惡性腫瘤相關細胞因子的研究進展

張凱新 王寧杰 和瑞欣 張敏 何佳桐 韓凱勛 李偉明

近年,免疫學研究中的核心組成部分之一是免疫因子的研究。巨噬細胞、淋巴細胞產生并介導免疫反應的因子,統稱為淋巴因子。淋巴因子的功能不僅是傳遞細胞免疫的信息,而且有分泌淋巴樣活性分子的細胞也不僅僅是淋巴細胞。所以把具有介導免疫反應功能的由淋巴、巨噬等細胞分泌的活性因子稱為淋巴因子,又統稱為細胞因子。王鳳華等[1]研究發現細胞因子對診斷肺癌高?；颊叩拿舾卸容^高,具有較理想的診斷價值。提示高危肺癌患者血清內炎性因子的表達量增加明顯,需引起臨床重視。腫瘤局部免疫微環境與腫瘤的發生、發展存在著緊密關系,機體免疫力的降低與腫瘤的發生發展存在著正向相關的關系。肖輝輝[2]研究發現,腫瘤的發生、發展與腫瘤局部免疫微環境息息相關,與患者免疫力降低也有很大的關系。而免疫功能的改變會對應改變血清細胞因子的表達?？梢娂毎蜃幼鳛檠仔耘c腫瘤之間的重要調解員,在自身免疫、炎性反應與癌癥之間具有很強的效果[3]。

1 細胞因子的研究現狀

細胞因子及其受體作為腫瘤靶點或治療策略已被廣泛研究,隨著對細胞因子家族、抗腫瘤免疫、腫瘤微環境和癌癥進化研究的不斷深入,尤其是新興免疫療法的出現,為利用細胞因子治療癌癥提供了新的策略,比如利用細胞因子增強其他療法的活性或減輕免疫相關毒性。

細胞因子是由非免疫細胞-血管內皮細胞和成纖維細胞等和免疫細胞-巨噬細胞、NK細胞、B細胞、單核細胞、T細胞等經過刺激從而形成、分泌的具有較強生命活性的低分子可溶性糖蛋白。細胞因子通過與其相應受體結合調控著免疫應答,組織發育、修復,細胞的生長、分化等多種的生命過程,具有調節適應性免疫及固有免疫的作用。其可分為白細胞介素(IL)、腫瘤壞死因子(TNF)、干擾素(IFN)和IL通過自分泌、內分泌和旁分泌共3 種方式產生效果。之后又陸續的發現了趨化因子(CTX)、集落刺激因子(CSF)、生長因子(GF)等[4]。

英國和瑞士研究人員進行雞胚絨毛尿囊膜研究流感干擾現象這個實驗時,偶然發現病毒感染的細胞分泌了一類因子,是一種蛋白質,并具有很強的生物活性,還反過來作用于其他細胞,干擾病毒DNA、RNA的復制,是病毒進入宿主后誘導宿主細胞產生的東西,并將其命名為干擾素(IFN)[5]。首先被發現、被研究徹底、被投入基因工程的細胞因子也是IFN,在RNA合成和蛋白質合成環節發揮作用,其活性受基因的調節控制,并在細胞上具有普遍的抗病毒、抗腫瘤功能[5]。之后就小范圍的應用到臨床中去,在臨床應用過程中朱玉苗等[6]研究發現,維持治療的SCLC患者聯合IL一起治療,情況趨于平穩、改善,總生存期(OS)變長,證明IFN對SCLC有著重要效果。臨床實驗發現IFN確實有不錯的抗腫瘤的功能。

在20世紀70年代時,在被細菌感染后的小鼠血清中發現了1種既可以讓身體內腫瘤細胞、組織壞死出血,又可以抑制并殺傷體外培養的細胞的物質,并將其命名為TNF,別名惡病質因子[7]。并根據其細胞來源的不同將其分為,TNF-α和TNF-β。第一類是由活化的單核-巨噬細胞產生的TNF-α,又稱惡液素;吳增波等[8]研究發現口腔癌組織中TNF-α檢驗值與口腔癌患者的腫瘤直徑、分化程度、腫瘤分期、淋巴結轉移等有關,說明TNF-α在口腔鱗癌組織中呈高表達,其體內含量與患者病情嚴重程度正向相關。第二類是由活化的淋巴細胞產生的TNF-β,又名淋巴毒素[9]。TNF-β激活TNF-β信號通路,誘導癌細胞增殖、侵襲。TNF-β 上調轉移相關基因的表達,促進上皮-間質轉化,刺激自身表達。從此對它的研究進入了一個新的時期,細胞因子的研究在20世紀70～80年代十分活躍。

1979年有學者在研究了已發現的許多細胞因子后將能在白細胞之間發生作用的因子統一命名為IL。之后在1979年第二屆國際淋巴因子討論會上,又將其根據其理化特點分為兩類,分別為IL-1和IL-2[10]。有研究報道在ConA激活的鼠類脾細胞培養上清液發現一種新的淋巴因子,稱為IL-3,后逐漸又發現,IL-4、IL-5、IL-6等,現逐漸增至為IL-38[8]。IL發展十分迅速,在腫瘤臨床中也有很強的功效。

后又陸續發現了CTX類、CSF、生長因子等。趨化因子是一類細胞分泌產生的小細胞因子,因為其可以導致反應細胞定向移動的能力而得名。自首個CTX CCL2(MCP-1)被發現以來,CTX和在體內的功能及其受體的結構、功能都成為各位學家研究的焦點[11]。CSF是一類作用很厲害的骨髓造血細胞增殖因子,能夠促進造血細胞在體外培養、促進粒細胞-巨噬細胞系克隆,也是骨髓中髓系造血細胞生長、生存,不可缺少的物質,故又名髓系細胞造血因子。CSF是一類能參與造血調節過程的糖蛋白分子,又稱造血刺激因子或造血調節分子。20世紀70年代,首次在造血細胞培養中發現有一種促進造血的東西參與到骨髓細胞增殖分化為粒-巨噬細胞集落中去,將其命名為CSF。根據功能、作用機制的不同分為巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)、粒細胞集落刺激因子(G-CSF)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、多能集落刺激因子即IL-3,其他還包括有類似活性的促紅細胞生成素(EPO)[12]。自20世紀60年代建立半固體造血祖細胞集落形成技術以來,這一領域的研究十分活躍。最近幾年分子生物學和生物技術的進展。使臨床研究成為可能。CSF可以有效地緩解化療后血小板減少,粒細胞減少,緩解骨髓抑制。自從1950年神經生長因子(NGF)和表皮生長因子(EGF)被發現后,之后又陸續發現了纖維母細胞生長因子(FGF),血小板衍生生長因子(PDGF)等很多的生長因子。但是在20世紀70年代后,各種各樣的生長因子的結構才逐漸明白[13]?？茖W家的研究也才轉到分子生物學研究上,因過去的生長因子著作較少,但是不少生長因子已用于臨床治療各種疾病。在腫瘤的產生、發展、轉移階段,大量炎性細胞因子存在于腫瘤微環境中,起著各不相同的作用,有些促進腫瘤的生長、侵襲和轉移;有些可以抑制、殺傷腫瘤細胞。更多的研究表明,腫瘤與腫瘤炎癥微環境的相互作用是動態且雙向的[14]。

2 各類細胞因子的結構、功能

細胞因子是腫瘤微環境中信號傳遞的關鍵蛋白,具有多效性。慢性炎癥是致癌的驅動因素之一,癌細胞中的IL信號轉導與腫瘤生長、轉移擴散機制有關。隨著抗細胞因子治療,尤其是靶向TNF、IL-6和IL-1的抗細胞因子治療在一些炎癥和自身免疫性疾病中的廣泛應用,為其用于癌癥治療提供了依據。

2.1 IFN類 IFN是首次投入基因工程、首次作為一種抗病毒分子被引入應用的藥物,投入市場后其治療的適應癥也逐步擴大、擴寬。作為機體免疫調節的物質。IFN一直備受關注,其基礎原理與臨床試驗研究獲得了比較顯著的進步。它是一種多功能細胞因子家族成員之一,是一類高活性多功能的糖蛋白。能夠影響細胞的代謝、生長和分化,也能夠通過調控腫瘤細胞增殖、抑制腫瘤轉移及血管新生、激活抗腫瘤免疫反應發揮強大的抗腫瘤作用。近50年來的基礎原理與臨床實驗研究發現其是一種廣譜的抗腫瘤、抗病毒藥物[15]。IFN能夠刺激抗腫瘤免疫反應、抑制腫瘤血管新生和轉移、調節控制腫瘤細胞增殖來發揮抗腫瘤作用[16]。依據IFN的來源、基因排序和氨基酸組成分類不同將其分為3種類型,依次為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型IL。每一型與腫瘤免疫的關系都非常密切,屬于抗腫瘤的輔助藥物。Ⅰ型IFN包括IFN-α與IFN-β等;Ⅱ型包括Ⅱ型IFN即IFN-γ等;IFNγ作用于腫瘤發生發展的全過程,其在抗腫瘤方面的作用主要為免疫機制和非免疫機制。IFNγ可以直接抑制腫瘤細胞增殖促凋亡、抑制腫瘤血管生成,協同固有免疫和適應性免疫的NK、NKT細胞、γδT細胞以及CD4+/CD8+T細胞等完成腫瘤殺傷。然而也有報道IFNγ的促腫瘤作用,主要表現為在長期慢性炎癥和腫瘤微環境中重塑免疫微環境促進免疫逃逸。Ⅲ干擾素包括IFN-λ。目前研究較多、并用于臨床治療的有IFNα、β、γ根據其藥理作用分為抗病毒、抗腫瘤、免疫調節、抑制血管生成作用。IFN可與細胞表面受體結合,經由刺激基因表達,誘導癌細胞凋亡。IFN抗腫瘤的作用機制是癌細胞表面的主要組織相容性復合體分子(MHC)的表達可以被IFN誘導,提高免疫系統對他的識別能力,抑制腫瘤無限制的生長[17]。IFN不僅可以加強機體免疫系統識別、殺傷腫瘤細胞,IFN還能夠調節免疫細胞功能,并可以加強機體的細胞免疫功能,增強T、B淋巴細胞功能,增強巨噬細胞的殺傷能力,并激活NK細胞,使其殺傷腫瘤細胞。還可以調節機體的體液免疫功能,加速機體抗體產生速度,增高抗體滴度,輔助殺傷腫瘤細胞,從而抑達到制腫瘤細胞的功能。

2.2 IL類 IL大多由多種多樣的免疫細胞分泌而來,是一種糖蛋白。并在全身多種細胞中起作用,參加調控著免疫細胞的增殖、活化、分泌等,在介導炎性反應過程中起著重要的效果[18]。IL因其形成與作用均在白細胞內,故名IL是常見的炎性細胞因子,可通過旁分泌及自分泌的方式對腫瘤細胞的轉移、浸潤、生長及血管生成等多種生物學進程產生驅動作用。IL可分為幾大家族,分別為IL-1家族、IL-2家族、趨化因子家族、IL-17家族、IL-6家族、IL-10家族、IL-12家族等。至今共有38種IL被發現。IL-1家族由11個成員組成,主要成員有IL-1α、IL-1β、IL-1受體拮抗劑、IL-18等,絕大數是促炎因子。IL-1家族是一組重要的細胞因子,在機體免疫應答、炎性反應(包括感染及非感染性損傷)起著關鍵調控作用。IL-2家族,主要成員有IL-2、IL-4等。IL-2于1976年首次被發現,因其能促進和維持T細胞的體外生長,最初被命名為T細胞生長因子,1979年正式更名為IL-2。其抗腫瘤效應明顯。腫瘤與IL息息相關。臨床應用中吳育羅等[19]發現IL-2單用抗腫瘤效果較為明顯,聯合IL-21使用抗腫瘤療效更加顯著。聯合使用更加可以發揮自然殺傷細胞對腫瘤的侵襲及生長的限制、發揮特異性的抗腫瘤效應。李哲宏等[20]研究發現IL-4可誘導巨噬細胞的M2型極化增加腫瘤細胞的遷移和侵襲能力,促進癌細胞生長。IL-11是身體內一類細胞因子,可具有多種作用。其主要作用于干細胞,可縮短細胞周期,也可直接或協同血小板生成素、IL-3促進巨核細胞祖細胞與造血干細胞的生長分化,加速血小板和巨噬細胞生成?？梢跃徑飧纳颇[瘤化療后導致的血小板減少,降低臨床死亡率[21]。IL是普遍常見的一類炎性細胞因子,可經過旁分泌和自分泌的方法對腫瘤細胞的轉移、浸潤、血管生成和生長等多種生物學進程起著重要的效果[22]。

2.3 TNF類 TNF主要是由活化的巨噬細胞或者單核細胞產生,通過同源三聚體結構發揮殺傷和抑制腫瘤細胞的功能。TNF-α可通過內源性TNF-α與組織間質的作用參與腫瘤的生長,但TNF-α對腫瘤細胞的作用可不是單一的,既可以誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤增殖,又可以促使腫瘤細胞增殖分化[23]。TNF-α屬于促炎因子,多種細胞(T淋巴細胞、巨噬細胞等)受外因刺激產生TNF-α,其能調節IL和血管內皮細胞的生長,促進T細胞產生多種炎性因子,從而導致炎癥加重。TNF-α的存在也對機體有利,具有抗感染、抗腫瘤的作用。TNF-β位于6號染色體短臂 2 區 1帶,其是一類細胞毒性蛋白,主要由活化的T細胞產生,是細胞免疫的重要因子,能夠抑制腫瘤生長和破壞癌細胞[24],其抗腫瘤能力優于TNF-α。

2.4 趨化因子(CTX)類 由70～125個氨基酸組成,具有4個保守的半胱氨酸,具有相同的二聚體結構。主要成員有CXC、CC、XC、CX3C 4個家族[25]。CTX受體介導其功能,某些趨化因子受體及CTX也都發揮重要作用,可以促使惡性腫瘤細胞的存活、增殖、新血管生成和轉移等[26]。CTX也參與多種生物過程,包括趨化細胞遷移、免疫細胞脫顆粒、造血和血管生成,在人體免疫系統中發揮重要作用。

2.5 CSF類 根據CSF的功能不同可將CSF分為M-CSF、G-CSF、GM-CSF、多能CSF也就是IL-3,另外還有類似活性的EPO等[12]。GM-CSF、G-CSF都可用于治療粒細胞減少,尤其是接受化療藥物治療后造成骨髓抑制的腫瘤患者,促進白細胞的增長,其療效已在臨床得到驗證,還能夠加強巨噬細胞對抗原的處理和提升,當做作機體對抗自身免疫疾病和惡性腫瘤時的多效炎癥調節劑[27],能夠有效的降低臨床死亡率,延長患者的生命周期。M-CSF既在正常身體狀態下發揮作用,又在許多惡性腫瘤的發生、發展過程中有著很重要的功能,既可以促進腫瘤生長、侵襲和轉移。又可以抑制腫瘤細胞的生長[28];IL-3是在ConA刺激的淋巴細胞培養液上清液中獲得并命名的,其是糖蛋白生長因子的家庭成員,稱為造血細胞因子,這些因子調節造血祖細胞的分化過程。在接受化療治療后出現骨髓抑制的腫瘤患者中起著重要的作用[29]。

2.6 GF GF是調節控制其他細胞功能與細胞生長等多種功能的蛋白質類物質。GF由很多種類細胞分泌產生、并作用于特定的靶細胞,調節組織分化、細胞分裂與基質合成。經過長時間的研究可分類VEGF、EGF、NGF、FGF、PDGF、IGF、造血細胞中生長因子類、白介素生長因子類等[13]。PDGF蛋白家族具有調節細胞增殖、遷移和生存的能力。其也能夠促進淋巴管生長,加速腫瘤淋巴結轉移[30]。當然,腫瘤細胞的生長和轉移離不開新生血管的形成,VEGF作為最常見的血管生長因子,在多種腫瘤細胞的血管內皮細胞增殖和血管形成方面發揮著重要作用,VEGF已成為近年學界較為關注的新型腫瘤標志物[31]。趙春華等[32]發現IGF作為重要的標記物,在重癥肺炎及惡性腫瘤的發生發展中均具有顯著調節作用。腫瘤組織成纖維細胞分泌產生的HGF,屬上皮細胞形態發生分裂、運動的促進因子,與腫瘤細胞遠處轉移、侵襲也密切相關[33]。NGF是首先被發現的一類神經營養因子,具有營養神經和促使突起生長的兩種生物學功能。FGF生成血管、胚胎發育、傷口愈合及多種組織和細胞的分化與增值中有著很重要的作用。IL生長因子也稱為造血細胞因子,這些因子調節造血祖細胞的分化過程。IL-11可極大地改善腫瘤化療引起的血小板減少,促使外周血內血小板含量增加,從而降低臨床死亡率[34]、延長生活周期、提高患者的生命質量。

3 細胞因子與腫瘤的聯系

近年來,隨著生物技術的發展,人們對病原微生物感染機體后產生天然免疫反應的信號轉導分子機制以及調控機制有了一定深度的了解。但是更加全面的、更加深入的認識病毒或炎性分子或自身基因突變的細胞的調控宿主細胞因子的表達水平,將有助于新的抗病毒感染藥物和靶點的發現。

細胞因子與腫瘤密切相關。有些細胞因子促進腫瘤生長,有些抑制腫瘤生長,有些既促進又阻礙癌癥細胞生長。

IFN可以調節控制腫瘤轉移、血管新生和抑制腫瘤轉移、激活抗腫瘤免疫反應起著重要的抗腫瘤作用[5]。IL家族中大部分成員都參與免疫反應。IL-2能促進和維持T細胞的體外生長,其抗腫瘤效應明顯[35];TNF都具有殺傷腫瘤細胞、抑制腫瘤細胞的功能;趨化因子類在人體免疫系統中發揮著重要的作用;CSF大都能夠促進骨髓增值,在接受化療藥物治療后的骨髓抑制中發揮著重要的作用。

GF大多都可以促進細胞生長,以致大都可以促使腫瘤生長、轉移。只有造血細胞因子、白介素類生長因子可以改善化療后骨髓抑制導致的血小板減少,提高腫瘤的臨床生存率。IL家族很多成員都具有促進腫瘤的功效。某些趨化因子及其受體、M-CSF、PDGF、VEGF、HGF等也有促進腫瘤生長的貢獻。IL-6可以既通過調節控制腫瘤細胞增殖、凋亡、侵襲、轉移、血管生成等多種信號傳導途徑促進腫瘤生長,又可以通過腫瘤細胞活性的直接內在作用促進腫瘤生長。在卵巢惡性腫瘤、乳腺惡性腫瘤、胃惡性腫瘤、肝惡性腫瘤等多種惡性腫瘤中,均呈現出較高的表達[36]。IL-8既能激活和趨化粒細胞提高吞噬細胞及淋巴細胞功能,又能參與腫瘤血管的生成,導致腫瘤的侵襲和遷移。乳腺惡性腫瘤中表現出高表達。毛英等[37]發現,在婦科惡性腫瘤卵巢惡性腫瘤、子宮內膜惡性腫瘤、宮頸惡性腫瘤患者中 IL-33 呈高表達,并在乳腺癌和卵巢癌患者中,IL-33 可以促使腫瘤轉移和生長。IL-17 能夠促使腫瘤血管生成、生長和轉移,促進促血管生成因子產生,促進腫瘤的生長。IL-17 可促進胰腺簇狀細胞的發展,從而加速胰腺腫瘤發展。腫瘤微環境內募集的中性粒細胞可上調如G-CSF、CXCR2 配體、IL-6、TNF-α、趨化因子-1 (MCP-1)、MMP-9、單核細胞和 VEGF 等各類趨化因子和細胞因子的表達水平,促使腫瘤的發展,并與腫瘤患者長期生存率降低相關[14]。巨噬細胞中的M2亞群被認為是最重要的促腫瘤細胞生長和誘發腫瘤免疫抑制的免疫細胞。腫瘤相關成纖維細胞(CAFs)通過分泌CXCL12、GM-CSF、IL-6促進腫瘤局部的巨噬細胞向M2亞型轉化,從而促進腫瘤的生長。巨噬細胞還可能產生PDGF、bFGF、VEGF、胸苷醛糖等因子,促使腫瘤血管的產生,可以為腫瘤的生長提供營養[38]。

TNF、IFN、CSF抗腫瘤的效果良好。TNF-α、IFN-γ、M-CSF既可以抑制腫瘤的生長,也可以促進腫瘤的生長。IFN-γ通過直接抑制腫瘤細胞增殖促使它的凋亡、抑制腫瘤血管生成、從而抑制腫瘤細胞。也有報道,IFN-γ有促進腫瘤生長的作用,表現為其在腫瘤微環境和長期慢性炎癥中重塑免疫微環境以促進免疫逃逸[39-41]。TNF-α可以直接作用于血管的內皮細胞,導致血管功能紊亂或內皮細胞的損傷,因此出現血栓形成和血管損傷,腫瘤組織局部血流阻斷而發生缺氧壞死、缺血,從而抑制腫瘤細胞、組織的生長[14]。但TNF-α既可以抑制腫瘤細胞,又可以促進腫瘤細胞生長增殖[23]。M-CSF在惡性腫瘤產生、進展過程中發揮著重大的作用,既可以促進腫瘤發展,又可以抑制腫瘤細胞的生長[28]。

綜上所述,細胞因子與腫瘤息息相關,各成員對腫瘤的作用既有共通性又有獨特性。IL家族中IL-6、IL-8、IL-33、IL-17雖然都有促進腫瘤生長的作用,但是對于每種類型的腫瘤作用各不相同。IL-6、IL-8、IL-33共通之處是都在乳腺惡性腫瘤中高表達。IL-6、IL-8還可在消化道腫瘤中高表達,如肝癌、胃癌;IL-33則在婦科惡性腫瘤腫瘤中高表;IL-17在胰腺惡性腫瘤中高表達;IL-2抗腫瘤效果明顯,聯合IL-21抗腫瘤效果更加明顯。CSF通過促進骨髓增殖抑制腫瘤患者化療后的不良反應,提高生存率,對腫瘤有正向作用。IFN、TNF抗腫瘤效果明顯,IFN-γ、TNF-α、M-CSF既有正向抗腫瘤又有負向促進腫瘤效果。近些年隨著大家對免疫細胞因子的臨床檢測應用,發現細胞因子與腫瘤患者聯系十分密切。并且很多具有特異性,對于臨床上診斷、治療惡性腫瘤具有重要的意義。