IL-6及其受體在乳腺癌治療中的作用研究進(jìn)展

劉欣欣 馬西元 繆美琪 王語(yǔ)晴 綜述 陳晶 審校

乳腺癌是危害女性健康的最常見的惡性腫瘤。GLOBOCAN數(shù)據(jù)顯示,2020年中國(guó)乳腺癌新發(fā)病例超過(guò)41.6萬(wàn)例,晚期乳腺癌患者5年生存率僅為25.0%[1]。因此,迫切需要了解乳腺癌發(fā)病機(jī)制和提高診療策略。乳腺癌在臨床上已經(jīng)有多種治療手段,包括手術(shù)、化療和免疫療法等,但總體治療效果仍不甚理想,歸其原因主要由于腫瘤細(xì)胞對(duì)傳統(tǒng)抗癌療法的耐藥性。相關(guān)研究顯示,腫瘤微環(huán)境中的炎癥因子能夠促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)并誘導(dǎo)其對(duì)放化療的抵抗,且腫瘤細(xì)胞的增殖能力與炎癥呈正相關(guān)[2]。白細(xì)胞介素-6(IL-6)是腫瘤微環(huán)境中多種細(xì)胞釋放的促炎細(xì)胞因子,IL-6主要通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和蘇氨酸激酶(Akt)信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo);通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡、血管生成和干性表達(dá)及耐藥性影響腫瘤發(fā)生發(fā)展[3]。在乳腺癌中異常高表達(dá)的IL-6能夠通過(guò)多種途徑廣泛參與腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移。研究發(fā)現(xiàn),成熟的人類脂肪細(xì)胞可以增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞的攻擊行為,并通過(guò)旁分泌IL-6/STAT3信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)表型,進(jìn)而引發(fā)乳腺癌的放療抵抗[4]。因此,證實(shí)了IL-6在促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展和治療抵抗中的重要性。所以阻斷IL-6及其受體可能作為一種治療乳腺癌的有效手段。本文將對(duì)IL-6及其受體在乳腺癌治療中的作用進(jìn)行闡述,為乳腺癌的治療提供新策略。

1 IL-6概述

1.1 IL-6的生物學(xué)功能

IL-6是一種多功能的細(xì)胞因子,根據(jù)其生物學(xué)作用及來(lái)源,被稱為IFN-β2、肝細(xì)胞刺激因子和B細(xì)胞刺激因子等[5]。IL-6的分子量為25 kDa,含有185個(gè)氨基酸,是一種單鏈的磷酸化糖蛋白,屬于免疫球蛋白家族成員,可由免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞等在各種刺激下產(chǎn)生[6]。其受體IL-6R以膜結(jié)合型(mIL-6R)和可溶性(sIL-6R)兩種形式存在。IL-6可以調(diào)節(jié)機(jī)體的多種免疫和生理過(guò)程,如急性期蛋白的產(chǎn)生、炎癥、抗原特異性免疫反應(yīng)、造血和細(xì)胞代謝等[7]。此外,IL-6也是炎癥和腫瘤之間的主要介質(zhì),能夠影響早期腫瘤的免疫監(jiān)視和對(duì)腫瘤的治療[7]。IL-6通過(guò)刺激能夠產(chǎn)生淀粉樣前體蛋白誘導(dǎo)急性炎癥反應(yīng)并作為B淋巴細(xì)胞的催化劑,刺激其合成和分泌各種免疫球蛋白;誘導(dǎo)外周T細(xì)胞的增殖,進(jìn)而與IL-1結(jié)合激活自然殺傷細(xì)胞,參與多種與炎癥及免疫系統(tǒng)相關(guān)的反應(yīng)過(guò)程[8]。IL-6作為一種炎性細(xì)胞因子,通過(guò)調(diào)節(jié)白細(xì)胞的分化和增殖,協(xié)調(diào)趨化因子介導(dǎo)的白細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn),并誘導(dǎo)固有免疫向適應(yīng)性免疫的轉(zhuǎn)變,抑制細(xì)胞免疫功能[9]。另外,IL-6作為許多腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)因子,能夠?qū)е履[瘤相關(guān)的炎癥反應(yīng)。該機(jī)制主要與促進(jìn)血管生成、轉(zhuǎn)移和免疫修飾而惡化腫瘤的預(yù)后有關(guān)[10]。研究顯示,在高轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞中,活化的NF-κB和AP-1能夠提高IL-6啟動(dòng)子區(qū)域染色質(zhì)的可塑性,增強(qiáng)IL-6基因的轉(zhuǎn)錄[11]。

1.2 IL-6及其信號(hào)通路

IL-6可通過(guò)與mIL-6R或sIL-6R和糖蛋白gp130結(jié)合來(lái)激活信號(hào)通路,從而啟動(dòng)其多效性作用。mIL-6R主要通過(guò)mIL-6Rα表達(dá)與gp130結(jié)合引發(fā)抗炎反應(yīng)。而sIL-6R能夠引起反式信號(hào)而導(dǎo)致促炎反應(yīng)。二者促炎和抗炎反應(yīng)均由IL-6及其受體與gp130復(fù)合物產(chǎn)生的[12]。這種復(fù)合物能夠激活Janus激酶(JAK),進(jìn)而激活三種可能的信號(hào)通路。IL-6與其受體結(jié)合后能夠激活JAK導(dǎo)致STAT3磷酸化,并誘導(dǎo)STAT3同源二聚化進(jìn)入細(xì)胞核。在腫瘤細(xì)胞中可通過(guò)激活I(lǐng)L-6/JAK/STAT3信號(hào)通路調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和侵襲等過(guò)程[13]。IL-6的另一個(gè)重要信號(hào)通路是MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng),如JAK能夠激活RAS/RAF信號(hào)通路,導(dǎo)致MAPK過(guò)度磷酸化,使得Akt活性增強(qiáng)[14]。IL-6可作為STAT3活化的強(qiáng)效誘導(dǎo)劑,免疫細(xì)胞中的STAT3能夠被腫瘤微環(huán)境中IL-6高表達(dá)區(qū)激活。在生理?xiàng)l件下,活化的STAT3通常會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞因子信號(hào)抑制因子(SOCS)分子和活化STAT(PIAS)蛋白的蛋白抑制劑的表達(dá)[15]?；罨腟TAT3和MAPK能夠誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)內(nèi)皮細(xì)胞中VEGF的表達(dá),從而影響血管生成[16]。此外,MAPK還可通過(guò)激活各種轉(zhuǎn)錄因子參與細(xì)胞快速生長(zhǎng),增加免疫球蛋白合成等過(guò)程[17]。PI3K/Akt信號(hào)通路是IL-6誘導(dǎo)的另一條信號(hào)通路。在JAK磷酸化后,PI3K磷酸化并將磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸肌醇受體(PIP3),導(dǎo)致Akt磷酸化,從而激活A(yù)kt信號(hào)通路,使Akt被募集到質(zhì)膜上[18]。激活的PI3K-Akt通過(guò)抑制p53,誘導(dǎo)cyclin D1和myc,使Chk-1以及轉(zhuǎn)錄腫瘤抑制因子p27Kip1和p130Rb2.66失活,促進(jìn)細(xì)胞增殖[19]。雷帕霉素的哺乳動(dòng)物靶點(diǎn)(mTOR)是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝的Ser/Thr激酶,PI3K/Akt能夠激活mTOR促進(jìn)蛋白質(zhì)合成及細(xì)胞生長(zhǎng)[20]。此外,PI3K信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也有助于NF-кB的激活,從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖,并可促進(jìn)血管生成及細(xì)胞侵襲[21]。綜上,IL-6可通過(guò)STAT3、MAPK、PKB/Akt通路和NF-кB的激活來(lái)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。因此,IL-6參與其生理病理過(guò)程主要取決于其生化途徑。

2 IL-6在乳腺癌中的作用

2.1 IL-6與腫瘤微環(huán)境

IL-6信號(hào)不僅對(duì)乳腺癌細(xì)胞產(chǎn)生影響,而且還在腫瘤微環(huán)境和腫瘤干細(xì)胞的調(diào)節(jié),以及腫瘤耐藥、EMT、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。腫瘤微環(huán)境由多種細(xì)胞組成,包括間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(Cancer associated fibroblast,CAFs)、內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞,所有這些細(xì)胞都能夠通過(guò)細(xì)胞因子與腫瘤細(xì)胞發(fā)生相互作用[22]。據(jù)報(bào)道,腫瘤細(xì)胞及其微環(huán)境之間通過(guò)旁分泌協(xié)同作用影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。研究者在乳腺癌中發(fā)現(xiàn),由于成纖維細(xì)胞的基質(zhì)細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中分泌IL-6的水平升高,進(jìn)而產(chǎn)生了促腫瘤作用。乳腺癌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中的IL-6通過(guò)旁分泌信號(hào)刺激乳腺上皮細(xì)胞中的STAT3磷酸化,下調(diào)腫瘤抑制蛋白p16(Ink4a)、p53的表達(dá)促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖和遷移[23]。因此,利用IL-6/IL-6R/gp130信號(hào)通路靶向腫瘤微環(huán)境,間接阻斷腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),可以成為有效治療和預(yù)防乳腺癌發(fā)生的潛在靶點(diǎn)。

2.2 IL-6與腫瘤相關(guān)干細(xì)胞

腫瘤干細(xì)胞是腫瘤的重要組成部分,具有自我更新及多向分化的能力,能夠引起多種腫瘤的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)及化療耐藥性。腫瘤相關(guān)干細(xì)胞可通過(guò)IL-6調(diào)控的多種信號(hào)通路調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞。腫瘤干細(xì)胞分泌的IL-6及其受體的表達(dá)以及非腫瘤干細(xì)胞對(duì)IL-6的反應(yīng)能力等多種因素參與調(diào)節(jié)乳腺癌干細(xì)胞的分化和形成[24]。研究發(fā)現(xiàn),缺氧的乳腺癌細(xì)胞以旁分泌的方式分泌IL-6,將髓源抑制細(xì)胞(MSCs)募集到腫瘤微環(huán)境中,增加腫瘤干細(xì)胞的遷移能力[25]。而非腫瘤干細(xì)胞分泌的IL-6能夠上調(diào)JAK1/STAT3信號(hào)通路并增加八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4(OCT-4)的表達(dá),以增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞的干性[26]。IL-6主要在乳腺癌干細(xì)胞和非腫瘤干細(xì)胞之間轉(zhuǎn)換,以維持其動(dòng)態(tài)平衡。黏結(jié)蛋白聚糖-1(CD138)是硫酸乙酰肝素蛋白聚糖,在乳腺癌干細(xì)胞中對(duì)Wnt和IL-6/JAK2/STAT3信號(hào)通路起調(diào)節(jié)作用。CD138通過(guò)激活NF-κB、IL6/STAT3和LRP-6增加三陰性MDA-MB-231細(xì)胞中乳腺癌干細(xì)胞的數(shù)量[27]。IL-6通過(guò)激活Notch-3依賴的Jagged-1信號(hào)通路及細(xì)胞因子CXCL7促進(jìn)MCF-7細(xì)胞球形成和乳腺癌干細(xì)胞自我更新[28]。綜上,IL-6可以在腫瘤相關(guān)干細(xì)胞中發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用,進(jìn)而調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移,干預(yù)乳腺癌的治療。

2.3 IL-6與EMT

近年來(lái),大量研究表明IL-6通過(guò)誘導(dǎo)EMT參與腫瘤轉(zhuǎn)移。EMT參與腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移等過(guò)程,在腫瘤形成的病理過(guò)程中是關(guān)鍵步驟。主要通過(guò)E-鈣粘蛋白(E-Cadherin)表達(dá)降低和N-鈣粘蛋白(N-Cadherin)、波形蛋白(Vimentin)等間質(zhì)蛋白標(biāo)志物的表達(dá)增加,從而提高腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移能力。而EGF、PI3K-Akt、TGF-β、Wnt/β-catenin和NF-кB等信號(hào)通路能夠促進(jìn)EMT的發(fā)生[29]。巨噬細(xì)胞是存在于腫瘤微環(huán)境基質(zhì)區(qū)域的關(guān)鍵調(diào)節(jié)者。巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-6可以通過(guò)改變腫瘤細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移和EMT從而調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展[30]。一項(xiàng)研究表明,在乳腺癌細(xì)胞中,外源性IL-6能夠抑制E-Cadherin的表達(dá),增加Vimentin和扭曲蛋白(Twist)的表達(dá)[31]。微小RNA(microRNA,miRNA)是一類長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸、內(nèi)源性非編碼的小分子RNA,能夠調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移、EMT和多藥耐藥等多種生物學(xué)過(guò)程[32]。最近的研究表明,IL-6和miRNA可協(xié)同調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的EMT和化療耐藥。研究顯示,miR-9的低表達(dá)能夠直接抑制致癌性IL-6/JAK/STAT3通路[33]。此外,IL-6也被發(fā)現(xiàn)可通過(guò)顯著下調(diào)MCF-7細(xì)胞中的miR-34a的表達(dá)促進(jìn)EMT進(jìn)程[34]?？傊?可以通過(guò)IL-6調(diào)節(jié)EMT的進(jìn)程,干預(yù)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化、腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移,最終達(dá)到治療乳腺癌的目的。

2.4 IL-6與化療耐藥

乳腺癌細(xì)胞對(duì)常規(guī)化療藥物和靶向藥物的耐藥性是目前制約乳腺癌治療的一大瓶頸。由于腫瘤微環(huán)境主要通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)耐藥基因、細(xì)胞因子、成纖維細(xì)胞及其相關(guān)信號(hào)通路等方面來(lái)影響其對(duì)化療藥物的敏感性[35]。多藥耐藥是臨床乳腺癌化療的主要問(wèn)題之一,與藥物外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白p-糖蛋白(p-gp)過(guò)表達(dá)密切相關(guān)。研究表明,IL-6及其下游信號(hào)通路與多藥耐藥密切相關(guān)。IL-6可通過(guò)gp130/MAPK/STAT3信號(hào)通路激活轉(zhuǎn)錄因子C/EBP-β和C/EBP-δ及多藥耐藥蛋白p-gp的表達(dá)從而增強(qiáng)其在乳腺癌細(xì)胞中的耐藥性[36]。他莫昔芬是雌激素陽(yáng)性乳腺癌治療的重要藥物,而耐藥性則是其影響治療效果的主要問(wèn)題。相關(guān)報(bào)道發(fā)現(xiàn),CAFs及IL-6過(guò)表達(dá)與他莫昔芬耐藥的發(fā)生有關(guān)。通過(guò)使用蛋白酶體抑制劑(MG132)、STAT3抑制劑(BEZ235)和PI3K/Akt抑制劑(BKM120)研究發(fā)現(xiàn),CAFs分泌的IL-6通過(guò)激活泛素蛋白酶體途徑降低MCF-7和T47D中ER-α蛋白的表達(dá),誘導(dǎo)EMT、激活JAK/STAT3和PI3K/Akt介導(dǎo)他莫昔芬產(chǎn)生耐藥性[37]。曲妥珠單抗是治療表皮生長(zhǎng)因子受體2型陽(yáng)性乳腺癌的高效單克隆抗體。IL-6在表皮生長(zhǎng)因子受體2型陽(yáng)性乳腺癌曲妥珠單抗耐藥中起重要作用,主要是由于IL-6介導(dǎo)的EMT能夠通過(guò)下調(diào)抑癌基因(PTEN)的表達(dá),激活A(yù)kt和STAT3導(dǎo)致NF-κβ的激活,從而導(dǎo)致腫瘤干細(xì)胞的擴(kuò)增[38]。此外miRNA與化療耐藥也息息相關(guān),該機(jī)制主要由于miRNA能夠改變TGF-β、PTEN/Akt等功能性蛋白發(fā)揮其化療耐藥性。如IL-6和mi-221水平升高,可通過(guò)激活PTEN/Akt、mTOR信號(hào)通路促進(jìn)乳腺癌對(duì)阿霉素的耐藥性[39]。研究顯示,阿霉素可呈時(shí)間依賴性的誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)中谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶P1(GSTP1)的表達(dá)。同時(shí),TAMs過(guò)表達(dá)GSTP1可促進(jìn)IL-6的釋放。而IL-6通過(guò)c-jun上調(diào)GSTP1,最終介導(dǎo)MCF-7乳腺癌細(xì)胞耐藥[40]。免疫反應(yīng)具有強(qiáng)大的介導(dǎo)抗腫瘤活性的潛力,由于其具有固定的靶標(biāo)特異性、適應(yīng)性和持久的保護(hù)力,能夠有效破壞癌癥的靶點(diǎn),被廣泛用于癌癥的治療[41]。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)、髓源抑制細(xì)胞(MDSC)、CD4+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)等免疫細(xì)胞亞群是腫瘤發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素,這些細(xì)胞通過(guò)分泌包括IL-6在內(nèi)的細(xì)胞因子能夠通過(guò)介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞增殖進(jìn)而逃脫免疫監(jiān)視,為腫瘤創(chuàng)造有利的生存環(huán)境,從而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[42]。外泌體是腫瘤逃逸的關(guān)鍵介質(zhì)。外泌體是由多種癌癥產(chǎn)生的,并包含依賴于癌癥類型的特異性蛋白質(zhì)。研究表明,移植性的乳腺癌小鼠模型中發(fā)現(xiàn),乳腺腫瘤能夠通過(guò)釋放外泌體來(lái)加速生長(zhǎng),降低NK細(xì)胞的數(shù)目及細(xì)胞毒性[43]。另外,用源自乳腺癌的外泌體處理未成熟的小鼠DCs能夠阻斷DCs的成熟并激發(fā)促癌細(xì)胞因子反應(yīng),并可以通過(guò)增加IL-6激活STAT3通路來(lái)證明該反應(yīng)[44]。肥胖是影響乳腺癌的重要因素,研究顯示脂肪細(xì)胞通過(guò)分泌IL-6影響乳腺癌的放療抵抗[45]。研究顯示,乳腺癌患者血清IL-6水平升高且對(duì)化療內(nèi)分泌治療的反應(yīng)較差,導(dǎo)致生存率降低[46]。因此,IL-6信號(hào)通路在乳腺癌的治療中起關(guān)鍵作用,抑制IL-6信號(hào)的輔助治療可以增強(qiáng)乳腺癌治療干預(yù)效果。

3 小結(jié)與展望

IL-6作為一種多效細(xì)胞因子,因其在多種腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移和血管生成中的特異性作用而被廣泛研究。IL-6與IL-6R結(jié)合后,通過(guò)激活腫瘤細(xì)胞中g(shù)p130、RAS/RAF/MAPK、PI3K/Akt和JAK/STAT信號(hào)通路的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng),從而啟動(dòng)致瘤效應(yīng)。此外,腫瘤干細(xì)胞的自我更新和穩(wěn)定增殖受IL-6介導(dǎo)的下游多條通路的激活調(diào)控,而腫瘤細(xì)胞通過(guò)EMT而產(chǎn)生的IL-6和miRs可以相互調(diào)節(jié),促進(jìn)EMT和化療耐藥。因此,IL-6對(duì)乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移、乳腺癌干細(xì)胞更新以及耐藥性發(fā)揮重要作用。所以,阻斷IL-6/IL-6R/gp130這一途徑抑制腫瘤微環(huán)境,間接阻斷癌細(xì)胞生長(zhǎng),可有效治療和預(yù)防乳腺癌的發(fā)生。目前,IL-6/IL-6R/gp130阻斷劑作為抗癌劑的應(yīng)用尚未得到廣泛研究,在乳腺癌中的應(yīng)用更少。然而,考慮到乳腺癌的疾病進(jìn)展依賴于多種IL-6相關(guān)機(jī)制,因此,可將IL-6信號(hào)通路作為藥物研發(fā)的理想靶點(diǎn)。所以,有必要對(duì)IL-6阻斷劑在乳腺癌中的作用進(jìn)行更多的研究,以期為其臨床治療提供新的方向。