CXCR2在卵巢癌中的作用及治療前景

劉暢 馬沈倩 任志帥 楊舒文 郭玉琪

卵巢癌是女性生殖系統(tǒng)中第二常見但死亡率最高的惡性腫瘤中。據(jù)來自185個國家36種癌癥的發(fā)病率和死亡率數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2020年全球卵巢癌新增病例313 959例,死亡病例207 25 例[1]。卵巢癌的治療方法主要是手術、化療、放療、分子靶向治療及免疫治療,一般來說,手術聯(lián)合鉑類和紫三醇為主的化療是臨床最常用的治療方法,雖然過去幾年手術和化療方法取得重大進展,但卵巢癌患者的生存率并沒有顯著改善[2-5]。卵巢癌的高死亡率主要歸因于化療耐藥及廣泛的腹腔轉(zhuǎn)移[6]。由于化療藥物的副反應及對晚期轉(zhuǎn)移卵巢癌的靶向不足,大多數(shù)晚期卵巢癌患者在18個月內(nèi)復發(fā),大多數(shù)鉑耐藥或鉑類難治性疾病患者預期壽命<1年[7]。CXCR2是G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors,GPCR),富含7個含疏水氨基酸的跨膜基序,在多種細胞類型中表達,例如中性粒細胞、單核細胞、嗜酸性粒細胞、內(nèi)皮細胞、肥大細胞和少突膠質(zhì)細胞,能夠促進血管生成、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移,并參與免疫細胞的招募[8,9]。CXCR2的高表達參與了多種癌癥類型的癌變,尤其是卵巢癌,早在2010年已有研究表明,CXCR2在卵巢癌中過表達,在正常細胞和組織中不表達,其過表達與卵巢癌患者的低生存率相關,該受體可能是卵巢癌新的預后標志物和治療干預的潛在靶標[10]。本文主要關注CXCR2在卵巢癌中的作用及在治療中的前景,旨在為卵巢癌的治療提供新的思路。

1 CXCR2及其配體的功能

在生理環(huán)境中,CXCR2主要由中性粒細胞表達,對于將白細胞募集到組織損傷或炎癥部位至關重要[11]。在腫瘤中,細胞受到如化療、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、缺氧等應激后,能夠表達更高水平的CXCR2和更多的CXCLs,將更多的骨髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)招募到腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)中,有利于腫瘤細胞存活并增強其侵襲性,廣泛浸潤的MDSCs釋放精氨酸酶-1損害T細胞的抗腫瘤作用。CXCR2也在MDSC上表達,在MMTV-PYMT小鼠腫瘤和脾臟MDSC的scRNAseq分析中,CXCR2被鑒定為MDSC的一部分基因特征[12]。

腫瘤細胞可通過自分泌方式分泌趨化因子與CXCR2結合,直接促進腫瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移,或以旁分泌方式結合CXCR2促進腫瘤細胞的生長,激活基質(zhì)細胞,促進腫瘤血管生成、轉(zhuǎn)移擴散和免疫逃逸,腫瘤細胞在CXCR2的作用下實現(xiàn)了自身的生長、增殖和轉(zhuǎn)移[13]。此外,受到腫瘤刺激后,內(nèi)皮細胞、癌癥干細胞 (cancer stem cells,CSCs)和骨髓細胞的CXCR2表達上調(diào),導致血管生成、細胞存活和遷移。CSCs幾乎在所有類型癌癥的發(fā)生和轉(zhuǎn)移中都是必不可少的,最近的研究表明,CXCLs/CXCR2軸可能通過維持和促進CSCs的遷移在腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用,這些CSCs周圍的內(nèi)皮細胞不僅可以分泌CXCLs,還可以上調(diào)CSCs中CXCR2的表達,從而增強CSCs的遷移和生長[14]。CXCR2屬于CXCR家族,已知配體為CXCL1、CXCL2、CXCL3、CXCL5、CXCL6、CXCL7、CXCL8,均為具有血管生成作用的ELR+CXC趨化因子,其中CXCL1、CXCL2及CXCL8在卵巢癌細胞中高表達,是血管網(wǎng)絡的組成部分,有助于向腫瘤組織輸送氧氣和營養(yǎng),增強腫瘤侵襲性[15-17]。

趨化因子具有多種生物學效應,參與許多生物過程,如白細胞遷移、胚胎發(fā)生、血管生成活性、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移等[18-20]。CXCL1、2均屬于生長調(diào)節(jié)致癌基因(growth-regulated oncogene,GRO)家族產(chǎn)物,兩者的氨基酸序列有90%相似性,其表達通過刺激血管生成提高腫瘤細胞存活率[21,22]。CXCL1、2均在TME中表達,將MDSCs吸引到腫瘤中,產(chǎn)生增強癌細胞存活的趨化因子,另外使用化療藥物會產(chǎn)生TNF-α,反過來,TNF-α又會增加旁分泌軸中CXCL1、2的表達,從而導致腫瘤進展和化療耐藥[23]。

CXCL8又稱白細胞介素-8(interleukin-8,IL-8),在健康狀態(tài)的機體內(nèi)幾乎檢測不到,但會被TNF-α和IL-1等促炎細胞因子、細菌或病毒產(chǎn)物及細胞迅速誘導生成[24]。刺激CXCL8可減少內(nèi)皮細胞凋亡,增強內(nèi)皮細胞增殖,并通過基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM),在TME中形成血管,促進卵巢癌生長、增殖,CXCL8也可通過CXCR2激活轉(zhuǎn)化生長因子-β激活激酶1(TAK1)/NF-κB信號通路,促進卵巢癌細胞的轉(zhuǎn)移,此外,CXCL8還與腫瘤化療耐藥有關[25,26]。高水平的CXCL8會增加癌癥風險,導致預后不良[27]。也有研究表明, CXCL1、CXCL2與CXCL8在卵巢癌中通過生長因子受體結合蛋白(growth factor receptor-bound protein 2,GRB2)相關結合蛋白以自分泌方式增加,促進卵巢癌細胞增殖和血管生成[17]。

CXCR2與其趨化因子在卵巢癌細胞中高表達,兩者結合后,促進卵巢癌細胞的生長和轉(zhuǎn)移及化療耐藥,與卵巢癌的進展及總體生存相關。

2 CXCR2在卵巢癌中的作用

有研究證明,CXCR2在高級別漿液性卵巢癌中高表達,并與總體生存率低和早期復發(fā)相關,其過度表達促進卵巢癌生長,基因敲除則降低卵巢癌生長[10]。另有研究表明,卵巢癌與慢性炎癥有關,CXCL1參與許多炎癥性疾病的發(fā)展,是卵巢成纖維細胞的關鍵因子,通過p38激活,與CXCL2相互作用促進卵巢癌的生長,并在高水平激活CXCR2[28]。CXCR2能夠直接上調(diào)其自身配體,如CXCL1和CXCL2,與CXCR2結合后,激活EGFR,導致Akt磷酸化,直接上調(diào)Mdm2基因,Akt誘導的Mdm2可以抑制p53的抗腫瘤作用,進而下調(diào)細胞周期阻滯蛋白p21,促進卵巢癌細胞增殖,加快卵巢癌進展[29]。

有研究提示CXCR2對卵巢癌的復發(fā)轉(zhuǎn)移有重要影響,CXCR2的過表達與不良預后和癌癥轉(zhuǎn)移有關,趨化因子在腫瘤微環(huán)境的重新編程和促進癌細胞擴散方面發(fā)揮了積極的作用,靶向CXCR2對卵巢癌轉(zhuǎn)移具有良好的治療作用[29-32]。腹膜轉(zhuǎn)移是卵巢癌最常見的轉(zhuǎn)移途徑,臨床證據(jù)表明卵巢癌腹膜轉(zhuǎn)移常常預后不良。TME與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、免疫抑制和炎性反應密切相關,在卵巢癌的進展及臨床結局中發(fā)揮關鍵作用[33]。卵巢癌具有自身獨特的TME,活躍的間皮細胞大量分布在腹膜腔以及大網(wǎng)膜的脂肪細胞中,而大網(wǎng)膜是轉(zhuǎn)移病灶的首選部位。除了腫瘤和基質(zhì)細胞外,卵巢癌患者的腹腔積液中還富含炎性細胞因子、趨化因子、基質(zhì)金屬蛋白酶、整合素及其他分泌因子[34]。有證據(jù)表明,惡性腹水可作為儲存庫,提供大量脂肪酸、可溶性生長因子和趨化因子,用于將脫落的卵巢癌細胞重塑為侵襲性更強的轉(zhuǎn)移性癌細胞[35-37]。也有報道稱從大網(wǎng)膜釋放的GRO-α和IL-8,激活TAK1/NF-κB信號傳導通路,通過CXCR2促進卵巢癌在腹腔內(nèi)種植和生長,Yung等[32]的實驗通過中和GRO-α和IL-8抗體或通過shRNA基因敲除、CRISPR/Cas9基因敲除或CXCR2抑制劑SB225002治療卵巢癌細胞,顯著降低了TAK1/NF-κB信號通路,降低了體外和體內(nèi)的致癌和轉(zhuǎn)移潛能。提示CXCR2在促進卵巢癌細胞腹腔轉(zhuǎn)移擴散中起關鍵作用。

卵巢癌細胞產(chǎn)生的趨化因子和內(nèi)皮細胞表達的趨化因子受體與TME相互作用,通過刺激血管生成、增強細胞增殖、侵襲、遷移來促進腫瘤生長。CXCR2在微血管內(nèi)皮細胞上表達,并結合所有已知具有血管生成活性的ELR+ CXC趨化因子(CXCL 1～8)[38-40]。有研究表明,人血管內(nèi)皮細胞組成性表達CXCR2,與CXCL共培養(yǎng)后,觀察到B淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)水平增加,表明內(nèi)皮細胞開始分泌MMP以分解細胞外基質(zhì),進而導致血管生成[25,41]。VEGF是最重要的血管生成因子,能增加上皮細胞和癌細胞中CXCL1和CXCL8的表達,VEGF和ELR+CXC趨化因子共同參與血管生成,CXCR2激活后可導致上皮細胞分泌表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF),通過STAT3激活分泌VEGF,癌細胞上EGFR的激活會導致NF-κB激活,從而導致促血管生成CXCR2配體的表達[42-46]。也有研究表明CXCR2能通過抑制TSP-1和激活VEGF促進卵巢癌血管生成[10]。血管生成可以促進卵巢癌的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移。

CXCR2與配體結合后可以激活多種G蛋白介導的信號級聯(lián),包括磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/Akt、磷脂酶C(phospholipase C,PLC)/蛋白激酶C(phospholipase C,PKC)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/p38通路、Ras/Erk和Janus酪氨酸激酶2(Janus kinase,JAK2)信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子 (signal transducer and activator of transcription,STAT3) 信號通路,激活后可調(diào)節(jié)細胞因子和趨化因子的表達,形成一個環(huán)路以增強CXCR2的功能[47-53]。通過研究卵巢癌患者中性粒細胞中CXCR2的表達,與對照組和良性腫瘤組相比,卵巢癌患者中性粒細胞中CXCR2的表達更多,證實中性粒細胞產(chǎn)生CXCR2可用于診斷卵巢癌[54],因此可作為卵巢癌新的預后標志物和治療靶標。

3 CXCR2在卵巢癌治療中的應用前景

3.1 CXCR2在卵巢癌化療耐藥中的作用 化療耐藥也是導致卵巢癌患者死亡率高的重要原因,約80%的患者會因為化療耐藥而出現(xiàn)疾病復發(fā)。研究表明,CXCL1和CXCL2將MDSC吸引到腫瘤中,然后產(chǎn)生包括S100A8/9在內(nèi)的趨化因子,可以提高癌細胞的存活率,雖然化療藥物會殺死癌細胞,但這些治療會引發(fā)平行的基質(zhì)反應,導致內(nèi)皮細胞和其他基質(zhì)細胞產(chǎn)生TNF-α,增強癌細胞中CXCL1/2的表達,從而擴增CXCL1/2-S100A8/9環(huán)并引起化療耐藥[23]。另有研究表明,CXCR2是使卵巢癌對順鉑重新敏感的關鍵分子,其抑制劑可降低順鉑耐藥細胞的增殖及活力,并逆轉(zhuǎn)間充質(zhì)上皮的過度表達,而且還可能作為腫瘤細胞對順鉑的化學增敏劑[55]。目前對CXCR2在卵巢癌化療耐藥中的作用研究較少,大部分只是理論和體外模型的研究。

3.2 CXCR2在腫瘤及卵巢癌免疫抑制中的作用 證據(jù)表明CXCR2參與免疫細胞的募集以促進血管生成、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移[56]。CXCR2主要參與調(diào)節(jié)趨化因子信號通路、細胞因子-細胞因子受體相互作用、炎癥反應、補體以及DNA損傷修復,癌細胞產(chǎn)生的CXCR2誘導中性粒細胞胞外陷阱,干擾免疫細胞毒性[57]。免疫抑制在調(diào)節(jié)癌癥進展、轉(zhuǎn)移和降低免疫治療成功率中起著關鍵作用。研究表明腫瘤內(nèi)的免疫抑制細胞影響腫瘤治療的效果,而MDSCs是引起免疫抑制最重要的細胞之一,在MDSCs中靶向CXCR2可能會改善抗腫瘤免疫反應[58]。MDSCs是一種不成熟骨髓細胞的異質(zhì)群體,包括粒細胞-骨髓源性抑制細胞(G-MDSCs)和多形核細胞-骨髓源性抑制細胞(PMN-MDSCs),特征為活化病理狀態(tài)和強大的免疫抑制功能,還可促進腫瘤血管生成、腫瘤細胞侵襲,形成轉(zhuǎn)移前生態(tài)位,進而促進腫瘤進展[59]。腫瘤免疫逃逸是腫瘤細胞通過與基質(zhì)細胞和免疫細胞相互作用,或者通過分泌可溶性細胞因子,擺脫宿主的免疫識別和攻擊,抑制宿主的免疫應答,使TME轉(zhuǎn)化成有利于腫瘤發(fā)展遷移的抑制性免疫微環(huán)境,從而使得腫瘤細胞逃避免疫監(jiān)視、殺傷,在體內(nèi)不斷增殖發(fā)展,進而發(fā)生腫瘤多重耐藥導致惡化[60]。MDSCs進入TME有助于癌癥免疫逃逸,CXCR2是MDSCs進入TME所必需的,是腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的關鍵,抑制CXCR2可抑制MDSCs進入腫瘤微環(huán)境和轉(zhuǎn)移前生態(tài)位。

卵巢癌微環(huán)境中的免疫相關細胞主要參與免疫抑制,介導腫瘤細胞發(fā)生免疫逃逸,調(diào)節(jié)卵巢癌細胞的侵襲、遷移和血管新生[61]。CXCR2相關基因在免疫激活如Th17細胞分化、細胞因子與其受體相互作用、趨化因子信號通路、抗原加工和呈遞及如PPAR致癌信號通路中顯著富集,而PPAR抑制劑已成為卵巢癌的治療劑[62]。CXCR2相關基因在卵巢癌免疫激活和致癌途徑中顯著富集,此外,CXCR2還參與調(diào)節(jié)卵巢癌TME中巨噬細胞等免疫細胞的浸潤,其對免疫應答的調(diào)節(jié)作用最為顯著。Ji等[63-65]通過TIMER、quanTIseq和xCell三種計算方法來推斷卵巢癌中免疫細胞的浸潤水平,表明CXCR2表達對卵巢癌中的巨噬細胞浸潤起負調(diào)節(jié)作用,巨噬細胞是腫瘤微環(huán)境的關鍵組成部分,腫瘤相關巨噬細胞在卵巢癌微環(huán)境中含量豐富,并影響患者的生存結果,阻斷CXCR2可提高免疫治療的敏感性和有效性,并抑制腫瘤進展。同時,一些臨床前研究表明CXCR2拮抗劑與ICI和其他免疫治療藥物具有協(xié)同作用[66]?？偟膩碚f,CXCR2是一種很有前途的預后和免疫生物標志物,也是卵巢癌的一種新的免疫治療靶點。

新興的免疫治療策略通過多種方法增強抗腫瘤免疫反應,例如免疫刺激性細胞因子和腫瘤抗原疫苗以及單克隆抗體[67]。目前卵巢癌的免疫治療已應用于臨床,然而反應有限,盡管免疫療法可能在少數(shù)患者中產(chǎn)生持久反應,但大多數(shù)患者對這種療法沒有反應,包括那些PD-L1表達的卵巢癌患者[68]。通過對CXCR2的綜合分析,揭示了CXCR2表達與卵巢癌生存結局、免疫細胞浸潤和免疫反應的關系,有助于從不同角度解釋 CXCR2 在致癌中的作用和免疫治療反應中的功能。

3.3 CXCR2拮抗劑在卵巢癌治療中的應用前景 抑制CXCR2的功效已在臨床前實驗中得到廣泛研究,CXCR2拮抗劑顯示出了良好的抗炎活性,但它們的抗腫瘤作用才剛剛開始被探索。SB225002通過抑制TAK1/NF-kB信號轉(zhuǎn)導,在體外和體內(nèi)顯著降低了卵巢癌的致癌和轉(zhuǎn)移潛能。在其他人類癌癥研究中,SB225002有效地抑制了CXCR2介導的卵巢癌的轉(zhuǎn)移,可能成為預防腹膜轉(zhuǎn)移的潛在治療藥物[31,69]。有研究表明,使用SB225002抑制CXCR2,能夠阻斷CXCR2在卵巢癌細胞中的功能,降低卵巢癌細胞的增殖和成纖維細胞條件培養(yǎng)基誘導的p38磷酸化,且通過實驗發(fā)現(xiàn)SB225002能夠顯著抑制SKOV3細胞活力,低劑量SB225002(0.625 μmol/L)相當于CXCR2敲除的效果,導致SKOV3細胞2天活力降低約58%,因此,SB225002可作為一種有效的抑制卵巢癌腫瘤擴散的藥物[28,32]。盡管有大量的臨床前實驗結果,但目前尚無CXCR2拮抗劑獲批應用于臨床,研制抗卵巢癌的CXCR2拮抗劑仍是科研工作的重點。

目前CXCR2在卵巢癌中的信號傳導機制尚不明確,在卵巢癌免疫調(diào)節(jié)中功能的研究也存在局限性,有待進一步的研究以充分發(fā)揮其作用。通過阻斷CXCR2將MDSC招募靶向TME是一種新興的策略,有望作為今后卵巢癌治療新的靶點,探索出治療卵巢癌的拮抗劑,并確定其安全性,應用于臨床,提高卵巢癌患者生存率,降低化療耐藥。