中性粒細(xì)胞產(chǎn)生活性氧在腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

于 濤，范 婉綜述，梁飛新審校

0 引 言

大量研究發(fā)現(xiàn)，活性氧與腫瘤的發(fā)生發(fā)展存在著密切關(guān)系。細(xì)胞正常的生理代謝是活性氧的胞內(nèi)來(lái)源，外源性活性氧則主要由物理、化學(xué)和生物因素刺激生成。慢性炎癥刺激是促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素，據(jù)腫瘤流行病學(xué)資料顯示，各型腫瘤中約10%～20%是由炎癥引起的［1］。腫瘤微環(huán)境是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，除了包含腫瘤細(xì)胞外，還包括中性粒細(xì)胞等炎癥性細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞可分泌細(xì)胞因子，趨化中性粒細(xì)胞至腫瘤部位。研究表明，腫瘤及周圍組織中高水平的中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)與不良預(yù)后關(guān)系密切［2］。在腫瘤微環(huán)境內(nèi)，中性粒細(xì)胞可以產(chǎn)生活性氧和多種細(xì)胞因子，參與腫瘤的進(jìn)展和破壞等進(jìn)程［3-4］。其中，活性氧可以氧化DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物等，從而調(diào)節(jié)包括腫瘤形成在內(nèi)的多種氧化還原介導(dǎo)的病理過(guò)程［5］。其作用具有雙重性，一方面，低濃度活性氧產(chǎn)生基因毒性效應(yīng)，促進(jìn)腫瘤形成發(fā)展；另一方面，高濃度活性氧又發(fā)揮細(xì)胞毒性作用誘導(dǎo)腫瘤消退。鑒于腫瘤微環(huán)境內(nèi)中性粒細(xì)胞活化、活性氧的產(chǎn)生與腫瘤發(fā)生發(fā)展之間的緊密關(guān)系，深入研究中性粒細(xì)胞內(nèi)活性氧對(duì)腫瘤的雙向機(jī)制，可能會(huì)為干預(yù)腫瘤形成和發(fā)展提供新的啟示。

1 中性粒細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生及清除

中性粒細(xì)胞也稱多形核白細(xì)胞，是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，來(lái)自于骨髓中的造血干細(xì)胞，在骨髓中分化發(fā)育后，進(jìn)入血液或組織內(nèi)，是外周血白細(xì)胞中最為豐富的細(xì)胞［6-8］。一旦病原體入侵，中性粒細(xì)胞會(huì)在趨化因子的作用下聚集于感染部位，通過(guò)吞噬、脫顆粒等作用殺滅病原體［9］。在此過(guò)程中，發(fā)生劇烈的反應(yīng)，快速大量釋放活性氧，同時(shí)伴有耗氧量激增，這一現(xiàn)象稱為呼吸爆發(fā)，由NADPH氧化酶（NADPH oxidase，NOX）催化此反應(yīng)進(jìn)程［6，8］。Nox是細(xì)胞內(nèi)通過(guò)將電子從NADPH傳遞給分子氧，產(chǎn)生O2-·，并激發(fā)產(chǎn)生一系列活性氧的一類重要酶。其中Nox2是NADPH氧化酶的原型，在吞噬細(xì)胞中高表達(dá)，定位于細(xì)胞膜磷脂雙分子層內(nèi)，是免疫細(xì)胞殺傷入侵病原體的重要武器之一。gp91phox和 p22phox是此酶的催化亞基，p67phox，p47phox和p40phox是此酶的調(diào)節(jié)亞基［5，10］。Nox在細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)沒(méi)有活性，中性粒細(xì)胞被激活后，觸發(fā)細(xì)胞膜內(nèi)的Nox以催化產(chǎn)生大量的活性氧，其中包括羥自由基（hydroxyl radical，·HO）、過(guò)氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）、單線態(tài)氧（singlet oxygen，1O2）、次氯酸（HOCL）和 超 氧 陰 離 子（superoxide anion，等［1］。

在正常生理情況下，機(jī)體內(nèi)存在一套完善的氧化-抗氧化平衡體系，活性氧不斷地產(chǎn)生和清除維持了此動(dòng)態(tài)平衡，參與機(jī)體內(nèi)活性氧清除的物質(zhì)主要有兩類：一類為抗氧化酶，主要包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD），過(guò)氧化氫酶（cata?lase，CAT），谷胱甘肽過(guò)氧化氫酶（glutathione perox?idase，GSH-Px）等；另一類為小分子抗氧化劑，包括維生素A、維生素C、輔酶Q等［11］。然而，抗氧化防御系統(tǒng)并不總能徹底清除新產(chǎn)生的活性氧，這將會(huì)導(dǎo)致活性氧過(guò)剩從而引起氧化應(yīng)激，造成鄰近組織的氧化性損傷［8-9］。氧化應(yīng)激會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的改變，并與多種疾病相關(guān)，包括慢性炎癥、心血管疾病、老年疾病、腫瘤、衰老等［12-13］。

2 中性粒細(xì)胞內(nèi)活性氧的促腫瘤作用

正常細(xì)胞在一定致癌因素的作用下，基因發(fā)生突變，導(dǎo)致其異常增生，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞。此過(guò)程需要?dú)v經(jīng)啟動(dòng)，促進(jìn)和進(jìn)展3個(gè)階段。在腫瘤形成的這3個(gè)階段中，都有活性氧的參與。中性粒細(xì)胞內(nèi)分泌產(chǎn)生的活性氧在促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展方面起著諸多作用，包括引起DNA損傷、基因突變、活化致癌物質(zhì)、誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化和調(diào)控多種腫瘤細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路等。

2.1 DNA損傷中性粒細(xì)胞可以通過(guò)活性氧依賴性機(jī)制激活芳香胺、黃曲霉毒素、雌激素、酚類和多環(huán)芳烴等致癌物質(zhì)引起DNA損傷［14］。Wilson等［15］在研究中發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞內(nèi)釋放的活性氧可損傷肝端粒DNA，進(jìn)而導(dǎo)致肝癌發(fā)生。諸多研究顯示，激活的中性粒細(xì)胞釋放產(chǎn)生的活性氧能引起DNA的氧化性損傷，包括雙鏈或單鏈的斷裂，姐妹染色單體互換，基因突變等一系列生物學(xué)結(jié)果［16］，這可能使機(jī)體某些分化中的細(xì)胞生長(zhǎng)分裂失控，細(xì)胞無(wú)限增殖，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。相似地，Gungor等［17］研究表明中性粒細(xì)胞內(nèi)髓過(guò)氧化物酶（myelo?peroxidase，MPO）可催化 H2O2與 Cl-反應(yīng)生成化學(xué)活性很強(qiáng)、可殺滅微生物和病原體的HOCL，導(dǎo)致DNA損傷和點(diǎn)突變。HOCL可使脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)生丙二醛。丙二醛能夠與核酸堿基相互作用形成環(huán)外DNA加合物，主要是M1dG，M1dG加合物在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中具有促進(jìn)突變作用并誘導(dǎo)基因移碼突變和堿基對(duì)替換的作用［18］。

2.2 誘發(fā)染色體不穩(wěn)定朱茂祥等［19］用化學(xué)發(fā)光法對(duì)體外產(chǎn)生和模擬體內(nèi)炎癥情況下（PMA刺激中性粒細(xì)胞）產(chǎn)生的活性氧進(jìn)行鑒定，研究其誘發(fā)11號(hào)染色體基因突變規(guī)律的結(jié)果表明，·HO誘發(fā)基因突變的能力明顯高于H2O2。·HO誘發(fā)11號(hào)染色體基因突變的特征以CAT基因缺失為主，而H2O2主要造成APO21基因突變，這兩種基因的表達(dá)產(chǎn)物都是體內(nèi)重要的抗氧化酶或蛋白，提示活性氧的損傷作用可能通過(guò)影響抗氧化基因的表達(dá)而使體內(nèi)抗氧化能力降低。

2.3 調(diào)控癌基因目前發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧可誘導(dǎo)胞嘧啶脫氨酶的異位表達(dá)，這與p53的突變及促進(jìn)腫瘤的發(fā)生有關(guān)［20］。p53是一種轉(zhuǎn)錄因子，與腫瘤關(guān)系密切。其可誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯、DNA修復(fù)和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等。p53基因突變后，其下游蛋白p21對(duì)多種cyclin-CDK復(fù)合物抑制能力降低，從而失去了對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡的調(diào)控作用。

2.4 誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化生物膜磷脂中的多不飽和脂肪酸因含多個(gè)雙鍵而化學(xué)性質(zhì)活躍。中性粒細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧可誘導(dǎo)附近細(xì)胞的細(xì)胞膜中多不飽和脂肪酸的脂質(zhì)過(guò)氧化，產(chǎn)生反應(yīng)性醛，其中包括4-羥基壬烯醛（hydroxynonenal，HNE），丙二醛和丙烯醛，從而導(dǎo)致膜通透性和流動(dòng)性增加，細(xì)胞質(zhì)外流和膜蛋白活性喪失。脂質(zhì)衍生的反應(yīng)性醛比活性氧更加穩(wěn)定，可以擴(kuò)散到比活性氧更遠(yuǎn)的位置并介導(dǎo)腫瘤的形成發(fā)展［5］。除丙二醛可形成M1dG誘導(dǎo)基因突變外，HNE也可調(diào)控多種轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)［18］。

2.5 參與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移近年來(lái)越來(lái)越多的證據(jù)表明，中性粒細(xì)胞內(nèi)釋放的活性氧與腫瘤的不良預(yù)后關(guān)系密切。有報(bào)道指出，高轉(zhuǎn)移性的腫瘤細(xì)胞IL-8的表達(dá)升高，IL-8可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞的激活和趨化，并促進(jìn)其產(chǎn)生活性氧，由腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧增強(qiáng)了NF-κB的活化，從而增加了腫瘤細(xì)胞存活，生長(zhǎng)和向轉(zhuǎn)移表型發(fā)展的可能性。腫瘤微環(huán)境內(nèi)，活性氧通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β活化蛋白激酶1（TGF-β activated kinase 1，TAK1）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β活化蛋白激酶2（TGF-β activated ki?nase 2，TAK2）等激酶激活 IκB 激酶（I-κB kinase，IKK），IKK可使細(xì)胞內(nèi)抑制性亞基I-κB磷酸化，磷酸化I-κB然后通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑（ubiquitinproteasome pathway，UPP）降解并從NF-κB/I-κB復(fù)合物中脫落，從而使NF-κB活化入核，結(jié)合至靶基因的啟動(dòng)子區(qū)域啟動(dòng)基因表達(dá)以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移［21］。

Klink等［22］研究證明，與對(duì)照組相比，卵巢癌細(xì)胞與中性粒細(xì)胞的體外共培養(yǎng)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，進(jìn)一步研究顯示，中性粒細(xì)胞活化水平的提高和活性氧分泌的增加是因?yàn)榕c卵巢癌細(xì)胞直接的接觸所致，同時(shí)，中性粒細(xì)胞上CD11b/CD18黏附因子表達(dá)的上調(diào)，從而增強(qiáng)了其黏附能力，這成為了中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧參與促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的有力證據(jù)。此外，中性粒細(xì)胞線粒體內(nèi)活性氧升高可以導(dǎo)致中性粒細(xì)胞外捕獲網(wǎng)（neutrophil extracl?lular traps，NETs）的釋放［23］，而NETs中多種組分又參與腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移、腫瘤相關(guān)性血栓形成［24-26］，這提示細(xì)胞間活性氧信號(hào)傳導(dǎo)和NETs之間的協(xié)調(diào)作用可能在中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞形成發(fā)展中起重要作用。

3 中性粒細(xì)胞內(nèi)活性氧的抗腫瘤作用

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在腫瘤發(fā)展的早期階段，中性粒細(xì)胞會(huì)大量分泌NO2、H2O2、TNF-α，這對(duì)腫瘤細(xì)胞具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性［27］。也就是說(shuō)，大量的活性氧在腫瘤發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中可起抗瘤作用。許多研究已證實(shí)通過(guò)刺激中性粒細(xì)胞產(chǎn)生活性氧可以介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的非特異性裂解，因此，活性氧已被認(rèn)定為在中性粒細(xì)胞內(nèi)氧依賴性殺傷腫瘤細(xì)胞機(jī)制中的效應(yīng)分子［5］。

3.1 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡中起到關(guān)鍵作用，但其作用機(jī)制目前尚不完全明確。研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PMA激活后的中性粒細(xì)胞釋放的H2O2可以有效地殺傷P388、TLX9淋巴瘤細(xì)胞和4T1小鼠乳腺癌細(xì)胞。同時(shí)，來(lái)自患有髓MPO缺乏癥或H2O2產(chǎn)生缺陷的患者，其中性粒細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞也不存在細(xì)胞毒性［28］。Yan 等［29］為了研究中性粒細(xì)胞殺死腫瘤細(xì)胞的相關(guān)機(jī)制，將添加了CAT的中性粒細(xì)胞后與肺癌A549細(xì)胞的共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞誘導(dǎo)的A549肺癌細(xì)胞殺傷的能力降低，這表明中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的H2O2對(duì)肺癌的免疫應(yīng)答至關(guān)重要。在活性氧的生成過(guò)程中，超氧化物歧化酶（SOD）能催化轉(zhuǎn)化H2O2，然后在過(guò)渡金屬離子（Fe2+、Cu+）介導(dǎo)的Haber-Weiss反應(yīng)中生成·HO，·HO是最活躍的活性氧，可攻擊DNA，引起DNA雙鏈斷裂、氧化、突變，從而引起腫瘤細(xì)胞的凋亡和壞死。Chen等［30］發(fā)現(xiàn)食管癌細(xì)胞產(chǎn)生的IL-17可上調(diào)CXC趨化因子如CXCL2，CXCL3的表達(dá)，從而趨化中性粒細(xì)胞至食管癌微環(huán)境中并促進(jìn)MPO的分泌；MPO可催化激活中性粒細(xì)胞內(nèi)Nox將O2-·歧化為H2O2，之后H2O2與Cl-和H+作用產(chǎn)生HOCL，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。低濃度的HOCL并不直接影響細(xì)胞；但在高濃度下，它可以通過(guò)其細(xì)胞毒性作用修飾生物分子［5］。

同時(shí)最新研究表明，放射誘導(dǎo)后的中性粒細(xì)胞在抗腫瘤免疫應(yīng)答中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Takeshimaa等［31］發(fā)現(xiàn)，在腫瘤微環(huán)境中，放射誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞（RT-recruited tumor-associated neutrophils，RTNs）會(huì)產(chǎn)生更大量的活性氧并攻擊腫瘤細(xì)胞，且與G-CSF結(jié)合后會(huì)增強(qiáng)RT-Ns誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的能力。該研究還發(fā)現(xiàn)G-CSF刺激RT-Ns產(chǎn)生的活性氧可參與腫瘤特異性T細(xì)胞（cytotoxic T lympho?cytes，CTLs）的激活并可能增強(qiáng)CTLs介導(dǎo)的抗腫瘤免疫應(yīng)答能力。

3.2 減少腫瘤細(xì)胞增殖及轉(zhuǎn)移在腫瘤微環(huán)境中，活化的中性粒細(xì)胞大量產(chǎn)生活性氧抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，其可能的機(jī)制為在腫瘤發(fā)展的早期階段，通過(guò)抑制Nrf2/ARE信號(hào)從而影響NF-κB信號(hào)通路傳導(dǎo)，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖發(fā)展［5］。另外，活性氧誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化生成的HNE與人體HL-60白血病細(xì)胞培養(yǎng)表明，在細(xì)胞周期中，HNE的活性受到細(xì)胞周期蛋白尤其是細(xì)胞周期蛋白D2、D1和A的抑制，減少了細(xì)胞在G0/G1期的增殖。HNE還能通過(guò)上調(diào)抑癌基因p53、p21和促凋亡基因Bax的表達(dá)，在腫瘤防治中起作用［32］。Granot等［33］研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的細(xì)胞毒性中性粒細(xì)胞群，這些中性粒細(xì)胞被原發(fā)性腫瘤夾帶至遠(yuǎn)處組織，并產(chǎn)生H2O2，由此發(fā)揮其細(xì)胞毒性作用，降低腫瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

4 結(jié) 語(yǔ)

大量臨床研究證實(shí)，中性粒細(xì)胞數(shù)量的與腫瘤的血管生成、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期、不良預(yù)后呈正相關(guān)［2，34-35］。同時(shí)，在術(shù)前及術(shù)后子宮內(nèi)膜癌、肝癌患者體內(nèi)中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞的比值研究表明：中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞的比值越高，癌癥復(fù)發(fā)率就越高［36-38］。鑒于中性粒細(xì)胞及其產(chǎn)生的活性氧在腫瘤發(fā)生發(fā)展中所展現(xiàn)的重要作用，靶向腫瘤微環(huán)境內(nèi)中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧有望成為一種新的腫瘤治療手段。近年來(lái)，Blache等［39］提出以鼠傷寒沙門菌（salmonella typhimurium，ST）作為載體，攜帶可特異性識(shí)別腫瘤IDO的shRNA的一種新的靶向性治療癌癥的方法，簡(jiǎn)稱為shIDO-ST，他們?cè)趕hIDO-ST治療黑素瘤的臨床試驗(yàn)中觀察到，腫瘤細(xì)胞內(nèi)IDO沉默，中性粒細(xì)胞在瘤內(nèi)聚集并產(chǎn)生大量活性氧以及腫瘤細(xì)胞的凋亡，該實(shí)驗(yàn)提示，中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧可能在腫瘤微環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生氧化應(yīng)激并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。雖然shIDO-ST殺傷腫瘤細(xì)胞的機(jī)制未明，但這項(xiàng)研究至少為進(jìn)一步探索中性粒細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧在腫瘤防治領(lǐng)域中的角色提供了新的思路。

中性粒細(xì)胞作為固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，本身就具備腫瘤免疫監(jiān)視作用和很強(qiáng)的腫瘤抑制能力，因此與其他來(lái)源的活性氧相比，中性粒細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧在腫瘤防治領(lǐng)域應(yīng)該具有更好的研究及應(yīng)用前景。但我們也注意到，中性粒細(xì)胞可產(chǎn)生的不同濃度及種類的活性氧，其對(duì)腫瘤細(xì)胞所發(fā)揮的究竟是促進(jìn)還是抑制作用尚無(wú)統(tǒng)一定論。因此，進(jìn)一步深入研究不同種類及濃度的活性氧對(duì)腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性、分子機(jī)制和治療作用，或?qū)⒊蔀榘邢蛑行粤＜?xì)胞內(nèi)活性氧參與腫瘤預(yù)防和治療的關(guān)鍵。