炎癥介質(zhì)及炎癥細(xì)胞因子在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

霍瑞雪，崔宇，吳曉靜，王弋嘉，王鳳瑋

天津市人民醫(yī)院，天津 300000

結(jié)直腸癌(CRC)是全世界最常見的惡性腫瘤之一，近年我國CRC的發(fā)病率和病死率均呈上升趨勢，此病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，其中慢性炎癥是導(dǎo)致CRC發(fā)生發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素。腫瘤微環(huán)境中的炎癥細(xì)胞及炎癥因子可促進(jìn)炎癥發(fā)生，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤生長[1,2]。細(xì)胞因子是機(jī)體受到體內(nèi)外各種刺激后，由體內(nèi)各種細(xì)胞分泌出來的多種小分子蛋白質(zhì)或多肽，其與細(xì)胞表面的受體相結(jié)合，進(jìn)而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，其中參與炎癥反應(yīng)的細(xì)胞因子稱為炎癥細(xì)胞因子，簡稱炎癥因子。在炎癥過程中，由體液產(chǎn)生或由細(xì)胞釋放的，參與或介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)稱為炎癥介質(zhì)，其范圍比炎癥因子更為廣泛。在CRC患者中，腫瘤相關(guān)的炎癥，不論是局部還是全身的炎癥反應(yīng)，都被認(rèn)為與腫瘤壞死和預(yù)后有關(guān)[1,3]。機(jī)體對腫瘤的反應(yīng)是一個(gè)炎癥及損傷修復(fù)的復(fù)雜過程。研究[3]發(fā)現(xiàn)，腫瘤周圍的炎癥細(xì)胞和細(xì)胞因子并不是有效抗腫瘤的反應(yīng)，而更可能起到促進(jìn)腫瘤生長、進(jìn)展和免疫抑制的作用。免疫細(xì)胞通過分泌的生物活性因子——炎癥介質(zhì)及炎癥因子發(fā)揮強(qiáng)大生物學(xué)效應(yīng)，可介導(dǎo)多種免疫反應(yīng)，如生長因子、趨化因子、促血管生成因子、胞外基質(zhì)轉(zhuǎn)化酶等，來浸潤腫瘤微環(huán)境達(dá)到患癌的風(fēng)險(xiǎn)[4]。一方面，炎癥介質(zhì)及炎癥因子可以調(diào)節(jié)局部腫瘤微環(huán)境和影響正常器官的慢性全身炎癥反應(yīng)[5]；另一方面，某些細(xì)胞因子也可抑制炎癥產(chǎn)生，對機(jī)體起到抑制腫瘤生成的保護(hù)作用。此外，腫瘤易感性和嚴(yán)重程度可能與炎性細(xì)胞因子基因的功能多態(tài)性有關(guān)，且炎癥細(xì)胞因子的缺失或抑制反過來會(huì)阻止腫瘤的進(jìn)展[3]?，F(xiàn)就炎癥因子及炎癥介質(zhì)在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用研究進(jìn)展情況作一綜述。

1 腫瘤壞死因子(TNF)

TNF是由單核/巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的一類與細(xì)胞增殖、分化、死亡、炎癥反應(yīng)、自身免疫及腫瘤生成有關(guān)的促炎癥因子，其在炎癥發(fā)生與促腫瘤生成方面發(fā)揮作用[1,6]。TNF-α可促進(jìn)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的DNA損傷，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)各種促血管生成因子(如VEGF)的表達(dá)促進(jìn)血管生成，也可刺激TGF-β誘導(dǎo)的EMT(上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化)，通過誘導(dǎo)遷移黏附分子的表達(dá)促進(jìn)組織侵襲和轉(zhuǎn)移[6]。其也與IBD患者的RONS生成有關(guān)，RONS誘發(fā)突變的潛能與p53抑制基因的早期突變一起，有可能增加與基因改變有關(guān)的累積風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致UC患者的癌癥發(fā)生[7]。眾所周知，NF-κB作為促炎癥轉(zhuǎn)錄因子，是炎癥進(jìn)程中的中心激活劑，并決定性地促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生存、增殖、侵襲、血管生成和轉(zhuǎn)移。TNF-α可增強(qiáng)腫瘤發(fā)生的炎癥通路如NF-κB信號通路，進(jìn)而刺激惡性細(xì)胞增殖[8,9]。中和TNF在小鼠模型及患者中對于IBD具有保護(hù)作用。此外，抗TNF單克隆抗體已被證明可有效治療克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎[10]。

2 干擾素(IFN)

IFN-γ主要由活化T細(xì)胞和NK細(xì)胞產(chǎn)生，也稱為Ⅱ型干擾素。在UC相關(guān)癌癥患者中，IFN誘導(dǎo)的基因家族1-8U被過表達(dá)。在IBD患者中已經(jīng)觀察到IFN-γ+細(xì)胞的升高，而IFN-γ缺陷的裸鼠不會(huì)發(fā)展為DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎，因此認(rèn)為IFN-γ可能會(huì)促進(jìn)慢性炎癥反應(yīng)。在IL-10缺陷模型中，小腸結(jié)腸炎和腫瘤形成依賴于IFN-γ的參與，并且阻斷中和抗體可防止低齡小鼠結(jié)腸炎和癌癥發(fā)生，證明了IFN-γ作為早期炎癥誘導(dǎo)劑的作用[11]。在AOM/TNBS-CAC鼠模型中，Osawa等證實(shí)IFN-γ-/-小鼠比野生型或IL-4-/-小鼠產(chǎn)生更多數(shù)量的腫瘤，說明了IFN-γ的抗腫瘤免疫反應(yīng)。這可能由于IFN-γ可以通過抑制癌細(xì)胞的細(xì)胞生長和誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，對癌變和腫瘤生長具有免疫刺激和免疫調(diào)節(jié)作用[12]。因此IFN-γ的雙向促進(jìn)或抑制腫瘤生成的作用還有待于進(jìn)一步研究證實(shí)。

3 白細(xì)胞介素(IL)

IL是指在白細(xì)胞或免疫細(xì)胞間相互作用的淋巴因子，其在傳遞信息，激活與調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞，介導(dǎo)T、B細(xì)胞活化、增殖與分化及在炎癥反應(yīng)中起重要作用。

3.1 IL-1 在CRC微環(huán)境中，IL-1是IL-17信號傳導(dǎo)途徑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。上皮細(xì)胞中IL-1受體(IL-1R1)的遺傳缺失可減輕CRC的APC模型中的腫瘤發(fā)生，證明了IL-1信號傳導(dǎo)在早期腫瘤生長中的作用。IL-1R1的T細(xì)胞特異性消除減少了依賴于IL-17和IL-22的腫瘤誘發(fā)的炎癥，從而減少了CRC進(jìn)展。IL-1R1消融可導(dǎo)致細(xì)菌侵入腫瘤，增強(qiáng)炎癥和侵襲性CRC進(jìn)展[13]。最近研究顯示，可通過削弱巨噬細(xì)胞依賴性的IL-6分泌，進(jìn)而阻斷IL-1β的活性來降低小鼠腫瘤發(fā)生[14]。并且IL-1受體拮抗劑Bermekimab已在CRC治療中初見療效[15]。這些發(fā)現(xiàn)意味著IL-1在結(jié)腸炎癥發(fā)生中起著重要的作用。

3.2 IL-6 IL-6可誘發(fā)氧化應(yīng)激，并且是結(jié)直腸腺瘤及早期腸炎相關(guān)性腫瘤生成中的重要促進(jìn)因子。已觀察到，CRC患者的循環(huán)IL-6濃度升高。而動(dòng)物模型中，TAMs產(chǎn)生的IL-6可促進(jìn)CAC生成，其通過調(diào)節(jié)局部和全身炎癥反應(yīng)及血管生成，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[5]。試驗(yàn)證實(shí)在CRC細(xì)胞系中，IL-6與可溶性IL-6受體(sIL-6R)結(jié)合，形成IL-6-sIL-6R復(fù)合物，通過與表面分子gp130結(jié)合，激活腸道靶細(xì)胞，阻止腫瘤細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致重要的腫瘤生成轉(zhuǎn)錄因子—STAT3的磷酸化，進(jìn)而正向調(diào)節(jié)癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子5和6(CEACAM5，CEACAM6)。已知CEACAM5和CEACAM6與腫瘤細(xì)胞的黏附，浸潤，失巢凋亡，侵襲和轉(zhuǎn)移均相關(guān)，是預(yù)后不良的危險(xiǎn)因素。在AOM/DSS誘導(dǎo)的CAC模型中，IL6-/-小鼠較野生型產(chǎn)生更少的腫瘤，并且在腸上皮細(xì)胞(IECs)中觀察到增殖減少及更多凋亡。對IL6-/-小鼠再給予重組的IL-6后，腫瘤數(shù)量和大小都會(huì)增加。并且，應(yīng)用單克隆抗體阻斷IL-6信號通路，對抑制慢性腸道炎癥起到一定作用[8]。

3.3 IL-8 IL-8是中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞特異性趨化因子CXC亞家族成員，在急性炎癥反應(yīng)期間可作為中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的化學(xué)引誘物。IL-8有促分裂，血管生成的作用，其通過MMP的相關(guān)表達(dá)，影響腫瘤細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性，從而增強(qiáng)侵襲力。IBD患者中IL-8水平升高，同時(shí)，結(jié)腸癌細(xì)胞也表達(dá)IL-8。在腸癌患者中，分化程度越低，IL-8表達(dá)水平更高。此外，IL-8與結(jié)腸癌細(xì)胞系的轉(zhuǎn)移潛能直接相關(guān)。IL-8在HCT116和Caco2細(xì)胞系中的過度表達(dá)導(dǎo)致增殖及細(xì)胞遷移和侵襲增加。在腫瘤異種移植模型中，過表達(dá)IL-8的細(xì)胞形成更大的腫瘤并顯示更高的微血管密度。人腸道微血管內(nèi)皮細(xì)胞可通過CXCR2受體產(chǎn)生對IL-8的應(yīng)答，從而顯示出血管生成的作用。此外，被TNF-α誘導(dǎo)的IL-8能夠促進(jìn)EMT[16]。因此，過表達(dá)IL-8的結(jié)腸癌細(xì)胞系顯示出更強(qiáng)的增殖、轉(zhuǎn)移和血管生成能力。

3.4 IL-10 IL-10在免疫應(yīng)答中，參與Th1向 Th2轉(zhuǎn)化的抗炎作用，且水平受IL-6調(diào)節(jié)。其主要作用是限制炎癥反應(yīng)，維持胃腸道的免疫穩(wěn)態(tài)。動(dòng)物研究表明IL-10缺陷小鼠在感染腸道細(xì)菌時(shí)自發(fā)形成結(jié)腸直腸癌。在該模型中施用外源性IL10可以預(yù)防結(jié)腸直腸癌的發(fā)展，表明IL-10在炎癥和炎癥相關(guān)性結(jié)腸直腸癌起到保護(hù)作用[11]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)CRC患者的腫瘤含有大量產(chǎn)生IL-10的漿母細(xì)胞，其是炎癥中Th17的有效抑制劑，是血管形成和上皮細(xì)胞增殖的促進(jìn)劑，這是一種保護(hù)CRC患者的機(jī)制[17]。

3.5 IL-13 研究表明，通過暴露于Th2細(xì)胞因子而活化的巨噬細(xì)胞通過各種機(jī)制促進(jìn)腫瘤發(fā)展，NKT細(xì)胞產(chǎn)生的IL-13可激活這種巨噬細(xì)胞。在惡唑酮誘導(dǎo)的結(jié)腸炎期間，IL-13利用該機(jī)制，誘導(dǎo)其分化成腫瘤支持細(xì)胞，富集于腫瘤發(fā)展部位導(dǎo)致彌漫的上皮損傷[18]。

3.6 IL-17 IL-17是可以橋接適應(yīng)性和先天性免疫系統(tǒng)的一類促炎細(xì)胞因子。其在活躍的IBD及CRC患者的粘膜和血清中升高[12]。在CAC患者的腫瘤中IL-17過表達(dá)且與血管生成及更差的預(yù)后有關(guān)[19]。同樣的，在用AOM和DSS誘導(dǎo)CAC的IL-17缺陷小鼠模型中，與野生型相比，IL-17缺陷小鼠表現(xiàn)出較小腫瘤形成和促炎癥指標(biāo)的減少[20]。在mCRC模型中，IL-17A和IL-17F均利于結(jié)腸炎的發(fā)病。IL-17A和IL-17F已顯示在IBD患者的組織活檢中升高，且細(xì)胞試驗(yàn)中，IL-17A和IL-17F的缺乏可以顯著降低結(jié)腸炎的嚴(yán)重程度[21]。另一研究顯示在DSS結(jié)腸炎模型中，發(fā)現(xiàn)IL-17F可能通過抑制血管生成進(jìn)一步抑制結(jié)腸腫瘤發(fā)生[16]。因此IL-17不同亞型的作用也許并不一致，還需更多證據(jù)驗(yàn)證。

3.7 IL-21 IL-21曾被認(rèn)為具有增強(qiáng)細(xì)胞毒性免疫應(yīng)答的能力及抗腫瘤作用，然而最近研究顯示，IL-21在UC和CD患者的結(jié)腸粘膜中過度產(chǎn)生，在UC相關(guān)結(jié)腸癌患者的腸道以及CAC小鼠中均可觀察到高水平的IL-21表達(dá)。與野生型小鼠相比，IL-21缺陷型小鼠發(fā)生結(jié)腸炎較輕，粘膜損傷減少，T細(xì)胞浸潤減少以及IL-6和IL-17A產(chǎn)生減少，且IL-21敲除小鼠表現(xiàn)為更少和更小的腫瘤。IL-21被認(rèn)為可維持腫瘤和瘤周區(qū)域CD4+T細(xì)胞浸潤，并增強(qiáng)IL-6和IL-17A的產(chǎn)生以及STAT3活化。另一相關(guān)研究也顯示IL-21通過增加腫瘤細(xì)胞增殖，損傷對癌細(xì)胞特異性的CD103+CD8+細(xì)胞毒性T細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng)促進(jìn)CAC[22]。

3.8 IL-22 有證據(jù)表明IL-22在IBD的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭杏兄匾谋Ｗo(hù)作用。CRC患者IL-22表達(dá)水平相較于健康對照組明顯增高[12]。在TCRα-/-小鼠中，IL-22過表達(dá)可降低疾病評分。在DSS結(jié)腸炎中，阻斷IL-22途徑會(huì)導(dǎo)致粘膜延遲恢復(fù)和損傷增加。另外，IL-22可以早期控制致病微生物群，誘導(dǎo)趨化因子和各種抗菌肽，其缺陷會(huì)增加結(jié)腸炎風(fēng)險(xiǎn)。總之，IL-22在維持上皮屏障的完整性方面起一定作用[23]。

4 生長因子

轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)由T淋巴細(xì)胞和腫瘤上皮細(xì)胞產(chǎn)生。TGF-β在結(jié)直腸中的作用是一把“雙刃劍”。一方面，在AOM/DSS處理后，T細(xì)胞中TGF-β的過表達(dá)導(dǎo)致小鼠結(jié)腸中腫瘤發(fā)展的顯著減少，表明TGF-β通過向T淋巴細(xì)胞發(fā)信號來抑制結(jié)腸炎誘導(dǎo)的CRC。TGF-β缺陷的T細(xì)胞產(chǎn)生更多IL-6，其反過來通過激活STAT3信號促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長和存活。TGF-β也向基質(zhì)成纖維細(xì)胞發(fā)出信號以抑制癌癥的發(fā)生和促進(jìn)。另一方面，已觀察到IBD或CRC患者中TGF-β水平升高，TGF-β可通過促進(jìn)EMT，加強(qiáng)CAC的侵襲性，在腫瘤生成的末期制造免疫耐受的微環(huán)境來促進(jìn)腫瘤生長[24]。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)：普遍認(rèn)為血管生成是癌癥發(fā)生的重要過程，而 IBD患者的粘膜組織顯示出更高的微血管密度，這被認(rèn)為是與VEGF誘導(dǎo)的炎癥表達(dá)增加相關(guān)。CAC患者的腸上皮細(xì)胞中顯示出活化的VEGFR，且在CAC小鼠模型中，阻斷VEGFR2可以抑制腫瘤發(fā)展，血管生成和細(xì)胞增殖[25]。低氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1可在低氧條件下被激活并促進(jìn)腫瘤生成。最近的證據(jù)表明，促炎刺激物(包括細(xì)胞因子和生長因子)，也可以在正常氧條件下激活HIF-1α并調(diào)節(jié)缺氧相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。在腫瘤壞死區(qū)域和CRC的腫瘤周圍炎癥中發(fā)現(xiàn)HIF-1α表達(dá)升高，表明缺氧與炎癥反應(yīng)之間存在關(guān)聯(lián)[26]。

5 集落刺激因子

研究顯示，CRC患者中粒細(xì)胞—巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)水平隨著疾病進(jìn)展逐漸增加。此外，與K-ras陰性和健康對照患者相比，K-ras陽性患者中GM-CSF水平顯著較高。GM-CSF參與多種細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑的激活，包括JAK/STAT，RAS/ERK和PI3K/AKT等信號通路。異常GM-CSF信號傳導(dǎo)在疾病發(fā)生，進(jìn)展和惡性轉(zhuǎn)化過程中驅(qū)動(dòng)不適當(dāng)?shù)募?xì)胞生長和存活。此外，它可以通過激活NF-κB和抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表達(dá)來誘導(dǎo)細(xì)胞存活[12]。

6 趨化細(xì)胞因子(CCL)

CCL作為一種炎癥細(xì)胞因子在腺瘤中表達(dá)失調(diào)[27]。在多因素回歸分析中，血清CCL1、CCL20、CCL24、CX3CL1等的高水平表達(dá)與CRC特異性病死率的增加有明顯聯(lián)系。且經(jīng)過臨床協(xié)變量的調(diào)整，CCL1、CCL15、CCL20、CX3CL1、CXCL13等與總病死率明顯相關(guān)[28]。已知CCL20是一種通過結(jié)合其受體CCR6參與指導(dǎo)淋巴細(xì)胞遷移的趨化因子。CCR6在CRC和相關(guān)的肝轉(zhuǎn)移中均顯著上調(diào)，數(shù)據(jù)表明其在CCR6+腫瘤細(xì)胞募集至遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移部位中發(fā)揮作用。CXCL1的表達(dá)在結(jié)直腸腺瘤和腺癌中上調(diào)，其抑制細(xì)胞凋亡并與纖維蛋白-1的表達(dá)負(fù)相關(guān)，并且與CRC體外和體內(nèi)的血管生成相關(guān)。CCL5可驅(qū)動(dòng)T細(xì)胞和單核細(xì)胞的遷移和激活，其表達(dá)增加與許多惡性腫瘤相關(guān)。CCL19和CCL21是共享受體CCR7的結(jié)構(gòu)上相關(guān)的趨化因子，它們在繼發(fā)性淋巴組織的發(fā)育中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其通過與次級淋巴器官內(nèi)的樹突細(xì)胞相互作用參與T細(xì)胞活化[27]。

綜上所述，隨著結(jié)直腸癌發(fā)病率及病死率的逐年增長，對其有效的預(yù)防及治療手段有待深入研究。從多種炎癥介質(zhì)及炎性因子方面回顧了CRC與炎癥之間的聯(lián)系，并討論了這些聯(lián)系對癌癥預(yù)防和治療的影響。CRC中發(fā)現(xiàn)的以TNF-α、IL-6、CCL、VEGF等為代表的大多數(shù)炎癥介質(zhì)及炎性因子，比起有效的宿主抗腫瘤反應(yīng)，更有可能促進(jìn)腫瘤生長，進(jìn)展和免疫抑制。此外，炎性腸病相關(guān)CRC的發(fā)展和嚴(yán)重性可能與炎癥介質(zhì)及炎性因子基因的功能多態(tài)性相關(guān)，并且某些炎性細(xì)胞因子的缺失或抑制可減少癌癥的發(fā)生。此外，IFN-γ、TGF-β和IL-17對于CRC形成作用尚無統(tǒng)一意見，仍需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)，祖國的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)博大精深，幾千年的實(shí)踐告訴我們，中醫(yī)藥在結(jié)直腸炎癥治療方面效果顯著，其或許可通過調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)或炎癥因子，逆轉(zhuǎn)炎癥相關(guān)過程達(dá)到預(yù)防及治療CRC的功效。在未來的研究中，我們可進(jìn)一步探索針對腫瘤炎癥因子的特異性靶向抑制劑。我們相信隨著CRC與炎癥的面紗逐漸揭開，越來越多的機(jī)制和治療手段將會(huì)為CRC患者帶來獲益。