IL-33/ST2途径在肿瘤发生和发展中作用的研究进展*

胡霞综述，单晶，孙晓滨审校

白细胞介素-33(Interleukinin-33,IL-33)是近年来发现的IL-1家族的新成员，是一种多功能细胞因子，在炎症、器官特异性损伤与修复、自身免疫疾病、过敏性免疫反应、寄生虫感染、宿主防御等领域中发挥重要作用，已成为白细胞介素研究领域中关注的热点[1-2]。目前大量研究表明IL-33与胃癌、结肠癌、肝癌、头颈部鳞癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌等多种肿瘤的发生发展密切相关[3-9]，然而其作用似乎存在两面性，既有促癌作用，也有抑癌作用。致癌抑制因子2(suppression of tumorigenicity 2,ST2)是IL-33的特异性受体。本文就近年来IL-33/ST2在肿瘤发生发展及肿瘤微环境中的作用作一综述，并探讨其促癌、抑癌作用与Th1、Th2型免疫应答的相关性及可能机制，以期为将IL-33作为肿瘤诊断及免疫治疗的靶点提供新策略。

1 IL-33及其受体ST2

1.1 IL-33来源、结构及其表达

2005年Schmitz等[1]用计算机分析比较IL-1家族序列时，首次发现并证实IL-33是一个新的IL-1家族成员。IL-33基因位于人9号染色体(9q24.1)上，其编码的IL-33前体(ProIL-33)定位在细胞核内。ProIL-33为270个氨基酸组成的多肽，其N端包含一个核定位序列和一个染色质结合域，可与细胞核内DNA结合参与基因的转录调控；其C端为IL-1样细胞因子结构域，可与细胞表面ST2受体结合调控炎症因子分泌[10](图1)。IL-33广泛表达于参与机体防御系统构成的细胞中，如上皮细胞、内皮细胞等，也可诱导表达于感染期的骨髓细胞和组织基质细胞。

图1 IL-33蛋白的结构及其关键结构域示意图

Figure 1. Structure of IL-33: an Illustration of Key Structure Domains

1.2 受体ST2结构及其表达

IL-33受体ST2属于Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)/IL-1受体家族成员，位于人2号染色体。ST2基因通过转录加工后可生成3种产物[11]：跨膜型ST2(ST2 ligand,ST2L)、可溶型ST2(soluble ST2,sST2)、变种ST2(ST2 variant form,ST2V)。ST2L是IL-33的自然受体，其结构与IL-1受体类似，都含有3个胞外免疫球蛋白结构域、一段跨膜区域和一个胞内TIR结构域(Toll-IL-1 receptor domain)，其表达于多种细胞，包括上皮细胞、成纤维细胞及免疫细胞等表面。sST2是中和IL-33的诱骗受体，因其缺乏ST2L所有的跨膜结构域和胞质成分，可分泌到细胞外与IL-33结合抑制IL-33的信号传导。ST2V是一种跨膜型蛋白，在ST2L信号通路中起修饰作用[12]。

2 IL-33/ST2的生物学作用

IL-33与其他IL-1家族的成员一样具有双重生物学作用，即胞内转录因子和胞外细胞因子功能。尽管IL-33的N端可与细胞核内染色质相结合，行使转录调控作用，但目前尚无研究表明核内的IL-33影响肿瘤细胞的基因转录。研究更为广泛的是作为细胞因子的IL-33/ST2途径。在机体受到外源病原体、损伤应激等刺激后，proIL-33可经肥大细胞丝氨酸蛋白酶、中性粒细胞弹性蛋白酶和组织蛋白酶G等加工，生成成熟活性形式的短链IL-33，即成熟IL-33(mature IL-33,mtrIL-33)，其活性较前增加10～30倍[13]。mtrIL-33失去N端非经典核定位序列后释放到细胞外，通过结合IL-1受体辅助蛋白(interleukin-1 receptor accessory protein,IL-1RAcP)以及特异性受体ST2形成的异源二聚体，介导目标细胞中的髓样分化因子(MyD88)-白介素-1受体相关激酶(IRAK)-肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)信号通路，激活核因子κB(NF-κB)、NF-κB抑制蛋白(IκBα)及细胞外调节蛋白激酶(ERK)、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)和C-Jun氨基末端激酶(JNK)等丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信号途径[14]，发挥相应的生物学效应，包括诱导IL-1β、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)在内的多种细胞因子和趋化因子的产生，调节Th2型免疫应答[15]。近年研究发现，IL-33还可通过IL-12和γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)、TNF-α促进CD8+T细胞活化，促进Th1型免疫应答[16]。

3 IL-33在肿瘤发生、发展、免疫中的作用

Rudolf Virchow于19世纪首先提出，肿瘤相关炎症促进肿瘤生长[17]。慢性炎症使得上皮细胞失稳态，基质细胞通过分泌细胞因子、细胞外基质蛋白、生长因子等协调免疫反应，介导新生血管形成、上皮细胞的再生与增殖。另一方面，肿瘤上皮细胞可通过旁分泌细胞因子活化基质细胞，构建更有利于肿瘤生长和转移的微环境，诱导肿瘤细胞免疫逃逸、侵袭与转移。由此推想，炎症环境可能通过介导IL-33的释放，经IL-33/ST2信号通路参与肿瘤的发生发展。许多报道表明IL-33在多种慢性炎症如慢性乙肝、肝纤维化、胃食管反流病、炎症性肠病及癌前病变，如肠腺瘤、宫颈上皮内瘤变中高表达，提示IL-33可能在炎症向肿瘤的发展过程中起着重要的作用[18-22]。近年来研究发现IL-33在多种肿瘤中表达异常，其对应的信号通路已成为多种致瘤信号的交汇点。目前关于IL-33在肿瘤发生发展中多重作用的研究中，除了IL-33对肿瘤细胞本身的影响，其对肿瘤微环境的影响也是研究热点之一。

3.1 IL-33/ST2对肿瘤细胞的影响

一部分研究发现IL-33可通过肿瘤细胞自分泌促进肿瘤的增殖及转移。在胃癌的研究中发现IL-33/ST2途径磷酸化ERK，增加基质金属蛋白酶3(matrix metallo proteinases 3，MMP3)及IL-6的分泌，从而促进胃癌细胞侵袭与迁移[3,23]。结肠癌小鼠模型中发现IL-33通过活化c-Jun促进结肠癌细胞干细胞特性，IL-33刺激细胞球形成，通过阻止化疗诱导的肿瘤细胞凋亡而增强肿瘤细胞对5-FU的耐药性[24]。Zhang等[25]研究发现，IL-33在ST2-NF-κB信号通路中通过上调MMP2和MMP9参与胶质瘤细胞的迁移和侵袭。肾细胞癌中，IL-33的表达增加与肿瘤TNM分期有关，与预后呈负相关；IL-33可通过其受体ST2激活肿瘤细胞中JNK信号促进肾癌细胞增殖和化疗抵抗[26]。卵巢癌的研究中发现IL-33和ST2在卵巢肿瘤中高度上调，并通过调节ERK和JNK信号转导通路促进卵巢癌的增殖与迁移[27]。同样，研究发现IL-33和ST2在人乳腺癌组织及血清中的表达均高于正常乳腺组织，IL-33是乳腺上皮细胞增殖和肿瘤发生过程中的一个关键肿瘤启动子，IL-33/ST2级联诱导MEK-ERK活化、JNK-cJun和STAT3信号通路，阻断乳腺癌细胞中IL-33/ST2途径可使致瘤性减弱[28]。以上研究均提示，肿瘤细胞可分泌IL-33经不同的下游信号通路促进肿瘤自身的发展，而下调IL-33或阻断IL-33/ST2途径可抑制肿瘤生长，这为肿瘤的靶向治疗提供了可能的切入点。

除了来源于肿瘤细胞外，IL-33还可以通过旁分泌的方式参与肿瘤的生长。癌相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)是头颈部鳞癌发生最关键的细胞，潜在促进肿瘤细胞增殖、侵袭和转移。这些CAFs释放的IL-33通过诱导上皮细胞间质转化从而促进鳞癌细胞的迁移和侵袭；此外，IL-33可通过正反馈诱导其基因在鳞癌细胞中表达[6]。该研究同时发现，CAFs中和肿瘤细胞中的IL-33 表达越高，患者存活率更低，而降低IL-33活性能减弱CAFs诱导的恶性表型。虽然这些数据表明IL-33可能促进头颈部鳞癌的发生，仍需要进一步研究来确定依赖于IL-33的下游关键因素。而验证这些初始数据最重要的体内实验正是目前所缺乏的。

3.2 IL-33影响肿瘤微环境

肿瘤微环境为肿瘤发展、局部浸润和转移提供了一个重要的孵化环境。这个环境可以通过不同的因素调节，包括促肿瘤细胞因子或抗肿瘤细胞因子，IL-33作为警报器放大先天免疫反应，已被证明在不同类型的炎症性疾病中有助于调节肿瘤发生。体外试验及体内模型试验发现其在肿瘤发生、发展以及对治疗的抵抗中发挥不同的作用。

IL-33在肿瘤血管形成及浸润中发挥重要的作用。Choi等[29]证明IL-33是内皮细胞的激活剂，能促进血管新生及NO依赖性内皮血管通透性增加，可能参与肿瘤的发生发展。Akimoto 等[30]发现sST2可以通过抑制IL-33依赖的局部和全身的肿瘤血管生成使肿瘤血管密度下降。舌鳞状细胞癌患者中，IL-33或ST2高表达预示着更差的预后，IL-33在这些肿瘤中的高表达也与基质中的微血管相关[31]。乳腺癌的研究中发现IL-33和ST2表达与血管内皮生成因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达呈正相关，IL-33/ST2通路直接促进肥大细胞VEGF的表达和分泌，且坏死细胞释放IL-33可以促进附近的肿瘤细胞VEGF的表达，导致肿瘤血管生成并促进肿瘤血管密度增加，从而抑制肿瘤坏死[32]。对乳腺癌的这些研究表明，IL-33 / ST2途径除了前面提及的可通过直接激活癌细胞促进乳腺癌发展，也可通过促进肿瘤血管生成促进肿瘤发展。因此，IL-33/ST2途径可能为我们提供了乳腺癌治疗的一个新的靶点。

除了对肿瘤微血管的影响，IL-33/ST2通过作用于多种免疫细胞调节肿瘤微环境参与肿瘤发生发展，如调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)，骨髓来源的抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)以及树突状细胞。研究[33]发现，Tregs在宫颈癌、肺癌、黑色素瘤、乳腺癌、结肠癌等肿瘤中与预后的相关性存在多种情况。Jovanovic等[8]在小鼠乳腺癌模型中给予外源性IL-33可诱导CD4+Foxp3+IL-10+Tregs，抑制树突状细胞成熟、促进免疫耐受，最终通过降低自然杀伤(natural killer,NK)细胞的细胞毒作用而抑制抗肿瘤免疫，促进肿瘤生长转移；而敲除ST2可抑制乳腺癌转移，这与NK细胞杀伤活性增强及Th1和Th17细胞因子增加相关。同样地，肺癌的研究中发现IL-33促进肺ST2+Tregs细胞的增加，从而促进肺转移性肿瘤生长[34]。Wang等[35]研究发现非小细胞肺癌IL-33的表达与M2巨噬细胞相关基因、Treg相关基因及Ki67增殖指数的表达呈正相关，IL-33沉默可使肿瘤相关巨噬细胞减少并减弱Tregs在肿瘤微环境的免疫监视功能。He等[36]研究发现在APC(Min/+)小鼠结肠癌模型中，过表达IL-33可促进Tregs的增殖，从而增加Th2细胞因子环境，诱导并促进巨噬细胞向M2型极化，增加肠道肿瘤负荷。在结直肠癌中，结直肠癌组织通过产生IL-33作用于肥大细胞及MDSCs表面的ST2受体将其募集至肿瘤相应部位而发挥免疫作用。此外，IL-33促进肿瘤附近的CD11c+树突状细胞分泌促肿瘤发生的IL-6从而介导肿瘤进展[37]。这些研究表明IL-33/ST2信号通路通过介导分泌Th2型细胞因子与各种基质细胞相互作用，共同维持肿瘤微环境中Th2型免疫的优势。

然而，肿瘤发展的过程也可以引发抗肿瘤免疫反应。IL-33/ST2可以通过促进CD8+T介导Th1型免疫应答抑制肿瘤生长。Th1型免疫应答是细胞介导免疫的重要成分，包括肿瘤诱导产生INF-γ的Th1细胞，细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocytes，CTL)，NK T细胞和γδT细胞，这些细胞可限制肿瘤生长和转移[38]。Lee等[39]发现过表达IL-33的转基因荷瘤小鼠通过介导NF-κB信号途径促进CD8+T细胞和NK细胞的增殖和活化，诱导过表达IL-33的肿瘤产生IFN-γ，介导有利于肿瘤排斥反应的微环境，抑制B16黑色素瘤以及Lewis肺癌的肺转移。Gao等[40]联合使用人乳头状瘤病毒HPV16 E6/E7包被DNA疫苗的研究中发现，IL-33作为免疫佐剂促进CD8+T细胞大量扩增，并增强肿瘤抗原特异性Th1细胞和CD8+T细胞的免疫作用，诱导荷瘤小鼠产生强烈的抗肿瘤免疫应答，从而抑制肿瘤生长甚至导致肿瘤消退。Dominguez等[41]的研究同样发现重组IL-33全身给药可通过激活髓样树突细胞，增强抗原呈递，促进抗肿瘤CD8+T细胞的扩增和效应作用，抑制小鼠黑色素瘤的生长。发展中的肿瘤本身可以通过招募CTL，Th1细胞和NK细胞来促进抗肿瘤免疫反应[42]，从而影响肿瘤细胞的生长和进化。抗肿瘤反应是肿瘤微环境的一个重要组成部分，以上研究显示IL-33在某些肿瘤中可能抑制肿瘤生长，然而IL-33/ST2在肿瘤微环境中如何改善癌症监测以及如何发挥抗肿瘤免疫作用仍需要更深入的研究。

以上研究发现IL-33/ST2可能在肿瘤发生中起双重作用，一方面通过诱导Th2型细胞因子释放及促进瘤内免疫抑制细胞的积累从而促进瘤内血管生长及肿瘤细胞的增殖及转移；另一方面通过促进CD8+T细胞和Th1型免疫反应，抑制肿瘤生长。IL-33通过对多种免疫细胞的作用同时放大Th1和Th2型免疫效应，可能在不同的肿瘤微环境及免疫背景下IL-33发挥不同的作用。因此，若要将IL-33/ST2最大限度运用到肿瘤诊断及治疗，关键在于肿瘤微环境的研究及如何平衡其在Th1/Th2免疫应答中的作用，这将成为未来肿瘤研究的关注点。

4 IL-33在肿瘤中的治疗策略

了解IL-33的直接和间接影响对于疾病治疗意义重大，特别是在癌症免疫疗法领域。目前的癌症免疫疗法包括细胞因子、单克隆抗体和增强淋巴细胞现有的抗肿瘤免疫反应[43]。基于细胞因子的免疫疗法在恶性肿瘤治疗中的作用研究广泛。在哪些类型的癌症中IL-33发挥促肿瘤作用迄今为止存在争议。也有许多临床前研究证明了IL-33作为Th1细胞因子的抗肿瘤作用，其临床效果仍然有限。由于IL-33在反应、激活或耐受、抑制等情况下都能驱动免疫系统，IL-33在免疫系统活性状态中直接免疫反应和最终结果也有待进一步研究[44]。癌症治疗应准确分析肿瘤患者连续的免疫反应，使得适当、精准的治疗与免疫变化同步[45]。近年来，已有研究显示小鼠疫苗接种时，IL-33可以在抗肿瘤免疫反应中起免疫佐剂的作用。然而，IL-33用于免疫调节或疫苗接种可能存在一些挑战，高IL-33含量可能在小鼠中导致致命的炎性疾病[46]。因此，可能很难找到合适的IL-33剂量在抗肿瘤特异性免疫反应中避免炎症的加剧，这可能会限制其在疫苗接种中的使用。在乳腺癌中，大多数患者雌激素受体表达阳性，用他莫昔芬治疗此类患者预后明显改善。而另一研究发现IL-33是导致乳腺癌他莫昔芬耐药的关键因素，可使他莫昔芬疗效受损，而敲降IL-33可消除这种影响[47]。类似研究在肺癌、胃癌、转移性前列腺癌及胶质母细胞瘤也得到证实[48]。这些发现提示IL-33与肿瘤发病机制之间存在新的联系并有望优化临床治疗实践。

5 展 望

细胞因子的调节是肿瘤发生发展的重要组成部分，直接关系到肿瘤免疫和肿瘤进展。随着研究者们对IL-33的不断探究，IL-33/ST2通路在多种疾病中的发生机制逐渐成形，与多种肿瘤的发生发展之间的联系也日趋明朗。然而，许多问题仍未解决，如监管元素、生物活性形式和内部平衡。IL-33在肿瘤发生发展中的确切作用和免疫应答的机制尚未完全明确，IL-33/ST2通路与肿瘤微环境的关系、其促进下游炎性因子、促瘤因子的分泌、如何调节肿瘤上皮细胞和基质细胞免疫反应等问题有待进一步探究。目前仅在对哮喘的治疗上将IL-33靶向抗体纳入临床试验，还有更多疾病等待我们去探索，但应注意IL-33导致其他炎症反应和致癌的可能性。IL-33/ST2信号传导可能在肿瘤发生的不同阶段起作用，包括肿瘤生长或转移，需要更多的遗传工具来系统地剖析该途径在癌症发展的特定时间点的作用。目前肿瘤发病率及病死率均占世界首位，严重影响人类健康及生活质量，探索其发病机制及开发安全有效的药物依然任重而道远，相信IL-33的研究能够为肿瘤的早期诊断、治疗以及监测预后开辟一条新的途径。

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