NLRC4與結(jié)直腸癌的研究進(jìn)展*

彭 莉，饒友威，周燕紅

(1.湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部,湖北 咸寧 437100;2.赤壁人民醫(yī)院藥劑科)

慢性炎癥是癌癥發(fā)生的高危因素，在癌癥的各個(gè)階段發(fā)揮作用，而炎癥小體作為炎癥反應(yīng)的核心途徑，同樣在癌癥的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色[1]。炎癥小體是一種細(xì)胞內(nèi)多聚體蛋白復(fù)合物，最近被證明可協(xié)調(diào)多種先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答[2]。炎癥小體4(nod like receptor C4，NLRC4)是NLR家族成員之一，又被稱作IPAF，是目前研究較多的炎癥小體[3]。在沒有激活信號(hào)時(shí)，NLRC4通過抑制自身多聚化而不被激活，當(dāng)出現(xiàn)病原微生物感染、應(yīng)激或損傷時(shí)，LRRs結(jié)構(gòu)域會(huì)識(shí)別相應(yīng)的配體，導(dǎo)致自身構(gòu)象改變，解除多聚化作用，激活炎癥小體[4]。NLRC4激活后出現(xiàn)兩種效應(yīng)，一方面，NLRC4炎性小體可通過其CARD結(jié)構(gòu)域或ASC募集并活化pro-caspase-1，產(chǎn)生有活性的caspase-1，并進(jìn)一步將前體IL-1β和IL-18切割為成熟IL-1β和IL-18，參與機(jī)體免疫應(yīng)答[5]。另一方面，活化的caspase-1引發(fā)細(xì)胞焦亡[6]。結(jié)直腸癌是一種發(fā)病率和致死率均比較高的癌癥類型，多基因共同參與其發(fā)生發(fā)展，NLRC4可能通過多項(xiàng)機(jī)制調(diào)控結(jié)直腸癌病程進(jìn)展。

1 NLRC4與結(jié)直腸癌的關(guān)系

炎性小體對(duì)腫瘤的發(fā)生具有雙重作用，其作用類型隨著腫瘤類別的不同而改變，但有報(bào)道[7]顯示，NLRC4在結(jié)直腸癌中被認(rèn)為是一種腫瘤抑制因子，可維持腫瘤發(fā)生的組織內(nèi)穩(wěn)定，在結(jié)直腸癌抑制中具有潛在調(diào)控作用。炎性小體成分的基因突變可能增加機(jī)體對(duì)癌癥的易感性，據(jù)報(bào)道[8]，與野生型小鼠相比，NLRC4基因敲除小鼠模型對(duì)結(jié)腸炎和結(jié)腸癌的易感性增加，NLRC4-/-小鼠腫瘤數(shù)目增加，體積增大，浸潤程度加重，提示NLRC4基因的缺乏可能參與了結(jié)直腸癌的進(jìn)展。有研究者[9]采用生物信息學(xué)方法分析NLRC4在結(jié)直腸癌中的表達(dá)，結(jié)果表明NLRC4在結(jié)直腸癌組織的表達(dá)水平低于正常結(jié)直腸組織，且在不同臨床分級(jí)中表達(dá)水平較正常對(duì)照組具有顯著性差異，說明NLRC4基因的表達(dá)下調(diào)可能與結(jié)直腸癌有關(guān)。然而，另有研究[10]指出NLRC4-/-小鼠與野生型小鼠相比結(jié)直腸腫瘤負(fù)荷未見顯著性差異，這可能由于數(shù)據(jù)來源、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)條件的不同所致。因此，關(guān)于NLRC4與結(jié)直腸癌的關(guān)系需要進(jìn)一步深入研究并闡明。

2 NLRC4參與結(jié)直腸癌的相關(guān)信號(hào)通路

2.1 NLRC4與caspase-1信號(hào)通路

Caspase-1是不同炎癥小體的共同效應(yīng)酶，是細(xì)胞焦亡的重要因素，參與多種腫瘤的抑制[11]。NLRC4作為caspase-1上游信號(hào)分子，其激活介導(dǎo)caspase-1的活化，同NLRC4-/-小鼠一致，caspase-1基因缺陷同樣促進(jìn)結(jié)直腸癌的形成[12]。據(jù)研究表明[8]，慢性炎癥誘導(dǎo)的結(jié)腸腫瘤受NLRC4及caspase-1的雙項(xiàng)調(diào)控，同NLRC4-/-小鼠相同，caspase-1基因缺陷小鼠同樣促進(jìn)腫瘤進(jìn)展，在DSS-AOM誘導(dǎo)的結(jié)腸癌模型中，caspase-1-/-小鼠較WT小鼠相比，腫瘤數(shù)目增加，負(fù)荷加重，侵襲性增強(qiáng)，而caspase-1-/-小鼠腫瘤形成增加是由NLRC4炎癥小體所介導(dǎo)，相關(guān)機(jī)制通過調(diào)控細(xì)胞增殖及凋亡途徑來實(shí)現(xiàn)，因此，NLRC4可能通過調(diào)控caspase-1的表達(dá)在慢性炎癥誘導(dǎo)的癌癥中發(fā)揮中心作用。

2.2 NLRC4與IL-1β、IL-18信號(hào)通路

NLRC4的激活最終誘導(dǎo)IL-1β和IL-18細(xì)胞因子的成熟與釋放，以此調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境的穩(wěn)定，在腫瘤調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。IL-1β是一種關(guān)鍵的多效性促炎細(xì)胞因子，已知可介導(dǎo)炎癥急性反應(yīng)，為先天性和適應(yīng)性先天免疫反應(yīng)提供聯(lián)系，據(jù)推測，IL-1β可能通過調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)和急性炎癥清除功能在腸道組織惡變抑制中發(fā)揮作用[13]。其次，IL-18在結(jié)直腸癌中的積極作用也不容忽視，據(jù)研究[14-15]報(bào)道，IL-18受體缺陷小鼠較對(duì)照組結(jié)腸炎患病率嚴(yán)重升高，惡化速度加快，最終引起結(jié)直腸癌的發(fā)生。而IL-18對(duì)結(jié)直腸癌的抑制作用在其他研究[16-17]中也得到驗(yàn)證，首先，炎癥相關(guān)結(jié)腸癌小鼠模型證明，IL-18的產(chǎn)生一方面可促進(jìn)結(jié)腸上皮細(xì)胞的再生和修復(fù)，保護(hù)腸道自身屏障功能的完整；另一方面，IL-18的分泌明顯減弱炎癥反應(yīng)的發(fā)生，抑制腫瘤的惡化；其次，IL-18一方面通過促IFNγ釋放抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生，另一方面通過增加T細(xì)胞和NK細(xì)胞的數(shù)目降低結(jié)直腸癌肺轉(zhuǎn)移率。此外，IL-18下游信號(hào)MyD88缺陷小鼠腫瘤負(fù)荷上升，其發(fā)生機(jī)理與DNA修復(fù)功能下降，促有絲分裂及血管生成基因表達(dá)增加相關(guān)[18]。說明NLRC4在結(jié)直腸癌中的作用可能與IL-1β、IL-18的釋放相關(guān)聯(lián)。

2.3 NLRC4與p53信號(hào)通路

p53作為一種腫瘤抑制因子，在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、DNA修復(fù)、細(xì)胞凋亡及代謝途徑中發(fā)揮重要功能。研究[19]表明，在結(jié)直腸癌中，60%的患者均出現(xiàn)了p53基因突變，并與腫瘤侵襲性增強(qiáng)和耐藥性增加相關(guān)。而研究[20]也已證實(shí)，NLRC4被認(rèn)為參與p53下游凋亡信號(hào)通路，對(duì)腫瘤的形成發(fā)揮抑制功能。p53可激活NLRC4 mRNA的表達(dá)，且由酪氨酸磷酸酶TC-45過表達(dá)誘導(dǎo)，后者激活p53[21]。其次，NLRC4通過p53介導(dǎo)的凋亡來清除受損上皮細(xì)胞，限制其進(jìn)一步異常增生并轉(zhuǎn)化為惡性腫瘤[22]。因此，NLRC4誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡增加可能通過介導(dǎo)p53的活化來實(shí)現(xiàn)。

2.4 NLRC4與NAIP信號(hào)通路

NLR家族凋亡抑制蛋白(NAIP)同屬于NLR家族及IAP家族，可與NLRC4組成炎癥小體，是結(jié)直腸癌發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。在結(jié)直腸癌小鼠模型中，與NLRC4-/-小鼠類似，NAIP-/-小鼠腫瘤患病率增加，負(fù)荷加重，NAIP通過促進(jìn)腸上皮細(xì)胞致癌物的清除防止結(jié)腸癌的發(fā)生[23]。而NAIP的某些上皮固有功能可能通過NLRC4所介導(dǎo)，NLRC4的激活也需要NAIP5的存在，NLRC4與NAIP協(xié)同發(fā)揮作用，通過調(diào)控上皮細(xì)胞的屏障保護(hù)功能預(yù)防或抑制腫瘤的發(fā)生[24-25]。因此，NLRC4對(duì)結(jié)直腸癌的調(diào)控可能與NAIP相關(guān)信號(hào)通路的激活相關(guān)。

3 NLRC4參與結(jié)直腸癌的相關(guān)機(jī)制

3.1 介導(dǎo)細(xì)胞凋亡與增殖

在正常情況下，機(jī)體細(xì)胞凋亡與增殖處于一種動(dòng)態(tài)平衡，但當(dāng)某些因素將此平衡機(jī)制打破，細(xì)胞生長調(diào)控就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重紊亂，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生，腫瘤便是機(jī)體細(xì)胞異常增殖所形成的新生物。因此，促腫瘤細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞增殖成為抗癌治療的重要機(jī)制之一。Hu等[8]通過AOM-DSS誘導(dǎo)結(jié)腸癌模型發(fā)現(xiàn)，caspase-1-/-和NLRC4-/-小鼠與野生型小鼠相比，疾病惡化程度加重，而腫瘤發(fā)生的增強(qiáng)并非通過調(diào)節(jié)結(jié)腸炎癥來介導(dǎo)，而是通過調(diào)節(jié)結(jié)腸上皮細(xì)胞的增殖和凋亡來實(shí)現(xiàn)，因此，NLRC4介導(dǎo)的凋亡可能有助于清除癌前細(xì)胞，阻斷癌變過程。

3.2 調(diào)控機(jī)體免疫防御

先天免疫系統(tǒng)通過介導(dǎo)組織修復(fù)、炎癥和微生物清除等途徑為抵御微生物入侵及內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)提供了首要防線。這在腸道黏膜中尤為重要，因?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別受體(PRR)在有共生微生物存在的情況下可以保護(hù)黏膜免受微生物侵襲，同時(shí)維持上皮屏障完整，并保持對(duì)共生細(xì)菌的耐受性，避免細(xì)菌侵入造成的永久性損傷及免疫破壞。研究[26]指出，炎癥小體被認(rèn)為是介導(dǎo)宿主對(duì)微生物病原體的防御和腸道內(nèi)組織穩(wěn)態(tài)的保護(hù)因子。已有證據(jù)[27]表明NLRC4在沙門氏菌的感染抑制中發(fā)揮重要作用，相關(guān)機(jī)制是通過NLRC4誘導(dǎo)腸巨噬細(xì)胞caspase-1激活和IL-1β分泌清除病原體來實(shí)現(xiàn)。此外，病原體模式識(shí)別受體(PRRs)的激活成為機(jī)體宿主保護(hù)的關(guān)鍵途徑，在細(xì)胞應(yīng)激條件下，免疫系統(tǒng)通過PRRs識(shí)別各種病原體感染并做出防御反應(yīng)。Rakoff-Nahoum等人[28]發(fā)現(xiàn)PRRs可以維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和抵御機(jī)體損傷，PRRs激活引起宿主防御信號(hào)通路的活化，而NLRC4是已確定的可活化此通路的炎癥小體，NLRC4的激活誘導(dǎo)caspase-1的成熟與釋放，活化后的caspase-1發(fā)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)，分泌活性IL-Iβ、IL-18，IL-18進(jìn)一步維持腸道微環(huán)境的穩(wěn)定，可對(duì)腸道致病菌和共生菌做出識(shí)別，并進(jìn)行特異性清除反應(yīng)，避免腸道受損，抑制了癌癥進(jìn)展。

3.3 保護(hù)腸道上皮細(xì)胞

炎癥性腸病(IBD)是炎性相關(guān)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素，腫瘤上皮細(xì)胞屏障功能的喪失使微生物產(chǎn)物進(jìn)入腫瘤組織成為可能，并通過模式識(shí)別受體觸發(fā)固有層免疫細(xì)胞和結(jié)腸上皮細(xì)胞的激活產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的生長和免疫細(xì)胞的招募，上皮細(xì)胞免疫成分的破壞會(huì)影響腫瘤的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)者對(duì)NLRC4基因缺乏小鼠用葡聚糖硫酸鈉造成腸道上皮損傷，結(jié)果導(dǎo)致了更嚴(yán)重的疾病，表明NLRC4具有一定保護(hù)腸道的作用，這種保護(hù)機(jī)制可能是NLRC4介導(dǎo)的炎癥小體激活引起IL-1β和IL-18的釋放，兩種細(xì)胞因子共同保護(hù)小鼠腸道黏膜免受攻擊[29]。其次，研究者為了證實(shí)caspase-1在腸上皮細(xì)胞中的作用，建造caspase-1-/-及WT小鼠腸道組織損傷及結(jié)腸炎的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停Y(jié)果證實(shí)，caspase-1-/-與WT小鼠相比，出現(xiàn)嚴(yán)重的上皮組織損傷及炎癥表現(xiàn)，小鼠在很短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)快速死亡，進(jìn)一步說明caspase-1也在腸道上皮細(xì)胞保護(hù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，抑制了腸道組織惡變[30]。

4 NLRC4在結(jié)直腸癌治療中的作用

結(jié)直腸癌是一種普遍的高發(fā)性腫瘤，治愈率低，死亡率高。結(jié)直腸癌的標(biāo)準(zhǔn)療法包括手術(shù)切除及輔助放化療、靶向治療等，然而由于患者對(duì)治療的耐受性及高復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)使療效受到限制。炎性小體是宿主防御機(jī)制至關(guān)重要的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，NLRC4基因突變與結(jié)直腸癌的發(fā)生相聯(lián)系，NLRC4可能成為結(jié)直腸癌治療的靶點(diǎn)。經(jīng)臨床試驗(yàn)研究得出[31]，NLRC4的下游促分泌因子IL-18在晚期結(jié)直腸癌患者中單獨(dú)使用時(shí)表現(xiàn)出良好的療效，且未見明顯的不良反應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步為結(jié)直腸癌的高效治療提供了新的策略，為腫瘤靶向治療提供了研究方向。另有研究者[32]將細(xì)菌鞭毛蛋白對(duì)TLR5、NAIP5及NLRC4的激活整合到腫瘤免疫療法中，結(jié)果表達(dá)了鼠傷寒沙門菌鞭毛蛋白的B16黑色素瘤細(xì)胞和EL4胸腺瘤細(xì)胞在體內(nèi)均無法建立腫瘤模式，且這兩種腫瘤細(xì)胞還誘導(dǎo)了來自CD4和CD8 T細(xì)胞的有效抗腫瘤免疫，說明TLR5、NAIP5及NLRC4的激活在腫瘤細(xì)胞免疫治療中是有益的，值得進(jìn)一步在結(jié)直腸癌中進(jìn)行研究并推廣。

5 小結(jié)與展望

炎癥小體在多種腫瘤中均起作用，且在不同的腫瘤類型中發(fā)揮不一樣的功能，以上研究結(jié)果表明NLRC4對(duì)腸道組織可能具有一定的保護(hù)機(jī)制，研究從調(diào)節(jié)機(jī)體免疫應(yīng)答、介導(dǎo)細(xì)胞凋亡與增殖、保護(hù)腸道黏膜完整性等角度闡釋了NLRC4調(diào)控腸道腫瘤發(fā)生的可能機(jī)制。但也有報(bào)道說NLRC4對(duì)結(jié)直腸癌尚無影響，且具體作用機(jī)制仍不明確，因此，NLRC4對(duì)腫瘤的雙重作用需要更多的體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)更深入的闡明，不僅以動(dòng)物模型為標(biāo)本，更要深入臨床實(shí)踐去探討，明確NLRC4在有菌及無菌狀態(tài)下如何被激活，其結(jié)構(gòu)與功能之間有著怎樣的聯(lián)系，其抑癌或促癌的具體機(jī)制是什么，以此提高我們對(duì)炎性小體信號(hào)通路的了解，明確其在胃腸疾病中的發(fā)病機(jī)理，為未來關(guān)于炎癥性腸病和胃腸道癌等疾病新的靶向藥物研發(fā)提供可能依據(jù)。