G-CSF/G-CSFR在實(shí)體腫瘤中的研究進(jìn)展

王微，袁偉，齊軍#，馬潔

國(guó)家癌癥中心/國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院1檢驗(yàn)科，2分子腫瘤學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100021

3北京醫(yī)院生物治療中心/國(guó)家老年醫(yī)學(xué)中心，北京100005

粒細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）是一種多肽鏈的粒細(xì)胞生長(zhǎng)因子，目前研究發(fā)現(xiàn)G-CSF主要通過(guò)與粒細(xì)胞集落刺激因子受體（granulocyte colony-stimulating factor receptor，G-CSFR）結(jié)合動(dòng)員多種骨髓前體細(xì)胞，促進(jìn)粒系細(xì)胞的增殖、分化與遷移，增強(qiáng)成熟粒細(xì)胞的功能[1-3]。G-CSFR主要表達(dá)于造血干細(xì)胞、髓祖細(xì)胞和成熟粒細(xì)胞等造血細(xì)胞的表面[2]。近年來(lái)的研究顯示，G-CSF和G-CSFR在肺癌、胃癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、食管肉瘤、腦膠質(zhì)瘤等多種實(shí)體瘤中也均有一定的表達(dá)[4-7]。G-CSF與G-CSFR結(jié)合可發(fā)揮促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、抑制腫瘤細(xì)胞凋亡或誘導(dǎo)血管形成等作用，參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。由于目前臨床上將GCSF作為腫瘤治療過(guò)程中的重要輔助用藥，因此，有必要對(duì)G-CSF/G-CSFR信號(hào)通路及其發(fā)揮作用的具體機(jī)制進(jìn)行綜合性探討。本文就G-CSF/G-CSFR在實(shí)體腫瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 G-CSF/G-CSFR的結(jié)構(gòu)和分布

1.1 G-CSF/G-CSFR的結(jié)構(gòu)

G-CSF是一種由174個(gè)氨基酸殘基組成的糖蛋白，基因全長(zhǎng)2.5 kb，包括5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子。G-CSF包含5個(gè)半胱氨酸，Cys36與Cys42、Cys74與Cys64之間形成兩對(duì)二硫鍵，Cys17為不配對(duì)半胱氨酸，二硫鍵是維持G-CSF生物學(xué)功能的重要因素。天然形成的G-CSF由4個(gè)單環(huán)通過(guò)氨基酸環(huán)相連，在人體健康狀態(tài)下含量較低，當(dāng)發(fā)生病原體感染時(shí)，其在血漿中的濃度明顯升高。

G-CSFR是一種由813個(gè)氨基酸殘基組成的單跨膜蛋白，是Ⅰ類細(xì)胞因子受體超家族成員之一，由胞外區(qū)、胞質(zhì)區(qū)和跨膜區(qū)組成。其細(xì)胞外區(qū)域較大，包括免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞因子受體同源結(jié)構(gòu)域，以及3個(gè)纖連蛋白Ⅲ型結(jié)構(gòu)域。胞內(nèi)段含有4個(gè)酪氨酸殘基，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，并與STAT3信號(hào)通路的激活密切相關(guān)[8]。G-CSFR激活時(shí)，位于胞內(nèi)羧基端的酪氨酸被磷酸化，可以結(jié)合多種含SH2信號(hào)的蛋白分子，使STAT3發(fā)生磷酸化，從而發(fā)揮信號(hào)傳遞的作用。小鼠與人的G-CSF氨基酸序列同源性高達(dá)72.5%，與G-CSFR氨基酸序列的同源性也達(dá)到62.5%。

1.2 G-CSF/G-CSFR的分布

G-CSF主要由內(nèi)毒素、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）活化的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，可以促進(jìn)粒系造血細(xì)胞的增殖、分化和活化。研究發(fā)現(xiàn)，GCSF在結(jié)腸癌組織中的表達(dá)較癌旁正常組織高約30%，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽(yáng)性患者結(jié)腸癌組織中G-CSF和G-CSFR的mRNA水平也高于無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者[4]。G-CSFR表達(dá)于一系列的造血細(xì)胞表面，包括造血干細(xì)胞、髓系祖細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等；同時(shí)也表達(dá)于一些非造血細(xì)胞的表面，如血管內(nèi)皮細(xì)胞、間皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和神經(jīng)元前體細(xì)胞等[2,9]。近年來(lái)，隨著G-CSF的廣泛應(yīng)用，對(duì)G-CSFR的研究也逐漸深入。有研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)體腫瘤細(xì)胞也表達(dá)G-CSFR，Morris等[4]發(fā)現(xiàn)G-CSFR在結(jié)腸癌上皮細(xì)胞的表達(dá)約占90%，而在正常結(jié)腸上皮細(xì)胞的表達(dá)僅占20%。Wojtukiewicz等[10]對(duì)28例乳腺癌患者的組織樣本進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，有20例乳腺癌患者的組織樣本表達(dá)GCSFR。這些研究均表明G-CSF及其受體G-CSFR的表達(dá)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

2 G-CSFG-CSF在腫瘤微環(huán)境中的作用

腫瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移與腫瘤細(xì)胞所處的內(nèi)外微環(huán)境密切相關(guān)，腫瘤微環(huán)境不僅包括腫瘤所在組織的結(jié)構(gòu)、功能和代謝，而且也包括腫瘤細(xì)胞自身（細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)）的內(nèi)在環(huán)境和腫瘤細(xì)胞周圍的免疫細(xì)胞和免疫調(diào)節(jié)因子所形成的外環(huán)境等。免疫細(xì)胞釋放化學(xué)趨化因子、血管生長(zhǎng)因子、基質(zhì)降解酶等，形成有利于腫瘤生長(zhǎng)和侵襲的微環(huán)境。有研究發(fā)現(xiàn)G-CSF和GM-CSF是廣泛存在于各種腫瘤中的造血生長(zhǎng)因子，不但可以募集中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等到達(dá)腫瘤鄰近的部位，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展，還可以募集正常的內(nèi)皮祖細(xì)胞到達(dá)腫瘤組織，誘導(dǎo)腫瘤血管形成[11]。

炎性浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境免疫再編程的關(guān)鍵因子。Li等[12]采用小鼠結(jié)直腸癌模型檢測(cè)骨髓來(lái)源抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）、巨噬細(xì)胞等細(xì)胞的浸潤(rùn)情況，發(fā)現(xiàn)其浸潤(rùn)程度與G-CSF升高有關(guān)，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)G-CSF能夠動(dòng)員MDSC從骨髓向結(jié)腸部位聚集，促進(jìn)MDSC增殖同時(shí)抑制其凋亡，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展。Wang等[13]利用雄性CD-1（ICR）小鼠誘導(dǎo)結(jié)直腸癌發(fā)生的研究發(fā)現(xiàn)，腹腔M1型巨噬細(xì)胞僅在炎性相關(guān)結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移階段高表達(dá)G-CSF，腹腔M2型巨噬細(xì)胞在整個(gè)炎性相關(guān)結(jié)直腸癌過(guò)程中，尤其是在腫瘤形成階段，高表達(dá)G-CSF。以上研究均表明，G-CSF可能通過(guò)炎性浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞從而改變實(shí)體腫瘤的微環(huán)境，進(jìn)一步影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

骨髓細(xì)胞的擴(kuò)增與實(shí)體瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，尤其對(duì)腫瘤的形成至關(guān)重要。在乳腺癌動(dòng)物模型中，有研究發(fā)現(xiàn)，在早期腫瘤的形成過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)非典型抑制T細(xì)胞的中性粒細(xì)胞，特別是在腫瘤惡性轉(zhuǎn)化的早期會(huì)在腫瘤組織周邊蓄積，產(chǎn)生抑制性的腫瘤免疫微環(huán)境，使自身免疫系統(tǒng)無(wú)法正常發(fā)揮免疫監(jiān)視作用。這些非典型抑制性細(xì)胞的產(chǎn)生依賴于腫瘤來(lái)源的G-CSF。持續(xù)的G-CSF表達(dá)可激活骨髓髓系分化，滿足腫瘤形成過(guò)程中對(duì)中性粒細(xì)胞的需求，對(duì)腫瘤免疫抑制性白細(xì)胞的產(chǎn)生和激活具有重要作用[14]。因此，G-CSF可能通過(guò)影響相應(yīng)免疫細(xì)胞表達(dá)以及骨髓髓系細(xì)胞分化，從而對(duì)腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生影響。

3 G-G-CSF/G-CSFR-CSFR促進(jìn)炎癥向癌癥轉(zhuǎn)化

腫瘤的發(fā)生與慢性炎性反應(yīng)密切相關(guān)。前期有研究發(fā)現(xiàn)腸炎導(dǎo)致腸組織中大量Th17細(xì)胞浸潤(rùn)，Th17細(xì)胞分泌的IL-17A能夠作用于小鼠結(jié)直腸上皮細(xì)胞，促進(jìn)其分泌G-CSF，G-CSF進(jìn)一步動(dòng)員MDSC從骨髓向結(jié)腸部位聚集，促進(jìn)MDSC的增殖，誘導(dǎo)MDSC分泌促炎性反應(yīng)細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-6（interleukin 6，IL-6）和一氧化氮合酶（inducible nitric oxidesynthase，iNOS），從而促進(jìn)結(jié)直腸炎癥向癌癥轉(zhuǎn)化。研究表明，G-CSF在炎癥向癌癥的轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要的作用[12]，詳見圖1。然而，目前關(guān)于G-CSF/G-CSFR促炎癌轉(zhuǎn)化的機(jī)制研究相對(duì)較少，有待進(jìn)一步探索。

4 G-CSF/G-CSFR-CSFR促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的機(jī)制

圖1 1G-CSF/G-CSFR-CSFR在實(shí)體腫瘤免疫中的作用

腫瘤細(xì)胞表面的G-CSFR通過(guò)與其配體G-CSF相結(jié)合，可以激活多個(gè)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移，并且還可以促進(jìn)腫瘤血管的形成。使用抗體中和G-CSFR可降低G-CSF的激活作用，從而阻止腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF可激活JAK酪氨酸途徑、Ras/MAP激酶途徑，以及Rac1、MKK3/6、p38MAPK、ERK1/2和AKT等細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[2]。Kumar等[9]發(fā)現(xiàn)卵巢漿液性上皮腫瘤細(xì)胞表達(dá)G-CSFR，采用G-CSF刺激卵巢上皮癌細(xì)胞系，G-CSF通過(guò)結(jié)合G-CSFR激活JAK2/STAT3信號(hào)通路，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，增加腫瘤細(xì)胞對(duì)化療誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用的抵抗。一般認(rèn)為，JAK/STAT是G-CSF信號(hào)傳遞的主要途徑。G-CSF與其受體G-CSFR結(jié)合后激活JAK，活化的JAK能夠使G-CSFR胞內(nèi)段的酪氨酸殘基磷酸化，從而召集STAT家族，STAT家族被JAK磷酸化后，進(jìn)入細(xì)胞核，與目的基因的啟動(dòng)區(qū)結(jié)合，啟動(dòng)效應(yīng)蛋白的表達(dá)。Wang等[5]發(fā)現(xiàn)G-CSF可通過(guò)促進(jìn)STAT3的磷酸化，增加其下游Bax、Bcl-2、MMP-2、MMP-9基因的表達(dá)來(lái)促進(jìn)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。在膀胱癌中，GCSF可促進(jìn)G-CSFR陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞的STAT3磷酸化，增加凋亡抑制蛋白survivin的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡，通過(guò)裸鼠接種的G-CSFR陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞成瘤體積明顯大于G-CSFR陰性腫瘤細(xì)胞[4,15-16]。另外，G-CSF還可通過(guò)激活其他的蛋白酪氨酸激酶發(fā)揮作用。當(dāng)ERK的活性受到抑制后，G-CSF誘導(dǎo)的增殖反應(yīng)受到嚴(yán)重影響。STAT缺陷細(xì)胞在受到G-CSF刺激后仍能增殖，而ERK抑制劑可以抑制其增殖[4]。

5 G-CSF/G-CSFR-CSFR對(duì)腫瘤細(xì)胞干性特征的影響

腫瘤中具有自我更新能力并能夠分化為異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞的一類細(xì)胞被稱為腫瘤干細(xì)胞（tumor stem cell，TSC），其存在賦予了腫瘤不可控生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的特點(diǎn)。Jiang等[17]曾提出假設(shè)：腫瘤是由干細(xì)胞引起和維持的。原發(fā)腫瘤中異質(zhì)性表型的增加僅僅依賴于一小部分的腫瘤細(xì)胞亞群，極其稀少，但成瘤能力較普通腫瘤細(xì)胞高數(shù)百倍以上，是腫瘤發(fā)生、發(fā)展與維持的基礎(chǔ)[18-19]。在腫瘤發(fā)生的初期，甚至在不典型增生的初期，過(guò)激的炎性反應(yīng)形成體細(xì)胞促生長(zhǎng)效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞具有過(guò)度增殖的干細(xì)胞特征[20]。

由于G-CSF是一個(gè)促炎性反應(yīng)的細(xì)胞因子，可以動(dòng)員骨髓間質(zhì)干細(xì)胞[1]，因此，研究者探討了G-CSF與TSC的相關(guān)性。Ma等[21]采用G-CSF刺激前列腺癌細(xì)胞系PC-3和DU145后，檢測(cè)到表達(dá)干性特征的標(biāo)志物CD117、ABCG2和CD44的細(xì)胞占比增加。Morris等[4]發(fā)現(xiàn)G-CSF可以使具有干性特征標(biāo)志物的細(xì)胞維持在一個(gè)較高的水平上。這些研究均表明G-CSF對(duì)腫瘤細(xì)胞的干性特征維持具有一定的作用。研究證實(shí)G-CSF與其受體G-CSFR結(jié)合對(duì)造血干細(xì)胞、心肌間質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞均具有一定的促增殖作用，但是對(duì)于腫瘤干細(xì)胞的作用是否通過(guò)G-CSFR產(chǎn)生，目前相關(guān)的研究相對(duì)較少，具體的機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。有研究報(bào)道，在G-CSF刺激下，表達(dá)干性特征的細(xì)胞亞群增多，可促進(jìn)胃腸道腫瘤的形成，這個(gè)過(guò)程主要依賴于ERK1/2和RSK的磷酸化[22]。神經(jīng)母細(xì)胞瘤中腫瘤干細(xì)胞樣亞群同樣也表達(dá)G-CSFR，此類細(xì)胞類似胚胎細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，具有高度的致瘤性和自我更新（即分化成不同子代細(xì)胞）的能力，與其配體G-CSF結(jié)合可以激活STAT3，在體內(nèi)和體外促進(jìn)神經(jīng)母細(xì)胞瘤中腫瘤干細(xì)胞樣亞群的擴(kuò)增。在人類的異種移植和鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤模型中，外源性的G-CSF可以增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移能力。在G-CSF的作用下，STAT3信號(hào)通路被激活，維持神經(jīng)母細(xì)胞瘤中腫瘤干細(xì)胞樣亞群的存活。采用抗G-CSF抗體或者STAT3抑制劑阻斷G-CSF-STAT3信號(hào)通路，神經(jīng)母細(xì)胞瘤中腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞減少，導(dǎo)致相關(guān)的腫瘤生長(zhǎng)受到抑制，腫瘤轉(zhuǎn)移減少[21]。

6 G-CSF/G--CCSSFFRR在腫瘤中的相關(guān)臨床研究

臨床上G-CSF主要用于腫瘤放化療后引起的粒細(xì)胞減少，放化療導(dǎo)致的白細(xì)胞計(jì)數(shù)減少延長(zhǎng)了放化療間期，影響了放化療療效，嚴(yán)重時(shí)可危及患者的生命。使用G-CSF后，短時(shí)間內(nèi)可使白細(xì)胞計(jì)數(shù)升至正常，為及時(shí)進(jìn)行放化療贏得了寶貴時(shí)間。然而近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF還可以調(diào)節(jié)實(shí)體腫瘤的病情進(jìn)展。有些腫瘤細(xì)胞可以分泌GCSF，雖然不是很常見，但是由于細(xì)胞因子介導(dǎo)的免疫抑制和血管生成作用導(dǎo)致患者的病情發(fā)展很快，在此情況下使用重組人G-CSF后新生成的血管可能發(fā)生惡化，最終導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)[17]。Morales-Arias等[23]發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在體內(nèi)還是在體外，尤文氏肉瘤細(xì)胞均表達(dá)G-CSF和G-CSFR，使用重組人GCSF后可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)的生長(zhǎng)。目前，關(guān)于G-CSF在腫瘤患者中應(yīng)用對(duì)于患者疾病復(fù)發(fā)及預(yù)后影響的臨床研究相對(duì)較少，因此有必要對(duì)GCSF/G-CSFR在實(shí)體腫瘤中的作用機(jī)制以及G-CSF的臨床應(yīng)用對(duì)腫瘤患者產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入探索。

7 小結(jié)與展望

G-CSF已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于腫瘤患者放化療后中性粒細(xì)胞減少的預(yù)防和治療，可以縮短骨髓抑制期，降低中性粒細(xì)胞減少的程度。然而，近年來(lái)，G-CSF和G-CSFR具有促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的作用，因此，以下關(guān)鍵的問題需要進(jìn)一步探索：①開展G-CSF/G-CSFR調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和存活的具體細(xì)胞信號(hào)通路以及主要參與分子的研究；②探討G-CSF/G-CSFR通過(guò)炎性的免疫細(xì)胞參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的具體機(jī)制；③明確G-CSF/G-CSFR對(duì)腫瘤細(xì)胞干性特征的影響，從而更好地了解腫瘤發(fā)生機(jī)制；④考查腫瘤患者G-CSFR的表達(dá)是否應(yīng)該作為G-CSF治療的禁忌證。

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