炎症介质及炎症细胞因子在结直肠癌发生发展中作用的研究进展

霍瑞雪，崔宇，吴晓静，王弋嘉，王凤玮

天津市人民医院，天津 300000

结直肠癌(CRC)是全世界最常见的恶性肿瘤之一，近年我国CRC的发病率和病死率均呈上升趋势，此病发病机制复杂，其中慢性炎症是导致CRC发生发展的重要危险因素。肿瘤微环境中的炎症细胞及炎症因子可促进炎症发生，进而促进肿瘤生长[1,2]。细胞因子是机体受到体内外各种刺激后，由体内各种细胞分泌出来的多种小分子蛋白质或多肽，其与细胞表面的受体相结合，进而发挥生物学效应，其中参与炎症反应的细胞因子称为炎症细胞因子，简称炎症因子。在炎症过程中，由体液产生或由细胞释放的，参与或介导炎症反应的化学物质称为炎症介质，其范围比炎症因子更为广泛。在CRC患者中，肿瘤相关的炎症，不论是局部还是全身的炎症反应，都被认为与肿瘤坏死和预后有关[1,3]。机体对肿瘤的反应是一个炎症及损伤修复的复杂过程。研究[3]发现，肿瘤周围的炎症细胞和细胞因子并不是有效抗肿瘤的反应，而更可能起到促进肿瘤生长、进展和免疫抑制的作用。免疫细胞通过分泌的生物活性因子——炎症介质及炎症因子发挥强大生物学效应，可介导多种免疫反应，如生长因子、趋化因子、促血管生成因子、胞外基质转化酶等，来浸润肿瘤微环境达到患癌的风险[4]。一方面，炎症介质及炎症因子可以调节局部肿瘤微环境和影响正常器官的慢性全身炎症反应[5]；另一方面，某些细胞因子也可抑制炎症产生，对机体起到抑制肿瘤生成的保护作用。此外，肿瘤易感性和严重程度可能与炎性细胞因子基因的功能多态性有关，且炎症细胞因子的缺失或抑制反过来会阻止肿瘤的进展[3]。现就炎症因子及炎症介质在结直肠癌发生发展中的作用研究进展情况作一综述。

1 肿瘤坏死因子(TNF)

TNF是由单核/巨噬细胞产生的一类与细胞增殖、分化、死亡、炎症反应、自身免疫及肿瘤生成有关的促炎症因子，其在炎症发生与促肿瘤生成方面发挥作用[1,6]。TNF-α可促进氧化应激介导的DNA损伤，诱导内皮细胞增殖，调节各种促血管生成因子(如VEGF)的表达促进血管生成，也可刺激TGF-β诱导的EMT(上皮间质转化)，通过诱导迁移黏附分子的表达促进组织侵袭和转移[6]。其也与IBD患者的RONS生成有关，RONS诱发突变的潜能与p53抑制基因的早期突变一起，有可能增加与基因改变有关的累积风险，从而导致UC患者的癌症发生[7]。众所周知，NF-κB作为促炎症转录因子，是炎症进程中的中心激活剂，并决定性地促进肿瘤细胞生存、增殖、侵袭、血管生成和转移。TNF-α可增强肿瘤发生的炎症通路如NF-κB信号通路，进而刺激恶性细胞增殖[8,9]。中和TNF在小鼠模型及患者中对于IBD具有保护作用。此外，抗TNF单克隆抗体已被证明可有效治疗克罗恩病和溃疡性结肠炎[10]。

2 干扰素(IFN)

IFN-γ主要由活化T细胞和NK细胞产生，也称为Ⅱ型干扰素。在UC相关癌症患者中，IFN诱导的基因家族1-8U被过表达。在IBD患者中已经观察到IFN-γ+细胞的升高，而IFN-γ缺陷的裸鼠不会发展为DSS诱导的结肠炎，因此认为IFN-γ可能会促进慢性炎症反应。在IL-10缺陷模型中，小肠结肠炎和肿瘤形成依赖于IFN-γ的参与，并且阻断中和抗体可防止低龄小鼠结肠炎和癌症发生，证明了IFN-γ作为早期炎症诱导剂的作用[11]。在AOM/TNBS-CAC鼠模型中，Osawa等证实IFN-γ-/-小鼠比野生型或IL-4-/-小鼠产生更多数量的肿瘤，说明了IFN-γ的抗肿瘤免疫反应。这可能由于IFN-γ可以通过抑制癌细胞的细胞生长和诱导细胞死亡，对癌变和肿瘤生长具有免疫刺激和免疫调节作用[12]。因此IFN-γ的双向促进或抑制肿瘤生成的作用还有待于进一步研究证实。

3 白细胞介素(IL)

IL是指在白细胞或免疫细胞间相互作用的淋巴因子，其在传递信息，激活与调节免疫细胞，介导T、B细胞活化、增殖与分化及在炎症反应中起重要作用。

3.1 IL-1 在CRC微环境中，IL-1是IL-17信号传导途径的关键调节因子。上皮细胞中IL-1受体(IL-1R1)的遗传缺失可减轻CRC的APC模型中的肿瘤发生，证明了IL-1信号传导在早期肿瘤生长中的作用。IL-1R1的T细胞特异性消除减少了依赖于IL-17和IL-22的肿瘤诱发的炎症，从而减少了CRC进展。IL-1R1消融可导致细菌侵入肿瘤，增强炎症和侵袭性CRC进展[13]。最近研究显示，可通过削弱巨噬细胞依赖性的IL-6分泌，进而阻断IL-1β的活性来降低小鼠肿瘤发生[14]。并且IL-1受体拮抗剂Bermekimab已在CRC治疗中初见疗效[15]。这些发现意味着IL-1在结肠炎症发生中起着重要的作用。

3.2 IL-6 IL-6可诱发氧化应激，并且是结直肠腺瘤及早期肠炎相关性肿瘤生成中的重要促进因子。已观察到，CRC患者的循环IL-6浓度升高。而动物模型中，TAMs产生的IL-6可促进CAC生成，其通过调节局部和全身炎症反应及血管生成，促进肿瘤进展和转移[5]。试验证实在CRC细胞系中，IL-6与可溶性IL-6受体(sIL-6R)结合，形成IL-6-sIL-6R复合物，通过与表面分子gp130结合，激活肠道靶细胞，阻止肿瘤细胞凋亡，导致重要的肿瘤生成转录因子—STAT3的磷酸化，进而正向调节癌胚抗原相关细胞黏附分子5和6(CEACAM5，CEACAM6)。已知CEACAM5和CEACAM6与肿瘤细胞的黏附，浸润，失巢凋亡，侵袭和转移均相关，是预后不良的危险因素。在AOM/DSS诱导的CAC模型中，IL6-/-小鼠较野生型产生更少的肿瘤，并且在肠上皮细胞(IECs)中观察到增殖减少及更多凋亡。对IL6-/-小鼠再给予重组的IL-6后，肿瘤数量和大小都会增加。并且，应用单克隆抗体阻断IL-6信号通路，对抑制慢性肠道炎症起到一定作用[8]。

3.3 IL-8 IL-8是中性粒细胞和巨噬细胞特异性趋化因子CXC亚家族成员，在急性炎症反应期间可作为中性粒细胞和巨噬细胞的化学引诱物。IL-8有促分裂，血管生成的作用，其通过MMP的相关表达，影响肿瘤细胞运动性，从而增强侵袭力。IBD患者中IL-8水平升高，同时，结肠癌细胞也表达IL-8。在肠癌患者中，分化程度越低，IL-8表达水平更高。此外，IL-8与结肠癌细胞系的转移潜能直接相关。IL-8在HCT116和Caco2细胞系中的过度表达导致增殖及细胞迁移和侵袭增加。在肿瘤异种移植模型中，过表达IL-8的细胞形成更大的肿瘤并显示更高的微血管密度。人肠道微血管内皮细胞可通过CXCR2受体产生对IL-8的应答，从而显示出血管生成的作用。此外，被TNF-α诱导的IL-8能够促进EMT[16]。因此，过表达IL-8的结肠癌细胞系显示出更强的增殖、转移和血管生成能力。

3.4 IL-10 IL-10在免疫应答中，参与Th1向 Th2转化的抗炎作用，且水平受IL-6调节。其主要作用是限制炎症反应，维持胃肠道的免疫稳态。动物研究表明IL-10缺陷小鼠在感染肠道细菌时自发形成结肠直肠癌。在该模型中施用外源性IL10可以预防结肠直肠癌的发展，表明IL-10在炎症和炎症相关性结肠直肠癌起到保护作用[11]。同时研究发现CRC患者的肿瘤含有大量产生IL-10的浆母细胞，其是炎症中Th17的有效抑制剂，是血管形成和上皮细胞增殖的促进剂，这是一种保护CRC患者的机制[17]。

3.5 IL-13 研究表明，通过暴露于Th2细胞因子而活化的巨噬细胞通过各种机制促进肿瘤发展，NKT细胞产生的IL-13可激活这种巨噬细胞。在恶唑酮诱导的结肠炎期间，IL-13利用该机制，诱导其分化成肿瘤支持细胞，富集于肿瘤发展部位导致弥漫的上皮损伤[18]。

3.6 IL-17 IL-17是可以桥接适应性和先天性免疫系统的一类促炎细胞因子。其在活跃的IBD及CRC患者的粘膜和血清中升高[12]。在CAC患者的肿瘤中IL-17过表达且与血管生成及更差的预后有关[19]。同样的，在用AOM和DSS诱导CAC的IL-17缺陷小鼠模型中，与野生型相比，IL-17缺陷小鼠表现出较小肿瘤形成和促炎症指标的减少[20]。在mCRC模型中，IL-17A和IL-17F均利于结肠炎的发病。IL-17A和IL-17F已显示在IBD患者的组织活检中升高，且细胞试验中，IL-17A和IL-17F的缺乏可以显着降低结肠炎的严重程度[21]。另一研究显示在DSS结肠炎模型中，发现IL-17F可能通过抑制血管生成进一步抑制结肠肿瘤发生[16]。因此IL-17不同亚型的作用也许并不一致，还需更多证据验证。

3.7 IL-21 IL-21曾被认为具有增强细胞毒性免疫应答的能力及抗肿瘤作用，然而最近研究显示，IL-21在UC和CD患者的结肠粘膜中过度产生，在UC相关结肠癌患者的肠道以及CAC小鼠中均可观察到高水平的IL-21表达。与野生型小鼠相比，IL-21缺陷型小鼠发生结肠炎较轻，粘膜损伤减少，T细胞浸润减少以及IL-6和IL-17A产生减少，且IL-21敲除小鼠表现为更少和更小的肿瘤。IL-21被认为可维持肿瘤和瘤周区域CD4+T细胞浸润，并增强IL-6和IL-17A的产生以及STAT3活化。另一相关研究也显示IL-21通过增加肿瘤细胞增殖，损伤对癌细胞特异性的CD103+CD8+细胞毒性T细胞的抗肿瘤反应促进CAC[22]。

3.8 IL-22 有证据表明IL-22在IBD的实验模型中有重要的保护作用。CRC患者IL-22表达水平相较于健康对照组明显增高[12]。在TCRα-/-小鼠中，IL-22过表达可降低疾病评分。在DSS结肠炎中，阻断IL-22途径会导致粘膜延迟恢复和损伤增加。另外，IL-22可以早期控制致病微生物群，诱导趋化因子和各种抗菌肽，其缺陷会增加结肠炎风险。总之，IL-22在维持上皮屏障的完整性方面起一定作用[23]。

4 生长因子

转化生长因子-β(TGF-β)由T淋巴细胞和肿瘤上皮细胞产生。TGF-β在结直肠中的作用是一把“双刃剑”。一方面，在AOM/DSS处理后，T细胞中TGF-β的过表达导致小鼠结肠中肿瘤发展的显着减少，表明TGF-β通过向T淋巴细胞发信号来抑制结肠炎诱导的CRC。TGF-β缺陷的T细胞产生更多IL-6，其反过来通过激活STAT3信号促进肿瘤细胞生长和存活。TGF-β也向基质成纤维细胞发出信号以抑制癌症的发生和促进。另一方面，已观察到IBD或CRC患者中TGF-β水平升高，TGF-β可通过促进EMT，加强CAC的侵袭性，在肿瘤生成的末期制造免疫耐受的微环境来促进肿瘤生长[24]。血管内皮生长因子(VEGF)：普遍认为血管生成是癌症发生的重要过程，而 IBD患者的粘膜组织显示出更高的微血管密度，这被认为是与VEGF诱导的炎症表达增加相关。CAC患者的肠上皮细胞中显示出活化的VEGFR，且在CAC小鼠模型中，阻断VEGFR2可以抑制肿瘤发展，血管生成和细胞增殖[25]。低氧诱导因子(HIF)-1可在低氧条件下被激活并促进肿瘤生成。最近的证据表明，促炎刺激物(包括细胞因子和生长因子)，也可以在正常氧条件下激活HIF-1α并调节缺氧相关基因的转录。在肿瘤坏死区域和CRC的肿瘤周围炎症中发现HIF-1α表达升高，表明缺氧与炎症反应之间存在关联[26]。

5 集落刺激因子

研究显示，CRC患者中粒细胞—巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)水平随着疾病进展逐渐增加。此外，与K-ras阴性和健康对照患者相比，K-ras阳性患者中GM-CSF水平显着较高。GM-CSF参与多种细胞内信号传导途径的激活，包括JAK/STAT，RAS/ERK和PI3K/AKT等信号通路。异常GM-CSF信号传导在疾病发生，进展和恶性转化过程中驱动不适当的细胞生长和存活。此外，它可以通过激活NF-κB和抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表达来诱导细胞存活[12]。

6 趋化细胞因子(CCL)

CCL作为一种炎症细胞因子在腺瘤中表达失调[27]。在多因素回归分析中，血清CCL1、CCL20、CCL24、CX3CL1等的高水平表达与CRC特异性病死率的增加有明显联系。且经过临床协变量的调整，CCL1、CCL15、CCL20、CX3CL1、CXCL13等与总病死率明显相关[28]。已知CCL20是一种通过结合其受体CCR6参与指导淋巴细胞迁移的趋化因子。CCR6在CRC和相关的肝转移中均显着上调，数据表明其在CCR6+肿瘤细胞募集至远处转移部位中发挥作用。CXCL1的表达在结直肠腺瘤和腺癌中上调，其抑制细胞凋亡并与纤维蛋白-1的表达负相关，并且与CRC体外和体内的血管生成相关。CCL5可驱动T细胞和单核细胞的迁移和激活，其表达增加与许多恶性肿瘤相关。CCL19和CCL21是共享受体CCR7的结构上相关的趋化因子，它们在继发性淋巴组织的发育中发挥关键作用，其通过与次级淋巴器官内的树突细胞相互作用参与T细胞活化[27]。

综上所述，随着结直肠癌发病率及病死率的逐年增长，对其有效的预防及治疗手段有待深入研究。从多种炎症介质及炎性因子方面回顾了CRC与炎症之间的联系，并讨论了这些联系对癌症预防和治疗的影响。CRC中发现的以TNF-α、IL-6、CCL、VEGF等为代表的大多数炎症介质及炎性因子，比起有效的宿主抗肿瘤反应，更有可能促进肿瘤生长，进展和免疫抑制。此外，炎性肠病相关CRC的发展和严重性可能与炎症介质及炎性因子基因的功能多态性相关，并且某些炎性细胞因子的缺失或抑制可减少癌症的发生。此外，IFN-γ、TGF-β和IL-17对于CRC形成作用尚无统一意见，仍需进一步试验验证。同时，祖国的传统医学博大精深，几千年的实践告诉我们，中医药在结直肠炎症治疗方面效果显著，其或许可通过调节炎症介质或炎症因子，逆转炎症相关过程达到预防及治疗CRC的功效。在未来的研究中，我们可进一步探索针对肿瘤炎症因子的特异性靶向抑制剂。我们相信随着CRC与炎症的面纱逐渐揭开，越来越多的机制和治疗手段将会为CRC患者带来获益。