疟原虫与肿瘤关系的研究进展

张欣, 顾思逸, 陈晴晴, 程银祥, 张方方

疟原虫是世界上严重危害人类健康的寄生虫之一,疟原虫感染的严重程度具有个体差异,主要取决于宿主的年龄、基因、疟原虫接种剂量及毒力水平。疟原虫所导致的疾病——疟疾是世界上危害最为严重的三大传染病之一。WHO的最新研究显示,目前全球有100个国家存在疟疾,其中以热带非洲国家高发,青蒿素类药物对其有着特异性治疗作用[1]。随着研究的进展,科学家们发现疟原虫除导致疟疾外,还与肿瘤有着密切的关系。由此,科学家们就疟原虫与肿瘤之间的关系进行了深入的探究,并提出运用疟原虫免疫疗法治疗肿瘤这一观点。基于此,本文就疟原虫与肿瘤关系的研究进展进行综述。

1 流行病学

流行病学调查研究显示,疟原虫与肿瘤有着密切的关系。疟疾和地方性Burkitt淋巴瘤都是非洲地区发病率较高的两类疾病,调查发现Burkitt淋巴瘤与疟疾在分布范围和发病率方面有着相似性[2]。疟原虫感染可能对地方性Burkitt淋巴瘤的发生发展起到促进作用[3-4],是该肿瘤发生的主要病因之一[5-6]。疟原虫能使生发中心的B淋巴细胞处于一种长期的扩张状态,这增加了DNA损伤和MYC癌基因易位的时间和机会,最终导致Burkitt淋巴瘤的发生[7]。另外Eze等[8]也提出,疟疾感染促进了机体活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生,ROS能激活癌基因,因此疟原虫可能通过ROS导致癌症。由此可知,疟原虫感染不仅与疟疾有关,还与肿瘤有着重要的关系。

流行病学调查结果显示,疟疾对肿瘤有着双向调节作用。一方面,疟原虫感染能促进Burkitt淋巴瘤的发生发展;另一方面,疟原虫与一些癌症(如胃癌、乳腺癌、肺癌)的死亡率呈负相关[9-10]。而疟原虫的肿瘤抑制作用似乎更占主导,因此对大多数肿瘤而言,疟疾对机体起到了保护作用。格林特里于1981年提出了疟疾感染可增强宿主的免疫能力这一观点,并表示疟原虫可作为常规癌症治疗的辅助手段[11]。目前这一观点也被科学家们普遍接受。在感染早期,寄生虫可以刺激机体产生保护性免疫应答以增强对寄生虫的清除作用,但随着感染的加重,免疫相关细胞和分子对机体的损害超过了病原体本身的损害时,机体便趋于耐受状态以免遭受免疫损害,即免疫抑制或免疫耐受。其中免疫细胞功能受损,自身抗体等多种因素可能也参与其中,其具体机制尚需探究。寄生虫的免疫逃避和天然免疫系统的抑制作用与癌症类似,其目的都是维持自身在宿主体内的长期生存和生长转移。因此,寄生虫很有可能通过对免疫系统的调节来表达其抗肿瘤的作用[12]。疟原虫作为一种广为流传的寄生虫,其感染过程可能通过未知途径调节肿瘤的免疫反应,以达到治疗肿瘤的作用。后续的研究也验证了这一假设。

有研究将感染了疟原虫的鸡血浆注入到鸡RousⅠ型肿瘤个体中,结果发现鸡RousⅠ型肿瘤的生长明显受到了抑制[13]。Angsubhakorn等[14]于1986年研究发现,伯氏疟原虫促进黄曲霉毒素B1(AFB1)诱导的大鼠肝脏肿瘤的发展,提示伯氏疟原虫是肿瘤发生的高危因素。但其于1988年的研究结果显示,伯氏疟原虫感染对AFB1诱导的雄性水牛肝肿瘤的发展起抑制作用,即伯氏疟原虫有抑制肿瘤生长的作用[15]。我国作为疟原虫和肿瘤的高发地区,也在疟原虫和肿瘤方面进行了大量的研究。薛长贵等[16]研究发现疟原虫感染对小鼠体内肿瘤有明显的抑制作用。汪本凡等[17]研究也发现疟原虫感染可显著抑制移植性小鼠肝癌的生长并有效地延长荷瘤小鼠的平均生存时间。对小鼠肺癌模型的研究也有同样的结果[18]。因此,疟原虫很有可能对肿瘤生长起到抑制作用,深入研究其机制将是下一步研究的重点。

2 疟原虫抑制肿瘤的机制

史西保[19]对肺癌的研究结果显示,约氏疟原虫感染能抑制肺癌生长,具体机制可能与调节性T细胞(regulatory T,Treg)水平的下调、肿瘤特异性细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T-lymphocyte,CTL)对肿瘤细胞反应性的增强以及肿瘤组织中磷酸化的信号转导和转录活化因子1(pSTAT1)与转录活化因子1(pSTAT3)比值的升高有关。肝癌也是我国高发癌症。有研究发现疟原虫感染可显著抑制移植性小鼠肝癌的生长并有效延长荷瘤小鼠的平均生存时间[17]。约氏疟原虫的环子孢子蛋白(circumsporozoiteprotein,CSP)可以抑制肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)对人肝癌细胞株HepG2核转录因子-κB(nuclear factor kappaB, NF-κB)的活化过程。NF-κB的持续活化是肿瘤细胞存活、增殖和迁移的重要机制,抑制NF-κB活性则是肿瘤治疗的重要策略之一。因此,疟原虫CSP也可能通过阻断NF-κB的活化而抑制肿瘤细胞的增殖和存活[20]。除此之外,对肿瘤内血管生成的抑制也在抗癌过程中发挥着重要作用。汪本凡等[17]研究发现,疟原虫可以通过下调肿瘤中的肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)的浸润和基质金属蛋白酶-9(matrix metalloprotein-9, MMP-9)的表达水平来发挥其抑癌作用,其中胰岛素样生长因子-1/丝裂原活化蛋白激酶/脂酰肌醇-3-激酶 (IGF-1/MAPK/P13-K)信号途径可能参与了MMP-9的下调。

进一步研究发现,疟原虫感染对肿瘤的抑制主要与固有免疫和适应性免疫系统的激活有关。疟疾感染可抑制小鼠Lewis肺癌细胞(lewis lung carcinoma, LLC)的生长和转移,明显延长荷瘤小鼠的存活时间[21]。一方面,疟原虫作为一个病原体能在感染后快速激活机体天然免疫系统,产生大量的细胞因子[干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)和TNF-α等],并活化自然杀伤(natural killer,NK)细胞以增强其杀伤活性。另一方面,疟原虫感染诱导机体产生局部及全身性的肿瘤特异性免疫反应,其中包括细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic lymphocyte, CTL)的增殖和CD8+T细胞活性的增加。因此,疟原虫感染很有可能通过激活天然免疫和特异性免疫反应来抑制肿瘤的生长和转移[21-22]。还有研究发现部分疟原虫抗原如糖基磷脂酰肌醇(GPI)、微粒子(MP)和血凝素(HZ)等能与免疫细胞上的Toll样受体(TLR)-2、TLR-4和TLR-9结合,继而诱导天然免疫反应和抗原特异性免疫反应[23-25]。细胞外小泡是细胞分泌的一些蛋白质物质,其不仅参与了正常细胞的细胞-细胞通讯过程,也在疾病的传播过程中发挥了重要作用。疟原虫感染使细胞的分泌物发生了变化。疟原虫感染细胞产生的胞外体在肿瘤生长、进展和血管生成中发挥了重要作用。有研究者提取感染小鼠血浆中的胞外体,并将其注射到Lewis肺癌小鼠体内,发现肺癌的生长受到了抑制,这可能与血管内皮细胞中miRNA 16/322/497/17表达的升高和血管内皮细胞生长因子受体(VEGFR)-2表达的降低有关[26]。除此之外,研究还发现高热能抑制肿瘤的生长,对其起到治疗作用[27]。而疟疾作为一种寄生虫感染,在急性期表现出典型的高热发作。因此,研究者们提出用疟原虫的热疗法抑制肿瘤生长[21]。

3 疟原虫治疗肿瘤的前景

胎盘是母体内胎儿发育的主要场所。胎盘生长和肿瘤生长有很多的相似之处。首先,他们都能在一个相对陌生的场所积极生长并消耗大量能量;其次,两种细胞类型都表达同一种糖分子即硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)。众所周知,在妊娠过程中孕妇尤其是初孕妇女对恶性疟原虫往往呈现急性感染状态,严重者可能危及孕妇和胎儿的生命[28]。其原因在于,被疟原虫感染的红细胞能表达具有特殊生物活性和抗原的疟疾蛋白VAR2CSA(RVAR2),而RVAR2可特异性地与子宫黏膜上的硫酸软骨素A(chondroitin sulfate A,CSA)结合[29]。因此,孕妇感染疟原虫后更易受到损伤。既然肿瘤细胞也表达CS,那么RVAR2是否也能特异性结合肿瘤细胞呢?研究发现,重组RVAR2对肿瘤细胞有特异性靶向作用,能抑制肿瘤细胞的迁移、侵袭和不依赖锚定生长。在肿瘤中,胎盘样CS链主要与一些癌症相关蛋白多糖进行连接,比如归巢细胞黏附分子(homing cell adhesion molecule,HCAM)和硫酸软骨素蛋白聚糖-4(chondroitin sulphate proteoglycan-4,CSPG-4)[30-31]。RVAR2与肿瘤细胞的结合抑制了细胞与细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的相互作用,这主要与Src激酶磷酸化水平的降低有关;另外,高浓度的RVAR2还能抑制肿瘤细胞中如整合素-β1(integrin-β1)和整合素-α4(integrin-α4)等整合蛋白的表达[32]。基于RVAR2的特异性靶向作用使得RVAR2蛋白能在体内较好的定位肿瘤,这为药物的靶向作用提供了重要的理论基础。此外,RVAR2与白喉毒素或与半乳糖苷类化合物的结合还能抑制肿瘤细胞的生长转移[29,32]。由此,许多研究者都探讨了重组RVAR2蛋白靶向人癌细胞的可行性,但其疗效仍需进一步的研究[29]。

CSP是疟原虫子孢子上的主要表面蛋白,也是子孢子疫苗的重要组成部分[33-34]。研究显示,重组CSP作为原发性肝癌基因治疗的靶向分子具有一定的潜在应用价值[35]。此外,疟原虫遗传减毒子孢子也能抑制小鼠肿瘤细胞的增殖、肿瘤内血管的生成并促进肿瘤细胞的凋亡;使小鼠血清中细胞因子如IFN-γ、白介素-6/12(interleukin-6/12, IL-6/12)和TNF-α水平的明显升高,并且增加CD8+T细胞的数量[36-37]。说明疟原虫遗传减毒子孢子可能是一种新的治疗策略,或能成为一种有效的载体介导肺癌的免疫治疗方法。

除此之外,疟原虫感染还能增强肺癌DNA疫苗的抗肿瘤作用。李钦艳等[38]构建了表达肿瘤相关抗原MUC1的重组疟原虫,结果显示Py17XAZ疟原虫感染促进肺癌DNA疫苗的抗肿瘤作用,增强机体的特异性抗肿瘤免疫反应。其他实验研究也发现疟原虫感染可增强肺癌DNA疫苗pcDNA3.1-hMUC1的免疫应答,并产生协同抗肿瘤作用[21-22]。

4 结语

疟原虫治疗肿瘤是肿瘤治疗领域的热点。目前,陈小平研究员团队与钟南山院士团队等已经合作开展了疟原虫免疫疗法治疗晚期实体肿瘤的临床实验,结果显示,在最初的10例患者中,5例有效,其中2例(1例肺癌,1例前列腺癌)可能已经被治愈,但具体结果仍需大量的临床资料和实践证明。虽然很多动物实验研究已经表明疟原虫感染能够抑制肿瘤的生长过程,但将其运用到人体中仍然有很多问题需要解决。在对成人实体瘤合并疟原虫感染患者抗肿瘤治疗的回顾性分析发现,疟疾可导致多种并发症,并延误治疗过程[39]。这与预期存在着差别。此外,疟原虫免疫疗法仍存在很多疑问，比如,疟原虫免疫疗法的适应肿瘤类别,适用于哪种分期的肿瘤,疟原虫的注射剂量,注射疟原虫产生的不良反应及处理办法,这些都是目前急需解决的问题,需要科学家们进一步研究。