徐晟瑤,趙麗
(中國藥科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床藥學(xué)學(xué)院,江蘇南京 211300)
結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌是由慢性結(jié)腸炎發(fā)展而來,可導(dǎo)致10%~15%的患者死亡[1]。眾所周知,慢性炎癥對于腫瘤的發(fā)生是高風(fēng)險因素,患有克羅恩病或者潰瘍性結(jié)腸炎的炎癥性腸病的患者發(fā)展成結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的概率是其他健康患者的2~3倍[2]。在炎性微環(huán)境中,炎性細(xì)胞因子將引起相應(yīng)抑癌基因突變以及轉(zhuǎn)錄因子和信號通路的激活,比如DNA的損傷以及重要基因(p53、scr、K-ras、β-catenin以及APC等)的突變,從而引起相應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子和信號傳導(dǎo)通路的改變,促進腸上皮細(xì)胞的異常增殖,促進腫瘤的發(fā)生[3-4]。
免疫細(xì)胞作為結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌腫瘤炎癥微環(huán)境的重要組成部分,對腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有著復(fù)雜且多樣的作用。巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中將會產(chǎn)生活性氧和活性氮,從而促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生與發(fā)展;而CD8+T細(xì)胞可防止與結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生與發(fā)展[5]。腸道菌群對于維持腸道穩(wěn)態(tài)以及保護人類免受病原體的侵害起著重要作用,腸道菌群的失衡是導(dǎo)致結(jié)腸炎發(fā)生的一個重要原因,在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌發(fā)展進程中,腸道菌群的變化是結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌惡化的一個重要誘因[6]。
本綜述將聚焦細(xì)胞因子和趨化因子、免疫細(xì)胞以及腸道菌群等對結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌中發(fā)生發(fā)展不同階段的作用,為預(yù)防和治療結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌提供相應(yīng)的思路。
某些炎性細(xì)胞因子,如白介素1β(Interleukin 1β,IL-1β)、白介素6(IL-6)、白介素17(IL-17)以及腫瘤壞死因子α(Tumor Necrosis Factor α,TNF-α)、核因子-κB(Nuclear Factor κB,NF-κB)、生長轉(zhuǎn)化因子-β(Transforming Growth Factor β,TGF-β),在結(jié)腸炎以及結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌中都是高表達,能夠促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生,加快腫瘤發(fā)展進程。
白介素家族來源于巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞,白介素1家族主要以IL-1β的形式在胃腸道黏膜細(xì)胞中表達,促進胃腸道炎癥;近期有文獻報道,可以通過削弱巨噬細(xì)胞依賴的IL-6的分泌從而阻斷IL-1β的激活,進而減少結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生[7]。張曉坤教授的相關(guān)研究表明,截短維生素A受體α(truncated Retinoid X Receptor-alpha,tRXRα) 可以與胞漿內(nèi)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TNF Receptor Associated Factor 6,TRAF6)蛋白結(jié)合,并促進TRAF6蛋白泛素化,從而激活I(lǐng)L-6/STAT3(Signal Transducer and Activator of Transcription 3,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3)信號通路,促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生[8]。IL-6也可通過增強血管上皮生長因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)的表達促進結(jié)直腸癌細(xì)胞中的腫瘤血管生成[9]。IL-17是促進結(jié)腸炎的重要因子,可激活負(fù)責(zé)免疫反應(yīng)的STAT3,在T細(xì)胞的募集中發(fā)揮重要作用;同時IL-17會誘導(dǎo)小鼠免疫細(xì)胞Th17(濾泡輔助性T細(xì)胞)的凋亡,破壞Treg(調(diào)節(jié)性T細(xì)胞)/Th17的平衡,促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展[10-11]。通過IL-17-STEAP4(6-Transmembrane Epithelial Antigens of the Prostate 4,6-前列腺跨膜上皮抗原4)-XIAP(X-Linked Inhibitor of Apoptosis Protein,X連 鎖 凋亡抑制蛋白)軸,誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)中銅的吸收來促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)展[12]。IL-8主要參與三條信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo):IL-8通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositide 3-Kinases,PI3K),促進底物蛋白激酶B(Akt)的磷酸化,在調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、遷移及血管生成中起著關(guān)鍵作用;其余信號通路包括絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase,MAPK)級聯(lián)信號通路以及遷移相關(guān)的磷脂酶C(Phospholipase C,PLC)依賴的蛋白激酶C(Protein Kinase C,PKC)信號通路。此外,非受體酪氨酸激酶Src和FAK的活化也有助于IL-8介導(dǎo)的癌細(xì)胞增殖、存活和化學(xué)抗性,Rho-GTPases也參與IL-8誘導(dǎo)的癌細(xì)胞遷移和侵襲[13]。IL-4產(chǎn)生于免疫細(xì)胞Th2中,對T細(xì)胞、B細(xì)胞具有廣泛的作用。在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌中,IL-4與STAT6的異常激活相關(guān),可促進結(jié)直腸癌腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。同時,上游miR-195/NOTCH軸調(diào)節(jié)的IL-4的分泌可激活M2樣腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的募集和極化來促進腫瘤細(xì)胞的快速生長[14]。IL-22也是一類重要的具有促瘤作用的白介素家族因子,其主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)靶標(biāo)是STAT1、STAT3、STAT5,他們可以通過JAK激酶1(Janus Kinase 1,JAK1)和酪氨酸激酶2(Tyrosine Kinase 2,TYK2)的磷酸化而被激活,IL-22還誘導(dǎo)MAPK、NF-κB以及PI3K-Akt-mTOR(mammalian Target Of Rapamycin,哺乳動物雷帕霉素靶蛋白)信號通路的激活。
TNF-α是一類由單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌的促炎因子,其表達升高與腸上皮細(xì)胞的增殖、炎癥反應(yīng)和結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)。TNF-α可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生過多活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS),引起DNA損傷和抑癌基因突變,誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖,促進VEGF的表達進而促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的血管生成;也可刺激TGF-β誘導(dǎo)的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-Mesenchymal Transition,EMT),通過誘導(dǎo)相關(guān)金屬基質(zhì)蛋白酶的表達促進腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移[15]。一項重要的研究發(fā)現(xiàn),NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like Receptor Thermal Protein Domain Associated Protein 3,NLRP3)炎癥小體在腸癌患者陽性組織中過度表達,且NLRP3炎癥小體的這種高表達與較短的壽命和較差的預(yù)后相關(guān),其過度表達是結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT的先決條件[16]。
在炎性結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展過程中,部分白介素家族也有抗腫瘤活性。IL-10是一類參與細(xì)胞免疫應(yīng)答的重要白介素家族之一,可參與免疫細(xì)胞Th1向Th2轉(zhuǎn)變過程,可以抑制炎癥反應(yīng)以及維持胃腸道穩(wěn)態(tài)。相關(guān)報道證實,IL-10缺陷小鼠可在腸道感染時自發(fā)形成結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌,而外源性施加IL-10可預(yù)防這一過程[17]。IL-2在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的進展之前也起著重要的抑癌作用。IL-2作為重要的細(xì)胞因子,可以通過激活T細(xì)胞和NK細(xì)胞來誘導(dǎo)T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng),并參與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的發(fā)展;NK細(xì)胞是消除結(jié)直腸癌細(xì)胞而無需事先免疫的關(guān)鍵抗腫瘤主要效應(yīng)物,而與炎癥相關(guān)的結(jié)直腸癌患者NK細(xì)胞的表型和功能異常改變導(dǎo)致免疫反應(yīng)受限,并與低存活率相關(guān)[18]。
某些細(xì)胞因子在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展過程中具有雙向作用,既可以促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)展,又可以抑制與結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)展。IL-33在促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌進程中具有重要作用,其可以通過募集CD11b+GR1+、CD11b+F4/80+骨髓細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞進而重塑腫瘤微環(huán)境[19],并激活上皮下肌成纖維細(xì)胞(Subepithelial Myofibroblasts,SEMFs)和肥大細(xì)胞,改變Tregs的表型,從而促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)展[20]。IL-33可影響內(nèi)皮細(xì)胞以促進血管生成,并激活NANOG、NOTCH3和OCT3/4等基因以增強結(jié)直腸癌腫瘤細(xì)胞的干性[21]。隨著對IL-33研究的深入,發(fā)現(xiàn)IL-33也可抑制結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的進展。有研究證實,IL-33可激活腸間質(zhì)細(xì)胞中的NF-κB信號通路并誘導(dǎo)非造血細(xì)胞中γ干擾素(Interferon-γ,IFN-γ)基因的表達,從而促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌[22]。IL-33的受體ST2可以減少Treg的浸潤并增加CD8+T細(xì)胞,從而抑制與結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌[23]。
先天免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)可通過模式識別受體(Pattern Recognition Receptor,PRR)啟動快速固有免疫反應(yīng),以調(diào)節(jié)宿主-微生物相互作用以及細(xì)胞因子的產(chǎn)生。
2.1.1 巨噬細(xì)胞
巨噬細(xì)胞是分泌促炎因子的主要細(xì)胞之一,促進巨噬細(xì)胞自噬可抑制含有NLRP3的炎性小體的NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域的啟動和激活,從而抑制促炎性細(xì)胞因子(如IL-1β和IL-18)的成熟,進而抑制結(jié)腸炎[24]。但是在與結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌中,促進腸上皮巨噬細(xì)胞的自噬可以通過降解NLRP3炎癥小體以及抑制M2受體極化從而預(yù)防腫瘤發(fā)生[25-27]。而與腫瘤細(xì)胞相關(guān)的巨噬細(xì)胞(Tumor-Associated Macrophage,TAM)中,促進其自噬對于結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)展是復(fù)雜的:一方面,誘導(dǎo)TAM的自噬可抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞對放療的耐受并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,表明誘導(dǎo)TAM自噬可以提高放療敏感性[28];但另一方面,組織蛋白酶S(Cathepsin S,Cat S)介導(dǎo)的TAM自噬誘導(dǎo)TAM的M2型極化,導(dǎo)致結(jié)腸癌的發(fā)展[29]。
2.1.2 其他先天免疫細(xì)胞
其他免疫細(xì)胞,如中性粒細(xì)胞和NK細(xì)胞,在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌中也發(fā)揮重要作用。誘導(dǎo)與腫瘤相關(guān)的中性粒細(xì)胞(Tumor-Associated Neutrophil,TAN)的自噬會誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞產(chǎn)生促轉(zhuǎn)移的腫瘤抑制素M(Oncostatin-M,OSM)和金屬基質(zhì)蛋白酶9(Matrix Metalloproteinases 9,MMP9),促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的侵襲轉(zhuǎn)移[30]。先前的研究表明,缺氧誘導(dǎo)的自噬通過選擇性降解促凋亡蛋白顆粒酶B(Granzyme,Gz-B),降低癌細(xì)胞對NK介導(dǎo)的凋亡的敏感性。體內(nèi)數(shù)據(jù)證實了在癌細(xì)胞中通過NK細(xì)胞靶向自噬促進癌細(xì)胞清除從而抑制腫瘤發(fā)展進程,在黑色素瘤和腎細(xì)胞癌中也觀察到類似的結(jié)果[31]。樹突狀細(xì)胞(Dendritic Cell,DC)是先天免疫系統(tǒng)中專業(yè)抗原呈遞細(xì)胞,可以使抗原特異性T細(xì)胞產(chǎn)生重要的免疫應(yīng)答,對于腫瘤的檢測及復(fù)發(fā)具有重要意義[32]。DC對于炎癥反應(yīng)及結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展同樣起著重要的作用,在結(jié)腸炎模型中,自噬缺陷型DC與溶酶體異常和細(xì)胞骨架不良有關(guān),并且與細(xì)胞黏附增加和遷移減少相關(guān),從而加重了結(jié)腸炎[33]。
2.2.1 抗原呈遞細(xì)胞
與先天性免疫反應(yīng)類似,適應(yīng)性免疫反應(yīng),尤其是細(xì)胞免疫反應(yīng),在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中也起著至關(guān)重要的作用。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)包括抗原呈遞細(xì)胞(Antigen-Presenting Cell,APC)識別致病或腫瘤相關(guān)肽及其在主要組織相容性復(fù)合體(Major Histocompatibility Complex,MHC)分 子 上的呈現(xiàn),包括專業(yè)APC(如巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞)和其他非專業(yè)APC。為此,MHCⅠ類分子由CD8+T細(xì)胞上的T細(xì)胞受體(T Cell Receptor,TCR)識別,而MHCⅡ類分子則由CD4+T細(xì)胞上的TCR識別。
2.2.2 效應(yīng)T細(xì)胞
T細(xì)胞被激活并分化為多種效應(yīng)T細(xì)胞,包括Th細(xì)胞(Th1、Th2、Th17細(xì)胞)、Tregs和細(xì)胞毒性T細(xì)胞。Th1、Th2和Th17細(xì)胞可產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子,如 IL-2、INF-γ、IL-5、IL-13和 IL-17A;而Tregs產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子,如IL-10和TGF-β;細(xì)胞毒性T細(xì)胞則釋放穿孔素和顆粒酶,導(dǎo)致感染或惡性細(xì)胞的凋亡[34-35]。具有自噬缺陷(例如VPS34缺失)的免疫T細(xì)胞線粒體功能缺失,會促進細(xì)胞內(nèi)ROS水平的增加,增加了促凋亡基因BCL-2家族中相關(guān)基因的表達以及效應(yīng)T細(xì)胞的凋亡,同時VPS34敲除導(dǎo)致的自噬障礙的免疫T細(xì)胞其外周平衡也遭到了破壞[36]。此外,ATG5和Beclin1部分缺失的免疫T細(xì)胞將導(dǎo)致其對TCR刺激的敏感性下降,CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞增殖效率低下且免疫功能受損[37-38]。適應(yīng)性免疫細(xì)胞的自噬可以調(diào)節(jié)與炎癥相關(guān)的疾病,例如結(jié)腸炎和結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌。抑制鞘氨醇-1-磷酸受體 4(Sphingosine-1-Phosphate Receptor 4,S1PR4)可通過CD8+T細(xì)胞擴增減少結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌腫瘤生長并改善化療效果[39]。IL-37通過SIGIRR介導(dǎo)的細(xì)胞毒性T細(xì)胞功能障礙促進結(jié)腸炎相關(guān)的癌變[40],并且據(jù)相關(guān)報道,抑制ID減少了Kyn/AhR介導(dǎo)的Treg分化,并且可能是預(yù)防和治療炎癥相關(guān)結(jié)腸癌的有效策略[41]。
綜上可知,維持T細(xì)胞的穩(wěn)態(tài),消除病原微生物,維持促炎性T細(xì)胞和抗炎性T細(xì)胞之間的平衡并維持免疫監(jiān)視,可共同抑制結(jié)腸炎甚至結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)展。
腸道菌群作為腸道微環(huán)境的重要組成部分,對促進食物吸收、調(diào)節(jié)胃腸道免疫反應(yīng)及調(diào)節(jié)代謝具有重要作用[42]。由于結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌直接暴露于腸道菌群中,腸道微生物在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌中的作用得到廣泛關(guān)注與研究。
研究表明,腸道菌群在調(diào)節(jié)患者對抗腫瘤藥物,特別是化療與免疫療法的調(diào)節(jié)中具有重要作用。腸道菌群對藥物吸收及藥效、激活免疫應(yīng)激反應(yīng)等方面起調(diào)節(jié)作用從而影響腫瘤治療[43]。在過去的幾十年中,已經(jīng)確定了腸道菌群失調(diào)和結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌之間的許多關(guān)聯(lián),最近的研究提供了因果關(guān)系的機制證據(jù)[44]。有相關(guān)研究檢測分析人類結(jié)腸腺癌樣本和附近正常結(jié)腸組織的微生物群落發(fā)現(xiàn),大腸癌組織的微生物多樣性降低,包括某些細(xì)菌屬的減少,如梭狀芽孢桿菌和類桿菌[45]。腸道菌群中某些菌種,如丙酸桿菌等,可產(chǎn)生短鏈脂肪酸(Short Chain Fatty Acids,SCFAs)物質(zhì),如丙酸鹽、丁酸鹽等,這些物質(zhì)除了可以作為能源物質(zhì)參與代謝外,還被證明是免疫系統(tǒng)激活、細(xì)胞增殖和死亡以及脂肪合成的分子信號,參與維持腸上皮細(xì)胞完整性[46]。
同時,某些特定的腸道菌群菌屬對腫瘤的發(fā)生發(fā)展起重要的促進作用。pks+大腸桿菌是目前研究最廣泛的基因毒素產(chǎn)生菌之一。pks+產(chǎn)生一種叫做大腸桿菌素的環(huán)調(diào)節(jié)蛋白毒素,這種毒素在體外會導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂、染色體畸變和細(xì)胞周期停滯[47-48]。在DEJEA等的研究中,pks+大腸桿菌與腸毒性脆弱類 桿 菌(EnterotoxigenicBacteroidesfragilis,ETBF)協(xié)同作用,導(dǎo)致大腸癌小鼠模型的DNA損傷增加和腫瘤形成[49]。調(diào)節(jié)腸道微生物代謝亦可影響結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展,吳茱萸堿(Evodiamine,EVO)對結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的保護性治療作用是通過調(diào)節(jié)腸道菌群代謝物和結(jié)腸上皮信號通路來抑制腸道炎癥-癌癥的發(fā)展[50]。
隨著對結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌研究的深入,其他腸道炎癥微環(huán)境的作用也開始得到重視并展開相關(guān)研究。研究發(fā)現(xiàn),腸上皮細(xì)胞的糖皮質(zhì)激素受體(Glucocorticoid Receptor,GR)而非整個腸組織的GR可促進結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌[51];在對與腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(Cancer Associated Fibroblasts,CAF)的研究中,高表達黑色素瘤細(xì)胞黏附分子(Melanoma Cell Adhesion Molecule,MCAM)的CAF可通過促進巨噬細(xì)胞的極化促進結(jié)腸癌的發(fā)展[52]。高表達瞬時受體電位香草酸亞型4(Tansient Receptor Potential Vanilloid 4,TRPV4)的血管內(nèi)皮細(xì)胞有助于小鼠結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展[53]。
針對miRNA在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌中的作用已有諸多報道,如miRNA-21可通過STAT3以及抑制PDPC4/TNF-α發(fā)揮其促癌作用[54],而miRNA-45則通過白介素20受體IL-20 RA介導(dǎo)的JAK1通路調(diào)節(jié)STAT3,在結(jié)腸癌中充當(dāng)腫瘤抑制因子[55]。
總之,細(xì)胞因子和趨化因子、免疫細(xì)胞以及腸道菌群等在結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中有著重要的作用,但具體所發(fā)揮的抑癌或促癌作用取決于腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段以及腫瘤微環(huán)境。結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展分為多個階段并且受到腫瘤微環(huán)境的調(diào)控,僅僅將某種免疫細(xì)胞、某種炎性因子作為靶點是遠遠不夠的,必須將結(jié)腸炎相關(guān)的結(jié)直腸癌的發(fā)展階段以及微環(huán)境整個考慮在內(nèi),探究其作為靶點的意義。鑒于腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞因子以及趨化因子、免疫細(xì)胞以及腸道菌群的物種多樣性和功能多樣性,針對某個特定靶點的藥物開發(fā)研究轉(zhuǎn)變到臨床實踐需要很長的時間。