血浆中肿瘤相关生物活性物质的研究进展

2016-03-09 06:20张冬青王海滨汪德清解放军总医院第一附属医院检验科北京00048解放军总医院输血科北京000853
感染、炎症、修复 2016年1期
关键词:细胞因子血浆肝癌

张冬青 王海滨 赵 娇 汪德清(.解放军总医院第一附属医院检验科,北京 00048;.解放军总医院输血科,北京 000853)



血浆中肿瘤相关生物活性物质的研究进展

张冬青1,2王海滨1赵 娇1汪德清2
(1.解放军总医院第一附属医院检验科,北京 100048;2.解放军总医院输血科,北京 1000853)

研究证实, 免疫、炎症、肿瘤三者之间具有相关性,炎症反应在肿瘤的发生发展、侵袭转移中占有重要作用,肿瘤相关炎症是指肿瘤组织中的炎症细胞浸润、炎症介质产生、血管增生等,是肿瘤所伴随的类似炎症的微环境,肿瘤相关炎症重要的机制是炎症细胞分泌的炎症介质作用于肿瘤细胞,促进肿瘤增殖[1]。肿瘤细胞的转移不仅是肿瘤细胞的固有特征,还有赖于肿瘤微环境中各种生物学活性物质。这些生物活性物质可引起细胞的损伤和病理性反应,在肿瘤中也具有重要作用,特别是促进机体生长的细胞因子也可促进癌前细胞的突变,肿瘤的增殖、转移和肿瘤新生血管的发生[2],因此,炎症介质与肿瘤的相关性越来越引起关注。本文对血浆中肿瘤相关生物活性物质进行了初步总结,期望对后续研究提供参考。

1 细胞因子

细胞因子是一类在体内具有广泛生物学效应的物质,是由致敏或活化的淋巴细胞、组织细胞、单核/巨噬细胞合成与释放的小分子多肽,相互间形成复杂的网络,不仅参与机体的免疫反应,而且与肿瘤的发生、发展密切相关。

1.1肿瘤坏死因子-α( TNF-α)TNF-α由多种免疫细胞产生和分泌,TNF-α基因由4个外显子和3个内含子组成,定位于第6对染色体上,TNF-α-308位点突变可增强TNF-α的转录6~7倍,不同个体携带TNF-α-308位点基因型的不同,TNF-α的分泌浓度会有较大差异。TNF-α具有介导炎症、免疫调节、抑制造血等多种生物学功能,TNF-α通过三聚体形式与TNF-α受体结合后才能发挥作用,但是TNF-α能经肾脏快速排泄、被各种蛋白酶分解,在体内很不稳定,半衰期较短(15~30 min)。国内文献报道,正常人群血浆TNF-α水平为(8.7±5.2)pg/ml[3];国外报道,正常人血浆TNF-α水平为(9.3±3.2)pg/ml[4]。各类感染和外来刺激均可引起TNF-α的表达和释放,许多疾病均具有特征性的TNF-α水平升高。

研究发现,肝癌组织中TNF-α表达增多,肝癌患者体内TNF-α能够促进肿瘤细胞从G0向G1期转化,对细胞具有生长因子样作用。有研究者发现TNF-α通过激活p44/42MAPK、Akt和NF-κB信号途径促进乳腺癌细胞增殖[5]。赵文鹏等[6]研究发现TNF-α可能作为一个炎症因子,通过AP-1途径促进慢性炎症转变为肿瘤。此外,TNF-α能够上调血管生成因子水平[7],对肿瘤生长过程中的纤维血管反应具有重要作用,能够诱导血管内皮细胞表面黏附分子的表达,促进肿瘤细胞血管内皮生长因子(VEGF)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)等血管生成因子的表达,从而促进肿瘤新生血管的形成,促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。在肝脏,TNF-α主要由激活的Kupffer细胞产生,与各种肝脏疾病的发生发展相关,TNF-α mRNA增加的水平与肝脏病理损伤的程度是一致的,在肝细胞向肝癌细胞转变的早期阶段起到一定作用[8]。当TNF-α浓度<1×106U/L时,TNF-α对肿瘤细胞表现为促进肿瘤的生长、侵袭和转移;高浓度时则具有抗肿瘤、增强免疫的作用。TNF-α可以通过上调肝癌细胞HepG2表面B7-H1分子的表达,诱导肿瘤细胞的凋亡,而长期较高水平的TNF-α却能促进肿瘤的发生、浸润和转移。

1.2白细胞介素(IL)-1βIL-1β是一种重要的炎症细胞因子。IL-1家族成员主要由IL-1α、IL-1β和IL-1受体拮抗剂(IL-1RA)组成, 由炎症状态或免疫反应中的T淋巴细胞、单核细胞/巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞等产生,存在于血浆与组织液中,国内正常人群血浆IL-1β水平为52.36~78.56 pg/ml[9],国外正常人群血浆IL-1β水平为(2.9±4.7)pg/ml[10]。IL-1β主要激活NF-κB 和c-Jun等信号通路[11],IL-1β通过与跨膜受体IL-1R结合后激活下游信号通路,促使IRAK4、IRAK1发生磷酸化激活,并释放入胞浆形成复合物,从而激活NF-κB信号通路[12-13],该通路在肝细胞肝癌时被活化以抗凋亡、维持肿瘤细胞生长[14-15]。IL-1β具有多种生物学活性,调节免疫细胞功能,介导炎症反应,引起发热反应,诱导过氧化物的产生,诱导单核细胞、粒细胞趋化到炎症局部部位,因此产生组织损伤等。

急性炎症条件下的IL-1β可通过激活免疫细胞起到清除肿瘤细胞的功能,IL-1β可由肿瘤炎症微环境或者肿瘤细胞分泌产生,在分子水平上能刺激包括基质金属蛋白酶、血管生成因子和黏附分子在内的多种有助于肿瘤生长的物质,加速肿瘤血管的生成,参与肿瘤的生长、浸润和转移[16],在肿瘤的产生和预后中起了非常重要的作用[17]。IL-1β在乳腺癌、结肠癌、肺癌等肿瘤中都有较高水平的表达,林志娟等[18]发现IL-1β在肝癌细胞的高表达能够显著促进其在体外的增殖活性,肝癌细胞中异常高表达的IL-1β,与其受体结合,能够促进前列腺素E2、肝细胞生长因子的合成,从而诱导血管新生,上调环氧酶-2(COX-2)的表达,能够削弱机体天然免疫,从而导致肿瘤细胞免疫逃逸,促进肝癌的发生,同时减弱干扰素的抗病毒活性。但是,IL-1β在原发性肝癌中的具体作用机制尚存在众多争议。

1.3IL-6IL-6是一种多功能的细胞因子,由活化的T细胞、B细胞、单核/巨噬细胞等多种细胞产生。IL-6由185个氨基酸构成,具有促进细胞增殖、抗凋亡等作用,同时具有促炎和抗炎的双重作用。国内正常人群血清IL-6水平为(1.21±0.63)pg/ml[19]。国外文献报道正常人群血浆IL-6水平为(1.04±1.12)pg/ml,系统性红斑狼疮血清IL-6水平为(63.00±67.28)pg/ml,达到正常人的4倍[20]。IL-6可以促进淋巴细胞的分化与成熟,刺激急性反应蛋白的合成,因此可以加重局部炎性反应。IL-6还可作为反应炎症程度的指标。

IL-6是Notch信号通路下游的靶基因,Notch是一类进化上高度保守的跨膜受体蛋白,调控人类细胞等多种生物细胞的增殖、分化、凋亡,相邻细胞表达的Notch受体与其配体结合,导致Notch受体激活,并激活下游靶基因,发挥生物学作用。越来越多的研究者发现Notch信号通路在肿瘤发生发展过程中起着重要的作用,Notch活化可以促进IL-6的表达,因此,IL-6被认为是炎症相关肿瘤的一个关键性因子[21-22], 在多种肿瘤中起着促瘤因子的作用,大量研究结果证实IL-6的过表达与肿瘤发生有关,如淋巴瘤、黑色素瘤、胰腺癌、乳腺癌等,同时有研究发现血清中IL-6的水平与肿瘤的分期、浸润程度、转移密切相关,与肿瘤患者的预后相关[23]。信号转导与转录活化因子3(STAT3)是细胞内重要的信号传递和基因表达调控因子,其靶基因包括与细胞增殖分化、抗凋亡调控等密切相关的基因,STAT3的激活可以通过诱导多个肿瘤免疫耐受相关细胞因子的表达来促进肿瘤细胞的生长,IL-6/STAT3通路可以通过调节细胞周期中G1/S和G2/M节点来加快肿瘤细胞的分裂,通过调节细胞周期调节因子过度表达改变细胞周期进展,促进血管发生,在肝癌的发生发展中发挥重要作用[24]。血清IL-6水平高和肿瘤局部组织IL-6高表达的患者肿瘤生物学特性差。肿瘤细胞分泌的IL-6通过与自身靶细胞的IL-6受体(IL-6R)相结合(即自分泌环路)或作用于其他细胞表面的IL-6R(即旁分泌环路)而发挥生物学效应。在模拟人肝癌细胞肿瘤微环境条件下,抑制IL-6能够减弱人肝癌细胞的血管再生能力。

1.4转化生长因子(TGF)-β1TGF-β是一类具有多功能的细胞因子,根据编码基因不同可分为3种同系物:TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3,其结构和功能相似,其中TGF-β1为表达最多最普遍的细胞因子。国内正常人群血浆TGF-β1水平为(1 344.8±80.5)pg/ml[25],国外正常人群血浆水平为(13.72±8.17)ng/ml。TGF-β1具有多种生物功能,包括促进血管生成、调节细胞分化、生长、转移和凋亡。在机体免疫失衡状态下,TGF-β1水平升高,机体失去对外来病原或肿瘤细胞的免疫应答,从而导致疾病的发生。TGF-β1通过抑制ILs等细胞因子,终止了淋巴细胞的自分泌,抑制T淋巴细胞分化,抑制B淋巴细胞分泌免疫球蛋白。

TGF-β1是肝纤维化的关键调节因子,通过激活肝星状细胞(HSCs),增强细胞外基质的合成,从而导致肝纤维化的发生;TGF-β1通过改变β-catenin的亚细胞定位,增强WNT/β-catenin信号通路的活性。WNT/β-catenin信号通路在细胞增殖、分化的过程中发挥着重要的作用。目前较为认可的是TGF-β1通路在肿瘤发展的早期阶段可抑制肿瘤细胞的增殖,使细胞周期阻滞在G1期,同时诱导肿瘤细胞的凋亡;但是在肿瘤发展的后期,肿瘤细胞可自身合成并分泌大量TGF-β1,或者在细胞外TGF-β1的作用下,通过上皮间质化使肿瘤细胞发生形态学改变,增强肿瘤细胞的侵袭能力。肝癌患者的肝组织及血浆中均有不同程度TGF-β1 mRNA的表达,并且在一些前列腺癌、直肠癌患者血清中均呈现高表达[26]。林国和等[27]研究发现肝癌组织中调节性T细胞(Treg)的数量与TGF-β1的表达呈正相关,肿瘤组织表达的TGF-β1可能增加肿瘤局部的Treg浸润,参与肝癌的免疫逃逸机制。

0.1~10 μg/L 的TGF-β1可以有效刺激肝癌细胞BEL-7401的生长,延长肝癌细胞的存活时间,促进DNA合成,增强其活性,其主要机制是通过诱导Smad2、Smad3、Smad4复合物进入细胞核内,对核内基因进行表达调控[28]。

2 血管内皮生长因子(VEGF)

20世纪80年代Senger等[29]在肿瘤细胞分泌物中发现了VEGF,人VEGF编码基因位于染色体的6p21,3,由8个外显子和7个内含子组成,目前发现了VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盘生长因子5个基因产物,相对分子质量为34 000~45 000。VEGF主要由间充质、基质和上皮来源的细胞分泌,如血液中的血小板、血管内皮细胞等,正常人体液中含有低量的VEGF,维持正常的血管密度和通透性,国内文献报道,正常人群血浆VEGF水平为(175.23±120.83)ng/L[30]。国外文献报道正常人群血浆VEGF水平为(9.2±64.3)pg/ml[31]。VEGF是生理性或病理性血管新生的主要调控因子,其表达受多种因素的影响,缺氧、炎症刺激、肿瘤的生长等都可影响VEGF的调控[32],VEGF主要通过特异性受体才能发挥生物学作用,能够介导血管通透性、血管内皮细胞增殖及迁移、血管的再生,VEGF受体是跨膜糖蛋白,包括VEGFR1(FLT-1)、VEGFR2(KDR)、VEGFR3(flt4)、肝素硫酸盐蛋白聚糖和神经毡蛋白,VEGFR能够特异性地作用于血管的内皮细胞, VEGF与VEGFR1结合能够发挥炎性作用,促进巨噬细胞和单核细胞的活化和迁移,增强各种促炎细胞因子的产生;VEGF与VEGFR1结合后会诱导一氧化氮合酶(NOS)的活化,使一氧化氮(NO)增多,从而激活细胞质中的可溶性鸟苷酸环化酶,可以增加血管的通透性[33]。

肿瘤细胞的生长和进展与肿瘤血管形成有密切关系,肿瘤细胞在生长过程中需要营养及血供。肿瘤细胞释放的VEGF与VEGFR结合,激活级联酪氨酸激酶信号转导通路,释放相关的生长因子、细胞因子和酶等,促进肿瘤血管内皮细胞表型的变化、增殖、迁移,最终生成大量的新生血管,为肿瘤细胞生长提供保障[34]。因此,血中VEGF水平可以作为判断肝癌进展的指标[35]。

3 调节活化正常T细胞的表达与分泌因子(RANTES)

趋化因子及其受体在慢性炎症反应中发挥重要作用,并且与多种肿瘤的发生、发展相关,RANTES是趋化因子超家族的重要成员之一,又称为CC趋化因子配体5 (chemokine ligand5, CCL5),主要的受体为CCR1、3、5,由68个氨基酸残基组成,是分子量为8 kD的蛋白质,它是一类可诱导的、分泌型的炎症性细胞因子,国内正常人群血浆RANTES水平为(5 374.27±927.87)pg/ml[36]。国外正常人群血浆RANTES范围为(60.0±24.6)ng/ml[37]。血浆RANTES水平在抗磷脂综合征患者中显著升高[38]。RANTES具有诱导、分泌、趋化和活化T细胞和单核细胞的功能,能够参与组织损伤的修复,在感染过程中对炎症细胞具有运输和调节作用,同时在肿瘤免疫中发挥重要作用。正常状态下T淋巴细胞和自然杀伤细胞(NK细胞)均能表达RANTES,炎症反应中CD8+细胞、血小板、巨噬细胞、成纤维细胞和上皮细胞均能分泌RANTES[39],低表达的RANTES可以使T细胞产生趋化作用,而RANTES高表达与多种炎症细胞有密切关系,可使T细胞激活,产生多种生物学效应[40]。大部分RANTES与其受体CCR5相结合而产生信号转录、细胞防御和应激刺激等多种生物效应,特别是在肿瘤的发生、发展中发挥作用;还有一部分RANTES可通过旁分泌直接作用于肿瘤细胞,促进肿瘤的生长,肿瘤细胞也可直接分泌RANTES,促进肿瘤的浸润与转移。

研究者发现肝癌患者血清中RANTES的表达水平明显高于正常对照组,可能与Th2细胞因子的升高以及肿瘤免疫逃逸有关,RANTES在肝癌的发生发展过程中起着非常重要的作用,RANTES表达水平的升高可能预示着肿瘤的发生,RANTES可能作为肝癌临床诊断的辅助检查项目[41]。

4 MMP-9

MMPs是一种Zn2+依赖性蛋白酶,首个MMP在1962年由Gross和Lapiere发现[42],以潜在形式泌出,需要激活才能作用于细胞外基质,可被MMP的组织抑制剂所抑制。MMPs存在于正常人体内,参与伤口愈合、骨吸收、妊娠等过程,并且在肿瘤的浸润和转移中具有重要作用。MMPs根据功能可分为4种:基质溶解素、间质胶原酶、明胶酶和膜型基质金属蛋白酶[43]。MMPs在正常组织中不表达或呈低表达,在恶性肿瘤中呈高表达,其表达水平与恶性肿瘤的浸润转移关系密切[44]。

MMP-9又称明胶酶B,是降解细胞外基质的Ⅳ型胶原酶,可酶解细胞间基质成分[43]。国内正常人群血清MMP-9水平为24.52~36.41 ng/ml,平均30.47 ng/ml[45]。目前研究发现,许多肿瘤细胞都有MMP-9的异常表达,MMP-9在肿瘤的侵袭转移、恶性变中发挥重要作用[46],其作用机制为:MMP-9能够特异降解细胞外基质和基底膜的Ⅳ型胶原;能够以自分泌和旁分泌的形式,促进细胞存活的能力或丝裂原素的活性,从而在肿瘤增殖中发挥重要作用;能够降低肿瘤细胞之间的黏附性,使肿瘤细胞从原发灶脱落,提高肿瘤细胞的浸润能力,导致肿瘤的浸润和转移。MMP-9的表达水平还与结直肠癌的分化程度、临床病理分期、生存期以及复发有相关性,将MMPs抑制剂应用于肿瘤的临床治疗中,已取得了良好的效果,对MMP-9的深入研究将对临床肿瘤的预防和早期诊断提供可靠的证据。

5 高迁移率族蛋白B1(HMGB1)

HMGB1是位于细胞核内的非组蛋白核蛋白,由215个氨基酸残基组成,含有两个DNA结合端,编码基因位于13号染色体长臂12区上,主要由巨噬细胞、自然杀伤细胞及树突状细胞主动分泌,或者由坏死细胞释放[47]。国内正常人血浆HMGB1水平为0.53~1.39 ng/ml[48]。HMGB1能够参与DNA的转录、重组以及修复,并且参与多种生物化学反应过程,如炎症反应、氧化应激等,能够影响凝血、纤溶系统、血管内皮功能,影响神经细胞的生长与发育。在不同年龄及疾病发展的不同阶段,HMGB1发挥的作用也不相同。释放到细胞外环境中的HMGB1作为一个内源性炎症介质发挥着重要功能,可以促进TNF-α、IL-1β及其他炎症介质的释放,同时可以影响肿瘤的微环境。

HMGB1与肿瘤密切相关,HMGB1的高表达可以使细胞获得肿瘤表现而免于凋亡,并通过抑制肿瘤细胞凋亡从而促进肿瘤的发生、发展。胃癌、乳腺癌、结肠癌等患者外周血或肿瘤组织内HMGB1水平均明显升高。HMGB1与多种肿瘤的发生、浸润及转移有关。利用重组人HMGB1刺激肝癌HepG2细胞后发现,HMGB1可通过促进MMP-2、MMP-9和VEGF表达从而促进肿瘤细胞的浸润转移[49]。HMGB1在胃肠道肿瘤中可通过NF-κB、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)等信号通路调节下游相关因子产生。

现已明确HMGB1与肝细胞癌的发生发展有关,HMGB1直接或间接参与了乙肝病毒相关性肝炎的发病。作为炎性介质,HMGB1参与了早期肝组织损伤,早期炎性刺激介导HMGB1的释放,刺激血管内皮细胞释放TNF-α、IL-1等多种炎性介质;HMGB1可通过上调PCNA、cyclin D1蛋白的表达,从而促进肝癌细胞Hep G2的增殖转化过程,导致肿瘤细胞失控性增殖[50];组织缺氧环境下HMGB1可通过TLR4/RAGE信号通路产生IL-1β、IL-18等炎性介质,诱导炎症反应,促进肝癌细胞的侵袭、转移[51]。HMGB1还与肿瘤血管新生有关。HMGB1通过受体TLR2、TLR4、RAGE活化NF-κB,诱导促炎症细胞因子和血管生成因子的生成,并可在体内外促进VEGF和血小板衍生生长因子(PDGF)的表达,促进血管生成;在体内外使用HMGB1抗体都可以抑制血管生长。

HMGB1在肿瘤的发生、发展和治疗中具有双重效应,HMGB1在肿瘤发展的不同阶段表现出不同的功能特征。一方面,HMGB1为促肿瘤因子,另一方面HMGB1还表现出免疫调节作用,被抗肿瘤药物处理的肿瘤细胞会分泌HMGB1,与TLR2、TLR4相互作用激发抗肿瘤免疫反应,增强抗肿瘤药物的疗效。但如何利用好这一双重功能还有赖于深入研究。

6 结 语

综上所述,肿瘤是受多种基因、多种因素调控的疾病,随着对肿瘤研究的不断深入,人们逐渐意识到微环境与肿瘤之间的动态相互干扰成为恶性肿瘤进展的关键因素。肿瘤细胞的固有特性和肿瘤炎症微环境中的各种因子均决定了肿瘤的转移。微环境中多种炎性因子作用于肿瘤细胞,可以促进肿瘤增殖;微环境中多种血管生成因子和抑制因子可以调控肿瘤新生血管的生成,参与肿瘤细胞的进一步浸润和转移;肿瘤患者术前输血、手术中应激反应、术后感染性炎症等因素均会使肿瘤微环境中的促炎gn 抗炎因子平衡被打破,这也是造成肿瘤复发、转移的不利因素,因此,对肿瘤微环境中生物活性物质的质和量上进行干扰,可能成为免疫、炎症以及肿瘤之间关系研究的新方向。

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DOI:10. 3969/j. issn. 1672-8521. 2016. 01. 021

基金项目:解放军总医院科技创新苗圃基金(15KMM34)

通讯作者:汪德清,主任医师(E-mail:deqingw@vip.sina.com)

收稿日期:(2015-12-10)

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