慢性炎症促肝细胞癌发生发展的作用机制研究进展

张婷婷，梁军

(北京大学国际医院，北京102206)

2011年Hanahan等[1]在Cell发表综述将逃避免疫杀伤及促肿瘤炎症反应补充为新的肿瘤特征。研究表明多种肿瘤的发生源于慢性炎症的长期刺激。肝细胞癌(HCC)是典型的炎症相关恶性肿瘤的代表之一。可能导致HCC的病因主要包括慢性乙型肝炎病毒(HBV)、慢性丙型肝炎病毒(HCV)感染、酒精性肝病、代谢综合征如非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、慢性黄曲霉素中毒等[2]。在我国约80%以上的HCC患者伴发HBV感染。慢性炎症可持续表达炎性细胞因子，募集炎症和免疫细胞，活化的炎症细胞能释放大量的活性氧和一氧化氮反应活性物等，肝细胞长期暴露于这种氧化应激状态，易导致DNA损伤等基因组的异常改变、表观遗传学改变、诱导翻译后修饰信号的异常激活等，最终导致恶性肿瘤发生。同时转录因子NF-κB信号通路、IL-6介导的Jak-STAT3信号通路的活化亦参与了这些过程。此外，慢性炎症亦可通过释放相关的细胞因子募集大量的骨髓祖细胞进入肿瘤组织内，在肿瘤微环境的作用下演化为不同类型的免疫抑制细胞，形成一种免疫抑制的环境，进而有助于肿瘤细胞逃避免疫监控，随着自身血管的生长，这些细胞逐渐发育并成熟，在趋化因子的作用下突破基底膜向远处扩散转移。现就慢性炎症促肝细胞癌发生发展的作用机制研究进展综述如下。

1　 细胞因子

1.1IL-6研究证实IL-6是一个具有促生长、抗凋亡、血管新生、控制炎症反应等多重功能的细胞因子，亦是NF-κB和JAK-STAT3等炎症相关信号通路的重要效应分子[3]。IL-6可由髓样细胞如活化的Kupffer细胞产生，在肝细胞受损、产生炎症反应时，明显上调，是促进肝细胞转化为肝细胞癌的重要因素[4]。在DEN诱导的HCC实验动物模型中，IL-6敲除的小鼠发展为HCC的比例明显缩小，直接验证了IL-6的促癌形成作用。在另一动物实验研究中发现[5]，IL-6可加重雄性小鼠肝脏的炎症反应、促进细胞代偿性增殖和肿瘤发展。在雌性小鼠中，雌激素通过抑制HGF、IL-6的产生进而调控炎性肿瘤微环境，抑制HCC细胞生长和侵袭转移。这可能是临床HCC患者中男性比例远超女性比例的原因。另外，IL-6还是肥胖和HCC间的联系枢纽，在肥胖小鼠体内IL-6、TNF-α表达明显上调，并通过引发下游信号转导通路包括STAT3、ERK等的活化，随后激活细胞增殖及生长相关的靶基因并使其发挥效应[6]。

1.2TNF-αTNF-α是促炎环境中主要的细胞因子和参与者。可由巨噬细胞、中性粒细胞、纤维母细胞及肿瘤细胞等多种类型细胞分泌。TNF-α不仅参与正常肝细胞再生过程，亦参与HCC的病理生理过程包括促进肿瘤生长、血管新生、侵袭及转移。研究显示在炎症诱导HCC的实验动物模型中，体外给予TNF-α中和抗体可明显抑制HCC的发展[7]。此外，TNF-α可协同HBx蛋白，通过正反馈机制激活NF-κB，并促进NF-κB调控的基因表达上调[8]。同时研究还证实TNF-α/活性氧/HIF-1通路可调控FoxM1表达，进而促进肝癌细胞的增殖并抑制其凋亡[9]。

1.3IL-17IL-17主要由Th17细胞、NK细胞、CD8+T细胞等分泌，其作为促炎细胞因子家族成员，具有强大的促炎症反应及介导维持炎症反应功能。一方面，IL-17可通过趋化因子直接或间接招募中性粒细胞进而诱导肿瘤血管新生、促进肿瘤细胞生长和发展[10];另一方面IL-17被认为可促进HCC的肿瘤逃逸[11]。IL-17可刺激巨噬细胞表达,其他炎性细胞因子如IL-1 、IL-10、TNF-α等分泌的细胞因子可上调B7-H1表达，随后在癌旁间质中携带B7-H1分子的巨噬细胞可通过B7-H1信号抑制细胞毒性T细胞反应。同时亦有研究表明癌旁间质中产IL-17的Th17细胞大量浸润与HCC的发展有明显相关性[12]。

2　 慢性炎症相关信号转导通路

2.1NF-κB信号通路转录因子NF-κB不是一个单一蛋白分子，而是一个基因转录因子家族。在哺乳动物中NF-κB转录因子家族(又称Rel家族)包含5种蛋白，分属2系，分别为NF-κB 1(p50)、NF-κB 2(p52)、Rel-A (p65)、Rel-B和c-Rel。其中Rel-A (p65)、Rel-B和c-Rel 合成时就是成熟的形式，另外2个蛋白NF-κB 1(p50)、NF-κB 2(p52)则分别由前体蛋白p105和p100降解后变为成熟形式。通常所说的NF-κB就是指具有主要生物活性的p50/p65异源二聚体。在多数细胞中，静息状态下的NF-κB二聚体通常是与IκB家族成员结合以无活性的形式存在于细胞质中。当体细胞受到各种刺激如脂多糖、细胞因子(如TNF-α、IL-1等)、活性氧、微生物产物等作用时，通过其各自相对应的激酶激活IKK，引发IκB氨基末端的丝氨酸快速磷酸化，暴露出NF-κB的核定位序列，进入细胞核内，与靶基因启动子结合，启动相应靶基因的转录、表达。激活状态的NF-κB才能参与炎症、免疫、肿瘤细胞增殖等多种反应的基因调控。研究发现几乎在病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪肝、肝细胞癌等任何一种慢性肝病中，NF-κB信号通路均被激活[13]。在慢性炎症诱导的HCC小鼠模型中，通过抑制NF-κB的活性减缓HCC的进展，同时亦提示NF-κB的活化促进了TNF-α的分泌，进而促进了恶性肿瘤细胞抗凋亡基因和增殖基因表达。在另一关于淋巴毒素α、β转基因HCC动物实验中，淋巴毒素α、β转基因通过肝细胞依赖IKK-β的方式产生各种趋化因子如CCL2、CCL7、CXCL1、CXCL10，可招募炎症细胞并诱导肝脏产生持续的慢性炎症反应，并随后发展为HCC。敲除肝细胞特异性IKK-β后NF-κB活性受到抑制，并进而显著降低HCC的发展速度[14]。以上实验性研究从侧面提示NF-κB信号通路的激活参与了细胞因子和趋化因子的分泌，这些分泌的因子维持了一个炎性环境，并由此促进HCC发生发展。

2.2JAK-STAT3信号通路JAK-STAT信号通路参与细胞的增殖、分化、凋亡及免疫调节等重要的生物学过程。经典的JAK-STAT信号通路传递过程主要由三部分组成：酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶(JAK)及转录因子(STAT)。当部分细胞因子、生长因子、激素等与细胞膜的相应受体结合后引起受体分子二聚化，使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化而活化，STAT在活化的JAK作用下酪氨酸残基发生磷酸化并与另一个STAT单体的SH2区域可逆性结合，形成二聚体移位至细胞核，在核内其DNA结合区与特异的DNA结合，促进特异基因的表达，进而发挥调控细胞分化、增殖、血管新生、抗凋亡等生物学作用[15]。STAT3是炎症相关HCC的重要促进因素[16]。STAT3及其磷酸化蛋白在HCC病理组织样本中的表达相对于周围癌旁组织及正常健康人群的肝组织而言明显上调。同时亦有研究发现在STAT3阳性的HCC样本中约60%的患者STAT3蛋白发生磷酸化，且发生STAT3磷酸化的患者生物学行为更险恶[17]。目前引发HCC患者STAT3信号通路活化的机制尚未完全清楚，主要受肿瘤微环境中细胞因子和生长因子的刺激。IL-6、IL-11及IL-22可能是STAT3活化的主要细胞因子之一。DEN诱导HCC动物实验研究显示，当给予肝细胞特异性STAT3基因缺陷小鼠DEN进行诱导时，其发生HCC的风险较正常小鼠明显降低[17]。

2.3HMGB1-RAGE信号通路近年来HMGB1被认为是一个重要的炎性分子，参与细胞分化、炎症反应、细胞迁移、细胞增殖、组织修复等多种病理生理过程[18]，并在各种类型肿瘤中发挥重要作用[19]。RAGE作为HMGB1的关键受体，组成了HMGB1-RAGE信号通路，在HCC发生发展过程中发挥关键作用。体外通过siRNA敲除RAGE基因可明显抑制HCC细胞的生长[20]。研究表明HMGB1和RAGE共表达与多种恶性肿瘤的侵袭和转移密切相关[21]。当细胞外HMGB1结合RAGE受体后，依次激活下游细胞内信号，进而调控肿瘤细胞生长和转移。此外，HMGB1和RAGE能协同增强线粒体复合酶Ⅰ的活性，ATP 的产生，肿瘤细胞增殖和迁移。

3　促炎肿瘤微环境

3.1中性粒细胞中性粒细胞是机体最为丰富的一种白细胞类型，并作为宿主抵御外界感染性微生物入侵的第一道防线中关键效应分子。研究表明中性粒细胞可释放蛋白酶降解细胞外基质，促进恶性肿瘤细胞的迁移和侵袭，产生血管生成相关细胞因子，有效调控肿瘤新生血管形成，并通过释放多种蛋白酶调控组织重塑[22]。瘤内中性粒细胞的浸润程度被认为与HCC预后呈明显负相关，即浸润程度越密，炎症反应越重，HCC患者预后越差。研究表明CD15+TINs可通过透明质酸介导的TLR4/PI3K/Akt信号通路促恶性肿瘤细胞的迁移，还可通过表达β-整合素结合肿瘤细胞高表达的胞内黏附分子促进肿瘤细胞的迁移侵袭能力[23]。

3.2肿瘤相关巨噬细胞巨噬细胞主要起源于单核细胞系祖细胞，经过血液循环后在趋化因子的作用下被募集到各种组织中，并在组织中分化成巨噬细胞，在维持内环境稳定和病原体的清除、残余适应性免疫反应等方面发挥重要作用，肿瘤微环境中的巨噬细胞又称之为肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)。TAMs具有表型可变性和功能多样性等特点。不同的活化环境可使巨噬细胞发生不同的极化[24]。当巨噬细胞被微生物产物如脂多糖、Th1细胞因子如干扰素γ(IFN-γ)等刺激物以经典方式活化时，极化为M1型，主要功能是消灭病原微生物、肿瘤细胞、释放大量炎性细胞因子等；当受到Th2细胞因子细胞如IL-4、IL-13、糖皮质激素等诱导时，则极化为M2型，主要功能特点表现为抑制炎症反应、促进肿瘤血管形成、组织重建和修复、促进肿瘤生长、释放抗炎细胞因子等。肿瘤微环境中TAMs所履行的角色是复杂的，具有高度的异质性，其抗瘤和促瘤能力并非由哪种单一的细胞类型决定，而是依赖于整个肿瘤微环境。同时巨噬细胞是一种可塑性细胞，很难进行绝对地分类。

3.3基质金属蛋白酶(MMPs)MMPs是引发组织重塑、炎症反应、肿瘤细胞生长、迁移、侵袭及转移的重要介质。它们是肿瘤微环境的重要调控者，且参与肿瘤的发生发展。MMPs是以非活性的形式被释放，当其受到Twist 1、局部黏附酶、HBVx蛋白、血浆纤维蛋白溶酶的激活后，以活化的形式发挥其效应。在肿瘤微环境中MMPs不仅对其周围间质具有蛋白水解作用，且参与调控肿瘤相关信号通路的活化。高表达的MMP-9被认为与PI3K/AKT/mTOR信号通路的活化密切相关，并通过降解骨桥蛋白前体使其活化，进而促进肿瘤的侵袭和转移能力。

3.4氧化应激肿瘤微环境中的炎症免疫细胞和肿瘤细胞本身是内源性活性氧和氧自由基等氧化应激反应的重要来源。在急性炎症反应阶段，氧化应激复合物的释放有利于消除病原体，但持续存在的慢性炎症将致上皮细胞长期暴露于氧化应激状态下，可导致基因组的异常改变如DNA突变、蛋白质的过氧化反应，诱导翻译后修饰信号的异常激活等。如Wnt/β-catenin信号通路的特定基因突变就被认为与氧化应激密切相关，并协同导致肝癌的形成[25]。此外，癌旁组织中氧化应激途径的改变可预测肝细胞癌复发的风险。大量ROS可增强肝癌细胞的侵袭能力，并通过促进MMP的表达有助于肿瘤发生转移[26]。

4　miRNAs

miRNAs是一类18～22核苷酸序列的非编码RNA，在恶性肿瘤患者中，miRNAs能作用于肿瘤启动子或抑制基因，影响肿瘤的发生发展。它们既可能发生过表达，在功能上类似于原癌基因；亦可能在多种恶性肿瘤中表达下调或缺失，在功能上类似于抑癌基因。研究发现多种miRNAs的异常表达参与了HCC的发生发展[27]。

综上所述，各种基础实验和临床研究不断证明了慢性炎症通过各种方式和途径参与了HCC形成、侵袭、转移等过程。本研究从促炎细胞因子、炎症相关信号通路、肿瘤微环境三个方面，阐述慢性炎症促HCC的可能作用机制及相关方面研究进展，将有助于逐步理解慢性炎症如何精确调控HCC的发生发展，并期待未来能从这些可能作用机制角度出发设计出相应新的治疗靶点。

参考文献：

[1] Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: The next generation[J]. Cell, 2011,144(5):646-674.

[2] Torre LA, Bray F, Siegel RL, et al. Global cancer statistics, 2012[J]. CA Cancer J Clin, 2015,65(2):87-108.

[3] Taniguchi K, Karin M. Il-6 and related cytokines as the critical lynchpins between Inflammation and cancer[J]. Semin Immunol, 2014,26(1):54-74.

[4] Tanaka T, Narazaki M, Kishimoto T. Therapeutic targeting of the interleukin-6 receptor[J]. Ann Rev Pharmacol, 2012,52:199-219.

[5] Wang YC, Xu GL, Jia WD, et al. Estrogen suppresses metastasis in rat hepatocellular carcinoma through decreasing interleukin-6 and hepatocyte growth factor expression[J]. Inflammation, 2012,35(1):143-149.

[6] Park EJ, Lee JH, Yu GY, et al. Dietary and genetic obesity promote liver inflammation and tumorigenesis by enhancing IL-6 and TNF expression[J]. Cell, 2010,140(2):197-208.

[7] Pikarsky E, Porat RM, Stein I, et al. Nf-κb functions as a tumour promoter in inflammation-associated cancer[J]. Nature, 2004,431(7007):461-466.

[8] Shukla R, Yue J, Siouda M, et al. Proinflammatory cytokine Tnf-α increases the stability of hepatitis b virus x protein through NF-κB signaling[J]. Carcinogenesis, 2011,32(7):978-985.

[9] Xia L, Mo P, Huang W, et al. The TNF-α/ROS/HIF-1-induced upregulation of foxmi expression promotes hcc proliferation and resistance to apoptosis[J]. Carcinogenesis, 2012,33(11):2250-2259.

[10] Gu FM, Li QL, Gao Q, et al. Il-17 induces akt-dependent IL-6/jak2/stat3 activation and tumor progression in hepatocellular carcinoma[J]. Mol Cancer, 2011,10(1):1.

[11] Murdoch C, Muthana M, Coffelt SB, et al. The role of myeloid cells in the promotion of tumour angiogenesis[J]. Nat Rev Cancer, 2008,8(8):618-631.

[12] Zhao Q, Xiao X, Wu Y, et al. Interleukin-17-educated monocytes suppress cytotoxic t-cell function through b7-h1 in hepatocellular carcinoma patients[J]. Eur J Immunol, 2011,41(8):2314-2322.

[13] Luedde T, Schwabe RF. Nf-κB in the liver-linking injury, fibrosis and hepatocellular carcinoma[J]. Nat Rev Gastro Hepat, 2011,8(2):108-118.

[14] Haybaeck J, Zeller N, Wolf MJ, et al. A lymphotoxin-driven pathway to hepatocellular carcinoma[J]. Cancer cell, 2009,16(4):295-308.

[15] Yoshimura A, Naka T, Kubo M. Socs proteins, cytokine signalling and immune regulation[J]. Nat Rev Immunol, 2007,7(6):454-465.

[16] Subramaniam A, Shanmugam MK, Perumal E, et al. Potential role of signal transducer and activator of transcription (stat) 3 signaling pathway in inflammation, survival, proliferation and invasion of hepatocellular carcinoma[J]. BBA Rev Cancer, 2013,1835(1):46-60.

[17] He G, Yu GY, Temkin V, et al. Hepatocyte ikkβ/nf-κb inhibits tumor promotion and progression by preventing oxidative stress-driven stat3 activation[J]. Cancer Cell, 2010,17(3):286-297.

[18] Kang R, Chen R, Zhang Q, et al. Hmgb1 in health and disease[J]. Mol Aspects Med, 2014,40:1-116.

[19] Søreide K, Sund M. Epidemiological-molecular evidence of metabolic reprogramming on proliferation, autophagy and cell signaling in pancreas cancer [J]. Cancer Lett, 2015,356(2):281-288.

[20] Zhou TB. Role of high mobility group box 1 and its signaling pathways in renal diseases[J]. J Recept Signal Transd, 2014,34(5):348-350.

[21] Chen RC, Yi PP, Zhou RR, et al. The role of hmgb1-rage axis in migration and invasion of hepatocellular carcinoma cell lines[J]. Mol Cell Biochem, 2014,390(1-2):271-280.

[22] Farbod S, Mallika S, Thompson JD, et al. Role of bv8 in neutrophil-dependent angiogenesis in a transgenic model of cancer progression[J]. P Natl A Sci India B, 2008,105(7):2640-2645.

[23] Wu Y, Zhao Q, Peng C, et al. Neutrophils promote motility of cancer cells via a hyaluronan‐mediated tlr4/pi3k activation loop[J]. J Pathol, 2011,225(3):438-447.

[24] Biswas SK, Mantovani A. Macrophage plasticity and interaction with lymphocyte subsets: Cancer as a paradigm[J]. Nat Immunol, 2010,11(10):889-896.

[25] Guichard C, Amaddeo G, Imbeaud S, et al. Integrated analysis of somatic mutations and focal copy-number changes identifies key genes and pathways in hepatocellular carcinoma[J]. Nat Genet, 2012,44(6):694-698.

[26] Chung JS, Park S, Park SH, et al. Overexpression of romo1 promotes production of reactive oxygen species and invasiveness of hepatic tumor cells[J]. Gastroenterology, 2012,143(4):1084-1094.

[27] Wong C, Kai A, Tsang F, et al. Regulation of hepatocarcinogenesis by micrornas[J]. Front Biosci, 2012,5:49-60.