趋化因子CXC在上皮性卵巢癌形成中的作用

崔开宇 仝进毅

趋化因子CXC在上皮性卵巢癌形成中的作用

崔开宇 仝进毅

趋化因子作为炎症反应的重要介质引起了各领域广泛的研究兴趣。白细胞向炎症部位趋化并使其复原的现象受多种类型细胞和组织的影响。它们除了具有已知的使细胞趋化聚集的功能，还有越来越多的证据表明，干扰这些相应的功能可能会导致肿瘤的发生与转移[1]。需要特别指出的是，趋化因子复杂的信号网可能会影响上皮性卵巢癌（epithelial ovarian caner，EOC）的发生与进展，因此对于趋化因子的研究在EOC的诊断与治疗方面具有越来越重要的意义。

1 概述趋化因子CXC及其功能

趋化因子是一类结合肝素的细胞因子超家族，分子量在8～10kDa，由配体及其相应受体组成[1]。趋化因子是新生血管形成的重要介质。新生血管既包括正常生理性血管形成（如胚胎发育和月经中的血管形成），也包括病理性血管生成。趋化因子在其中的作用并不仅是单纯促血管生成，而是通过复杂的血管生成与抑制间相互作用的信号传导来改变血管内皮的性状。趋化因子的配体通过其同源的G蛋白偶联受体发挥作用，该受体是由表达在细胞表面的7个跨膜蛋白组成，属于A-视紫红质类家族[2]。

趋化因子在一级结构的基础上被分类为C、CC、CXC或CX3C，其中“X”代表可替换的非保守氨基酸，除“C”亚组以外所有趋化因子均含有共同的4个位置保守的半胱氨酸残基，其中第1个与第3个和第2个与第4个半胱氨酸残基之间以二硫键相连，形成三链的β-折叠结构。对于趋化因子的命名是受体加“R”（如CXCR1），相应的配体加“L”（如CXCL8）。依据CXC序列前是否存在“ELR（Glu-Leu-Arg）”谷氨酸-亮氨酸-精氨酸三个基序进一步将趋化因子CXC分为ELR+或ELR-亚族。

在过去的二十几年里有许多关于趋化因子CXC在促进和抑制血管生成方面双重作用的研究。新生成的血管和薄壁毛细血管网来自于原有血管是肿瘤生长与扩散的关键因素。一般来说ELR+CXC趋化因子通常通过与受体CXCR2相互作用介导血管生成，同时ELR+CXC还在诸如干细胞移植、淋巴细胞迁移和淋巴组织再生等方面起着不同的作用[2]。CXCR2通常在血管内皮细胞和一些特殊的组织和细胞中表达，而ELR-CXC趋化因子与共同的受体CXCR3结合抑制血管新生[1]。ELR-趋化因子配体通过聚集固有性和适应性免疫效应细胞来达到抗肿瘤的效果（如CXCL9和CXCL10就可以来自肿瘤细胞的分泌），同时也可以抑制血管内皮细胞的迁移和增殖[2]。然而有两种例外情况，一是CXCL4是ELR+趋化因子，它却可以结合CXCR3起到抑制血管新生的作用；二是ELR-趋化因子CXCL12可与受体CXCR4结合促使血管生成[2]。因此，在评估趋化因子CXC家族功能时，必须考虑到ELR的状态以及各趋化因子的同源受体情况。趋化因子的功能还可以通过广泛的翻译水平后修饰进行调控，从而对相应的生物活性及功能进行调节与监督[3]。

已有研究表明，除白细胞以外，成纤维细胞、血管内皮细胞和肿瘤细胞都可以表达趋化因子及其受体[1-2]。重要的是癌组织的恶性部分及基质有分泌趋化因子的功能，成对的趋化因子受体和配体能直接对肿瘤的存在与增殖起作用。来自于基质细胞的趋化因子可能通过结合获得性癌细胞受体这一功能来影响恶性细胞的生存状态，加强其向富含趋化因子的环境转移[4]。

2 趋化因子CXC在正常卵巢功能中的作用

卵巢的表面没有腹膜覆盖，直接暴露于腹腔的代谢与应激环境中。女性整个生育期由于卵巢周期性排卵使卵巢上皮组织经历周期性损伤与修复，这个过程通常被认为是炎症引起的反应，分泌大量的趋化因子、细胞因子、酶和生长因子。

趋化因子和细胞因子通过参与卵泡的发育与排卵、黄体的形成、功能与退化来调节卵巢功能。例如CXCL8可以通过介导中性粒细胞增加正常卵泡的形成，而抗CXCL8血清则可以抑制人绒毛膜促性腺激素诱导的排卵和中性粒细胞的活性。CXCL1也是中性粒细胞趋化因子，存在于卵泡液中并由卵巢基质细胞表达，排卵后破裂的上皮细胞形成黄体，使白细胞浸润和血管新生明显增加。最近有研究表明，在正常输卵管和卵巢表面的上皮细胞可表达CXCL12，而卵泡和卵母细胞中却不表达[5]。还有报道称经过对卵巢周期的观察，在排卵期正常卵巢组织中有CXCL10的表达。尽管这些趋化因子在卵巢的生理机制中所起的作用尚不明确，但可以肯定地是它们的存在对卵巢正常功能的维持有着极其重要的意义。

3 EOC

EOC占所有卵巢肿瘤的80%～95%，是妇科肿瘤中病死率最高的疾病。根据组织病理学通常将EOC分为透明细胞癌、子宫内膜样癌、黏液性癌、浆液性癌等；其中浆液性上皮性癌是最常见的肿瘤类型，其他罕见的卵巢肿瘤包括混合型、未分化型和勃勒纳瘤（Brenner）等[6]。一般习惯以FIGO对肿瘤进行分期，但现在有越来越多的证据表明，低分化和高分化肿瘤是由不相关的分子病理学引起不同的病因所致[7]。低度恶性肿瘤通常具有微乳头状结构并多来源于交界性肿瘤，这些肿瘤被认为是良性向恶性的进展的阶段，通常表达KRAS或BRAF基因突变，并有明确的突变途径，一般预后良好[8]。相比之下，在高度恶性的浆液性肿瘤中发现有大量的TP53基因突变，同时发现对于TP53的突变表达有高达80%的情况下无法明确其突变途径，它们似乎是自发产生并在早期就发生了转移且预后不良[8-9]。

4 趋化因子在卵巢癌的发生与进展中的作用

4.1 炎症与卵巢表皮细胞 与其他类型的肿瘤类似，慢性炎症是卵巢肿瘤生长与进展过程中及其重要的基本条件[10]。趋化因子作为炎症的重要介质发挥两个主要作用：（1）负责激活免疫细胞并将其向肿瘤的恶性部位聚集；（2）在肿瘤的形成和进展过程中有调节、亲和与抗血管生成效应。肿瘤通过趋化因子CXC可以表现出多样的生物学效应且相互间存在着千丝万缕的联系，因此鉴定趋化因子的分子类型是极其重要的，可以明确其到底具有抗肿瘤和防止复发的作用，还是相反具有促进肿瘤发生和转移的作用。

普遍认为卵巢癌起源于卵巢表皮细胞，但目前有新的证据表明输卵管纤毛也参与了卵巢癌形成，伴随BRCA基因突变的女性卵巢癌癌前病变组织中往往含有输卵管纤毛[11]。在Dicer-Pten去除鼠中，发生在输卵管的浆液性上皮性肿瘤能够转移到卵巢并迅速扩散，该项研究中的小鼠表现出一致性的肿瘤临床症状且病死率为100%[12]。因此有学者提出与输卵管的增殖与增生相关的病变，可能在本质上也会导致卵巢癌的发生。含有炎性因子如CXCL8、肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（Granulocyte-macrophage Colony-stimulating factor,EMCSF）的子宫内膜液随月经逆流通过输卵管，这种常见的现象却可以使卵巢癌的发病率增加。因此，子宫切除加输卵管结扎术能在一定程度上降低卵巢癌的发生。以上研究结果有力的支持了卵巢癌的进展是由输卵管和卵巢两方面的炎症因素引起的这一观点。

由炎症介导的趋化因子、细胞因子和生长因子的释放还能促进白细胞、上皮细胞和血管内皮细胞的迁移和增殖[1]。氧化应激、细胞坏死和细胞快速分裂是慢性炎症的标志[10]。细胞的快速分裂可能导致复制错误并需要DNA修复，如果恰好发生在类似TP53这样的关键调节点，则基因突变的风险将大大增加，这进一步说明了在对高度恶性的浆液性EOC的普遍观察中TP53基因突变率高的原因。

最近对于卵巢癌微环境中炎性细胞因子的产生以自分泌细胞因子网进行描述。TNF网包括TNF-α、IL-6和CXCL12等，特别是CXCL12/CXCR4轴在卵巢肿瘤细胞的增殖与转移中起着重要作用。与血管生成、炎症和白细胞浸润相关的基因可使TNF网的活性增强，通过小干扰RNA（Small interfering RNA,siRNA）或中和抗体对TNF网进行靶向试验，发现卵巢肿瘤的腹膜生长减少，这在人类肿瘤和小鼠转移瘤模型中得到了证实[13]。

核因子-kB（nuclear factor-kB,NF-kB）是调节肿瘤微环境中炎性标记物自分泌和旁分泌之间信号传导的重要因素，尤其是NF-kB能调控卵巢癌细胞中的自分泌信号传递通路CXCL12/CXCR4轴[14]。前列腺素的过表达改变了细胞因子和趋化因子表达状态，使卵巢肿瘤细胞的侵袭性增强。

4.2 T细胞向EOC的聚集 正常的抗肿瘤免疫反应是CXCL9（即MiG）、CXCL10（即IP10）及其受体CXCR3相互作用影响了自然杀伤细胞（natural killer cell,NK）、激活的Ⅰ型辅助T（helper T,Th）细胞、γ-δ-T细胞、巨噬细胞和树突细胞等向肿瘤的化学趋向性。IL-12是一种有效的免疫调节细胞因子，CXCL9和CXCL10所产生的抗肿瘤反应正是通过对IL-12进行调节而起作用的[15]。此外，通过研究凝血和炎症之间的联系还发现卵巢癌腹水培养的细胞和健康献血者的外周血单核细胞同样可随CCL2和CXCL8一起诱导使炎症细胞因子显著增加[16]。这表明卵巢癌的微环境从本质上来说是炎性反应。

最近对489例高度恶性浆液性EOC患者的基因表达进行研究，发现CXCL10、CXCL11及其受体CXCR3含量增多，该研究将这类肿瘤定义为“免疫反应性肿瘤”，提示上述趋化因子在肿瘤的微环境中具有重要作用，这些趋化因子配体的主要功能是向炎症部位运送白细胞以及聚集激活的CD4+Th1细胞、CD8+T细胞和NK细胞[17]。浸润淋巴细胞的肿瘤（tumor-infiltrating lymphocytes,TILs）中CD8+T细胞与CD4+或CD3+T细胞结合存在时EOC患者的生存率明显提高，相反与控制T细胞（Treg）结合则患者一般预后不良，该研究还发现TILs中上皮内CD4+或其他CD3+T细胞单独存在与生存率无关[18]。

EOC的组织和腹水中含有高浓度的CD4+CD25+FOXP3+Treg细胞，而正常的卵巢组织中是不存在这些细胞的，FOXP3是Treg细胞的标志物，可防止正常免疫环境中自身免疫的发生，对于维持机体免疫环境的稳定性具有重要的作用[19]。在一项对肿瘤浸润免疫细胞的研究中发现肿瘤腹水中含有高浓度的趋化因子CCL22（由肿瘤巨噬细胞分泌），其可将Treg向肿瘤诱导并抑制TILs的应答。

4.3 抑制血管生成的趋化因子配体能够抑制EOC的进展 ELR-趋化因子CXCL9、CXCL10和CXCL11能够通过抑制血管生成来影响肿瘤的进展。由Th17细胞分泌的IL-17和干扰素-γ能够刺激原发性卵巢癌细胞诱导其分泌CXCL9和CXCL10[20]。这些结合CXCR3的趋化因子能够抑制血管内皮细胞迁移和增殖，吸引固有性和适应性免疫细胞，提高Ⅰ型主要组织相容性复合体对肿瘤细胞的处理，从而增强免疫系统对肿瘤的识别能力[21]。CXC对EOC微环境的调节主要由CXCL9和CXCL10来实现，CXCL11对EOC的抗肿瘤作用很小，它主要是使抗肿瘤反应逐渐增强。

4.4 刺激血管生成的趋化因子配体能够促进EOC的进展 通过观察创口愈合、关节炎和糖尿病视网膜病变发现病理性血管生成有多种类型细胞和生长因子参与，而癌症的进展和扩散其中重要一点是与慢性炎症密切相关[2]。CXCL8（即IL-8）、CXCL5（即ENA-78）和CXCL1（即GRO-α）等ELR+趋化因子通过结合CXCR2诱导血管内皮细胞迁移和增殖，从而导致肿瘤的转移和扩散[1]，它们也能间接通过白细胞表达CXCR2导致促血管生成因子如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的分泌[2]。上述3种CXC趋化因子都有吸引多形核白细胞特别是中性粒细胞的能力[1]。

一项研究发现，中性粒细胞分泌的广谱蛋白酶包括组织蛋白酶G能够裂解CXCL5，截断CXCL5的N-端能够显著提高其在体内外的趋化能力，增加卵巢癌细胞的黏附性[3]。中性粒细胞聚集黏附到血管内皮细胞上并使其发生重建，从而使肿瘤细胞更易发生远处转移。

CXCL1与CXCL5相似对中性粒细胞有趋化活性，截断其N-端也能使其体外趋化性增强。有研究显示CXCL1通过复杂的肾素-血管紧张素系统通路促使上皮细胞向恶性转化，诱导正常的基质发生“重排”并成瘤，在卵巢癌患者的血清和肿瘤组织中CXCL1均有高表达。目前CXCL1（结合CCL18）已被认为是卵巢癌的血清学标记物，将其应用于多元酶联免疫吸附法检测卵巢癌敏感性为92%，特异性为97%，这明显高于单用CA125的测定[22]。

EOC患者腹水中CXCL8的含量较高，晚期EOC患者的血清中存在CXCL8蛋白和抗CXCL8抗体。CXCL8能够刺激多种卵巢肿瘤细胞株使其在体外增殖，对血管生成也有直接作用，它可以通过CXCR1和CXCR2刺激毛细血管形成。

5 趋化因子CXC是未来EOC治疗的新方向

趋化因子CXC在信号传递方面具有重要特性，因而利用这一特性来降低EOC相关的发病率与病死率有着极其深远的意义，其中之一就包括对Th17细胞的刺激，即利用疫苗或免疫疗法刺激干扰素-γ和IL-17，结果使CXCL9和CXCL10水平升高[23-24]。在小鼠EOC模型的研究中，给予AMD3100的小鼠（临床批准的CXCR4抑制剂）显著降低了腹腔内的播散和血管生成，增强了T细胞介导的抗肿瘤免疫反应和细胞凋亡，减少了肿瘤内FoxP3+Treg细胞的数量[25]。随后证实AMD3100是通过阻断CXCL12/CXCR4的结合而使播散性卵巢癌小鼠减少了肿瘤的生长，延长了生存时间[26]。目前尚未有该趋化因子抑制剂在人体试验中的报道，因此在各种不同类型癌症中应用趋化因子CXC的抑制剂和拮抗剂，是未来癌症靶向治疗新的有前景的发展方向。

综上所述，趋化因子CXC对EOC的发生、发展和转移的各个过程都有重要的影响，特别是它们在炎症中促使血管生成和聚集免疫细胞的作用已经被证实对肿瘤的微环境产生了深远的影响，另外这些因素之间复杂的相互作用也改变着临床结果。利用这些趋化因子信号传导通路进行研究可以在早期就发现临床环境的异常。趋化因子CXC在EOC中的活动机制和相互间的联合作用现在还处于基础研究中，对于CXC信号传导通路的研究将成为减少EOC的发病率和病死率、改善该病患者预后的重要途径。

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2012-11-22）

（本文编辑：沈昱平）

310006 杭州市第一人民医院妇产科

仝进毅，E-mail：tongjinyi@sohu.com