therapy[J].Cell Death & Disease,2013,4(5):e631.

[17] Castellani P,Balza E,Rubartelli A.Inflammation,DAMPs,Tumor Development, and Progression:A Vicious Circle Orchestrated by Redox Signaling[J]. Antioxidants & Redox Signaling,2014,20(7):1086-1097.

[18] Jube S,Rivera ZS,Bianchi ME,et al.Cancer Cell Secretion of the DAMP Protein HMGB1 Supports Progression in Malignant Mesothelioma[J].Cancer Research,2012,72(13):3290-3301.

[19] Kang R,Zhang Q,Zeh HJ,et al.HMGB1 in Cancer:Good,Bad,or Both?[J]. Clinical Cancer Research,2013,19(15):4046-4057.

[20] Ridnour LA,Cheng RY,Switzer CH,et al.Molecular pathways:tolllike receptors in the tumor microenvironment-poor prognosis or new therapeutic opportunity[J].Clin Cancer Res,2013,19(6):1340-1346.

[21] Lu H.TLR Agonists for Cancer Immunotherapy:Tipping the Balance between the Immune Stimulatory and Inhibitory Effects[J].Front Immunol,2014,5:83.

[22] Yu L,Wang L,Chen S.Dual character of Toll-like receptor signaling:Protumorigenic effects and anti-tumor functions[J].Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Cancer,2013,1835(2):144-154.

[23] Huang B,Zhao J,Unkeless JC,et al.TLR signaling by tumor and immune cells:a double-edged sword[J].2008,27(2):218-224.

[24] Huang B,Zhao J,Li H,et al.Toll-like receptors on tumor cells facilitate evasion of immune surveillance[J].Cancer Res,2005,65(12):5009-5014.

[25] Formenti SC,Demaria S.Combining radiotherapy and cancer immunotherapy: a paradigm shift[J].J Natl Cancer Inst,2013,105(4):256-265.

[26] Kalbasi A,June CH,Haas N,et al.Radiation and immunotherapy:a synergistic combination[J].J Clin Invest,2013,123(7):2756-2763.

[27] Finkelstein SE,Fishman M.Clinical opportunities in combining immunotherapy with radiation therapy[J].Front Oncol,2012,2:169.

[28] Ro..del F,Frey B,Multhoff G,et al.Contribution of the immune system to bystander and non-targeted effects of ionizing radiation[J].Cancer Letters, 2013,356(1):105-113.

[29] Klug F,Prakash H,Huber PE,et al.Low-dose irradiation programs macrophage differentiation to an iNOS(+)/M1 phenotype that orchestrates effective T cell immunotherapy[J].Cancer Cell,2013,24(5):589-602.

[30] Garbi N,Arnold B,Gordon S,et al.CpG motifs as proinflammatory factors render autochthonous tumors permissive for infiltration and destruction[J]. J Immunol,2004,172(10):5861-5869.

[31] Scholch S,Rauber C,Tietz A,et al.Radiotherapy combined with TLR7/8 activation induces strong immune responses against gastrointestinal tumors[J].Oncotarget,2015,6(7):4663-4676.

[32] Dovedi SJ,Melis MH,Wilkinson RW,et al.Systemic delivery of a TLR7 agonist in combination with radiation primes durable antitumor immune responses in mouse models of lymphoma[J].Blood,2013,121(2):251-259.

[33] Adlard AL,Dovedi SJ,Telfer BA,et al.A novel systemically administered toll-like receptor 7 agonist potentiates the effect of ionizing radiation in murine solid tumor models[J].International Journal of Cancer, 2014,135(4):820-829.

10.3969/j.issn.1009-4393.2016.26.006

國家自然基金 （81560668） 西藏民族大學(xué)重大培育項目（2015年02）

西藏 712082 西藏民族大學(xué)醫(yī)學(xué)院（楊波 袁東亞 張敏）

袁東亞 E-mail：dy62@163.com