IL-8及其受体在大肠癌细胞中的表达、功能及相互作用

赵 之，李 芳

(1.大连医科大学 七年制2006级，辽宁 大连 116044；2.大连医科大学 基础医学院 免疫学教研室，辽宁 大连 116044)

白介素8(IL-8/CXCL-8)是一种趋化因子。最初作为一种中性粒细胞化学诱导物，后来人们发现它有促进血管生成的作用。IL-8能促进多种肿瘤细胞增殖，常作为自分泌型生长因子。因此，IL-8有助于肿瘤演进，是血管内皮细胞的血管生成因子和肿瘤细胞的促有丝分裂因子。大肠癌的发病与免疫系统密切相关，而IL-8则作为机体肿瘤免疫的重要指标，对于及时、全面地了解大肠癌患者病情进展、疗效判断、预后估计等具有重要意义。本综述聚焦于大肠癌细胞中IL-8因子的高表达及其生物调节作用。

1 IL-8在大肠癌细胞中表达

IL-8在非癌细胞中正常不表达，但在多种刺激下可诱导表达，例如，脂多糖(LPS)、(12-)十四酸佛波酯(13-)乙酸盐(PMA)、白介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子(TNF)-α、细菌和细菌产物、病毒和病毒产物或细胞应力等[1]。然而，IL-8可在多种恶性肿瘤中组成型表达，包括白血病、霍奇金淋巴瘤、黑色素瘤、间皮瘤、恶性胶质瘤、乳腺癌、结肠癌、子宫颈癌、胃癌、肺癌、卵巢癌、垂体癌、前列腺癌、胰腺癌、肾癌、甲状腺癌、头颈部癌、肝癌和胆囊癌等。此外，IL-8的表达与这些肿瘤血管生成、癌转移、肿瘤演进和低存活率有关。因此IL-8的病理学表达可以作为癌症预后的参数。

采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测结果显示大肠癌患者术前、术后血清IL-8水平均高于健康者；术前大肠癌患者血清IL-8水平高于术后；血清IL-8水平与大肠癌的发生、发展及预后关联，与Duke’s分期显著相关[2]，可作为大肠癌术后随访及预后判断的指标之一。双抗体夹心ELISA法检测大肠癌患者血清中IL-8含量明显高于健康者以及大肠息肉患者，手术后显著下降，其中根治组下降显著，姑息组亦有所下降[3]。大肠癌患者血清IL-8变化与分化程度呈正相关。采用免疫组化法检测结肠癌患者结肠黏膜中IL-8、IL-15的表达情况，IL-8和IL-15表达水平与结肠癌临床分期、浸润深度、淋巴结转移、病理分级均呈显著正相关[4]。实验证明检测IL-8、IL-15的表达可做为判断结肠癌恶性程度有价值的指标。采用常规ABC免疫组化法检测结、直肠癌组织中肿瘤相关巨噬细胞(TAM)计数及IL-8、单核细胞趋化蛋白(MCP-1)和巨噬细胞炎性蛋白-1α(MIP-1α)表达，IL-8、MCP-1、MIP-l α表达阳性率有转移病例均明显高于未转移病例[5]。TAM计数和趋化因子与结直肠癌的进展、血管生成、转移发生有密切关系，二者检测均有助于判断预后。

2 CXCR1/2在大肠癌细胞中的表达

IL-8与其受体CXCR1和CXCR2，七次跨膜G蛋白偶联受体(GPCR)家族成员结合产生生物学活性[6]。尽管具有高序列同源性(80%)，但CXCR1和CXCR2结合专一性也不相同。所有血管源性CXC细胞因子，拥有保守谷氨酸-亮氨酸-精氨酸(ELR+)氨基(N)末端基序列，能与CXCR2结合，包括IL-8、生长相关癌基因-α和-γ，粒细胞趋化蛋白2(GCP-2)，上皮细胞源中性粒细胞活化剂78(ENA-78)等。只有IL-8和GCP-2与CXCR1受体结合[6]。

最初发现IL-8受体只在正常细胞中表达，例如中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞和内皮细胞等，但近期研究证实它存在于多种癌细胞中。研究称结肠癌中存在IL-8受体，CXCR1和CXCR2，mRNA和蛋白表达[7,8]。采用免疫细胞化学染色及RT-PCR法观察细胞表面CXCR1及 CXCR2抗原表达情况。结肠癌细胞株SW620和SW480均有CXCR1和CXCR2 mRNA的表达，但CXCR2蛋白的高表达仅见于SW620细胞，CXCR1蛋白表达不明显；SW480细胞表面既无CXCR1也无CXCR2蛋白的表达。SW620细胞的迁移能力明显高于SW480细胞，CXCR1和CXCR2的激动剂以及因子Ⅶa均可促进SW620细胞的增殖、迁移和IL-8的分泌；CXCR2拮抗剂对细胞迁移起抑制作用，抗CXCR2抗体对细胞的增殖和迁移均有干预作用[7]。蛋白酶激活受体2在大肠癌细胞表面大量表达，可增强细胞的增殖和迁移能力及IL-8分泌，表明IL-8与肿瘤转移能力和恶性程度密切相关。和许多G蛋白偶联受体相似，激动剂刺激后能引起CXCR1和CXCR2快速反应[9]。CXCR1和CXCR2在肿瘤进行期有不同作用，CXCR1能介导IL-8趋化活性[10]，CXCR2介导血管生成效应[11,12]。研究发现，IL-8通过与其受体CXCR1或CXCR2结合参与结肠癌细胞的促有丝分裂[13]。

3 IL-8作为大肠癌细胞生长因子的作用

肿瘤细胞中发现IL-8以及细胞膜CXCR1和CXCR2表达，说明IL-8直接刺激肿瘤生长。结肠癌细胞自分泌产生IL-8，促进癌细胞生长[7]。反义寡核苷酸和抗IL-8抗体能抑制细胞增殖和集落形成，且此过程具有剂量依赖性[13]。这个发现说明IL-8可以直接刺激大肠癌细胞生长，这在大肠癌演进和转移过程中起重要作用。IL-8刺激肿瘤细胞增殖的详细机制目前了解甚少。事实上， IL-8直接诱导细胞增殖的作用还有待研究。不过已经证实许多信号传导途径均有IL-8的参与。IL-8在卵巢癌细胞中通过Erkl/2 MAPK 级联反应通路产生促有丝分裂作用。IL-8对PC3前列腺癌细胞的刺激使得p42/p44 Erkl/2 MAPK 和p38促有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)有效磷酸化[14]。IL-8受体激活核转录因子κB(NF-κB)使一些CXC细胞因子产生自分泌产物。例如，IL-8诱导NF-κB激活期间IκB上游激酶(IKK)的激活起主导作用[15]，Rho家族鸟苷三磷酸酶(Rho-GTPase)通路起次要作用。Rho-GTPase在调节磷脂酶D(PLD)活性过程中起重要作用，同时也决定了细胞增殖与存活。除了Erkl/2 MAPK 级联反应通路和NF-κB通路，酪氨酸激酶Src和黏着斑激酶(FAK)都参与了IL-8诱导前列腺癌细胞非雄激素依赖性生长。IL-8正调节增殖细胞核抗原(PCNA)和Ki67(增殖细胞的标记)的表达。AP-1 和NF-κB，都作为MAPK链和NF-κB途径下游区的效应器，被IL-8依次正调节。IL-8可能调节细胞因子、生长因子及趋化因子(包括IL-8)的基因表达。

以下是IL-8参与的特异性信号途径。这种趋化因子对恶性肿瘤演进有重要意义。许多研究表明，肿瘤细胞中IL-8过分表达，常诱导化疗干预和环境应激(如，缺氧等)反应。肿瘤细胞中IL-8合成或分泌增加对于肿瘤微环境具有广泛意义，基于癌细胞、内皮细胞和中性粒细胞/肿瘤相关巨噬细胞存在CXCR1和CXCR2特异性表达。

3.1 丝氨酸-苏氨酸激酶的激活

磷脂酰肌醇激酶3是异源三聚体的Gai 亚基和 hg 亚基的主要靶点之一。这种脂类/蛋白激酶是IL-8趋化中性粒细胞主要效应器，作用使其底物丝氨酸-苏氨酸激酶PKB/Akt磷酸化增加[14]。在多种癌症中检测出Akt的表达和活化增加，调节细胞存活、血管发生和细胞转移作用，这种激酶作为重要癌症治疗靶点。IL-8使许多癌细胞株Akt活化。

IL-8能调节 MAPK 级联放大反应，生成大量丝氨酸-苏氨酸激酶，相似的细胞表面受体与鹰架蛋白相互作用。上述这些酶的特异性底物引起不同级联放大系统激活，其中最具特征性的是Raf-1/MAP/ERK 酶 1/Erk 级联。IL-8信号诱导经典MAPK信号级联活化，中性粒细胞[16]和癌细胞[17]中都检测出Erk1/2下游磷酸化。在中性粒细胞中检测到磷脂酰肌醇激酶3是IL-8受体和MAPK信号偶联的关键媒介物[18]。MAPK的激活与细胞增殖和存活相对应，在中性粒细胞、内皮细胞和癌细胞株中都发现了IL-8增强效应[10]。Erk-MAPK信号激活描绘了IL-8和E2F激活蛋白转录因子结合的假定途径，主要调节某些细胞增殖有关基因转录。此外，IL-8信号激活p38 MAPK信号级联反应[15]，MAPK对IL-8的重要功能是诱导余下反应。

激活磷脂酰肌醇激酶3，趋化因子受体与钙蛋白偶联结合IL-8信号激活磷脂酶C。磷脂酶C信号促使膜结合脂质转化为甘油二酯和肌醇三磷酸，使钙动员，活化典型和非典型亚型蛋白激酶C(PKC)。中性粒细胞通过IL-8诱导多样PKC亚型磷酸化，其中包括，PKCα，PKChI和PKChII，分别支持分泌功能、呼吸爆发活动以及Mac-1介导的细胞粘附功能[19]。被IL-8刺激后癌细胞产生特异依赖PKC信号传导途径的磷脂酶C活化。

3.2 蛋白酪氨酸激酶的活化

蛋白酪氨酸激酶是癌细胞和内皮细胞IL-8信号的深部下游靶点，经研究发现卵巢癌细胞[16]和血管内皮细胞[20]IL-8促进表皮生长因子受体活化, 并促使MAPK下游活化。进一步研究表明，IL-8诱导内皮细胞血管表皮生长因子受体(VEGFR-2)磷酸化，调节内皮细胞屏障的通透性[21]。非受体酪氨酸激酶也是IL-8信号级联放大反应的关键媒介。建立CXCR1和CXCR2表达细胞株，HEK293 和 RBL，证实Src激酶家族成员和p125局部粘附激酶(FAK)作为IL-8上游底物[22]。综合IL-8表达、信号和恶性前列腺癌活组织细胞增加的FAK自主磷酸化作用，利用免疫印迹试验可证明IL-8特异的诱导前列腺癌细胞系FAK-Src-糖皮质激素信号途径[23]。FAK和 Src信号激酶的激活与增加的细胞增殖、存活和化疗药抗性有关，并且调节细胞扩散、活率及侵犯其他组织器官的能力。

3.3 Rho-GTPases(Rho-鸟苷三磷酸酶)的活化

Rho-家族单体鸟苷三磷酸酶和非受体酪氨酸激酶一同活化，是肌动蛋白细胞骨架的关键调节器。CXCR1和CXCR2受体分别活化内皮细胞鸟苷三磷酸酶Rho-家族的两个成员，一方面CXCR1快速诱导Rho-GTPases获得活性，另一方面，CXCR2延缓Rac-GTPase活化[19]。IL-8激活大量转录因子，促进上游信号级联反应。成纤维细胞NIH3T3研究中发现IL-8活化CXCR2受体使信号转导蛋白和转录蛋白家族活化剂Janus-活化激酶2磷酸化[24]。

4 IL-8、IL-8受体及其它受体之间相互干扰

桥连癌细胞对IL-8的应答可激活其受体并触发信号途径。David等[25]证实GPCR激动剂可诱导表皮生长因子受体(EGFR)转活。在GPCRs激活EGFR转活过程中传导途径起重要作用。已有大量研究报道EGFR参与了IL-8激活CXCR1和CXCR2的过程。IL-8受体介导激活EGFR机制是EGFR配体蛋白水解释放。一种解聚素和金属蛋白酶(ADAM)因子作用于表皮脱落。表皮脱落可限制膜固定点上的肝磷脂结合表皮生长因子(HB-EGF)过程。癌细胞分泌IL-8诱导EGFR配体脱落，激活ADAM-10。Itoh[22]等在结肠癌细胞株Caco2中发现IL-8诱导ADAM依赖性细胞增殖，IL-8诱导细胞增殖时需要ADAM-HB-EGF-EGFR转导途径。前-HB-EGF被 ADAMS溶蛋白性裂解时发出两种促有丝分裂信号[23]。释放的HB-EGF与EGFR结合，通过Ras-MAPK途径正调节细胞周期。癌细胞活化EGFR正调节IL-8产物，诱导IL-8的表达。所以联合阻滞IL-8受体和EGFR比单纯抑制癌细胞生长更有效。结果表明大肠癌细胞EGFR信号转导途径触发器可有助于IL-8的促有丝分裂功能。

5 小 结

许多癌细胞表达有生物活性的IL-8和有功能的IL-8受体。IL-8在多种恶性肿瘤中可作为一种自分泌生长因子，如大肠癌。大肠癌演进、转移及复发与免疫系统功能密切相关，IL-8通过它的多重功能调节肿瘤生长和代谢。作为一种血管生成因子，IL-8调节大肠肿瘤血供以支持肿瘤生长，促进微血管上皮细胞转移和增殖。作为一种促有丝分裂因子，IL-8直接对大肠肿瘤细胞发送生长信号。转移瘤离开原发肿瘤微环境依然可以存活和生长。作为一种转移因子，IL-8通过诱导大肠肿瘤细胞迁移促使肿瘤侵润邻近组织及转移到其他部位。作为一种化学诱导因子，肿瘤细胞募集中性粒细胞和巨噬细胞分泌IL-8到达肿瘤区域，侵润性巨噬细胞产生大量生长因子和血管生成因子加速肿瘤物增长。总的来说，IL-8在大肠癌演进中的作用是其多种生物学活性的联合作用。其研究对于及时、全面地了解大肠癌患者病情进展、疗效判断、预后估计等具有重要意义。

参考文献：

[1] Hsu YL,Hung JY , Ko YC,et al,Phospholipase D signaling pathway is involved in lung cancer-derived IL-8 increased osteoclastogenesis[J].Carcinogenesis,2010,31(4):587-596.

[2] 张 梁 ，黄 涵 ，袁锡华,等.大肠癌患者血清IL-8水平检测及其临床意义[J].检验医学与临床,2010,7(1):36-37.

[3] 靳胜，赵有翼.大肠癌患者血清中sIL-2R、IL-8水平变化及其意义[J].世界华人消化杂志, 2008,16(31):3582-3584.

[4] 高伟，吴瑜，司雁菱.白介素-8、白介素-15在结肠癌患者结肠黏膜的表达及意义[J].世界华人消化杂志, 2006,14(28):2806-2809.

[6] Hastings NE, Feaver RE,Lee MY,et al.Human IL-8 Regulates Smooth Muscle Cell VCAM-1 Expression in Response to Endothelial Cells Exposed to Atheroprone Flow[J].Arteriosclerosis, Thrombosis & Vascular Biology,2009,29(5): 725-731.

[7] Tefferi A, Vaidya R, Caramazza D，et al.Circulating Interleukin (IL)-8, IL-2R, IL-12, and IL-15 Levels Are Independently Prognostic in Primary Myelofibrosis[J].A Comprehensive Cytokine Profiling Study, 2011,29 (10):1356-1363.

[8] Weng Meiqian,Walker W allan,Sanderson Ianr.Butyrate Regulates the Expression of Pathogen- Triggered IL-8 in Intestinal Epithelia[J]. Pediatric Res,2007,62(5):542-546.

[9] Lane HC,Anand AR,Ganju RK.Cbl and Akt regulate CXCL8-induced and CXCR1- and CXCR2-mediated chemotaxis[J]. Int Immunol, 2006,18(8):1315- 1325.

[10] Higashiyama S,Nanba D.RDAM-mediated ectodomain shedding ofHB-EGF in receptor cross-talk[J]. Bioohim Bicphys Ada,2005,1751(1):110-117.

[11] Mishra P,Banerjee D,Baruch BA. Chemokines at the crossroads of tumor-fibroblast interactions that promote malignancy J[J]. Leukoc Biol,2011,89(1):31-39.

[12] Sun J, Ramnath RD, Bhatia M.Neuropeptide substance P upregulates chemokine and chemokine receptor expression in primary mouse neutrophils Cell Physiol August[J]. Am J Physiol Cell Physiol,2007,293:(2)696-704.

[13] Singh RK，Lokeshwar BL. Depletion of intrinsic expression of Interleukin-8 in prostate cancer cells causes cell cycle arrest, spontaneous apoptosis and increases the efficacy of chemotherapeutic drugs[J].Molecular Cancer,2009,8:57.

[14] Kang JM,Kim N,Lee DH, et al. The Effects of Genetic Polymorphisms of IL-6, IL-8, and IL-10 on Helicobacter pylori-induced Gastroduodenal Diseases in Korea[J].J Clin Gastroenterol,2009,43(5):420-428.

[15] Murphy C, McGurk M, PettigrewJ, et al. Non-apical and cytoplasmic expression of interleukin-8, CXCR1 and CXCR2 correlates with cell proliferation and microvessel density in prostate cancer[J]. Clin Cancer Res,2005,11(11):4117-4127.

[16] Dzierzanowska-Fangrat KB,Michalkiewicz JBE,Cielecka-Kuszyk JC,et al. Enhanced gastric IL-18 mRNA expression in Helicobacter pylori-infected children is associated with macrophage infiltration, IL-8, and IL-1[beta] mRNA expression[J]. European Journal of Gastroenterology & Hepatology,2008,20(4):314-319.

[17] Bellmunt J, Gonz lez-Larriba JL, Prior C,et al. Phase II study of sunitinib as first-line treatment of urothelial cancer patients ineligible to receive cisplatin-based chemotherapy: baseline interleukin-8 and tumor contrast enhancement as potential predictive factors of activity[J].Ann Oncol,2011,22(3):25-29.

[18] 胡红心，周 红，王婷. 蛋白酶激活受体1和2在结肠癌细胞的表达及其作用初探[J].江苏大学学报(医学版), 2007,17(1):23-27.

[19] Nasser MW, Marjoram RJ, Brown SL,et al. Cross-desensitization among CXCR1, CXCR2, and CCR5: role of protein kinase C-q[J]. J Immunol, 2005,174(11):6927-6933.

[20] Schraufstatter IU, Trieu K, Zhao M,et al. IL-8 mediated cell migration in endothelial cells depends on cathepsin B activity and transactivation of the epidermal growth factor receptor[J]. J Immunol ,2003,171(12):6714-6722.

[21] Petreaca ML,Yao M, Lui Y, et al. Transactivation of vascular endothelial growth factor receptor-2 by interleukin-8 (IL-8/CXCL8) is required for IL-8/CXCL8-induced endothelial permeability[J]. Mol Biol Cell,2007,18(12):5014-5023.

[22] Itoh Y, Joh T, Tanida S,et al. IL-8 promotes cell proliferation and migration through metalloproteinase-cleavage proHB-EGF in human colon carcinoma cells[J]. Cytokine,2005,29(6): 275- 282.

[23] McFarlane S, Seaton A, Chacko A, et al. Focal adhesion kinase is a key signaling intermediate in interleukin-8 promoted chemotaxis and adhesion of prostate cancer cells to bone marrow endothelium. In: Birmingham (UK): Proc Natl Cancer Res Inst Meet,2006.

[24] Burger M, HartmannT, BurgerJA,et al. KSHV-GPCR and CXCR2 transforming capacity and angiogenic responses are mediated through a JAK2-3-dependent pathway[J]. Oncogene,2005,24(12): 2067-2075.

[25] Waugh DJ,Wilson C.The Interleukin-8 Pathway in Cancer[J].Clin Cancer Res,2008,14(21):6735-6741.