池肇春

池肇春,青島市市立醫(yī)院消化內(nèi)科 山東省青島市 266011

0 引言

炎癥是機(jī)體抵抗有害刺激物的免疫防御機(jī)制,從消除損傷因子到損傷組織的再生[1].持續(xù)的炎癥刺激和免疫細(xì)胞激活會(huì)導(dǎo)致慢性炎癥,包括長(zhǎng)期反復(fù)的組織破壞和再生.在此基礎(chǔ)上導(dǎo)致系統(tǒng)疾病的發(fā)生,如腫瘤、免疫疾病、肥胖與代謝疾病、纖維化疾病(肝、腎、肺等)、腦病、各種各樣炎性疾病及衰老等[2].

研究顯示炎癥與癌癥最直接的關(guān)聯(lián)是器官DNA受損,導(dǎo)致DNA突變,誘發(fā)癌癥發(fā)生[3-5].這是癌癥中最常見(jiàn)的分子機(jī)制之一.盡管炎癥促進(jìn)癌癥的機(jī)制尚不完全清楚,但已經(jīng)出現(xiàn)了兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的假設(shè).其中一種涉及由基因變化驅(qū)動(dòng)的內(nèi)部途徑,這種變化會(huì)導(dǎo)致腫瘤和炎癥.另一種是炎癥通過(guò)外部過(guò)程增加癌癥風(fēng)險(xiǎn).炎癥誘導(dǎo)的腫瘤促進(jìn)發(fā)生在腫瘤發(fā)展的所有階段,并導(dǎo)致潛伏多年的癌前病變的激活.相反,腫瘤微環(huán)境中的炎癥促進(jìn)了惡性細(xì)胞的增殖和存活、血管生成、轉(zhuǎn)移、適應(yīng)性免疫的破壞以及對(duì)激素和化療藥物的反應(yīng)[6],

慢性炎癥可導(dǎo)致DNA損傷和組織損傷[7].慢性炎癥損害細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和代謝,從而引發(fā)癌癥.此外,慢性炎癥所涉及的DNA損傷為惡性腫瘤的起始提供了一個(gè)起點(diǎn).一些研究已經(jīng)很好地描述了癌癥和慢性炎癥之間的聯(lián)系.慢性炎癥激活活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)的產(chǎn)生,導(dǎo)致DNA損傷.因此,基因組的不穩(wěn)定性是由DNA損傷引發(fā)的,然后導(dǎo)致癌癥的發(fā)生[8].

免疫系統(tǒng)受多種炎癥因子的調(diào)節(jié),如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor,TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin-IL)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和腫瘤生長(zhǎng)因子-β,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β).TNF-α的表達(dá)導(dǎo)致DNA損傷和細(xì)胞因子刺激(如IL-17),這些細(xì)胞因子負(fù)責(zé)腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲和血管生成.白細(xì)胞介素IL-6和IL-17激活參與癌癥過(guò)程的信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(signal transducer and activator of transcription,STAT)信號(hào)[9],導(dǎo)致免疫功能失調(diào),促進(jìn)癌的形成.

研究顯示,慢性炎癥時(shí)對(duì)多種細(xì)胞因子產(chǎn)生影響,研究發(fā)現(xiàn)TNF-α、IL-1可激活二型環(huán)氧化酶(cyclooxygenase-2,COX-2),而COX-2刺激ROS和RNS的產(chǎn)生[10].NF-κB刺激幾種促炎因子,如激活COX-2和誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS).NF-κB是癌變過(guò)程中參與慢性炎癥的主要因素之一.多項(xiàng)研究表明NF-κB可刺激TNF-α、IL-6、IL-8、STAT3、COX-2、BCL-2、金屬蛋白酶(metalloproteinases,MMPs)、VEGF的表達(dá),從而促進(jìn)ROS的產(chǎn)生[11].IL-6和VEGF激活STAT-3通路,參與增殖、血管生成和轉(zhuǎn)移.一些癌癥表現(xiàn)為STAT-3通路的過(guò)度激活[12].此外,iNOS,一種催化一氧化氮(NO)的酶,在慢性炎癥期間被激活,并增加p53基因突變.與此同時(shí),在癌癥中也觀察到晝夜節(jié)律(circadian rhythms,CRs)的失調(diào).這種功能障礙導(dǎo)致典型的WNT/β-catenin通路的上調(diào),從而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生[13].

1 炎癥誘導(dǎo)腫瘤機(jī)制

在過(guò)去的幾十年里,人們一直試圖從進(jìn)化的角度來(lái)研究癌變的發(fā)生[14].新一代測(cè)序的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了對(duì)整個(gè)癌癥基因組景觀的理解.

慢性炎癥是癌癥發(fā)展的先決條件.新近Liu等[15]提出一個(gè)新的理論,稱為癌癥進(jìn)化-發(fā)展(cancer evolutiondevelopment,Cancer Evo-Dev).研究顯示遺傳易感性和環(huán)境暴露(如病毒感染)之間的相互作用維持著慢性非消融性炎癥.污染、代謝綜合征、缺乏身體活動(dòng)、衰老和不良的社會(huì)心理暴露也會(huì)通過(guò)誘發(fā)慢性低度陰燃炎癥增加癌癥的風(fēng)險(xiǎn).在炎癥微環(huán)境下,促炎因子通過(guò)誘導(dǎo)胞苷脫氨酶等致突變力與尿嘧啶-RNA糖基化酶等糾偏力之間的失衡,促進(jìn)了體細(xì)胞突變和病毒突變的產(chǎn)生.大多數(shù)體細(xì)胞突變的細(xì)胞和變異的病毒在生存競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰.只有一小部分突變細(xì)胞存活下來(lái),適應(yīng)惡劣的環(huán)境,進(jìn)行反向分化,并通過(guò)改變信號(hào)通路發(fā)揮致癌細(xì)胞的功能.這些致癌細(xì)胞獲得干細(xì)胞,重新編程代謝模式,并影響微環(huán)境.致癌過(guò)程遵循“突變-選擇-適應(yīng)”的規(guī)律.因此Cancer Evo-Dev理論不僅有助于了解炎癥促進(jìn)癌癥發(fā)展的機(jī)制,而且為有效的預(yù)防和靶向治療各種癌癥奠定了基礎(chǔ).

1.1 慢性炎癥是癌癥進(jìn)化發(fā)展的必要條件 急性炎癥作為一種應(yīng)對(duì)外源性感染和損傷的防御機(jī)制,對(duì)人體是有益的.然而,慢性炎癥,也被稱為非消炎,對(duì)癌變是必不可少的.低水平的慢性炎癥也是衰老的一個(gè)標(biāo)志,而衰老是大多數(shù)癌癥的主要原因.

1.1.1 載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽: 載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽(apolioprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide,APOBECs)是一種強(qiáng)大的內(nèi)源性致突變因子,它可以催化胞嘧啶脫胺產(chǎn)生胞嘧啶到尿嘧啶(C＞U)和鳥(niǎo)苷到腺苷(G＞A)的轉(zhuǎn)變.APOBECs家族成員,包括APOBEC3和激活誘導(dǎo)胞苷脫氨酶,在先天免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用.APOBEC3s通過(guò)將病毒突變負(fù)荷增加到超過(guò)病毒復(fù)制閾值的水平,有助于消除病毒.APOBEC3s還可以誘導(dǎo)宿主基因組的體細(xì)胞突變.有3種機(jī)制可以防止APOGEC3誘導(dǎo)的體細(xì)胞突變超出DNA修復(fù)能力.首先,APOBEC3s尤其是APOBEC3A在正常組織中很少表達(dá).短期激活A(yù)POBEC3s有利于消滅病原體.其次,APOBEC3s的胞苷脫氨酶活性幾乎只適用于單鏈核苷酸,其誘變效率是雙鏈DNA的200-300倍.第三,尿嘧啶誘導(dǎo)的APOBEC3s突變被尿嘧啶DNA糖基化酶(uracil-DNA glycosylase,UNG)抵消,UNG在堿基切除修復(fù)機(jī)制中起重要作用[16].然而,在慢性炎癥的微環(huán)境下,IL-6/STAT3通路和腫瘤TNF-α/NF-κB通路等信號(hào)通路被激活,導(dǎo)致APOBEC3s長(zhǎng)期上調(diào)[16,17],DNA修復(fù)功能也受到炎癥因子的抑制.IL-6可降低UNG的表達(dá),從而增加APOBEC3B的表達(dá).APOBEC3B啟動(dòng)子(rs2267401-G)和UNG增強(qiáng)子(rs3890995-C)的功能多態(tài)性易導(dǎo)致IL-6誘導(dǎo)的APOBEC3B-UNG失衡,并增加癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[18].人類尿嘧啶-DNA糖基酶的線粒體(UNG1)和核(UNG2)形式都是由UNG基因編碼的,它們是通過(guò)利用核形式的N末端特異性外顯子的替代轉(zhuǎn)錄開(kāi)始和替代剪接產(chǎn)生的.催化結(jié)構(gòu)域存在于UNG1和UNG2中.UNG1和UNG2的轉(zhuǎn)錄受其增強(qiáng)子調(diào)控.由于UNG增強(qiáng)子活性可被IL-6顯著抑制,因此IL-6的存在有望抑制UNG1的表達(dá).因此,在慢性炎癥微環(huán)境下,作為抗病毒免疫的致突變力很容易破壞人類基因組.導(dǎo)致致突變力和糾偏力不平衡的分子在不同的組織類型中是不同的.結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)的一項(xiàng)研究表明[19],APOBEC3G在小鼠模型中促進(jìn)了CRC的肝轉(zhuǎn)移.參與錯(cuò)配修復(fù)(mismatch repair,MMR)途徑的基因突變導(dǎo)致Lynch綜合征的發(fā)展并增加CRC易感性.因此,非化解性炎癥可能通過(guò)上調(diào)APOBEC3A、3B和3G,下調(diào)UNG和MMR導(dǎo)致促突變力和糾突變力失衡,促進(jìn)癌變發(fā)生.

致突變活性和細(xì)胞對(duì)遺傳毒性的耐受性之間的平衡對(duì)癌癥的進(jìn)化也很重要.可容忍的體細(xì)胞突變?cè)黾涌梢愿纳仆蛔兗?xì)胞的多樣性.然而,如果突變超過(guò)可耐受的限度,影響細(xì)胞的基本功能,突變細(xì)胞就會(huì)發(fā)生凋亡,而不會(huì)發(fā)展成致癌細(xì)胞.APOBEC3A的致突變效率遠(yuǎn)高于APOBEC3B.增加APOBEC3A表達(dá)的功能多態(tài)性可顯著降低腎細(xì)胞癌的風(fēng)險(xiǎn).APOBEC3A異位表達(dá)增加了腎癌細(xì)胞的凋亡[20].另一項(xiàng)研究也表明,促進(jìn)APOBEC3A表達(dá)的純合子等位基因改善了膀胱癌的預(yù)后,而雜合子基因型與不良預(yù)后顯著相關(guān).雖然APOBEC3A誘導(dǎo)的突變?cè)诎┌Y中很常見(jiàn),但APOBEC3A的表達(dá)豐度通常非常低.病毒感染激活的炎癥途徑只能暫時(shí)上調(diào)APOBEC3A[21].上述遺傳多態(tài)性可能通過(guò)打破APOBEC3A的嚴(yán)格控制調(diào)節(jié)來(lái)降低癌癥的風(fēng)險(xiǎn).

1.1.2 慢性炎癥的維持環(huán)境暴露與遺傳易感性的相互作用有助于慢性炎癥的維持: 這在維持慢性乙肝病毒(hepatitis B virus,HBV)感染中尤為明顯.HBV可分為8種基因型(A-H),中國(guó)大陸以基因型C為主(68.3%),其次為基因型B(25.5%).基因型B型HBV容易引起急性感染,而基因型C型HBV與慢性感染相關(guān),并主要導(dǎo)致肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)的發(fā)展.編碼人白細(xì)胞抗原Ⅱ類(HLA-Ⅱ)、NF-κB和STAT3基因座的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SPN)與HBV誘導(dǎo)的HCC風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)[22].值得注意的是,影響人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)HLA-DP、HLA-DR和HLA-DQ鏈表達(dá)的SPN等位基因頻率在不同人種之間差異很大.顯著增加慢性炎癥、HCC和高危HBV突變風(fēng)險(xiǎn)的多態(tài)性基因型在漢族人群中比在歐洲人群中更為常見(jiàn)[23].這些數(shù)據(jù)表明,一旦暴露于HBV感染,漢族人比歐洲人更容易發(fā)展為慢性感染.

APOBEC3B基因缺失的頻率在不同人種之間也有很大差異.APOBEC3B缺失頻率在歐洲人群中為6.49%,在非洲人群中為0.9%,在東亞人群中為36.86%.APOBEC3B的缺失產(chǎn)生了一個(gè)帶有APOBEC3A編碼區(qū)和APOBEC3B 3'UTR的嵌合體.APOBEC3A-B的致突變作用強(qiáng)于APOBEC3B[24,25].APOBEC3B缺失已被證明會(huì)增加中國(guó)人發(fā)生非小細(xì)胞肺癌、口腔鱗狀細(xì)胞癌和肝細(xì)胞癌的風(fēng)險(xiǎn)[26,27].APOBEC3B缺失與歐洲人群癌癥風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)存在爭(zhēng)議.研究表明[28],APOBEC3B缺失增加了歐洲、美國(guó)和日本人群患乳腺癌和膀胱癌的風(fēng)險(xiǎn).然而,在歐洲人群中,沒(méi)有觀察到癌癥風(fēng)險(xiǎn)與APOBEC3B缺失之間的顯著關(guān)聯(lián)[29].

衰老作為癌癥最重要的危險(xiǎn)因素之一,在維持低水平慢性炎癥方面也起著重要作用.在衰老細(xì)胞中,普遍存在的表觀遺傳改變顯著增加了促炎細(xì)胞因子和趨化因子的分泌[30].衰老細(xì)胞的分泌組被稱為衰老相關(guān)分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP),包括IL-1α、IL-6、IL-8、IL-10和粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony stimulating factor,GM-CSF).小酸溶性芽孢蛋白(small acid-soluble spore protein,SASP)因子激活致癌信號(hào)通路,如Wnt通路,促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和侵襲[31].

污染、代謝綜合征、缺乏身體活動(dòng)和不良的社會(huì)心理暴露也會(huì)通過(guò)誘發(fā)慢性低度炎癥促進(jìn)癌癥的發(fā)展[32,33].環(huán)境和社會(huì)心理因素以及營(yíng)養(yǎng)對(duì)低級(jí)別陰燃慢性炎癥的增加起著主要的致病或促進(jìn)作用,特別是在老年人中.代謝綜合征的發(fā)展可歸因于包括肝臟在內(nèi)的代謝組織中發(fā)生的慢性低度炎癥[33].葡萄糖耐受不良、久坐不動(dòng)、肥胖和體力活動(dòng)水平較低的人有較高水平的循環(huán)炎癥因子,這些炎癥因子與不同類型癌癥(肝癌、子宮內(nèi)膜癌、結(jié)直腸癌、食管癌、腎癌、胰腺癌、賁門癌、卵巢癌、腦膜瘤、絕經(jīng)后乳腺癌、多發(fā)性骨髓瘤、膽囊癌、甲狀腺癌和肺癌)的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[34-36].炎癥可分為“好”和“壞”炎癥.潛伏的慢性炎癥是一種“壞”炎癥[37],對(duì)癌癥的發(fā)展起著很大的作用.

衰老和感染誘導(dǎo)的慢性炎癥都通過(guò)改變促炎微環(huán)境中的免疫去向來(lái)調(diào)節(jié)突變細(xì)胞的選擇壓力.衰老主要通過(guò)減少原發(fā)性淋巴生成來(lái)影響免疫力.淋巴祖細(xì)胞的質(zhì)量和數(shù)量隨著年齡的增長(zhǎng)而降低,細(xì)胞免疫向髓系傾斜,從而導(dǎo)致免疫衰老.免疫衰老是衰老的標(biāo)志,其特征是效應(yīng)免疫細(xì)胞功能障礙,包括效應(yīng)T細(xì)胞、自然殺傷(natural killing,NK)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞.同時(shí),免疫抑制性骨髓源性抑制細(xì)胞(bone marrow-derived suppressor cells,MDSCs)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T-cell,Treg)的水平隨著年齡的增長(zhǎng)而上調(diào)[38].此外,衰老通過(guò)增加IL-1、TNF-α、IL-6和C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)等促炎細(xì)胞因子的分泌來(lái)擾亂炎癥狀態(tài)[30].因此,衰老證明了惡性細(xì)胞的選擇壓力較弱.另一個(gè)標(biāo)志SASP也會(huì)引起劇烈的代謝變化,如線粒體功能障礙,過(guò)氧化氫的產(chǎn)生,以及向有氧糖酵解的轉(zhuǎn)變.這些變化導(dǎo)致乳酸和ROS的產(chǎn)生和分泌增加.如上所述,線粒體尿嘧啶DNA糖基化酶(uracil-DNA glycosylase preform,UNG1)的表達(dá)應(yīng)該在炎癥微環(huán)境中受到IL-6的抑制UNG1基因失活導(dǎo)致釀酒酵母線粒體DNA(Mitochondrial DNA,mtDNA)突變頻率比野生型至少增加3倍.對(duì)出芽酵母單鏈脫氧核糖核酸(singlestranded DNA,ssDNA)氧化還原應(yīng)激的突變譜和突變特征以及人類線粒體DNA老化特征的解讀表明,C向T取代的優(yōu)勢(shì)是這兩種特征的共同特征[39].APOBEC3s脫氨酶相關(guān)的mtDNA突變存在于許多類型的癌癥中,并且通常與更惡性的表型相關(guān).mtDNA突變損害有氧代謝,促進(jìn)有氧糖酵解.因此,慢性炎癥和癌癥的代謝微環(huán)境相似,都是缺氧,乳酸水平升高,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水平低.“不良”炎癥下調(diào)UNG1可能增加激活誘導(dǎo)胞苷脫氨酶(cytidine deaminase,AID)/APOBEC引起的母系基因(mt DNA)突變,影響線粒體功能,從而影響從氧化磷酸化到有氧糖酵解的能量生成,促進(jìn)癌癥進(jìn)化[40].

1.2 癌變的進(jìn)化特征

1.2.1 逆向分化和逆向進(jìn)化: 癌癥的進(jìn)化通常伴隨著逆向分化,這是一個(gè)代表逆向發(fā)育的過(guò)程.發(fā)育是指受精卵發(fā)育成個(gè)體的過(guò)程.這一過(guò)程在形態(tài)上類似于有機(jī)體從單細(xì)胞生物到多細(xì)胞生物、從水生生物到陸生生物的長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程.一些進(jìn)化上保守的分子,如氫的氧化物(Hox)、刺猬基因(Hedgehog)和原癌基因(Myc),對(duì)發(fā)育過(guò)程至關(guān)重要,這表明動(dòng)物進(jìn)化和胚胎發(fā)育具有內(nèi)在機(jī)制[41].進(jìn)化和發(fā)育生物學(xué)的整合被稱為進(jìn)化-發(fā)展.癌變的特點(diǎn)是一個(gè)反向發(fā)育的過(guò)程,即從已分化的細(xì)胞向未分化的細(xì)胞反向發(fā)育.出生后沉默的胚胎因子在癌變過(guò)程中重新表達(dá).APOBECs可以通過(guò)脫氨5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)或5-羥甲基胞嘧啶(5-hydroxymethyl cytosine,5hmC)來(lái)促進(jìn)基因去甲基化和去除表觀遺傳記憶,從而穩(wěn)定胚胎干細(xì)胞的多能狀態(tài)[42].上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是由E盒結(jié)合鋅指蛋白1(E-box binding homeobox 1,ZEB1)、ZEB2、蝸牛家族鋅指1(snail family zinc finger 1,SNAI1)、SNAI2等轉(zhuǎn)錄因子驅(qū)動(dòng)的逆發(fā)育過(guò)程中的里程碑事件.AID是APOBECs家族的一員,可通過(guò)炎癥信號(hào)上調(diào),誘導(dǎo)ZEB1、ZEB2、SNAI1和SNAI2啟動(dòng)子的去甲基化.沉默AID可導(dǎo)致靠近這些EMT調(diào)控因子啟動(dòng)子的胞嘧啶-磷酸-鳥(niǎo)嘌呤島(主要位于基因啟動(dòng)子和外顯子區(qū)域)甲基化增加,從而抑制EMT和細(xì)胞侵襲.艾滋病誘導(dǎo)的CpG甲基化依賴性突變被證明是癌癥進(jìn)化的一個(gè)共同特征[43].因此,有理由推測(cè),癌癥中胚胎因子的重新表達(dá)可能是由APOBECs家族成員引起的表觀遺傳重編程引起的,而APOBECs家族成員通常被促炎因子上調(diào).

1.2.2 對(duì)炎癥微環(huán)境的適應(yīng): 為了支持惡性細(xì)胞的快速生長(zhǎng),即使在有氧氣存在的情況下,腫瘤組織也傾向于使用糖酵解來(lái)產(chǎn)生能量.葡萄糖在腫瘤組織中比在正常組織中更容易代謝成乳酸.這種能量代謝模式是奧托·海因里?！ね郀柋?Otto Heinrich Warburg)在1920年發(fā)現(xiàn)的,并被稱為Warburg效應(yīng),指的是癌細(xì)胞能夠經(jīng)過(guò)大量的酸性濾波,在低氧環(huán)境下通過(guò)過(guò)氧化物酶(peroxidase)氧化糖進(jìn)行葡萄糖氧化磷酸化,而不是通過(guò)線粒體氧化葡萄糖生成乙酰輔酶A,并由乙酰輔酶A生成ATP,是一種特殊的Warburg效應(yīng)代謝方式.血清腫瘤相關(guān)物質(zhì)(tumor-associated matter,TAM)(小分子糖蛋白類、糖脂類及羥脯氨酸等)檢測(cè),這種檢測(cè)主要是檢查患者血液當(dāng)中伴隨著腫瘤出現(xiàn)含量通常增加的一些糖類抗原、激素、受體酶,或者代謝產(chǎn)物,TAM中的Warburg效應(yīng)促進(jìn)血管網(wǎng)絡(luò)的形成,增加腫瘤細(xì)胞的外溢,并在腫瘤內(nèi)炎癥灶處誘導(dǎo)更高水平的EMT21.在缺氧和低血糖的微環(huán)境中,干細(xì)胞、血管生成和EMT生物標(biāo)志物以及糖蛋白P含量和癌細(xì)胞的侵襲性都會(huì)增強(qiáng)[44].Warburg效應(yīng)可以為細(xì)胞在炎癥微環(huán)境中的生存提供必需的能量;此外,糖酵解為后代細(xì)胞的DNA合成提供原料.因此,Warburg效應(yīng)促進(jìn)了缺氧和低血糖條件下癌癥的進(jìn)化過(guò)程.感染引起的炎癥和體細(xì)胞突變都可能是Warburg表型的起源.這種主要發(fā)生在mtDNA的突變促進(jìn)了癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[45].丙酮酸激酶M2(pyruvate kinas M2,PKM2)是丙酮酸激酶基因的一種選擇性剪接變體,在胚胎發(fā)育和癌細(xì)胞中優(yōu)先表達(dá),改變糖酵解的最后限速步驟,導(dǎo)致癌癥特異性Warburg效應(yīng).突變細(xì)胞必須適應(yīng)炎癥微環(huán)境,在“生存斗爭(zhēng)”中獲得生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)[8].

1.3 癌癥進(jìn)化在癌癥預(yù)防中的作用 癌癥進(jìn)化發(fā)展理論可以應(yīng)用于癌癥發(fā)生的特定預(yù)防,通過(guò)醫(yī)療和公共衛(wèi)生措施,包括抗病毒感染、定期體育活動(dòng)、減少污染和改善社會(huì)心理環(huán)境等來(lái)減少全身和局部慢性低度炎癥[46].慢性體育鍛煉是預(yù)防免疫衰老和慢性低度炎癥的一種安全干預(yù)模式,可以上調(diào)CD16+NK和CD56+NK細(xì)胞活性和反應(yīng),上調(diào)CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、CD3+T細(xì)胞、CD19+B細(xì)胞、淋巴細(xì)胞增殖,同時(shí)還可上調(diào)中性粒細(xì)胞、nave CD8+T細(xì)胞比例和白細(xì)胞端粒長(zhǎng)度.慢性體育鍛煉還能下調(diào)CRP、IL-6、TNF-α、衰老/衰竭殺傷細(xì)胞凝集素樣受體G1(killer cell lectin like receptorsG1,KLRG1+)/CD57+和KLRG1+/CD28-T細(xì)胞比例、中樞記憶和效應(yīng)記憶CD8+T細(xì)胞比例、和效應(yīng)記憶CD4+T細(xì)胞比例,表明規(guī)律的體育鍛煉和頻繁的運(yùn)動(dòng)能增強(qiáng)免疫能力和調(diào)節(jié)能力[47].因此,有規(guī)律的身體活動(dòng)和經(jīng)常的運(yùn)動(dòng)可以限制或延緩免疫系統(tǒng)的衰老,通過(guò)減少慢性低度炎癥降低癌癥發(fā)生和癌癥死亡的風(fēng)險(xiǎn).細(xì)胞衰老和端粒長(zhǎng)度縮短是衰老過(guò)程的兩個(gè)關(guān)鍵標(biāo)志.高壓氧治療可以顯著增加端粒長(zhǎng)度和衰老細(xì)胞的清除,并誘導(dǎo)健康老年人的認(rèn)知增強(qiáng),包括注意力、信息處理速度和執(zhí)行功能[48].其可能的機(jī)制涉及腦血流的局部改善和可能的缺氧相關(guān)炎癥的緩解所致.

1.4 結(jié)論 炎癥在癌癥的發(fā)生、維持和傳播中的作用已經(jīng)得到了很好的證實(shí).有研究表明,由免疫細(xì)胞和分子信號(hào)傳導(dǎo)途徑引發(fā)的慢性炎癥使人們更容易患癌癥.高達(dá)25%的惡性腫瘤與慢性炎癥性疾病有關(guān),盡管兩者之間的聯(lián)系機(jī)制尚不清楚.證據(jù)表明,炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)可能導(dǎo)致數(shù)十年的惡性腫瘤的發(fā)展.人類CRC單細(xì)胞多組測(cè)序研究表明,表觀遺傳在CRC的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[49].研究發(fā)現(xiàn)IBD背景下的腫瘤病變主要來(lái)自獨(dú)立的遺傳事件,并且沒(méi)有基因組變化領(lǐng)域易導(dǎo)致癌癥發(fā)展.這些病變確實(shí)表現(xiàn)出向P53改變和復(fù)發(fā)性拷貝數(shù)改變的趨同進(jìn)化,并且與散發(fā)性結(jié)直腸癌不同,它們?cè)诤艽蟪潭壬溪?dú)立于Wnt信號(hào),可能在腫瘤發(fā)生早期經(jīng)歷了遠(yuǎn)離Wnt信號(hào)的轉(zhuǎn)錄重布線[50].此外,已經(jīng)證明腸道微生物群可以直接或間接地影響免疫細(xì)胞分化和功能[通過(guò)代謝產(chǎn)物如多糖-葡聚糖、LPS、脫氧膽酸(deoxycholic acid,DCA)、短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA)、丁酸鹽和丙酸鹽]對(duì)癌癥產(chǎn)生影響.受影響的免疫細(xì)胞包括M2巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、Treg細(xì)胞、T細(xì)胞和NKT細(xì)胞[51,52].大量的免疫抑制細(xì)胞限制了慢性炎癥環(huán)境中T細(xì)胞的殺傷活性,導(dǎo)致免疫逃逸,增加腫瘤生長(zhǎng).越來(lái)越多的證據(jù)表明,持續(xù)的炎癥應(yīng)激源增加了癌癥的風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng),并促進(jìn)了轉(zhuǎn)移[53].有證據(jù)表明,慢性不可控炎癥是導(dǎo)致HCC形成的潛在機(jī)制之一.腸肝循環(huán)中膽汁酸穩(wěn)態(tài)失調(diào)已成為揭示炎癥-癌轉(zhuǎn)化過(guò)程發(fā)病機(jī)制的研究熱點(diǎn).通過(guò)基因分析確定了膽汁酸-輔酶A: 長(zhǎng)鏈脂肪酸?；o酶A水解酶(bile acid Coenzyme A: Long chain fatty acid acyl CoA hydrolase,BAAT),它在與炎癥-癌癥轉(zhuǎn)化過(guò)程相關(guān)的共軛膽汁酸合成的最后一步中起主導(dǎo)作用.研究結(jié)果還表明[54],內(nèi)環(huán)境中腸肝循環(huán)的破壞是主導(dǎo)炎癥-癌癥轉(zhuǎn)化過(guò)程的重要因素.BAAT的缺乏可能是腸肝循環(huán)中斷的潛在機(jī)制之一[54].目前認(rèn)為,慢性炎癥過(guò)程中產(chǎn)生的炎癥細(xì)胞和細(xì)胞因子可能通過(guò)影響細(xì)胞存活、增殖、侵襲和血管生成而起到腫瘤促進(jìn)劑的作用.

2 癌癥-炎癥與腫瘤

據(jù)統(tǒng)計(jì)只有10%的癌癥病例可歸因于種系突變引起;大多數(shù)癌癥是由后天因素引起的,如環(huán)境因素,這些因素通常與慢性炎癥密切相關(guān)[55].重要的是,除了腫瘤外在因素外,腫瘤內(nèi)在因素也可能是促腫瘤炎癥的來(lái)源[56].

2.1 癌癥引發(fā)的炎癥與腫瘤 與腫瘤形成之前發(fā)生的其他炎癥類型相比,癌癥引發(fā)的炎癥(cancer-elicited inflammation,CEI)”是在腫瘤發(fā)生后引發(fā)的[57].例如,只有2%的CRC之前有明顯的腸道炎癥,如IBD;然而,在大多數(shù)散發(fā)性CRC組織中觀察到有顯著的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和炎性細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)增強(qiáng).各種腫瘤內(nèi)在因素作為CEI的觸發(fā)因素.除了癌癥細(xì)胞的自主效應(yīng)外,癌基因(如KRAS和Myc)的激活以及腫瘤抑制因子,如癌突變基因(TP53)的失活,還通過(guò)過(guò)度產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和趨化因子、招募免疫細(xì)胞,以及誘導(dǎo)血管生成[58].例如,乳腺癌癥細(xì)胞中p53的缺失會(huì)誘導(dǎo)WNT配體的分泌,WNT配體能刺激腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor associated macrophages,TAM)產(chǎn)生IL-1β,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移性進(jìn)展,并增強(qiáng)全身中性粒細(xì)胞炎癥發(fā)生[59].

由于血管生成異常,大多數(shù)實(shí)體瘤都會(huì)暴露在嚴(yán)重的微環(huán)境中,如缺氧和營(yíng)養(yǎng)缺乏,這會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞大量壞死.壞死腫瘤細(xì)胞釋放其細(xì)胞內(nèi)成分,其中一些成分充當(dāng)功能性炎癥介質(zhì),即所謂的損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMP),如IL-1α、ATP和高遷移率組蛋白盒1(high mobility group box-1 protein,HMGB1)[60].DAMP通過(guò)與模式識(shí)別受體(Pattern recognition receptors,PRRs)[如Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)]相互作用激活先天免疫應(yīng)答,并促進(jìn)腫瘤進(jìn)展.這些類型的CEI可歸類為在沒(méi)有明顯致病性感染的情況下誘導(dǎo)的“無(wú)菌炎癥”.

然而,病原體,如細(xì)菌和細(xì)菌制品,也會(huì)引發(fā)CEI.例如,CRC中大腸腺瘤性息肉病(adenomatous polyposis coli,APC)基因的缺失導(dǎo)致腸屏障惡化,隨后微生物侵入腫瘤床引發(fā)炎癥反應(yīng),從而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[61].因此,惡性轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的組織丟失是CEI的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素.

2.2 癌癥治療引起的炎癥與腫瘤 雖然這看起來(lái)很矛盾,但根除腫瘤細(xì)胞的嘗試在某些情況下會(huì)誘導(dǎo)促腫瘤炎癥反應(yīng).化學(xué)治療劑和輻射導(dǎo)致大量壞死細(xì)胞死亡,腫瘤細(xì)胞碎片或釋放的DAMP分子刺激免疫細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子,導(dǎo)致腫瘤生長(zhǎng)、血管生成和轉(zhuǎn)移[62].這種現(xiàn)象可能類似于受傷后正常組織的傷口愈合和組織修復(fù).抗腫瘤治療引起的炎癥也會(huì)導(dǎo)致治療抵抗.例如,給予5-氟尿嘧啶會(huì)引發(fā)促腫瘤炎癥反應(yīng),但細(xì)胞因子(如IL-17A)的中和會(huì)增強(qiáng)治療反應(yīng)性.重要的是,正常組織,如腸道,也會(huì)因化療而受損,腸道屏障完整性破壞導(dǎo)致的細(xì)菌移位可能會(huì)激活全身炎癥,從而加速腫瘤生長(zhǎng).因此,細(xì)胞毒性癌癥治療是一把雙刃劍.

相比之下,由抗癌治療引起的癌癥細(xì)胞死亡通常伴隨著腫瘤抗原釋放的增加,這可能會(huì)增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)[55].因此,治療誘導(dǎo)的炎癥是否對(duì)腫瘤進(jìn)展有積極影響是有爭(zhēng)議的;多種因素,可能與癌癥細(xì)胞的類型和使用的抗癌藥物有關(guān),尤其是與細(xì)胞死亡的發(fā)生方式相關(guān);凋亡和自噬細(xì)胞死亡的炎癥性較低,而導(dǎo)致DAMPs釋放的壞死和壞死下垂是更強(qiáng)有力的炎癥誘導(dǎo)劑[63].

3 線粒體氧化應(yīng)激與腫瘤

“氧化應(yīng)激”的主要概念是ROS水平的過(guò)度升高,這是由劇烈的代謝和氧氣消耗產(chǎn)生的.在氧化應(yīng)激下,線粒體產(chǎn)生ROS,是腫瘤發(fā)生的主要媒介,在增殖、遷移/侵襲、血管生成、炎癥和免疫逃逸等不同方面,使癌細(xì)胞適應(yīng)嚴(yán)格的環(huán)境.因此,氧化應(yīng)激的動(dòng)態(tài)平衡不僅可以協(xié)調(diào)癌細(xì)胞中復(fù)雜的細(xì)胞信號(hào)事件,還可以影響腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)中的其他成分.線粒體是產(chǎn)生ROS的主要細(xì)胞來(lái)源.線粒體活性氧(mitochondrial reactive oxygen species,mtROS)主要由線粒體有氧呼吸產(chǎn)生或作為代謝酶活性的副產(chǎn)物.伴侶蛋白是線粒體蛋白質(zhì)量控制系統(tǒng)的主要組成部分.Lon蛋白酶(Lon protease,Lon)與電子傳遞鏈復(fù)合體I中的人泛醌還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酶鐵硫蛋白8(human ubiquinone NADH dehydrogenase Fe-S protein 8,NDFUS8)結(jié)合,與吡咯啉-5-羧酸還原酶1(pyrroline-5-carboxylate Reductase 1,PYCR1)還原酶結(jié)合,上調(diào)mtROS的生成,促進(jìn)細(xì)胞增殖和炎癥反應(yīng).此外,mtROS引起mtDNA氧化損傷,誘導(dǎo)IFN信號(hào)上調(diào)細(xì)胞程序性死亡-配體1(programmed cell death 1 ligand 1,PD-L1)表達(dá),抑制T細(xì)胞活化.在ROS的作用下,癌細(xì)胞分泌NF-κB依賴性炎癥因子(IL-6、IFN-γ、TGFβ、VEGF、IL-4和IL-10),引起巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和調(diào)節(jié)T細(xì)胞的免疫抑制狀態(tài).ROS和缺氧對(duì)Lon的上調(diào)也誘導(dǎo)了攜帶mtDNA和PD-L1的細(xì)胞外囊泡(EVs)的分泌.mtROS誘導(dǎo)的EV進(jìn)一步誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IFN和IL-6,從而減弱TME中的T細(xì)胞免疫.巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的ROS導(dǎo)致Treg和regDC的積累.簡(jiǎn)而言之,mtROS引起免疫抑制的TME,促進(jìn)癌細(xì)胞的免疫逃逸、存活和EMT/轉(zhuǎn)移[64].

3.1 腫瘤細(xì)胞中線粒體ROS應(yīng)激的生存信號(hào) 細(xì)胞內(nèi)ROS主要來(lái)自功能失調(diào)的線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物,是觸發(fā)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)和抑制腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵中間體.在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,線粒體參與細(xì)胞能量代謝、氧化還原狀態(tài)、鈣穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞死亡調(diào)節(jié).因此,線粒體是環(huán)境應(yīng)激的傳感器,并通過(guò)調(diào)節(jié)一系列信號(hào)與其他細(xì)胞器通信來(lái)應(yīng)對(duì)各種應(yīng)激,以減少后續(xù)應(yīng)激損傷的影響.mtDNA代謝/損傷、代謝酶缺陷和形態(tài)動(dòng)態(tài)變化等因素導(dǎo)致了嚴(yán)重應(yīng)激表型下癌細(xì)胞線粒體功能障礙.此外,作為能量代謝和細(xì)胞程序性死亡的中心,線粒體與細(xì)胞內(nèi)其他細(xì)胞器之間的精確協(xié)調(diào)對(duì)癌細(xì)胞的存活至關(guān)重要[65].

3.2 線粒體蛋白質(zhì)量在癌細(xì)胞存活中的控制 線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)或蛋白質(zhì)量控制(quality control of mitochondrial proteins,mtPQC)依賴于蛋白酶和伴侶系統(tǒng)的正常功能.mtPQC系統(tǒng)通過(guò)試圖重新折疊或降解受損蛋白質(zhì)來(lái)維持線粒體中的蛋白質(zhì)靜止是必不可少的.通常,錯(cuò)誤折疊蛋白的降解是由AAA+(與多種細(xì)胞功能相關(guān)的ATP酶)家族的ATP依賴性蛋白酶進(jìn)行的.線粒體含有幾種不同的AAA+蛋白酶,包括線粒體離子肽酶1(mitochondrial ionopeptidase 1,LonP1)、酪蛋白水解蛋白酶P(caseinolytic protease P,ClpP)和ATP依賴性鋅金屬蛋白酶(Atp-dependent zinc metalloproteinases,YME1L1)[66].YME1L1是一種AAA+蛋白家族的鋅依賴性金屬蛋白酶,它具有不同細(xì)胞活性的TPase,是線粒體非折疊蛋白反應(yīng)(mitochondrial unfolded protein response,mtUPR)的標(biāo)志,并調(diào)節(jié)線粒體形態(tài).MECs是MetaTiME的內(nèi)核,即腫瘤免疫微環(huán)境的元成分,MECs中線粒體蛋白酶YME1LI(人源重組蛋白)表達(dá)減弱增加了細(xì)胞氧化還原應(yīng)激,降低了線粒體膜電位,并依賴于熱休克轉(zhuǎn)錄因子1(heat shock transcription factors 1,HSF1)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄,并通過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)響應(yīng)機(jī)械信號(hào)而上調(diào).線粒體應(yīng)激通過(guò)蛋白酶抑制的解除而產(chǎn)生內(nèi)部失衡,從而導(dǎo)致mtUPR.mtUPR可能是由于mtROS升高、mtDNA數(shù)量或線粒體質(zhì)量減少、蛋白質(zhì)質(zhì)量控制系統(tǒng)受損以及氧化磷酸化引起的紊亂[67].因此,細(xì)胞激活適應(yīng)性轉(zhuǎn)錄調(diào)控反應(yīng),通過(guò)線粒體功能的恢復(fù)、適應(yīng)性代謝和先天免疫促進(jìn)細(xì)胞的存活.越來(lái)越多的證據(jù)報(bào)道,熱休克蛋白60(Heat shock protein,HSP60)和mtHSP70通過(guò)維持高質(zhì)量的基因組并協(xié)助未折疊和錯(cuò)誤折疊的蛋白重折疊,在癌癥的增殖和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮伴侶作用.研究顯示轉(zhuǎn)錄因子人轉(zhuǎn)錄激活因子5(activating transcription factor 5,ATF5)調(diào)節(jié)HSP60、GRP75(mtHSP70)等蛋白酶的基因表達(dá),影響癌細(xì)胞存活、抗藥和凋亡[68].HSP60通過(guò)與存活和親環(huán)蛋白D的相互作用對(duì)細(xì)胞死亡起抑制作用[69].同樣,在缺氧時(shí),mtHSP70易位至線粒體外膜,與缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxiainducible factor 1,HIF-1)相互作用,導(dǎo)致電壓依賴性陰離子通道(voltage dependent anion channel,VDAC)截?cái)?從而通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡產(chǎn)生化療耐藥.線粒體離子肽酶1(mitochondrial Lon peptidase 1,mtLonP1)是一種高度保守的、主要的、豐富的蛋白酶,位于線粒體基質(zhì)中.線粒體Lon蛋白酶(Lon)是一種多功能蛋白酶,也是在饑餓、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、缺氧、氧化應(yīng)激等多種應(yīng)激條件下誘導(dǎo)的應(yīng)激蛋白.去極化線粒體中升高的mtROS通過(guò)降解復(fù)合體I ROS生成結(jié)構(gòu)域通過(guò)Lon-ClpP蛋白水解質(zhì)量控制軸被抑制.蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/AKT)磷酸化Lon后,Lon蛋白酶活性增加.此外,Lon與含F(xiàn)UN14結(jié)構(gòu)域蛋白1(FUN14 domain containing 1,FUNDC1)(是一種線粒體外膜蛋白)的相互作用通過(guò)穩(wěn)定線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅱ(ETC Complex Ⅱ)和Complex V來(lái)保護(hù)癌細(xì)胞免受ROS積累[70].Lon和酪蛋白裂解蛋白酶(casein lysis protease,ClpP)的共同底物參與代謝功能的調(diào)節(jié),包括氨基酸、氧化磷酸化(oxidative phosphokylation,OXPHOS)和脂質(zhì)代謝[71].ClpP蛋白是一種保守的肽酶,可以與不同亞基組成Clp蛋白酶復(fù)合體.在多種病原菌中,ClpP蛋白與細(xì)菌致病性密切相關(guān).

Lon蛋白酶是一種同質(zhì)寡聚環(huán)狀的ATP依賴的蛋白酶,Lon在快速生長(zhǎng)的腫瘤中上調(diào)并為癌癥生存所必需.事實(shí)上,線粒體Lon蛋白酶上調(diào)已在許多不同的人類癌癥中被發(fā)現(xiàn),包括非小細(xì)胞肺癌、惡性B細(xì)胞淋巴瘤、宮頸癌、膀胱癌、前列腺癌、結(jié)腸癌和口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系.越來(lái)越多的證據(jù)表明,Lon的下調(diào)會(huì)損害線粒體的結(jié)構(gòu)和功能,從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[72].線粒體Lon通過(guò)調(diào)控電子傳遞鏈復(fù)合體I和吡咯啉-5-羧酸還原酶1(pyrroline-5-carboxylate Reductase 1,PYCR1)上調(diào)ROS生成,促進(jìn)細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化[73].作為一種細(xì)胞保護(hù)伴侶,Lon與熱休克蛋白60-線粒體熱休克蛋白70(heat shock protein60-mitochondrialheat shock protein 70,Hsp60-mtHsp70)復(fù)合物相互作用,并在線粒體基質(zhì)中隔離p53[74],從而抑制細(xì)胞凋亡.最近的一項(xiàng)研究也表明,Lon與線粒體鈉鈣交換蛋白(Na+/Ca2+exchanger proteins,NCLX)相互作用的耐藥機(jī)制抑制順鉑誘導(dǎo)的過(guò)量線粒體鈣內(nèi)流引發(fā)細(xì)胞死亡.Lon還參與半胱氨酸代謝,抑制脂質(zhì)過(guò)氧化,調(diào)節(jié)鐵下垂[75].綜上所述,這些研究表明,線粒體伴侶蛋白是維持癌細(xì)胞持續(xù)增殖信號(hào)和抵抗細(xì)胞死亡的關(guān)鍵因素.

3.3 線粒體ROS應(yīng)激與EMT和轉(zhuǎn)移 一些研究揭示了線粒體Lon的伴侶活性,并表明Lon誘導(dǎo)的ROS生成上調(diào)在應(yīng)激信號(hào)傳導(dǎo)中起作用[76].Lon可與其他線粒體蛋白如還原型輔酶Ⅰ泛醌氧化還原酶核心亞單位S8(NADH ubiquinone oxidoreductase core subunit S8,NDFUS8)或PYCR1[73]協(xié)同誘導(dǎo)線粒體ROS生成;相反,Lon的下調(diào)減少了線粒體ROS的產(chǎn)生.在腫瘤細(xì)胞模型和裸鼠中均發(fā)現(xiàn)Lon的高表達(dá)促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展,如轉(zhuǎn)移和侵襲[76,77].在癌細(xì)胞中,一些參與腫瘤發(fā)生的信號(hào)激活被認(rèn)為是在Lon誘導(dǎo)的ROS的控制下進(jìn)行的.例如,RAS-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(Ras-extracellular signal-regulated kinase,Ras-ERK,ERK1/2)、絲裂原活化蛋白激酶[mitogen-activated protein kinase,MAPK(P38)]和WNT(β-catenin)信號(hào)激活可促進(jìn)細(xì)胞增殖[77].細(xì)胞遷移和侵襲是腫瘤生存的策略,以逃避TME中大量的應(yīng)激.EMT過(guò)程通過(guò)Lon誘導(dǎo)的ROS MAPK或NF-κB途徑誘導(dǎo)細(xì)胞遷移能力增強(qiáng)[76].

在Lon過(guò)表達(dá)的癌細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子中,TGF-β在癌細(xì)胞和微環(huán)境中均出現(xiàn)上調(diào)[76].在大多數(shù)實(shí)體腫瘤中,與早期癌癥不同,TGF-β信號(hào)促進(jìn)一系列促瘤作用.即使在皮膚T細(xì)胞淋巴瘤(cutaneous T cell lymphoma,CTCL)中,TGF-β介導(dǎo)的細(xì)胞遷移也受NF-kB的調(diào)節(jié)[78].許多研究提出TGF-β1通過(guò)不同的機(jī)制刺激mtROS的產(chǎn)生.Ishikawa等[79]進(jìn)一步證明TGF-β1誘導(dǎo)mtROS的產(chǎn)生,并為EMT相關(guān)基因的激活奠定基礎(chǔ).既往研究也指出,Lon誘導(dǎo)的ROS通過(guò)p38-NF-κB信號(hào)上調(diào)TGF-β[76],提示線粒體Lon參與了TGF-β介導(dǎo)的EMT和炎癥反應(yīng)所需的免疫抑制微環(huán)境.綜上所述,基質(zhì)中的線粒體Lon可以在不同脅迫下與線粒體中的不同蛋白相互作用,調(diào)節(jié)ROS的產(chǎn)生,進(jìn)而激活下游ROS介導(dǎo)的信號(hào)通路,促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移.

3.4 在腫瘤微環(huán)境線粒體ROS應(yīng)激 人們普遍認(rèn)為TME是一種慢性炎癥環(huán)境,促進(jìn)了大多數(shù)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展.越來(lái)越多的證據(jù)表明,線粒體ROS在炎癥性TME中起著“核心”作用,最終加劇了癌癥[80].在TME內(nèi),活躍的致癌信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)癌細(xì)胞自分泌和旁分泌小分子或細(xì)胞因子到周圍細(xì)胞促進(jìn)腫瘤發(fā)生.在癌細(xì)胞中,升高的ROS已被證明通過(guò)分泌炎癥細(xì)胞因子、穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)和激活A(yù)MP依賴的蛋白激酶(adenosine 5‘-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)來(lái)促進(jìn)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)的產(chǎn)生,從而促進(jìn)轉(zhuǎn)移和血管生成.TME中的ROS特性與決定癌癥狀態(tài)的免疫細(xì)胞激活和抑制有關(guān).TME影響過(guò)氧化物酶體增殖受體γ輔激活因子α(peroxisome proliferators-activated receptor γ coactivator lalpha,PGC1α)的表達(dá),促進(jìn)腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞的積累,恢復(fù)抗癌活性,PGC1α是線粒體生物發(fā)生的重要貢獻(xiàn)者.另一方面,高ROS通過(guò)抑制T細(xì)胞抗原受體(T cell antigen receptor,TCR)和主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC)抗原復(fù)合物的形成來(lái)抑制T細(xì)胞反應(yīng),從而通過(guò)逃避免疫反應(yīng)促進(jìn)癌癥進(jìn)展[81].

癌細(xì)胞試圖逃避抗腫瘤監(jiān)視系統(tǒng),這被稱為適應(yīng)性免疫抵抗.為了避免免疫破壞,腫瘤細(xì)胞劫持被激活的T細(xì)胞引起的生理免疫反應(yīng).腫瘤細(xì)胞和免疫抑制免疫細(xì)胞利用mtROS產(chǎn)生對(duì)腫瘤的免疫耐受[82].已被證明線粒體Lon通過(guò)與線粒體中不同蛋白質(zhì)的合作來(lái)調(diào)節(jié)mtROS生成的平衡[76,83].此外,線粒體Lon誘導(dǎo)的mtROS-NF-κB軸刺激癌細(xì)胞釋放炎癥細(xì)胞因子,建立對(duì)TME的免疫抑制.重要的是,線粒體Lon以NF-κB依賴的方式促進(jìn)腫瘤發(fā)生,但Lon的表達(dá)也被I-κB激酶(inhibitor of kappa B kinase,IKK)抑制劑Ⅶ(IKKi7)抑制[76].在ROS誘導(dǎo)的炎癥信號(hào)中,NF-κB在許多不同類型的癌癥中都是組成性激活,并促進(jìn)多種炎癥因子.響應(yīng)ROS誘導(dǎo)介導(dǎo)腫瘤發(fā)生的信號(hào)是MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng).ROS誘導(dǎo)的MAPK激活還可以調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào),促進(jìn)IL-1β、IL-6、TNF-α等炎癥因子的分泌[84].Kuo等[73]也特別指出NF-κB和MAPK促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子部分,如IL-6和VEGF受線粒體誘導(dǎo)的ROS調(diào)控.另一種缺氧因子HIF1α可協(xié)助一系列激酶級(jí)聯(lián)激活,導(dǎo)致STAT3促進(jìn)IL-6分泌[85].此外,HIF1α是誘導(dǎo)線粒體Lon上調(diào)產(chǎn)生ROS的關(guān)鍵刺激物.最近的一項(xiàng)研究也表明,在順鉑治療下,STAT3信號(hào)促進(jìn)IL-6分泌依賴于Lon誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)ROS和鈣的增加[86].因此,通過(guò)NF-κB軸的Lon誘導(dǎo)的ROS正反饋增強(qiáng)了下游信號(hào),促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)展.

ROS對(duì)程序性細(xì)胞死亡蛋白1(programmed cell death protein 1,PD-1)和程序性細(xì)胞死亡配體1(programmed cell death ligand 1,PD-L1)的表達(dá)有顯著影響.PD-L1對(duì)ROS調(diào)節(jié)的可變響應(yīng)反映了TME中ROS生物學(xué)的復(fù)雜性.腫瘤細(xì)胞上的PD-L1(B7-H1)通過(guò)與PD-1(一種表達(dá)于活化免疫細(xì)胞上的抑制性免疫檢查點(diǎn)受體)結(jié)合,減弱了樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的效應(yīng)功能.此外,HIF-1α對(duì)PD-L1陽(yáng)性表達(dá)的貢獻(xiàn)是ROS依賴的,這伴隨著腫瘤支持免疫細(xì)胞、髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和TAM的浸潤(rùn)[87].TAM整合了ROS和PD-L1之間的多個(gè)分子聯(lián)系.通過(guò)氧化還原活性藥物MnTE-2-PyP5+消除ROS選擇性抑制M2巨噬細(xì)胞極化和促腫瘤功能[88].氧化應(yīng)激觸發(fā)Treg細(xì)胞凋亡是TME中一種新的腫瘤免疫逃避機(jī)制.在體外和體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn),凋亡的Treg細(xì)胞通過(guò)CD39和CD73有效地將ATP轉(zhuǎn)化為免疫抑制腺苷[72,89].

3.5 缺氧誘導(dǎo)TME線粒體ROS應(yīng)激 低氧是實(shí)體腫瘤TME的一個(gè)顯著特征,被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)宿主免疫監(jiān)視逃避的主要因素.細(xì)胞適應(yīng)缺氧的關(guān)鍵分子機(jī)制是通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子HIF.HIF通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活一系列促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的基因.HIF-1對(duì)于將癌細(xì)胞的代謝程序從氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒庥葹橹匾?與非惡性組織相比,缺氧腫瘤支持其能量需求更多地依賴于厭氧糖酵解,其中最終產(chǎn)物丙酮酸代謝為乳酸,從而限制OXPHOS活性[90].

相反,van Gisbergen等[91]的研究表明,OXPHOS的降低會(huì)導(dǎo)致HIF-1α及其下游靶標(biāo),包括碳酸酐酶IX(carbonic anhydrase IX,CAIX)、VEGF的穩(wěn)定性降低.同樣,有許多缺氧因素影響線粒體應(yīng)激表型激活,有助于癌癥適應(yīng)和抵抗.越來(lái)越多的證據(jù)表明,ROS產(chǎn)生氧化應(yīng)激并調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生的免疫反應(yīng).缺氧通過(guò)線粒體內(nèi)膜線粒體復(fù)合體Ⅰ功能障礙和線粒體Na+/Ca2+交換劑線粒體鈉鈣交換蛋白(mitochondrial sodium calcium exchange protein,NCLX)的激活誘導(dǎo)mtROS的產(chǎn)生[92].缺氧通過(guò)與HIF-1β形成二聚體來(lái)穩(wěn)定HIF-1α,這是由mtROS產(chǎn)生支持的,觸發(fā)缺氧反應(yīng)基因增加血管生成[93].mtDNA的細(xì)胞內(nèi)/細(xì)胞外運(yùn)輸可能通過(guò)細(xì)胞外囊泡(EVs)進(jìn)行,這有助于mtDNA觸發(fā)促炎細(xì)胞因子,導(dǎo)致其自身降解.據(jù)報(bào)道,當(dāng)ROS升高時(shí),mtDNA釋放到細(xì)胞質(zhì)中也會(huì)觸發(fā)T細(xì)胞抑制癌癥進(jìn)展的功能.缺氧觸發(fā)大量細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles,EV)分泌,而缺氧腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體含有許多線粒體來(lái)源的免疫抑制成分和趨化因子,通過(guò)巨噬細(xì)胞分化促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[94].

3.6 線粒體ROS誘導(dǎo)的mtDNA滲漏/細(xì)胞外囊泡等有助于炎癥和PD-L1介導(dǎo)的免疫逃逸 雖然我們的身體有抑制或殺死癌細(xì)胞的策略,但癌細(xì)胞已經(jīng)發(fā)展出幾種逃避殺死的方法: ⑴癌細(xì)胞主要組織相容性復(fù)合體分子的低表達(dá)使癌細(xì)胞逃避免疫系統(tǒng)的識(shí)別;⑵癌細(xì)胞獲得應(yīng)激表型,并試圖在TME的低氧和高氧化應(yīng)激下生存,免疫監(jiān)視將被抑制;⑶通過(guò)向TME釋放抑制性細(xì)胞因子(如TGF-β)和抑制代謝能量供應(yīng)來(lái)抑制免疫監(jiān)視;⑷激活免疫檢查點(diǎn),抑制T細(xì)胞的活性.免疫檢查點(diǎn)是免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器,它對(duì)自我耐受和防止免疫系統(tǒng)不加選擇地攻擊細(xì)胞至關(guān)重要.然而,研究已證明癌癥能夠通過(guò)刺激免疫系統(tǒng)來(lái)保護(hù)自己免受攻擊.

作為信號(hào)介質(zhì),ROS還在依賴Toll樣受體的調(diào)節(jié)性和效應(yīng)T細(xì)胞的免疫監(jiān)測(cè)和代謝微環(huán)境感知中發(fā)揮關(guān)鍵作用[95].長(zhǎng)期的ROS生成被認(rèn)為導(dǎo)致慢性炎癥,炎癥細(xì)胞因子和信號(hào)通路如NF-κB和TGF-β被誘導(dǎo)導(dǎo)致癌癥的形成和進(jìn)展.大量報(bào)道表明,ROS脅迫促進(jìn)了DAMPs的產(chǎn)生,而mtDNA是線粒體DAMPs的關(guān)鍵.由于細(xì)菌來(lái)源的mtDNA可以刺激哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的Toll樣受體9(toll like receptor 9,TLR9)、NLR家族含Pyrin結(jié)構(gòu)域3(NLR family Pyrin domain containing 3,NLRP3)和環(huán)狀鳥(niǎo)苷單磷酸-腺苷單磷酸合酶-干擾素基因刺激因子(cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon genes,cGASSTING)信號(hào)通路等先天免疫系統(tǒng)[96].ROS通過(guò)多種機(jī)制,包括Bax/Bak(促凋亡蛋白)孔、電壓依賴性陰離子通道(voltage-dependent anion channel,VDAC)寡聚物、線粒體通透性轉(zhuǎn)變、線粒體自噬改變、線粒體動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞外囊泡等作用促進(jìn)線粒體mtDNA泄漏,這表明受損mtDNA的細(xì)胞外/細(xì)胞內(nèi)釋放在腫瘤誘導(dǎo)的線粒體應(yīng)激反應(yīng)中具有一定的生理作用.Bao等[97]證實(shí)了動(dòng)力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1,DRP1)誘導(dǎo)的線粒體功能障礙通過(guò)TLR9介導(dǎo)的NF-κB信號(hào)分泌趨化因子配體2(chemokine ligand 2,CCL2)導(dǎo)致腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)后,CCL2通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡、壞死和自噬等過(guò)程提高癌細(xì)胞的存活,顯示了胞質(zhì)mtDNA應(yīng)激在癌癥進(jìn)展中的重要意義.他們最近的工作報(bào)道了cGAS-STING信號(hào)的激活有助于食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞質(zhì)mtDNA應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬.先前的證據(jù)也表明,氧化應(yīng)激可促進(jìn)受損的mtDNA逃逸到細(xì)胞質(zhì)中,上調(diào)干擾素刺激基因(interferonstimulated genes,ISGs)的表達(dá),激活干擾素(interferon,IFN)信號(hào)通路[83,98].Ⅱ型IFNγ是一種多效性細(xì)胞因子,由于其受體在免疫細(xì)胞上的廣泛表達(dá),對(duì)先天和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)具有多種作用.IFN-γ可增強(qiáng)NK細(xì)胞和細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(cytotoxic T lymphocytes,CTL)的細(xì)胞毒功能,從而抑制癌變[99].相反,IFN-γ誘導(dǎo)許多參與癌細(xì)胞免疫逃避的基因,如PD-L1和細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4)刺激免疫抑制機(jī)制.線粒體ROS可通過(guò)STING-IFN軸促進(jìn)多種癌癥中PD-L1、吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)等免疫抑制基因的表達(dá)[91].也有報(bào)道稱,ROS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)和PD-L1的阻斷可以逆轉(zhuǎn)這一作用,并與紫杉醇協(xié)同減少乳腺癌.此外,mtDNA容易受到ROS的損傷,mtDNA突變?cè)诨熌退幹衅鹱饔?順鉑耐藥癌細(xì)胞表現(xiàn)出mtDNA突變和ROS升高,從而激活NF-κB介導(dǎo)的凋亡蛋白抑制劑和Ca2+依賴性炎癥[86,100].

應(yīng)當(dāng)指出,ROS應(yīng)激可誘導(dǎo)攜帶mtDNA和PD-L1的細(xì)胞外囊泡的分泌,從而重塑癌組織周圍的環(huán)境[83].ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)進(jìn)一步增強(qiáng)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IFN和IL-6,從而減弱TME中的T細(xì)胞免疫.最近的報(bào)道表明,各種癌癥患者的外泌體PD-L1水平升高,這與mtDNA和IFN-γ的產(chǎn)生呈正相關(guān)[101].mtDNA和蛋白質(zhì)向腸道的組成分泌是細(xì)胞間相互發(fā)展的重要現(xiàn)象.運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)引發(fā)了許多細(xì)胞事件,包括有利于或不利于病理生理過(guò)程的炎癥反應(yīng).在過(guò)去的十年中,據(jù)報(bào)道,線粒體成分通過(guò)新納入的線粒體質(zhì)量控制途徑[稱為線粒體衍生囊泡(Mitochondrial derived vesicles,MDV)]顯著促進(jìn)了細(xì)胞器的穩(wěn)態(tài).線粒體質(zhì)量控制系統(tǒng)有助于恢復(fù)線粒體的重要功能.MDV的產(chǎn)生取決于包括蛋白質(zhì)和核酸在內(nèi)的物質(zhì)分子,這些物質(zhì)分子僅限于一個(gè)或包括來(lái)自線粒體許多不同隔室的物質(zhì).此外,MDV允許氧化的mtDNA進(jìn)入溶酶體途徑,并通過(guò)外泌體分泌到細(xì)胞外空間,觸發(fā)許多炎癥和抗炎調(diào)節(jié)途徑,從而引發(fā)免疫反應(yīng)[102].在癌癥中,MDV控制mtDNA轉(zhuǎn)運(yùn)到EV的實(shí)際機(jī)制目前仍不確定.總的來(lái)說(shuō),依賴于MDV的線粒體質(zhì)量控制機(jī)制對(duì)于細(xì)胞的生存和炎癥特性都很重要.

4 長(zhǎng)鏈非編碼RNA(MINCR)與癌

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)在調(diào)控表觀遺傳機(jī)制和基因表達(dá)水平方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其失調(diào)與多種疾病如癌癥等密切相關(guān).一些研究已經(jīng)證明lncRNA在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中是失調(diào)的.最近,Myc(腫瘤基因)誘導(dǎo)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA(MINCR)是一種新發(fā)現(xiàn)的lncRNA,已被證明在不同的癌癥中起致癌基因的作用,包括膽囊癌、肝細(xì)胞癌、結(jié)直腸癌、非小細(xì)胞肺癌、口腔鱗狀細(xì)胞癌、鼻咽癌和膠質(zhì)瘤.此外,據(jù)報(bào)道[103],MINCR可作為不同癌癥患者預(yù)后的生物標(biāo)志物.

長(zhǎng)鏈非編碼RNA是指長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核苷酸且不具有蛋白質(zhì)編碼功能的RNA .由于其獨(dú)特的二級(jí)和三維結(jié)構(gòu),lncRNAs同時(shí)具有RNA和蛋白質(zhì)功能.lncRNAs可以通過(guò)染色質(zhì)修飾和重塑、RNA剪接、mRNA轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)編碼基因和蛋白質(zhì)非編碼基因的表達(dá)RNA[104].

Myc誘導(dǎo)的lncRNA(MINCR,ENSG00000253716)是一種新型lncRNA,自其被發(fā)現(xiàn)和鑒定以來(lái),多項(xiàng)研究報(bào)道了MINCR可以調(diào)節(jié)多種癌癥現(xiàn)象,包括細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡、遷移、侵襲和EMT[105].

4.1 人類癌癥中的MINCR lncRNA(MINCR)已被證明在不同的癌癥中過(guò)表達(dá),并與癌基因Myc的表達(dá)顯著相關(guān).Myc促進(jìn)了許多人類癌癥的發(fā)展,針對(duì)Myc的靶向治療可能是當(dāng)今最有效的癌癥治療方法之一[106].在多種癌癥中,MINCR也是一種致癌基因.最近,一些研究表明MINCR通過(guò)轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控促進(jìn)臨床病理發(fā)展[105].

MINCR在肺腺癌(lung adenocarcinoma,LUAD)和肺鱗癌(lung squamous carcinoma,LUSC)組織中的表達(dá)高于正常組織.MINCR高表達(dá)還與預(yù)后不良相關(guān)[107].MINCR通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)基因如極光激酶A(aurora kinase A,AURKA)、AURKB和細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶2(cyclin-dependent protein kinase 2,CDK2)參與癌癥的發(fā)展.同樣,MINCR通過(guò)增強(qiáng)c-Myc及其下游效應(yīng)物,包括CDK2、CDK4、細(xì)胞周期蛋白A(cyclin A)和cyclin D的表達(dá),促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖[107].此外,抑制MINCR不僅可以抑制遷移和侵襲,還可以通過(guò)miR-126降低溶質(zhì)載體家族7A5(solute carrier family 7A5,SLC7A5)的表達(dá)來(lái)促進(jìn)細(xì)胞凋亡[108].

研究表明,抑制MINCR表達(dá)可抑制HCC細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲.潛在的機(jī)制可能是MINCR下調(diào)miR-107的表達(dá),上調(diào)CDK2和c-Myc的表達(dá)[109].在HCC中,MINCR通過(guò)調(diào)節(jié)c-Myc和miR-107發(fā)揮癌基因的作用.在HCC中,MINCR通過(guò)調(diào)節(jié)c-Myc和miR-107發(fā)揮癌基因的作用.

與正常結(jié)腸上皮細(xì)胞系(NCM460)相比,MINCR在人結(jié)腸癌細(xì)胞SW620、HCT116、RKO和HT29 CRC細(xì)胞系中的表達(dá)顯著增加.在生物活性方面,在CRC細(xì)胞系中,敲低MINCR表達(dá)后,細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和EMT均受到抑制[103].

在骨肉瘤中,MINCR的下調(diào)抑制了細(xì)胞的增殖和遷移,促進(jìn)了細(xì)胞凋亡.此外,在骨肉瘤細(xì)胞中,MINCR表達(dá)下調(diào)后,c-Myc和細(xì)胞周期相關(guān)基因下調(diào)[110].

4.2 MINCR的監(jiān)管機(jī)制

4.2.1 微小RNA介導(dǎo)的調(diào)節(jié): 在多種疾病中,LncRNAs作為競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNAs,ceRNAs)和海綿樣微小核糖核酸(sponging microRNAs,miRNAs)發(fā)揮作用[111].LncRNAs結(jié)合miRNA和miRNA應(yīng)答元件調(diào)控miRNA的表達(dá).此外,miRNA調(diào)節(jié)lncRNA的穩(wěn)定性[112].lncRNA/miRNA/mRNA軸涉及三種RNA類型之間的相互作用,揭示了多種基因在不同疾病中的調(diào)控機(jī)制.在不同的癌癥中,MINCR直接靶向的miRNA有miR-126、miR-876-5p、miR-107、miR-26a-5p、miR-708-5p和miR-28-5p.MINCR可能與其他非編碼RNA一起在疾病中調(diào)節(jié)相同的miRNA,從而改變不同癌癥中的靶向miRNA.

4.2.2 致癌信號(hào)通路: Wnt/β-catenin信號(hào)通路是經(jīng)典的致癌信號(hào)通路.鑒于Myc是Wnt/β-catenin信號(hào)通路的靶點(diǎn),MINCR與這種高度保守的信號(hào)通路密切相關(guān)[113].在癌癥中,Wnt/β-catenin信號(hào)通路異常激活,與腫瘤進(jìn)展和不良預(yù)后相關(guān)[114].一般來(lái)說(shuō),Wnt蛋白通過(guò)結(jié)合膜受體卷曲蛋白和脂蛋白受體相關(guān)的蛋白5/6(lipoprotein receptor associated protein 5/6,LRP5/6)介導(dǎo)激活這一途徑的細(xì)胞外信號(hào).一旦激活,Wnt通路穩(wěn)定β-catenin,β-catenin易位到細(xì)胞核,從而上調(diào)參與細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和凋亡的基因的表達(dá)水平[115].在多種癌癥中,β-連環(huán)蛋白(β-catenin)激活突變非常常見(jiàn),在老年結(jié)直腸癌患者中,核β-catenin表達(dá)升高預(yù)示預(yù)后不良.因此,MINCR通過(guò)增加β-catenin的表達(dá)激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路的作用具有臨床意義.此外,MINCR還可以通過(guò)miR-107在肝細(xì)胞癌中調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路.Wnt/β-catenin通路的激活劑可能部分逆轉(zhuǎn)口腔鱗狀細(xì)胞癌(oralsquamous cell carcinoma,OSCC)中MINCR敲低的抑制作用[116].這些結(jié)果提示W(wǎng)nt/β-catenin信號(hào)通路是MINCR促進(jìn)癌癥發(fā)展的重要組成部分.但目前尚無(wú)文獻(xiàn)證實(shí)Wnt/β-catenin信號(hào)通路是MINCR調(diào)節(jié)腫瘤的主要通路.當(dāng)然,MINCR可能參與更的信號(hào)通路這還有待進(jìn)一步研究.

5 染色體不穩(wěn)定與癌

染色體不穩(wěn)定(chromosomal instability,CIN),染色體分離異常率的增加,驅(qū)動(dòng)腫瘤內(nèi)異質(zhì)性并影響大多數(shù)人類癌癥.除了染色體拷貝數(shù)改變外,CIN還導(dǎo)致染色體片段以微核的形式錯(cuò)誤定位到細(xì)胞質(zhì)中.微核可以通過(guò)環(huán)狀GMP-AMP合成酶(Cyclic GMP AMP Synthase,cGAS),這將導(dǎo)致第二信使(2'3'-cyclic GMP-AMP sodium,2'3'-cGAMP)的產(chǎn)生,引起炎癥反應(yīng)的激活,以及下游免疫細(xì)胞的激活.然而,CIN誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)背后的分子網(wǎng)絡(luò)仍然知之甚少.此外,有新出現(xiàn)的證據(jù)表明,顯示CIN的癌癥繞過(guò)了CIN誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng),從而規(guī)避了免疫監(jiān)視.STAT1、STAT3和NF-κB信號(hào)級(jí)聯(lián)似乎在CIN誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中起重要作用[117].

眾所周知,腫瘤在本質(zhì)上是異質(zhì)性的,無(wú)論是腫瘤之間(腫瘤間異質(zhì)性)還是單個(gè)腫瘤內(nèi)(腫瘤內(nèi)異質(zhì)性).促進(jìn)腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的過(guò)程之一是CIN.CIN被定義為在連續(xù)的細(xì)胞分裂中染色體錯(cuò)分離的頻率增加.CIN的直接后果是染色體結(jié)構(gòu)異常和/或染色體(臂)拷貝數(shù)改變.后者也被稱為非整倍性.非整倍性和CIN是相互關(guān)聯(lián)的,但又不相同.CIN是導(dǎo)致錯(cuò)誤分離事件增加的過(guò)程,產(chǎn)生非整倍體狀態(tài)的細(xì)胞.區(qū)分CIN和非整倍體是了解它們對(duì)腫瘤進(jìn)化和生長(zhǎng)的獨(dú)立貢獻(xiàn)的關(guān)鍵.CIN通常產(chǎn)生異質(zhì)腫瘤細(xì)胞群,并提供細(xì)胞進(jìn)行選擇性進(jìn)化的能力.然而,當(dāng)CIN率較低時(shí),腫瘤仍然可能是非整倍體的,異質(zhì)性很小,這可能會(huì)降低它們的進(jìn)化能力.CIN和非整倍體在大多數(shù)人類腫瘤中耐受性良好,這反映在它們?cè)诖蠖鄶?shù)人類癌癥中的發(fā)生及其與患者轉(zhuǎn)移,腫瘤侵襲性和治療耐藥性等預(yù)后不良的關(guān)系[118,119].然而,CIN和穩(wěn)定的非整倍性對(duì)未轉(zhuǎn)化細(xì)胞的存活有不利影響.具有CIN或(穩(wěn)定的)非整倍體的未轉(zhuǎn)化細(xì)胞的增殖缺陷是由它們?nèi)我徽T導(dǎo)的多種趨同的應(yīng)激信號(hào)通路引起的,包括蛋白質(zhì)毒性、代謝應(yīng)激和炎癥反應(yīng).腫瘤細(xì)胞和未轉(zhuǎn)化細(xì)胞對(duì)非整倍體的反應(yīng)之間的這種悖論被稱為非整倍體悖論,這表明腫瘤細(xì)胞應(yīng)對(duì)CIN誘導(dǎo)的這些應(yīng)激和由此產(chǎn)生的非整倍體的機(jī)制[120].

過(guò)去幾年的工作揭示了由CIN引起的癌細(xì)胞固有炎癥信號(hào)的重要作用.先天免疫信號(hào)通路蛋白質(zhì)環(huán)GMP-AMP合酶/干擾素基因刺激物(protein loop GMPAMP synthase/interferon gene stimulus,cGAS/STING)和RIG-I樣受體/線粒體抗病毒信號(hào)蛋白(RIG-I like receptor/Mitochondrial antiviral signaling protein,RLR/MAVS),最初都被描述為針對(duì)病原體的先天防御機(jī)制,被發(fā)現(xiàn)在引發(fā)這種腫瘤細(xì)胞內(nèi)在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[121].據(jù)Wang等[122]報(bào)道,這種腫瘤細(xì)胞固有的炎癥信號(hào)可增加CIN腫瘤的免疫原性,從而增強(qiáng)免疫細(xì)胞募集、早期腫瘤檢測(cè)和腫瘤細(xì)胞清除.然而,其他研究指出了CIN與免疫監(jiān)視之間更復(fù)雜的關(guān)系,因?yàn)樵谀[瘤發(fā)生的背景下,CIN與免疫逃避而不是與免疫監(jiān)視有關(guān)[116].這表明具有CIN+的腫瘤已經(jīng)進(jìn)化出更復(fù)雜的機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)或利用CIN誘導(dǎo)的炎癥以促發(fā)腫瘤的方式發(fā)生.

5.1 CIN誘導(dǎo)的STAT1信號(hào)與癌癥 CIN誘導(dǎo)的STAT1信號(hào)傳導(dǎo)具有腫瘤抑制作用,因?yàn)樗龠M(jìn)癌細(xì)胞凋亡和免疫監(jiān)視.然而,在CIN+的癌細(xì)胞中調(diào)控STAT1活性的機(jī)制仍然了解得很少.STAT1是Ⅰ型(α和β)和Ⅱ型(α)IFN的中心介質(zhì),調(diào)節(jié)抗病毒和免疫防御轉(zhuǎn)錄反應(yīng),并被認(rèn)為在抗腫瘤免疫中發(fā)揮核心作用.STAT1的下游轉(zhuǎn)錄反應(yīng)取決于所誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的類型,這在很大程度上取決于刺激IFN的類型以及IFN暴露的持續(xù)時(shí)間[123].此外,急性Ⅰ型IFN表達(dá)驅(qū)動(dòng)ISG的表達(dá),發(fā)揮細(xì)胞毒性和抗病毒作用,而慢性或連續(xù)的IFN表達(dá)驅(qū)動(dòng)ISG的一個(gè)子集的表達(dá),其表達(dá)與癌細(xì)胞對(duì)DNA損傷癌癥治療的抗性相關(guān),因此,腫瘤細(xì)胞內(nèi)在STAT1信號(hào)的下游后果高度依賴于環(huán)境.

在CIN的背景下,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)降低有絲分裂的藥物或遺傳驅(qū)動(dòng)因素會(huì)導(dǎo)致STAT1信號(hào)的激活,這可以通過(guò)各種癌癥類型中磷酸化STAT1水平的增加而得到證實(shí)[124].在機(jī)制上,Hong等[124]發(fā)現(xiàn)STAT1信號(hào)的激活促進(jìn)了誘導(dǎo)CIN的乳腺癌細(xì)胞的細(xì)胞死亡,這表明STAT1信號(hào)在CIN的癌癥中具有腫瘤抑制作用.與STAT1的腫瘤抑制作用相一致,體內(nèi)全基因組轉(zhuǎn)座子突變篩選顯示,與整倍體腫瘤相比,特異性顯示CIN的腫瘤通過(guò)STAT1失活并增加c-Myc活性來(lái)滅活炎癥信號(hào).當(dāng)STAT1丟失時(shí),免疫細(xì)胞的吸引和激活會(huì)減少.總之,這些研究表明STAT1信號(hào)在CIN的癌細(xì)胞中具有腫瘤抑制作用.

5.2 CIN誘導(dǎo)的STAT3信號(hào)與癌癥 與STAT1相反,信號(hào)傳導(dǎo)子和STAT3通常被描述為具有促腫瘤特性,因?yàn)樗{(diào)節(jié)參與細(xì)胞增殖、凋亡和轉(zhuǎn)移的基因的表達(dá).STAT3的過(guò)度激活在許多癌癥中都有報(bào)道.STAT3的轉(zhuǎn)錄調(diào)控特性是在IL-6、IL-10或生長(zhǎng)因子,如表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor,FGF)和胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin-like growth factor,IGF)與相應(yīng)受體結(jié)合[125].與STAT1信號(hào)傳導(dǎo)一樣,STAT3的下游轉(zhuǎn)錄反應(yīng)取決于所誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的類型,而轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的類型由刺激細(xì)胞因子的類型所決定.

越來(lái)越清楚的表明,CIN和DNA損傷可以在各種癌癥類型中觸發(fā)IL-6/STAT3信號(hào)傳導(dǎo)[124,126].IL-6/STAT3促生存信號(hào)似乎對(duì)CIN癌細(xì)胞的存活很重要,因?yàn)镮L-6R抑制劑托珠單抗(tocilizumab)抑制IL-6/IL-6R信號(hào)可在體外和體內(nèi)降低卵巢癌、乳腺癌和肺癌細(xì)胞系的增殖和/或增加細(xì)胞死亡.CIN誘導(dǎo)IL-6/STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制依賴于cGAS/STING和非典型NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[124].cGASSTING通路能夠通過(guò)感受細(xì)菌、病毒等微生物的DNA,產(chǎn)生Ⅰ型IFN和其他炎癥細(xì)胞因子,介導(dǎo)微生物的先天免疫反應(yīng).干擾素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,STING)是接收異常DNA信號(hào)的重要適配體,胞質(zhì)中游離的DNA被環(huán)狀環(huán)狀鳥(niǎo)苷單磷酸-腺苷單磷酸合酶-干擾素基因刺激因子合酶(cGAS)識(shí)別后催化產(chǎn)生cGAMP,以STING作為銜接受體,誘導(dǎo)APC細(xì)胞分泌包括IFN在內(nèi)的多種細(xì)胞因子產(chǎn)生免疫應(yīng)答[127].

在前列腺癌細(xì)胞系DU-145中,發(fā)現(xiàn)IL-6/STAT3信號(hào)通路抑制STING活性,因?yàn)楫?dāng)IL-6或JAK/STAT3信號(hào)通路被抑制時(shí),這些細(xì)胞僅對(duì)STING(是一種跨膜蛋白,以二聚體的形式存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上)激動(dòng)劑2'3'-cGAMP有反應(yīng),這表明STING受IL-6/STAT3信號(hào)通路上游調(diào)控[128].總之,這些研究證明了(cGAS)/STING活性與CIN癌癥中STAT3信號(hào)傳導(dǎo)之間復(fù)雜而交織的關(guān)系.

5.3 CIN誘導(dǎo)的NF-κB信號(hào)與癌癥 NF-κB的慢性激活影響腫瘤的炎癥、轉(zhuǎn)化、增殖、血管生成、侵襲、轉(zhuǎn)移、化療耐藥和放療耐藥等多個(gè)細(xì)胞過(guò)程,并可導(dǎo)致癌細(xì)胞“NF-κB成癮”.NF-κB的激活是通過(guò)來(lái)自腫瘤(免疫)微環(huán)境的多種刺激介導(dǎo)的,如促炎細(xì)胞因子IL-1、TNF和IL-23.研究表明[124],CIN可激活典型NF-κB信號(hào)通路,包括p50和p65,也可激活非典型NF-κB信號(hào)通路,包括p52和RelB.并在多項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)可促進(jìn)腫瘤發(fā)生.多項(xiàng)研究表明,CIN誘導(dǎo)的NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)與腫瘤相關(guān).研究發(fā)現(xiàn)CIN通過(guò)STING誘導(dǎo)的非典型NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)轉(zhuǎn)移.此外,非典型NF-κB信號(hào)被發(fā)現(xiàn)是誘導(dǎo)CIN表型的癌細(xì)胞存活所必需的[124].另一方面,腫瘤抑制作用也有報(bào)道.例如,研究發(fā)現(xiàn)急性誘導(dǎo)CIN可抑制幾種(癌癥)細(xì)胞系的侵襲行為,這與非典型NF-κB和下游炎癥信號(hào)的激活相吻合.在非整倍體癌細(xì)胞系中,盡管NF-κB信號(hào)上調(diào),但自然殺傷細(xì)胞介導(dǎo)的消除并未被誘導(dǎo),這表明非整倍體癌細(xì)胞可以規(guī)避免疫激活[129].因此,為了更好地了解NF-κB信號(hào)在何種條件下對(duì)CIN腫瘤具有抑瘤或致癌作用,還需要進(jìn)一步的研究.

6 結(jié)論

在全球范圍內(nèi),工業(yè)化國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家都認(rèn)為癌癥是一個(gè)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題.2018年,約有1810萬(wàn)人被診斷患有癌癥,預(yù)計(jì)到2030年,這一數(shù)字將上升至2360萬(wàn).

近10多年的研究結(jié)果已有眾多的證據(jù)表明,慢性炎癥可導(dǎo)致各種癌癥.炎癥與癌癥最直接的關(guān)聯(lián)是器官DNA受損,導(dǎo)致DNA突變,誘發(fā)癌癥.炎癥誘導(dǎo)的腫瘤促進(jìn)發(fā)生在腫瘤發(fā)展的所有階段,并導(dǎo)致潛伏多年的癌前病變的激活,反過(guò)來(lái)癌癥又可促進(jìn)炎癥的發(fā)生,它們相互串?dāng)_,錯(cuò)綜復(fù)雜.慢性炎癥促進(jìn)了癌癥的發(fā)生發(fā)展,參與了癌癥發(fā)生、生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移過(guò)程中的各種病理過(guò)程.乳腺癌、胃癌、肺癌、前列腺癌、肝癌、食管癌、胰腺癌、黑色素瘤、結(jié)腸癌等都與早期慢性炎癥有關(guān),由于持續(xù)炎癥的作用,腫瘤微環(huán)境會(huì)逐漸形成,大量的促炎因子、細(xì)胞因子等會(huì)被釋放到這個(gè)環(huán)境中,腫瘤微環(huán)境中的炎癥促進(jìn)了惡性細(xì)胞的增殖和存活、血管生成、轉(zhuǎn)移、適應(yīng)性免疫的破壞,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的形成、發(fā)展和擴(kuò)散.

目前,越來(lái)越多的研究人員致力于探索非編碼RNA在腫瘤中的作用,尤其是lncRNA和circRNA,因?yàn)樗鼈冊(cè)隗w內(nèi)數(shù)量豐富,廣泛參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移.到目前為止,lncRNA MINCR與Myc一樣被認(rèn)為是一種致癌基因.MINCR已被證明通過(guò)調(diào)節(jié)致癌基因Myc以及不同的miRNA、信號(hào)通路和蛋白質(zhì),在一些人類癌癥中發(fā)揮致癌基因的作用.MINCR有潛力作為一種新的臨床生物標(biāo)志物和治療人類癌癥的靶點(diǎn),這需要進(jìn)一步的驗(yàn)證.

線粒體參與多種細(xì)胞功能,包括ATP的產(chǎn)生、細(xì)胞凋亡、鈣信號(hào)、線粒體自噬和mtROS信號(hào)傳導(dǎo),在細(xì)胞存活中起著重要作用.在這里,我們關(guān)注線粒體和mtROS對(duì)腫瘤微環(huán)境中癌癥和免疫細(xì)胞的影響及其與癌癥免疫治療相關(guān).許多研究發(fā)現(xiàn),線粒體長(zhǎng)-活性氧(long-ROS)促進(jìn)異常細(xì)胞增殖、遷移、血管生成、細(xì)胞凋亡抵抗和炎癥.通過(guò)mtROS刺激的血管生成、遷移以及炎癥細(xì)胞因子和mtDNA/EV的分泌,癌細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境中的不同成分相互作用以逃離免疫抑制微環(huán)境.

據(jù)報(bào)道利用兩種相反的策略已被嘗試調(diào)節(jié)腫瘤氧化還原,作為一種預(yù)防或治療癌癥的方法.一種方法是通過(guò)抗氧化劑減少氧化應(yīng)激來(lái)減少ROS的促腫瘤作用.另一種方法是通過(guò)增加癌細(xì)胞中的活性氧水平來(lái)增加癌細(xì)胞的死亡.高水平的活性氧誘導(dǎo)細(xì)胞損傷甚至細(xì)胞死亡.低至中等水平的ROS促進(jìn)細(xì)胞增殖、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管生成和炎癥.腫瘤微環(huán)境中來(lái)自癌細(xì)胞和各種類型骨髓細(xì)胞的ROS增加是慢性炎癥的特征,與癌癥的發(fā)生和進(jìn)展密切相關(guān).腫瘤細(xì)胞、免疫抑制巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞利用腫瘤微環(huán)境中的ROS為腫瘤創(chuàng)造免疫耐受環(huán)境,抑制抗腫瘤免疫治療.

雖然目前主流的癌癥治療仍是手術(shù)、化療或靶向治療,但新的癌癥治療理念是試圖使腫瘤處于免疫治療的“熱”狀態(tài),并找到癌細(xì)胞生存的非癌性成癮的弱點(diǎn),避免轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā).目前新興的調(diào)節(jié)策略與腫瘤免疫治療的聯(lián)合治療增強(qiáng)了抗腫瘤效果.腫瘤微環(huán)境中ROS應(yīng)激的平衡和免疫監(jiān)視功能將提高免疫治療根除腫瘤的療效.ROS調(diào)節(jié)劑與免疫療法的合理結(jié)合是一種很有前景的癌癥治療策略.因此迫切需要進(jìn)一步研究ROS調(diào)節(jié)劑.

在CIN的癌細(xì)胞中,細(xì)胞內(nèi)的炎癥信號(hào)分別由STAT3(和NF-κB)和STAT1信號(hào)介導(dǎo),具有促瘤和抑瘤作用.重要的是,CIN+癌細(xì)胞與其免疫微環(huán)境之間的相互作用可能為用CIN靶向癌癥提供新的機(jī)會(huì).為了開(kāi)發(fā)這樣的療法,首先需要更好地了解這種炎癥反應(yīng)的許多下游效應(yīng),它們的確切時(shí)間尺度,以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔?因此,進(jìn)一步揭示具有CIN的癌細(xì)胞如何以及何時(shí)觸發(fā)炎癥反應(yīng)以及具有CIN的癌癥如何消除這種免疫反應(yīng)是關(guān)鍵.另外,在CIN+癌癥中,STAT1介導(dǎo)的免疫信號(hào)的再激活可能提供一種選擇性治療非整倍體癌癥的策略.然而,在這些療法進(jìn)入臨床之前,還需要進(jìn)一步的進(jìn)行體內(nèi)研究和臨床試驗(yàn)來(lái)證實(shí)這些假設(shè).

癌癥的發(fā)展一直是延長(zhǎng)壽命的障礙.盡管在過(guò)去十年中有了重大的治療進(jìn)展,一些患者受益于基因治療和免疫治療,但總體生存率保持不變.因此,有必要針對(duì)不同的癌癥發(fā)現(xiàn)新的臨床生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn).癌基因Myc是一個(gè)重要的治療靶點(diǎn).在這一人群中靶向MINCR可能會(huì)在治療表達(dá)MINCR的腫瘤方面取得新的突破.

目前,鑒于炎癥導(dǎo)致腫瘤的發(fā)病機(jī)制尚不完全明了,因此,從基礎(chǔ)到臨床加強(qiáng)發(fā)病機(jī)制的研究,從中尋求更多的治療靶,期望在腫瘤的防治中不斷出現(xiàn)新的突破.