Toll樣受體4信號通路在大腸癌中的研究進展

徐 槐 劉朝奇 金錦蓮 吳發(fā)明

(1. 三峽大學 第三臨床醫(yī)學院[國藥葛洲壩中心醫(yī)院] 消化內科， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峽大學 腫瘤微環(huán)境與免疫治療湖北省重點實驗室， 湖北 宜昌 443002)

大腸癌是嚴重威脅人類健康的惡性腫瘤之一。據統(tǒng)計，2019年美國有大約15萬新增的結直腸癌患者，且近5萬患者死于結腸癌[1]。腸道的慢性炎癥及不均衡的飲食習慣導致某些基因異常表達與大腸癌的發(fā)生有著緊密聯(lián)系。其中，Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)家族中的重要成員TLR4的異常表達在大腸癌的發(fā)病過程中發(fā)揮至關重要的作用[2]。

1 TLR4的生物學功能

TLRs是一類模式識別受體，能特異性地識別病原相關分子模式，在啟動和調節(jié)天然免疫及獲得性免疫中扮演著重要的角色。從結構上看，TLRs是一種跨膜受體，包括富含亮氨酸的胞外區(qū)( leucine-rich repeats，LRR)、跨膜區(qū)及胞內的Toll/IL-1受體區(qū)(Toll/IL-1 receptor，TIR)三個結構域。富含亮氨酸的胞外疏水域由19～25個富含亮氨酸的系列組成，主要參與識別微生物相關分子模式(microbial-associated molecular patterns，MAMPs)或病原體相關分子模式(athogen-ssociated olecular atterns，PAMPs)及內源性配體(如核酸、脂質、蛋白質、脂蛋白)等信號分子。跨膜區(qū)是連接LRR和TIR的媒介，TIR域則可與適配器蛋白如髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor88，MyD88)相互作用，激活下游信號通路，從而誘發(fā)一系列生物活動。TLR4是TLRs家族中的重要成員，可介導多種信號通路參與包括大腸癌在內的多種疾病的病理生理過程。

2 TLR4信號通路與大腸癌的關系

TLR4蛋白屬于I型跨膜蛋白，不僅在巨噬細胞、中性粒細胞及樹突狀細胞等免疫細胞中表達，且廣泛表達于胃癌、乳腺癌、宮頸癌及大腸癌等多種腫瘤細胞表面[3,4]。通過體外培養(yǎng)人結腸癌細胞發(fā)現(xiàn)，TLR4在結腸癌細胞表面高表達，當給予TLR4相應配體刺激后，可誘導結腸癌細胞分泌多種免疫抑制性介質，如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、一氧化氮(nitric oxide，NO)及血管生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等，促進結腸癌細胞株的生長[5,6]。

2.1 TLR4/MyD88/NF-κB與大腸癌

研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤細胞中高表達的TLR4，與多種腫瘤的生長、浸潤及轉移密切相關。Semlali等[7]發(fā)現(xiàn)，與正常組織及癌旁組織相比，大腸癌組織中TLR4的表達明顯升高，同時其異常表達不受性別和年齡的影響。核因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)是位于細胞質中的一種轉錄因子，并可在大腸癌細胞中迅速活化，從而抑制蛋白質X1(protein X1，PinX1)表達，最終促進腫瘤生長；而抑制NF-κB的表達則可誘導大腸癌細胞的凋亡[8-10]。研究證實TLR4、NF-κB及MyD88是同屬于依賴MyD88經典信號通路上的三個重要因子，且在大腸癌的發(fā)展過程中備受關注。一方面，在體外實驗中，穿心蓮內酯(andrographolide)可阻遏大腸癌細胞SW260增殖并促進SW260細胞凋亡，且明顯抑制TLR4、MyD88、NF-κB及基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9，MMP-9)的表達[11]。Lemieszek等[12]發(fā)現(xiàn)，抑制NF-κB/MMP-9通路的激活，可阻礙大腸癌細胞轉移。由此可推測，穿心蓮內酯抑制大腸癌細胞的增殖和轉移可能是通過介導TLR4/MyD88/NF-κB/MMP-9通路的失活來實現(xiàn)的。MMP家族由能夠分解細胞外基質的酶組成。由此可認為，TLR4/MyD88/NF-κB信號通路可通過促進MMP-9的分泌，降解和破壞基底膜進而促進腫瘤細胞的浸潤侵襲，從而促進腫瘤的生長和擴散。另一方面，在與結直腸炎相關的結直腸惡性腫瘤中，全反式維甲酸可以通過介導TLR4/NF-κB信號通路來調節(jié)TNF-α及一氧化氮合成酶2(nitric oxide synthase 2，NOS2)表達，從而參與大腸癌的發(fā)展[6]。其機制也可能與TLR4導致MyD88相關信號通路活化，最終激活NF-κB促使其進入細胞核后啟動相關基因的轉錄有關。

眾所周知，腫瘤的浸潤、轉移必須以血管的建立及血液供應為基礎，其中大腸癌大多是以淋巴結和血行兩種方式發(fā)生轉移。NF-κB可以吸引炎癥細胞并誘導炎癥細胞產生營養(yǎng)因子及血管生長因子，為腫瘤細胞的增殖、侵襲提供營養(yǎng)物質，同時VEGF可促進淋巴管的生成和淋巴轉移從而促進腫瘤的侵襲和轉移[5]。而TLR4的激活則可促使VEGF表達上調與NF-κB活化，故TLR4、MyD88及NF-κB的過表達與大腸癌的侵襲及浸潤有關。

2.2 TLR4/COX2/PGE2與大腸癌

長期以來，慢性炎癥被認為是惡性腫瘤的易感因素之一，前列腺素(prostaglandin E2，PGE2)是一種獨特的炎性因子，在控制炎癥和誘導粘膜細胞凋亡方面發(fā)揮著多重作用。環(huán)氧化酶2(cyclooxygenase 2，COX2)不僅是PGE2生物合成的限速酶，也是腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用的生物因子[13]。研究發(fā)現(xiàn)，純合子Smad3突變體的小鼠不僅更容易發(fā)生大腸癌，且COX2的表達也明顯增加[14]。此外，X線交叉互補蛋白(X-ray repair cross-complementing protein 5, XRCC5)也可以通過調節(jié)COX2的表達來影響腫瘤的生長，COX2的表達也可能與腫瘤細胞的遷移和侵襲密切相關[15,16]。另一方面，TLR4與腫瘤的生物學行為密切相關，抑制TLR4的表達可以明顯的抵抗腫瘤的形成[17]。Hsu等[18]發(fā)現(xiàn)，TLR4基因敲除小鼠腸道粘膜的COX2和PGE2表達均明顯降低；給予PGE2口服后，腸道粘膜COX2的表達明顯增加并促進其腸道腫瘤的發(fā)生；同時還發(fā)現(xiàn)其腸道粘膜雙向調節(jié)蛋白(amphiregulin，AR)及表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的表達均不同程度增加。相關研究證實COX2的抑制劑類似物能夠抑制大腸癌細胞的增殖及轉移[19]。腸道慢性炎癥導致的大腸癌中TLR4的異常表達可顯著增加PGE2的表達，腸道粘膜細胞EGFR的磷酸化以及COX2的表達上調，從而正反饋促進腫瘤細胞的增殖[18]。

2.3 TLR4/β-catenin與大腸癌

β-連環(huán)蛋白(β-catenin)作為一種多功能蛋白質，由細胞質向胞核轉移時，其相關信號通路被激活[20]。在胞質內，β-catenin可與胞膜黏附蛋白及α-catenin結合，參與細胞骨架的調節(jié)，維持細胞的黏附作用，防止細胞轉移。最近有研究發(fā)現(xiàn)，β-catenin信號通路的活化與大腸癌的發(fā)生過程有關。體外實驗研究發(fā)現(xiàn)，白介素-37(interleukin-37，IL-37)可通過抑制β-catenin的表達和核轉移，阻礙大腸癌細胞的遷移及侵襲，而microRNA-27a則可以通過靶向抑制β-catenin信號通路促進大腸癌細胞的增殖及侵襲[21,22]。TLR4作為大腸癌發(fā)生發(fā)展過程中的重要信號因子，也參與了此信號通路的活化。Chen等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與梭桿菌陰性的大腸癌組織相比，梭桿菌陽性的大腸癌組織中的β-catenin信號通路被激活；用梭桿菌中提取的LPS刺激大腸癌細胞后，β-catenin和TLR4表達顯著增加；TLR4抑制劑預處理LPS刺激的大腸癌細胞后，β-catenin的表達明顯減少。因此，梭桿菌是通過誘導LPS產生，繼而激活TLR4/β-catenin信號轉導來介導大腸癌的發(fā)生。

2.4 TLR4/HMGB1與大腸癌

高遷移性蛋白質1(high-mobility group box 1，HMGB1)是一種在核小體的穩(wěn)定及基因轉錄過程中起重要作用的核蛋白，可以由免疫細胞產生，參與機體的炎癥反應過程，也可以由HT-29、MCF-7等腫瘤細胞產生，在腫瘤的發(fā)生過程中起重要作用。研究表明，HMGB1的異常表達與肺癌的發(fā)生存在著相關性，并可作為肺癌治療的一個遺傳標志物[24]。同時，在胰腺癌細胞內HMGB1的總量與患者總生存率有關，HMGB1可能是與胰腺癌患者預后有關的新型細胞因子[25]。Wu等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，大腸癌患者血清中HMGB1的表達水平明顯增高，并在大腸癌遠處轉移患者中表現(xiàn)得更加明顯，提示HMGB1的表達與大腸癌等惡性腫瘤的預后密切相關，可能是多種惡性腫瘤潛在的生物標志物。此外，患者血清中HMGB1的水平與腫瘤組織中翻譯控制腫瘤蛋白(translationally controlled tumor protein，TCTP)表達正相關。研究還發(fā)現(xiàn)，將人大腸癌細胞LoVo接種裸鼠脾臟后，小鼠種移植瘤的重量和肝轉移的數(shù)量與TCTP在LoVo細胞中的表達正相關；進一步通過免疫組化發(fā)現(xiàn)，HMGB1的染色密度與TCTP在原發(fā)腫瘤組織和轉移灶中的染色密度一致，而TCTP主要是通過HMGB1與其受體TLR4相結合后發(fā)揮作用[27]。因此，TLR4/HMGB1信號通路的活化在大腸癌的遠處轉移過程中可能存在重要的調節(jié)作用。

2.5 其它TLR4信號通路與大腸癌

目前關于TLR4相關信號通路與大腸癌關系的研究中，除了TLR4/MyD88/NF-κB及TLR4/COX2/PGE2信號通路以外，其它與TLR4相關的信號通路也受到了不少學者的關注。研究發(fā)現(xiàn)在大腸癌細胞中，TLR4被其配體刺激后可以增加半乳糖蛋白1(galectin-1，Gal-1)的表達，并誘導上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)相關細胞因子的產生；而沉默TLR4基因后，CRC細胞中Gal-1的表達及乳酸介導的EMT都受到明顯抑制[28]。Gal-1的過量表達與大腸癌浸潤活性的增加有關，Gal-1介導的裂解素和金屬蛋白酶10 (metalloproteinase 10，ADAM10)及金屬蛋白酶17(metalloproteinase 17，ADAM17)的激活可增加大腸癌細胞的侵襲性。相反，抑制ADAM10或ADAM17則可以有效阻止乳酸的產生及大腸癌細胞的遷移能力。因此，TLR4/Gal-1信號通路可通過調節(jié)ADAM10和ADAM17的表達來參與大腸癌的轉移。

Singh等[29]發(fā)現(xiàn)，抵抗素與大腸癌細胞膜上的TLR4結合后，可促使蛋白激酶(extracellular signal-regulation kinase，ERK)激活，而ERK可以上調細胞因子信號抑制因子3(suppressor of cytokine signaling3，SOCS3)，并下調JAK激酶2/信號轉導與轉錄激活因子3(Janus kinase 2 /signal transducer and activator of transcription 3，JAK2/STAT3)，將細胞阻滯在G1期。Chung等[30]認為，由TLR4誘導的糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase, GSK3β)和ERK磷酸化可獨立控制腫瘤細胞生存，從而使TLR4成為降低結腸癌患者耐藥性和轉移的關鍵靶點。

3 展望

大腸癌是最常見的消化道惡性腫瘤之一。近些年來，我國大腸癌發(fā)病率和病死率都在不斷上升，其發(fā)病有年輕化趨勢。大腸癌的早期無明顯臨床癥狀及晚期多發(fā)轉移是造成患者死亡的重要原因，然而目前對其仍缺乏有效的治療手段。因此，積極尋找有效的方法早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療成為近年來研究的主要目標。雖然TLR4相關信號通路與結腸癌關系的報道日益增多，但是對于兩者間關系的認識仍不明確，尤其是在大腸癌發(fā)生發(fā)展過程中TLR4相關信號分子表達譜的改變，以及這種改變對腫瘤發(fā)生發(fā)展產生的影響尚待進一步研究。因此，TLR4相關信號通路作用機制的深入研究對結腸癌的早期診斷、治療以及預后判斷具有重要意義。