細胞因子在結(jié)直腸癌中的作用及其研究進展

楊振華 季 光

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院消化內(nèi)鏡科 上海中醫(yī)藥大學(xué)脾胃病研究所(200032)

結(jié)直腸癌是第三大最常見的惡性腫瘤，居全球癌癥死亡原因的第四位[1]。結(jié)直腸癌確切的發(fā)病機制目前仍不清楚，普遍認(rèn)為是多因素相互作用的結(jié)果。大量研究表明免疫細胞和細胞因子在結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移中扮演重要角色。腫瘤組織產(chǎn)生的腫瘤抗原被抗原呈遞細胞如樹突細胞轉(zhuǎn)運至淋巴器官，進一步激發(fā)固有免疫和適應(yīng)性免疫，其產(chǎn)生的免疫應(yīng)答在腫瘤發(fā)生的不同時期產(chǎn)生不同的作用。固有免疫和適應(yīng)性免疫細胞在免疫應(yīng)答中產(chǎn)生大量細胞因子與腫瘤細胞相互作用，對腫瘤發(fā)生、發(fā)展起決定性作用[2]。而腫瘤細胞的適應(yīng)性發(fā)展使細胞因子轉(zhuǎn)向?qū)δ[瘤自身有利的方面發(fā)展。本文就結(jié)直腸癌發(fā)生過程中涉及的重要細胞因子的功能及其研究進展以及結(jié)直腸癌免疫治療作一簡要綜述。

一、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)-α

促炎因子TNF-α主要由巨噬細胞和腫瘤細胞產(chǎn)生，具有廣泛的生物學(xué)活性，包括凋亡、炎癥、細胞增殖和分化。TNF-α在某些細胞中具有誘導(dǎo)細胞凋亡的能力，故被認(rèn)為是腫瘤抑制性細胞因子[3]。但研究發(fā)現(xiàn)TNF-α是可將炎癥與癌癥進行關(guān)聯(lián)的腫瘤促進劑。TNF-α通過腸上皮細胞表達的TNF受體激活NF-κB依賴的致癌途徑[4]。結(jié)直腸癌患者血清TNF-α表達增加。腫瘤進展期間TNF-α可在較低水平上促進腫瘤生長。TNF-α可介導(dǎo)許多腫瘤進展的關(guān)鍵過程，包括癌基因激活、DNA損傷和腫瘤轉(zhuǎn)移。TNF-α可誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，在結(jié)直腸癌侵襲和轉(zhuǎn)移中起有不可缺少的作用[5]。研究發(fā)現(xiàn)腫瘤晚期TNF-α基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達增加與腫瘤分期相關(guān)。免疫組化結(jié)果顯示與早期階段相比，TNF-α在晚期結(jié)直腸癌中的表達顯著升高[6]?；谠诮Y(jié)直腸癌血清中的表達及其在腫瘤進展中的作用，TNF-α可作為結(jié)直腸癌診斷指標(biāo)，且靶向TNF-α的藥物可能對結(jié)直腸癌有效。

二、白細胞介素(interleukin, IL)-6

IL-6由不同的細胞類型產(chǎn)生，是至關(guān)重要的炎癥和免疫介質(zhì)。IL-6在癌癥進展、驅(qū)動過程如細胞增殖、遷移和血管發(fā)生中具重要作用。Miller等[7]以CT26細胞誘導(dǎo)小鼠結(jié)直腸癌模型，行免疫組化證實體內(nèi)、體外CT26腫瘤細胞均為IL-6陽性。IL-6可激活下游JAK/STAT3信號通路，從而驅(qū)動腫瘤的發(fā)生，故IL-6介導(dǎo)的JAK/STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路失調(diào)與結(jié)直腸癌的發(fā)展密切相關(guān)。有研究[8]指出IL-6依賴性STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是DSS-AOM誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌模型中癌細胞增殖和存活的關(guān)鍵啟動子。最近發(fā)現(xiàn)IL-6可能在結(jié)直腸癌中誘導(dǎo)微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)。選擇性四核苷酸重復(fù)序列(EMASTs)中微衛(wèi)星改變升高是結(jié)直腸癌中最常見的基因錯配修復(fù)缺陷，且與炎癥和不良預(yù)后相關(guān),Tseng-Rogenski等[9]以IL-6與結(jié)腸癌細胞株共孵育，結(jié)果顯示錯配修復(fù)蛋白hMSH3從細胞核重新定位至細胞質(zhì)，導(dǎo)致EMASTs基因座上存在豐富的移碼突變。說明不同的結(jié)直腸癌分子分型可能由腫瘤微環(huán)境的細胞因子所驅(qū)動。一項meta分析證實血清IL-6可能是結(jié)直腸癌潛在診斷的生物標(biāo)記物，且血清IL-6高水平與結(jié)直腸癌生存和預(yù)后不良有關(guān)[10]。

三、IL-11

IL-11是IL-6家族成員，在結(jié)直腸癌中高表達。與IL-6相比，IL-11與磷酸化STAT3的相關(guān)性更強。相關(guān)研究表明轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β, TGF-β)通過誘導(dǎo)癌相關(guān)成纖維細胞的IL-11產(chǎn)生來促進轉(zhuǎn)移，IL-11已成為結(jié)直腸癌中重要的STAT3誘導(dǎo)細胞因子[11]。

四、IL-22

IL-22是由先天性淋巴細胞、Th17細胞、Th22細胞和嗜中性粒細胞產(chǎn)生的IL-10家族細胞因子，主要在屏障表面發(fā)揮作用。IL-22通過增強上皮細胞增殖、存活和黏膜屏障功能，在組織損傷中起關(guān)鍵作用。但IL-22可通過觸發(fā)促炎細胞因子的分泌在某些環(huán)境中促進結(jié)腸炎癥反應(yīng)以及結(jié)直腸癌發(fā)生[12]。Wu等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，血清IL-22水平升高通過激活STAT3信號通路以及誘導(dǎo)IL-8分泌促進結(jié)直腸癌化療耐藥。Kryczek等[14]的研究首次證實IL-22具有促進結(jié)直腸癌干細胞活性的作用，同時小鼠實驗發(fā)現(xiàn)IL-22可維持正常腸道上皮干細胞活性的功能。說明IL-22可能在人類結(jié)直腸癌中起調(diào)控癌癥干細胞的作用。

五、IL-1β

IL-1β是NF-κB的有效激活劑，在進展期結(jié)直腸癌中的表達增加。IL-1β可通過滅活GSK3β激活結(jié)直腸癌WNT/β-catenin通路，促進間葉細胞和干細胞的克隆能力以及干細胞基因BMI1和NES的表達，并增加化療耐藥[15]。有研究[16]應(yīng)用實時熒光定量PCR檢測結(jié)直腸癌組織中IL-1β和miR-181a表達，發(fā)現(xiàn)兩者表達較正常對照組明顯升高；通過siRNA策略發(fā)現(xiàn)IL-1β通過NF-κB調(diào)節(jié)miR-181a表達，然后抑制PTEN表達，最終促進結(jié)直腸癌細胞增殖。這一新路徑的發(fā)現(xiàn)有助于開發(fā)結(jié)直腸癌免疫治療藥物。

六、TGF-β

作為一種腫瘤抑制因子，TGF-β在結(jié)直腸癌早期發(fā)揮抗腫瘤作用。但多數(shù)研究認(rèn)為TGF-β是作為促腫瘤因子而促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。結(jié)直腸癌發(fā)展階段可見異常TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，同時結(jié)直腸癌細胞也可產(chǎn)生高水平TGF-β，以形成腫瘤微環(huán)境對抗T細胞抗腫瘤活性，高水平TGF-β往往提示預(yù)后不良。TGF-β還可誘導(dǎo)外周和腫瘤組織中調(diào)節(jié)性T細胞(Treg細胞)，從而促進腫瘤生長。TGF-β可激活絲氨酸/蘇氨酸激酶受體即TGF-βR1和TGF-βR2，進而激活細胞內(nèi)蛋白質(zhì)SMAD2和SMAD3，與SMAD4相互作用進入細胞核以調(diào)控基因表達[17]。SMAD4缺乏與結(jié)直腸癌預(yù)后不良有關(guān)，可提高CC趨化因子配體15(CCL15)的表達，后者與腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān)[18]。一項研究[19]表明與結(jié)直腸癌預(yù)后不良相關(guān)的基因表達特征是由TGF-β誘導(dǎo)的基質(zhì)細胞所誘導(dǎo)，而TGF-β通過作用于腫瘤微環(huán)境促進轉(zhuǎn)移。TGF-β可通過癌相關(guān)成纖維細胞的IL-11促進STAT3信號通路和多器官轉(zhuǎn)移[20]。

七、IL-17家族

IL-17家族包括IL-17A、IL-17C和IL-17F。在人結(jié)直腸癌中可檢測到IL-17A表達，其更傾向于是一種促進腫瘤生長的細胞因子。IL-17A可與TNF-α協(xié)同作用，刺激結(jié)直腸癌細胞的葡萄糖代謝和生長因子產(chǎn)生，促進腫瘤生長。IL-17A能調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌引流靜脈中循環(huán)腫瘤細胞并影響腫瘤轉(zhuǎn)移。近期研究[21]發(fā)現(xiàn)IL-17A可通過激活PI3K/AKT/NF-κB信號通路上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9表達，從而增加細胞運動性和侵襲性。IL-17C是IL-17受體的配體，結(jié)直腸癌早期腸上皮細胞中的特定微生物群可通過骨髓分化初級應(yīng)答蛋白88(MyD88)表達IL-17C，與結(jié)直腸癌的發(fā)生有關(guān)[22]。與IL-17A非常相似的IL-17F通過相同受體的信號可能在某些情況下產(chǎn)生與IL-17A相反的作用。結(jié)直腸癌中IL-17F表達顯著降低，可減少DSS-AOM誘導(dǎo)的腫瘤發(fā)生，其可作為血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)表達和血管生成的負(fù)調(diào)節(jié)劑。因此在腫瘤免疫治療中應(yīng)考慮IL-17A和IL-17F在腫瘤微環(huán)境中所起的不同作用[23]。

八、IL-18

IL-18在Th1細胞、CTL反應(yīng)以及結(jié)腸炎相關(guān)腸癌中均具有保護作用。在DSS-AOM小鼠模型中，IL-18缺失更容易導(dǎo)致腫瘤的形成，而外源性IL-18則可抑制腫瘤的形成[24]。值得注意的是，腸上皮細胞炎癥小體激活下游產(chǎn)生的IL-18通過直接刺激Treg細胞來減弱實驗性結(jié)腸炎，表明IL-18可抑制致癌性炎癥過程[25]。

九、IL-8

IL-8也稱為趨化因子配體8(CXCL8)，編碼IL-8及其受體趨化因子受體2(CXCR2)的基因遺傳變異，與結(jié)直腸癌進展、治療耐藥性和腫瘤復(fù)發(fā)有關(guān)。轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1(AP1)和NF-κB可促進IL-8基因表達。IL-8與結(jié)直腸癌血管生成、腫瘤生長、轉(zhuǎn)移和生存有關(guān)。有研究[26]建議聯(lián)合使用血清神經(jīng)降壓素(NT)和IL-8作為篩選結(jié)直腸癌的標(biāo)記物。一項meta分析顯示，IL-8高表達與進展期結(jié)直腸癌(OR=3.01，95% CI: 1.98～4.56)、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(OR=2.24，95% CI: 1.39～3.63)和肝轉(zhuǎn)移(OR=3.47，95% CI: 1.74～6.89)呈明顯相關(guān)[27]。

十、IL-15和IL-21

IL-15和IL-21為IL-2家族成員。IL-15是一種非常有前途的腫瘤治療細胞因子，可促進淋巴效應(yīng)細胞，特別是自然殺傷細胞(NK細胞)、NKT細胞、B細胞和CD8+T細胞的產(chǎn)生、激活、歸巢和存活。更重要的是，IL-15是T細胞產(chǎn)生細胞因子和受體的化學(xué)誘導(dǎo)劑，能促進T細胞增殖，抑制活化T細胞的凋亡，促進記憶T細胞的生成，長時間增加其細胞毒性，誘導(dǎo)T細胞產(chǎn)生細胞因子包括IFN-γ和TNF-α，以增強其腫瘤殺傷活性[28]。有研究[29]將IL-15基因插入至溶瘤細胞腺病毒內(nèi)，通過高表達IL-15來增強抗腫瘤的作用。IL-21主要由T細胞和NK細胞產(chǎn)生，在結(jié)直腸癌中的作用目前仍存在爭議。大多數(shù)研究表明IL-21高表達與結(jié)腸炎相關(guān)腸癌發(fā)生有關(guān)，DSS-AOM誘導(dǎo)的小鼠模型顯示IL-21缺乏的小鼠腫瘤形成受到抑制[30]。有研究[31]表明IL-21表達可作為預(yù)測結(jié)直腸癌預(yù)后的潛在指標(biāo)。

十一、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)

GM-CSF是樹突細胞的重要生長和分化因子，通過激活抗原呈遞細胞來增強抗腫瘤免疫力[32]。超過1/3的結(jié)直腸癌患者中GM-CSF高表達，同時表達GM-CSF受體兩個亞基者的5年存活率更高[33]。說明GM-CSF與增強抗腫瘤免疫有關(guān)，即使在CD8+T細胞浸潤差的患者中，GM-CSF也與良好的預(yù)后相關(guān)[34]。然而，在DSS-AOM誘導(dǎo)的小鼠腫瘤中，GM-CSF高表達具有促進VEGF釋放、血管生成和腺瘤形成的作用，在臨床上尚未發(fā)現(xiàn)GM-CSF與結(jié)直腸癌血管形成之間的聯(lián)系[35]。

十二、結(jié)直腸癌免疫治療

大量細胞因子相互交織構(gòu)成的細胞因子網(wǎng)絡(luò)參與了腫瘤微環(huán)境的形成。細胞因子在不同網(wǎng)絡(luò)中的重疊功能和不可預(yù)知的相互作用使識別有效的干預(yù)目標(biāo)具有挑戰(zhàn)性。這也正是結(jié)直腸癌免疫治療的難點和復(fù)雜性所在。腸上皮細胞表達的主要細胞因子及其相應(yīng)受體共同驅(qū)動由STAT3和NF-κB介導(dǎo)的兩個關(guān)鍵的細胞信號通路，具有多方面的致癌作用。應(yīng)強調(diào)的是，STAT3-NF-κB相互串?dāng)_可由多種具有相似性的細胞因子驅(qū)動，這可能是結(jié)直腸癌細胞因子網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜的核心原因。目前存在許多靶向細胞因子或其受體的大量單克隆抗體，但大多數(shù)未經(jīng)臨床測試，尚不能用于結(jié)直腸癌的免疫治療。

近年腫瘤分子生物學(xué)的重大進展使腫瘤免疫治療變得非常有前途，特別是免疫檢查點抑制劑的使用似乎是一個令人鼓舞的免疫治療策略，如PD-1抑制劑在具有錯配修復(fù)缺陷的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者中的成功應(yīng)用[36]。但并非所有結(jié)直腸癌分子分型對檢查點抑制劑治療有效，因此選擇合適的患者對免疫治療十分重要[37]。

總之，結(jié)直腸癌由于復(fù)雜的細胞因子網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致其目前缺乏有效的免疫治療制劑，仍需進一步研究來探討結(jié)直腸癌的免疫治療效果。