5-氟尿嘧啶免疫调节作用研究进展

郭旭雪综述 聂汉祥审校

5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil，5-FU)是第一代氟化嘧啶类抗代谢药，通过多种途径抑制肿瘤细胞核酸复制，发挥广谱的抗肿瘤作用，临床上用于治疗消化道肿瘤、乳腺癌、卵巢癌、宫颈癌和肺癌等恶性疾病[1]。目前，研究显示5-FU除抑制肿瘤细胞增殖外，对机体免疫系统的功能亦有影响，本文对其进行综述如下。

1 5-氟尿嘧啶概述

1.1 5-FU的直接细胞毒效应机制 细胞的增殖依赖脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)的复制合成，而一磷酸脱氧胸苷(dTMP)是DNA合成的主要原料之一，对DNA的正常合成至关重要。5-FU作为抗代谢类抗肿瘤药物，必须在体内经核糖基化和磷酰化等生物转化作用后，才具有细胞毒性。

5-FU在尿苷激酶作用下转化为具有抗肿瘤活性的一磷酸氟代脱氧尿苷(5-FdUMP)，后者与5,10-次甲基四氢叶酸及胸腺嘧啶核苷酸合成酶(thymidylate synthase，TS)共价结合形成三元复合物，抑制TS活性，阻断一磷酸脱氧尿苷(dUMP)甲基化为dTMP，导致细胞内DNA合成原料缺乏，癌细胞增殖受到抑制[2]。5-FU是一种不典型的细胞周期特异性药物，主要作用于细胞周期的S期，其在体内转化的活性代谢产物三磷酸氟代脱氧尿苷(5-FdUTP)和三磷酸氟尿嘧啶(FUTP)可以分别掺入DNA和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)，影响细胞功能，因此对各个细胞周期的细胞也有作用。此外，mRNA聚合酶可以识别与三磷酸尿嘧啶(UTP)结构相似的5-FdUTP，合成错误的RNA，阻断mRNA正确翻译和蛋白质合成。

5-FU诱导的细胞凋亡过程伴随Caspase-3的活化，Caspase-3最主要的作用底物是聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)，该酶与DNA修复和基因完整性监护有关。Harbuzariu等[3]探讨瘦素信号转导是否影响5-FU对胰腺癌细胞的细胞毒效应，结果发现瘦素通过降低促凋亡因子Caspase-3和Bax，激活并增加抗凋亡因子(RIP和Bcl-XL)表达来抑制5-FU对细胞凋亡的诱导作用，而这一过程主要依赖Notch信号途径。提示Caspase-3的活化参与5-FU诱导的细胞凋亡作用。

1.2 5-FU的临床应用 5-FU是目前广泛应用于临床的氟代嘧啶类抗肿瘤化疗药，在消化道肿瘤及其他实体瘤的治疗中占有重要地位。但由于5-FU存在对肿瘤靶细胞选择性较低，体内半衰期短(约20 min)，治疗剂量与中毒剂量接近及骨髓抑制等问题，因此临床上经常使用5-FU与其他化疗剂、免疫调节剂或疫苗联合治疗来提高5-FU的临床效果。

2 5-FU对机体免疫系统影响

5-FU非选择性作用于机体正常组织和肿瘤组织，既可以杀伤肿瘤细胞发挥抗肿瘤作用，也可以迅速耗尽循环髓系和淋巴祖细胞，降低机体免疫反应[4-6]。然而，目前认为5-FU可以直接或间接影响CD8+T细胞、自然杀伤细胞(natural killer cells，NK cells)、骨髓来源抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)、炎性树突状细胞(inflammatroy dendritic cells，iDCs)和外周血单个核细胞等免疫细胞介导的免疫应答[7]。

2.1 5-FU对CD8+T细胞和NK细胞免疫功能的影响 CD8+T细胞在机体抗感染和抗肿瘤免疫中发挥关键作用，可以特异性识别抗原提呈细胞呈递的外来抗原或异体抗原并发生活化，发挥杀伤靶细胞的功能[8]。Fas属于肿瘤坏死因子受体超家族成员，Fas和其配体FasL共同参与CD8+T细胞介导的靶细胞杀伤效应[9]。活化的效应CD8+T细胞表面高表达FasL，与靶细胞表面Fas结合后触发靶细胞凋亡程序，导致靶细胞死亡。5-FU可以上调肿瘤细胞表面Fas表达水平，促进Fas/FasL途径介导的CD8+T细胞特异性细胞毒作用，诱导肿瘤细胞凋亡，进而提高荷瘤宿主的抗肿瘤免疫反应[7]。Khallouf等[10]研究胰腺癌小鼠原位移植模型发现，5-FU联合干扰素-α治疗后小鼠肿瘤体积明显减小，以中和抗体抑制CD8+T细胞后其抗肿瘤效应明显减弱，同时发现5-FU联合干扰素-α治疗后小鼠胰腺癌细胞主要组织相容复合体(major histocompatibility complex，MHC)I表达水平升高，提示5-FU的抗肿瘤效应与CD8+T细胞密切相关，而5-FU诱导的癌细胞MHC-I分子表达上调可能是其增强免疫效应CD8+T细胞活化的关键。5-FU还可以抑制CD8+T细胞增殖，抑制CD4+T细胞和CD8+T细胞IFN-γ、IL-2的表达水平，进而抑制机体免疫应答[11-12]。

NK细胞与抗病毒感染、抗肿瘤和免疫调节有关，能够识别靶细胞、杀伤自体或异体有害性介质。5-FU可以抑制NK细胞介导的细胞毒性效应[7]。自然杀伤细胞活化受体2D(natural killer cells 2D，NKG2D)属于C型凝集素样超家族，通过与靶细胞表面NKG2D配体结合传递活化信号，激活免疫效应NK细胞对靶细胞的杀伤效应。5-FU可以上调肿瘤细胞表面NAG2D配体的表达水平，促进NK细胞NKG2D/NKG2D配体途径介导的细胞毒作用。因此，5-FU可以增强荷瘤宿主NK细胞的抗肿瘤作用[7]。

2.2 5-FU对髓源抑制性细胞数量的影响 髓源抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)主要由髓系前体细胞和未成熟髓样细胞组成，是一群具有免疫抑制功能的异质性细胞群体，在抑制固有免疫和获得性免疫中发挥关键作用[13-15]。寄生虫感染、慢性炎性反应和肿瘤等疾病环境可以刺激机体产生大量MDSCs，并使其向淋巴器官、外周血及肿瘤组织聚集，发挥负向免疫调控功能[16-18]。MDSCs主要通过表达高水平精氨酸酶1(arginase-1，ARG-1)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthese，iNOS)、一氧化氮(nitric oxide，NO)和活性氧/活性氮(reactive oxygen species/reactive nitrogen species，ROS/RNS)等活性因子，诱导产生调节性T细胞来抑制T细胞和NK细胞的活性及功能，进而抑制机体免疫应答[14,16-19]。另外，MDSCs可以通过产生血管内皮生长因子、基质金属蛋白酶9、转化生长因子β和白介素-1受体拮抗剂等介质促进肿瘤的发生发展[18-19]。

目前认为5-FU可以选择性诱导机体MDSCs数量减少[18,20-22]。Qu等[20]研究腹腔B16黑色素瘤模型小鼠，结果发现5-FU组荷瘤小鼠腹腔MDSCs数量明显降低，而巨噬细胞体外抗肿瘤作用不受明显影响，提示5-FU可以选择性诱导MDSCs数量减少，部分恢复小鼠抗肿瘤免疫应答的能力。研究发现5-FU在体内和体外均选择性、直接诱导MDSCs凋亡，其机制可能与MDSCs胸腺嘧啶核苷酸合成酶的低表达有关[21]。另外，5-FU还可以影响CD4+T和CD8+T细胞与MDSCs的比例[23-24]。Abedi-Valugerdi等[23]研究EL4-luc2淋巴瘤模型小鼠，发现小剂量5-FU(50 mg/kg)可减少小鼠脾脏MDSCs和外周血中性粒细胞数量，同时也可以增加脾脏CD4+T和CD8+T细胞与MDSCs的比例，而这种作用在隐匿性淋巴瘤小鼠和晚期淋巴瘤小鼠中均存在。因此，5-FU可以减轻肿瘤诱导的免疫抑制并一定程度地恢复机体免疫应答能力。

2.3 5-FU对炎性树突状细胞数量和功能的影响 炎性树突状细胞(inflammatroy dendritic cells，iDCs)是由单核细胞在炎性反应或感染环境下分化而来的一群特殊树突状细胞亚群，参与寄生虫感染、病毒感染、过敏性哮喘和类风湿性关节炎等多种疾病的发病[25-27]。iDCs可以表达Ly6C、CD11b、CD11c、CD103和FcεRI等多种标志分子，其中前三者特异性较高[28]。Poncini等[27]研究克氏锥虫(Trypanosoma cruzi)急性感染模型小鼠，发现感染小鼠引流淋巴结和脾脏有Ly6C+树突状细胞募集，并通过过继转移CD11c-GFP转基因小鼠骨髓Ly6C+单核细胞证实其为单核细胞来源。因此，感染小鼠Ly6C+树突状细胞即为Ly6C+iDCs。该研究小组在感染后第3天以5-FU(50 mg/kg)单次腹腔注射感染小鼠，发现5-FU治疗组小鼠脾脏减小，脾细胞计数下降，骨髓和血液Ly6C+细胞明显降低，而脾B细胞、T细胞、总髓样细胞、单核细胞和粒细胞不受影响；同时发现5-FU治疗组小鼠CD11b+Ly6C+CD11c+iDCs明显减少，脾细胞培养上清液TNF-α和IFN-γ表达水平下降，脾细胞iNOS mRNA和iNOS蛋白表达水平以及NO分泌水平降低。提示5-FU可以选择性诱导克氏锥虫感染小鼠iDCs数量减少，抑制其对寄生虫增殖和抗寄生虫特异性反应的负向免疫调控作用。

2.4 5-FU对外周血单个核细胞的影响 5-FU可以抑制外周血单个核细胞活化和增殖，导致机体免疫功能受损。Eisenthal等[29]以细胞周期各阶段细胞百分率、细胞表型转变以及Th1和Th2细胞因子分泌水平评估5-FU对健康人有丝分裂原活化的淋巴细胞的影响，结果发现5-FU可以增加活化的淋巴细胞DNA的合成，增加S期细胞百分率，同时可以导致CD4+细胞百分率增加和CD56+细胞百分率降低，细胞因子分泌模式由Th2向Th1转变。因此，5-FU除了促进活化淋巴细胞DNA合成，也可以对各淋巴细胞亚群产生选择性作用。

5-FU可以引起动物模型的外周血单核细胞数量减少后反弹性增加，这可能与骨髓微环境的调控有关。Li等[30]研究发现5-FU可以诱导小鼠骨髓抑制和循环中的细胞减少，同时骨髓中与小鼠造血干细胞和血小板增殖有关的信号通路下调，由于5-FU的半衰期较短，不在活性细胞周期中的骨髓细胞可以逃过5-FU的细胞毒性损伤，成为以后通过再生修复骨髓损伤的来源。因此，骨髓微环境对5-FU注射后的干细胞和血小板反弹起着重要作用。

2.5 5-FU发挥免疫调节的剂量选择 5-FU的免疫调节效应与其剂量有关，不同剂量下作用效果不同[31-32]。Abedi-Valugerdi等[31]研究淋巴瘤模型小鼠，发现单次腹腔注射5-FU(17 mg/kg)组荷瘤小鼠肿瘤体积未减小，其外周血中性粒细胞、脾脏MDSCs和调节性T细胞等免疫抑制性细胞及骨髓髓样细胞数量与未治疗组荷瘤小鼠相比差异无统计学意义。该实验小组以较高剂量5-FU(50或100 mg/kg)单次腹腔注射荷瘤小鼠，结果发现治疗组荷瘤小鼠肿瘤组织明显消退，白细胞总数、循环中性粒细胞、骨髓髓样细胞、脾脏MDSCs、CD19+B细胞和CD4+Foxp3+调节性T细胞数量明显减少，而CD4+T细胞和CD8+T细胞数量不受影响。Namdar等[32]研究发现5-FU浓度低于200 μmol/L时，其对体外骨髓来源树突状细胞CD11c、MHC-II和CD80等表面成熟标志表达水平及抗原提呈功能不产生负性调节作用，亦不影响树突状细胞培养上清液细胞因子IL-12p70和IL-10分泌水平。因此，5-FU的免疫调节效应与其剂量密切相关。

3 结语和展望

5-FU是广泛应用于临床的抗代谢类化疗药，主要通过干扰肿瘤细胞DNA的复制合成发挥抗肿瘤效应。随着药物化学研究的深入进展，5-FU对机体免疫功能的调节作用逐渐被揭示，但具体作用通路及分子机制尚不清楚。因此，仍需进一步探讨，以便为新药的研发提供理论依据，最终更好地服务于临床。