TLR在肿瘤中的作用

杨 波 袁东亚 张 敏

TLR在肿瘤中的作用

杨 波 袁东亚 张 敏

Toll样受体蛋白在非特异性免疫中的发挥着重要的作用，也是非特异性免疫和特异性免疫之间的纽带。TLRs可以识别微生物上的保守结构的分子，从而激活机体产生免疫应答，为机体识别微生物、病毒等提供了重要的作用。除此之外，TLRs还有许多未知的作用。本文主要综述从Toll样受体的功能与信号转导来探讨TLRs与肿瘤在免疫逃逸、癌变过程中的表达和其在治疗中作用的进展。

Toll受体；TLRs信号通路；免疫逃逸

最早发现Toll样受体的是Medzhitov，他在1997年发现与果蝇同源的人类的Toll样受体蛋白，即Toll样受体4（TLR4）[1]。此次的发现，为研究TLRs奠定了基础和具有重要的意义。到目前为止，共有13种TLRs受体被发现，即TLR1-13。

1 TLRs的结构与功能

Toll样受体（Toll like receptors，TLRs）是一种新发现的I型的跨膜蛋白，是种新的模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）其被认为是天然免疫与获得性免疫之间的纽带，TLRs激活人体固有免疫以及释放炎症，是通过辨别病原相关的分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）和一些内源性配体从而诱发信号转导参与机体免疫疾病[2]。

TLRs的结构主要分为胞外段、跨膜区、胞内段。胞外段主要是含有大量的亮氨酸重复序列，其主要是由550-980个氨基酸所组成，可以识别大多数的病原体表面分子标志；跨膜区是富含半胱氨酸的结构；胞内段与IL-1受体同源，又称作Toll/IL-1受体(TIR)，大约由20个氨基酸组成[3]。TIR是细胞内信号的起始部位[4]。其主要高表达在抗原提呈细胞表面如：巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞，然而TLR3、TLR7、TLR8和TLR9主要表达在核内体、溶酶体、内质网[5]。

2 Toll样受体信号转导通路

目前，大家主要将TLRs的信号通路分为两个途径[6]：髓样分化因88(MyD88)依赖途径与MyD88非依赖途径。

除TLR3以外，其他的TLRs的信号通路的启动途径主要是依赖MYD88信号通路[7]。MyD88依赖性通路主要是通过IL-1受体相关激酶（IRAK）介导生成NF-кB，而NF-кB等相关基因通过磷酸化引起易位，从而导致MAPK通路激活，来诱导生成AP-1，同时产生一些炎性细胞因子。

而非依赖性的MyD88途径，主要是通过召募β干扰素TLR结构域的接头蛋白，来活化NF-кB与干拢素调节因子3（interferon regulatory factor 3，IRF3）的通路,引起IFN-I及炎症因子的释放。

3 TLRs与在肿瘤免疫中的作用

3.1 TLRs在癌前病变中表达的转变 在正常的机体环境当中，TLR2、TLR4和TLR5主要表达于细胞膜。在机体发育异常期间，其表达变得加强和更加趋向于细胞质中例如：在TLR5和正常食管的上皮组织向癌转变的情况下，呈现出这样的转变的表达模式：在正常的食管上皮细胞中，TLR5的表达主要是表现在基底外侧的细胞质膜上和基底细胞质[8]。然而当发育异常时，TLR5这样两极似的表达方式会停止，其表达方式也变得更加的扩散。在食管腺癌中，TLR5与发育不良的柱状上皮相比，其着色强度变弱，但是它遵循相同的扩散染色模式[8]。在正常的口腔上皮组织中，TLR5也在细胞质中表达，但是与口腔上皮癌组织中的TLR5相比，TLR5在细胞质中的表达要比在正常的口腔上皮组织中更强[9]。

TLRs这种更强和更加扩散的表达现象，也出现在其他的TLRs亚型和癌症类型。仅有少量的TLR4在正常的结肠黏膜内表达具有活性。在发育异常的结肠和腺癌的组织中，TLR4表达变得更加明显，其在细胞质及细胞膜的表达也变得更强和更具扩散[10]。在胃柱状上皮异常增生的TLR2和TLR4，恶性腺瘤以及甲状腺癌滤泡的TLR2和TLR4，它们的TLR2、TLR4和TLR5遵循与结肠腺癌相同的细胞基质的扩散模式[11-13]。

在结肠和胃部的异常柱状上皮，其TLRs拮抗剂的水平和Toll相互作用蛋白（TOLLIP）下降，然而TLRs的表达趋向于更加的扩散和趋向于细胞质中。正常的TOLLIP通路会导致过量的TLRs下降。TOLLIP通路的破坏将会造成TLRs的表达过量和改变[11-12]。

DAMPs（损伤相关分子模式）引起机体的免疫反应，是通过结合到细胞膜或当细胞膜被破坏时，使其释放到细胞外基质来引起机体的免疫反应[14-15]。DAMPs可以与免疫系统相互作用来抑制肿瘤，但是在另一方面，DAMPs也可以促进肿瘤的发展[16]。

在正常的情况下，DAMPs是被限制在正常细胞的细胞质和细胞核中[15]，但是在肿瘤细胞中它可以过量的表达，也可以改变它的细胞内定位。例如，在肿瘤中，这正常的细胞核DAMP分子HMGB1在细胞质中过量的表达[17-18]。TLR2、TLR4和TLR9是HMGB1的靶受体，它的激活可以启动级联反应，例如，经由细胞内的通路引导促炎因子，促进血管的新生，刺激细胞迁移[19]。先前TLRs在细胞质中过量的表达对于细胞膜的重新分配是作为一个储备功能，其被细胞外的配体激活，例如细菌[11-12]。但是我们可以假设，过量表达的和在癌细胞质中重新定位的TLRs可能也是由细胞质的DAMP配体所激活的，而DAMP配体同样的过度表达和重新定位在细胞质。除了正常的炎症性的级联以外，这种异常的和连续的细胞内TLRs刺激可以导致肿瘤的发展，然而这细胞质的TLRs的作用还是需要进一步的研究的。

3.2 TLRs在肿瘤逃逸中的作用 研究发现，促炎症信号一般是降低适应性免疫应答的基础环节。而TLRs信号通路会引起一种转变，即会导致这种适应性免疫应答从抗肿瘤作用转变到致癌作用，通过影响这种平衡而朝向炎症和抗肿瘤免疫抑制发展。直接的激活TLRs会产生免疫抑制细胞因子IL-10和TGF-β[20-21]，以及增加副性免疫调节表面分子PD-L1和HLA-G的表达[22-24]，这些分泌细胞因子和表面蛋白会使免疫细胞产生免疫耐受。

3.3 TLRs与肿瘤放射疗法 放射治疗是治疗多种实体肿瘤的主要方法，包括胃肠道肿瘤。多个癌症模型也提供了足够的证据显示，一些有效的电离辐射不仅是促进对局部肿瘤控制，也是促进局部和系统性抗肿瘤免疫[25-28]。潜在的辐射效应，即在肿瘤内诱导一种促炎微环境和释放可以被APC处理和提呈的肿瘤抗原,因此作为一种内在的肿瘤疫苗接种。相对于经典的肿瘤疫苗,放射诱导针对多个抗原表位的免疫反应。当肿瘤是杂交瘤时,这多克隆免疫反应可能通过下调靶抗原来阻止肿瘤逃逸。电离辐射和促炎药物如TLR配体，可能通过协同作用促进免疫系统根除肿瘤[29-30]。因为TLRs可以敏锐的识别危险信号，所以可以利用其配体作为免疫佐剂，在肿瘤的发生、发展的过程中产生足够的危险信号来活化机体的固有免疫系统，从而激活机体免疫系统清除肿瘤细胞。

在Scholch的研究中发现[31]，放疗除了可以引起局部的细胞毒性活动以外，也可能引起局部和全身抗肿瘤免疫反应,其也有可能被免疫治疗剂增强，即Toll样受体激动剂(TLR)7/8。因此用放射疗法和TLR7/TLR8的激动剂组合治疗小鼠模型的结直肠癌和胰腺癌得到了明显的效果，其原理是放射治疗提供肿瘤抗原,而TLR7/TLR8受体激动剂会刺激APC去处理和提呈这些抗原，从而来诱发和增强机体抗肿瘤的免疫反应。其NK细胞和CD8+细胞产生抗癌作用，而CD8+T细胞占主导作用，其中DC是其中的关键点。总的来说，TLR7/TLR8受体激动剂似乎对放疗是有效的佐剂,其诱导强烈的局部和全身性的系统性免疫反应，来应对常规治疗释放的肿瘤抗原。同样在Dovedi[32]和Adlard[33]的研究中用的相似的方法，即用放射和TLR7/TLR8受体激动剂来治疗其他的肿瘤模型，其也得到了显著的疗效。

4 展望

虽然细胞质的中TLRs的作用和肿瘤表达的TLRs都有助于肿瘤的免疫逃逸，但是其发生发展的机制都需要进行进一步的研究，通过对TLRs在肿瘤发生发展中作用的探索，可进一步了解肿瘤性疾病发生发展的机制与治疗。

[1] Medzhitov R,Preston-Hurlburt P,Janeway CJ.A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity[J].Nature, 1997,388(6640):394-397.

[2] Kawai T,Akira S.The role of pattern-recognition receptors in innate immunity:update on Toll-like receptors[J].Nat Immunol,2010,11(5): 373-384.

[3] Seitz M.Toll-like receptors:sensors of the innate immune system[J]. Allergy,2003,58(12):1247-1249.

[4] Dunne AO,Neill LAJ.The Interleukin-1 Receptor/Toll-Like Receptor Superfamily:Signal Transduction During Inflammation and Host Defense[J]. Science Signaling,2003,2003(171):e3.

[5] Kumar H,Kawai T,Akira S.Toll-like receptors and innate immunity[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications,2009, 388(4):621-625.

[6] Takeda K,Akira S.TLR signaling pathways[J].Semin Immunol,2004, 16(1):3-9.

[7] Compagno M,Lim WK,Grunn A,et al.Mutations of multiple genes cause deregulation of NF-[kgr]B in diffuse large B-cell lymphoma[J].Nature, 2009,459(7247):717-721.

[8] Helminen O,Huhta H,Takala H,et al.Increased Toll-like receptor 5 expression indicates esophageal columnar dysplasia[J].Virchows Archiv, 2014,464(1):11-18.

[9] Kauppila JH,Mattila AE,Karttunen TJ,et al.Toll-like receptor 5 (TLR5) expression is a novel predictive marker for recurrence and survival in squamous cell carcinoma of the tongue[J].British Journal of Cancer, 2013,108(3):638-643.

[10] Wang EL,Qian ZR,Nakasono M,et al.High expression of Toll-like receptor 4/myeloid differentiation factor 88 signals correlates with poor prognosis in colorectal cancer[J].Br J Cancer,2010,102(5):908-915.

[11] Pimentel-Nunes P,Gonalves N,Boal-Carvalho I,et al.Decreased Tollinteracting protein and peroxisome proliferator-activated receptor γ are associated with increased expression of Toll-like receptors in colon carcinogenesis[J].Journal of Clinical Pathology,2012,65(4):302-308.

[12] Pimentel-Nunes P,Gonalves N,Boal-Carvalho I,et al.Helicobacter pylori Induces Increased Expression of Toll-Like Receptors and Decreased Toll-Interacting Protein in Gastric Mucosa that Persists Throughout Gastric Carcinogenesis[J].Helicobacter,2013,18(1):22-32.

[13] Hagstro..m J,Heikkila..A,Siironen P,et al.TLR-4 expression and decrease in chronic inflammation:indicators of aggressive follicular thyroid carcinoma[J].Journal of Clinical Pathology,2012,65(4):333-338.

[14] Obeid M,Tesniere A,Ghiringhelli F,et al.Calreticulin exposure dictates the immunogenicity of cancer cell death[J].Nature Medicine,2007,13(1):54-61.

[15] Shi Y,Zheng W,Rock KL.Cell injury releases endogenous adjuvants that stimulate cytotoxic T cell responses[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2000,97(26):14590-14595.

[16] Krysko O,Love Aaes T,Bachert C,et al.Many faces of DAMPs in cancer therapy[J].Cell Death & Disease,2013,4(5):e631.

[17] Castellani P,Balza E,Rubartelli A.Inflammation,DAMPs,Tumor Development, and Progression:A Vicious Circle Orchestrated by Redox Signaling[J]. Antioxidants & Redox Signaling,2014,20(7):1086-1097.

[18] Jube S,Rivera ZS,Bianchi ME,et al.Cancer Cell Secretion of the DAMP Protein HMGB1 Supports Progression in Malignant Mesothelioma[J].Cancer Research,2012,72(13):3290-3301.

[19] Kang R,Zhang Q,Zeh HJ,et al.HMGB1 in Cancer:Good,Bad,or Both?[J]. Clinical Cancer Research,2013,19(15):4046-4057.

[20] Ridnour LA,Cheng RY,Switzer CH,et al.Molecular pathways:tolllike receptors in the tumor microenvironment-poor prognosis or new therapeutic opportunity[J].Clin Cancer Res,2013,19(6):1340-1346.

[21] Lu H.TLR Agonists for Cancer Immunotherapy:Tipping the Balance between the Immune Stimulatory and Inhibitory Effects[J].Front Immunol,2014,5:83.

[22] Yu L,Wang L,Chen S.Dual character of Toll-like receptor signaling:Protumorigenic effects and anti-tumor functions[J].Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Cancer,2013,1835(2):144-154.

[23] Huang B,Zhao J,Unkeless JC,et al.TLR signaling by tumor and immune cells:a double-edged sword[J].2008,27(2):218-224.

[24] Huang B,Zhao J,Li H,et al.Toll-like receptors on tumor cells facilitate evasion of immune surveillance[J].Cancer Res,2005,65(12):5009-5014.

[25] Formenti SC,Demaria S.Combining radiotherapy and cancer immunotherapy: a paradigm shift[J].J Natl Cancer Inst,2013,105(4):256-265.

[26] Kalbasi A,June CH,Haas N,et al.Radiation and immunotherapy:a synergistic combination[J].J Clin Invest,2013,123(7):2756-2763.

[27] Finkelstein SE,Fishman M.Clinical opportunities in combining immunotherapy with radiation therapy[J].Front Oncol,2012,2:169.

[28] Ro..del F,Frey B,Multhoff G,et al.Contribution of the immune system to bystander and non-targeted effects of ionizing radiation[J].Cancer Letters, 2013,356(1):105-113.

[29] Klug F,Prakash H,Huber PE,et al.Low-dose irradiation programs macrophage differentiation to an iNOS(+)/M1 phenotype that orchestrates effective T cell immunotherapy[J].Cancer Cell,2013,24(5):589-602.

[30] Garbi N,Arnold B,Gordon S,et al.CpG motifs as proinflammatory factors render autochthonous tumors permissive for infiltration and destruction[J]. J Immunol,2004,172(10):5861-5869.

[31] Scholch S,Rauber C,Tietz A,et al.Radiotherapy combined with TLR7/8 activation induces strong immune responses against gastrointestinal tumors[J].Oncotarget,2015,6(7):4663-4676.

[32] Dovedi SJ,Melis MH,Wilkinson RW,et al.Systemic delivery of a TLR7 agonist in combination with radiation primes durable antitumor immune responses in mouse models of lymphoma[J].Blood,2013,121(2):251-259.

[33] Adlard AL,Dovedi SJ,Telfer BA,et al.A novel systemically administered toll-like receptor 7 agonist potentiates the effect of ionizing radiation in murine solid tumor models[J].International Journal of Cancer, 2014,135(4):820-829.

10.3969/j.issn.1009-4393.2016.26.006

国家自然基金 （81560668） 西藏民族大学重大培育项目（2015年02）

西藏 712082 西藏民族大学医学院（杨波 袁东亚 张敏）

袁东亚 E-mail：dy62@163.com