细胞因子在结直肠癌中的作用及其研究进展

杨振华 季 光

上海中医药大学附属龙华医院消化内镜科 上海中医药大学脾胃病研究所(200032)

结直肠癌是第三大最常见的恶性肿瘤，居全球癌症死亡原因的第四位[1]。结直肠癌确切的发病机制目前仍不清楚，普遍认为是多因素相互作用的结果。大量研究表明免疫细胞和细胞因子在结直肠癌发生、发展和转移中扮演重要角色。肿瘤组织产生的肿瘤抗原被抗原呈递细胞如树突细胞转运至淋巴器官，进一步激发固有免疫和适应性免疫，其产生的免疫应答在肿瘤发生的不同时期产生不同的作用。固有免疫和适应性免疫细胞在免疫应答中产生大量细胞因子与肿瘤细胞相互作用，对肿瘤发生、发展起决定性作用[2]。而肿瘤细胞的适应性发展使细胞因子转向对肿瘤自身有利的方面发展。本文就结直肠癌发生过程中涉及的重要细胞因子的功能及其研究进展以及结直肠癌免疫治疗作一简要综述。

一、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)-α

促炎因子TNF-α主要由巨噬细胞和肿瘤细胞产生，具有广泛的生物学活性，包括凋亡、炎症、细胞增殖和分化。TNF-α在某些细胞中具有诱导细胞凋亡的能力，故被认为是肿瘤抑制性细胞因子[3]。但研究发现TNF-α是可将炎症与癌症进行关联的肿瘤促进剂。TNF-α通过肠上皮细胞表达的TNF受体激活NF-κB依赖的致癌途径[4]。结直肠癌患者血清TNF-α表达增加。肿瘤进展期间TNF-α可在较低水平上促进肿瘤生长。TNF-α可介导许多肿瘤进展的关键过程，包括癌基因激活、DNA损伤和肿瘤转移。TNF-α可诱导上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，在结直肠癌侵袭和转移中起有不可缺少的作用[5]。研究发现肿瘤晚期TNF-α基因转录和蛋白表达增加与肿瘤分期相关。免疫组化结果显示与早期阶段相比，TNF-α在晚期结直肠癌中的表达显著升高[6]。基于在结直肠癌血清中的表达及其在肿瘤进展中的作用，TNF-α可作为结直肠癌诊断指标，且靶向TNF-α的药物可能对结直肠癌有效。

二、白细胞介素(interleukin, IL)-6

IL-6由不同的细胞类型产生，是至关重要的炎症和免疫介质。IL-6在癌症进展、驱动过程如细胞增殖、迁移和血管发生中具重要作用。Miller等[7]以CT26细胞诱导小鼠结直肠癌模型，行免疫组化证实体内、体外CT26肿瘤细胞均为IL-6阳性。IL-6可激活下游JAK/STAT3信号通路，从而驱动肿瘤的发生，故IL-6介导的JAK/STAT3信号转导通路失调与结直肠癌的发展密切相关。有研究[8]指出IL-6依赖性STAT3信号转导通路是DSS-AOM诱导的结直肠癌模型中癌细胞增殖和存活的关键启动子。最近发现IL-6可能在结直肠癌中诱导微卫星不稳定性(MSI)。选择性四核苷酸重复序列(EMASTs)中微卫星改变升高是结直肠癌中最常见的基因错配修复缺陷，且与炎症和不良预后相关,Tseng-Rogenski等[9]以IL-6与结肠癌细胞株共孵育，结果显示错配修复蛋白hMSH3从细胞核重新定位至细胞质，导致EMASTs基因座上存在丰富的移码突变。说明不同的结直肠癌分子分型可能由肿瘤微环境的细胞因子所驱动。一项meta分析证实血清IL-6可能是结直肠癌潜在诊断的生物标记物，且血清IL-6高水平与结直肠癌生存和预后不良有关[10]。

三、IL-11

IL-11是IL-6家族成员，在结直肠癌中高表达。与IL-6相比，IL-11与磷酸化STAT3的相关性更强。相关研究表明转化生长因子β(transforming growth factor β, TGF-β)通过诱导癌相关成纤维细胞的IL-11产生来促进转移，IL-11已成为结直肠癌中重要的STAT3诱导细胞因子[11]。

四、IL-22

IL-22是由先天性淋巴细胞、Th17细胞、Th22细胞和嗜中性粒细胞产生的IL-10家族细胞因子，主要在屏障表面发挥作用。IL-22通过增强上皮细胞增殖、存活和黏膜屏障功能，在组织损伤中起关键作用。但IL-22可通过触发促炎细胞因子的分泌在某些环境中促进结肠炎症反应以及结直肠癌发生[12]。Wu等[13]的研究发现，血清IL-22水平升高通过激活STAT3信号通路以及诱导IL-8分泌促进结直肠癌化疗耐药。Kryczek等[14]的研究首次证实IL-22具有促进结直肠癌干细胞活性的作用，同时小鼠实验发现IL-22可维持正常肠道上皮干细胞活性的功能。说明IL-22可能在人类结直肠癌中起调控癌症干细胞的作用。

五、IL-1β

IL-1β是NF-κB的有效激活剂，在进展期结直肠癌中的表达增加。IL-1β可通过灭活GSK3β激活结直肠癌WNT/β-catenin通路，促进间叶细胞和干细胞的克隆能力以及干细胞基因BMI1和NES的表达，并增加化疗耐药[15]。有研究[16]应用实时荧光定量PCR检测结直肠癌组织中IL-1β和miR-181a表达，发现两者表达较正常对照组明显升高；通过siRNA策略发现IL-1β通过NF-κB调节miR-181a表达，然后抑制PTEN表达，最终促进结直肠癌细胞增殖。这一新路径的发现有助于开发结直肠癌免疫治疗药物。

六、TGF-β

作为一种肿瘤抑制因子，TGF-β在结直肠癌早期发挥抗肿瘤作用。但多数研究认为TGF-β是作为促肿瘤因子而促进肿瘤的发生、发展。结直肠癌发展阶段可见异常TGF-β信号转导，同时结直肠癌细胞也可产生高水平TGF-β，以形成肿瘤微环境对抗T细胞抗肿瘤活性，高水平TGF-β往往提示预后不良。TGF-β还可诱导外周和肿瘤组织中调节性T细胞(Treg细胞)，从而促进肿瘤生长。TGF-β可激活丝氨酸/苏氨酸激酶受体即TGF-βR1和TGF-βR2，进而激活细胞内蛋白质SMAD2和SMAD3，与SMAD4相互作用进入细胞核以调控基因表达[17]。SMAD4缺乏与结直肠癌预后不良有关，可提高CC趋化因子配体15(CCL15)的表达，后者与肿瘤转移有关[18]。一项研究[19]表明与结直肠癌预后不良相关的基因表达特征是由TGF-β诱导的基质细胞所诱导，而TGF-β通过作用于肿瘤微环境促进转移。TGF-β可通过癌相关成纤维细胞的IL-11促进STAT3信号通路和多器官转移[20]。

七、IL-17家族

IL-17家族包括IL-17A、IL-17C和IL-17F。在人结直肠癌中可检测到IL-17A表达，其更倾向于是一种促进肿瘤生长的细胞因子。IL-17A可与TNF-α协同作用，刺激结直肠癌细胞的葡萄糖代谢和生长因子产生，促进肿瘤生长。IL-17A能调节结直肠癌引流静脉中循环肿瘤细胞并影响肿瘤转移。近期研究[21]发现IL-17A可通过激活PI3K/AKT/NF-κB信号通路上调基质金属蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9表达，从而增加细胞运动性和侵袭性。IL-17C是IL-17受体的配体，结直肠癌早期肠上皮细胞中的特定微生物群可通过骨髓分化初级应答蛋白88(MyD88)表达IL-17C，与结直肠癌的发生有关[22]。与IL-17A非常相似的IL-17F通过相同受体的信号可能在某些情况下产生与IL-17A相反的作用。结直肠癌中IL-17F表达显著降低，可减少DSS-AOM诱导的肿瘤发生，其可作为血管内皮生长因子(VEGF)表达和血管生成的负调节剂。因此在肿瘤免疫治疗中应考虑IL-17A和IL-17F在肿瘤微环境中所起的不同作用[23]。

八、IL-18

IL-18在Th1细胞、CTL反应以及结肠炎相关肠癌中均具有保护作用。在DSS-AOM小鼠模型中，IL-18缺失更容易导致肿瘤的形成，而外源性IL-18则可抑制肿瘤的形成[24]。值得注意的是，肠上皮细胞炎症小体激活下游产生的IL-18通过直接刺激Treg细胞来减弱实验性结肠炎，表明IL-18可抑制致癌性炎症过程[25]。

九、IL-8

IL-8也称为趋化因子配体8(CXCL8)，编码IL-8及其受体趋化因子受体2(CXCR2)的基因遗传变异，与结直肠癌进展、治疗耐药性和肿瘤复发有关。转录因子激活蛋白1(AP1)和NF-κB可促进IL-8基因表达。IL-8与结直肠癌血管生成、肿瘤生长、转移和生存有关。有研究[26]建议联合使用血清神经降压素(NT)和IL-8作为筛选结直肠癌的标记物。一项meta分析显示，IL-8高表达与进展期结直肠癌(OR=3.01，95% CI: 1.98～4.56)、淋巴结转移(OR=2.24，95% CI: 1.39～3.63)和肝转移(OR=3.47，95% CI: 1.74～6.89)呈明显相关[27]。

十、IL-15和IL-21

IL-15和IL-21为IL-2家族成员。IL-15是一种非常有前途的肿瘤治疗细胞因子，可促进淋巴效应细胞，特别是自然杀伤细胞(NK细胞)、NKT细胞、B细胞和CD8+T细胞的产生、激活、归巢和存活。更重要的是，IL-15是T细胞产生细胞因子和受体的化学诱导剂，能促进T细胞增殖，抑制活化T细胞的凋亡，促进记忆T细胞的生成，长时间增加其细胞毒性，诱导T细胞产生细胞因子包括IFN-γ和TNF-α，以增强其肿瘤杀伤活性[28]。有研究[29]将IL-15基因插入至溶瘤细胞腺病毒内，通过高表达IL-15来增强抗肿瘤的作用。IL-21主要由T细胞和NK细胞产生，在结直肠癌中的作用目前仍存在争议。大多数研究表明IL-21高表达与结肠炎相关肠癌发生有关，DSS-AOM诱导的小鼠模型显示IL-21缺乏的小鼠肿瘤形成受到抑制[30]。有研究[31]表明IL-21表达可作为预测结直肠癌预后的潜在指标。

十一、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)

GM-CSF是树突细胞的重要生长和分化因子，通过激活抗原呈递细胞来增强抗肿瘤免疫力[32]。超过1/3的结直肠癌患者中GM-CSF高表达，同时表达GM-CSF受体两个亚基者的5年存活率更高[33]。说明GM-CSF与增强抗肿瘤免疫有关，即使在CD8+T细胞浸润差的患者中，GM-CSF也与良好的预后相关[34]。然而，在DSS-AOM诱导的小鼠肿瘤中，GM-CSF高表达具有促进VEGF释放、血管生成和腺瘤形成的作用，在临床上尚未发现GM-CSF与结直肠癌血管形成之间的联系[35]。

十二、结直肠癌免疫治疗

大量细胞因子相互交织构成的细胞因子网络参与了肿瘤微环境的形成。细胞因子在不同网络中的重叠功能和不可预知的相互作用使识别有效的干预目标具有挑战性。这也正是结直肠癌免疫治疗的难点和复杂性所在。肠上皮细胞表达的主要细胞因子及其相应受体共同驱动由STAT3和NF-κB介导的两个关键的细胞信号通路，具有多方面的致癌作用。应强调的是，STAT3-NF-κB相互串扰可由多种具有相似性的细胞因子驱动，这可能是结直肠癌细胞因子网络环境复杂的核心原因。目前存在许多靶向细胞因子或其受体的大量单克隆抗体，但大多数未经临床测试，尚不能用于结直肠癌的免疫治疗。

近年肿瘤分子生物学的重大进展使肿瘤免疫治疗变得非常有前途，特别是免疫检查点抑制剂的使用似乎是一个令人鼓舞的免疫治疗策略，如PD-1抑制剂在具有错配修复缺陷的转移性结直肠癌患者中的成功应用[36]。但并非所有结直肠癌分子分型对检查点抑制剂治疗有效，因此选择合适的患者对免疫治疗十分重要[37]。

总之，结直肠癌由于复杂的细胞因子网络导致其目前缺乏有效的免疫治疗制剂，仍需进一步研究来探讨结直肠癌的免疫治疗效果。