TLR2和TLR4信号在肿瘤发生和发展中的作用及机制的研究进展

杨庆利 冷 静

(广西中医药大学，广西高发传染病中西医结合转化医学重点实验室，南宁 530200)

一般认为，Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)通过识别病原生物的病原相关分子模式介导天然免疫应答，在抗病原生物感染中发挥重要作用，与肿瘤的发生、发展密切相关，直接影响肿瘤患者预后[1]。但TLRs信号对不同肿瘤发生的影响不同，其机制涉及多个环节。本文重点分析与肿瘤密切相关的TLR2和TLR4信号的作用及机制。

1 TLR2和TLR4信号活化抑制肿瘤发生发展

1.1通过活化T细胞发挥抗肿瘤作用 研究发现，某些特殊的TLR2和TLR4激动剂可通过活化T细胞发挥抗肿瘤效应，如丹参多糖可促进T细胞TLR1、TLR2和TLR4基因表达，通过活化TLRs-MAPK-NF-κB信号途径调控T细胞功能，并以剂量依赖的方式促进癌症患者T细胞增殖并显著提高细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)的抗肿瘤作用[2]。在肿瘤微环境中，肿瘤细胞、基质细胞、树突状细胞(dentritic cell，DCs)、肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAMs)、T细胞、骨髓来源抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)等均表达TLR4。TLR4配体可通过MyD88依赖性途径促进DCs成熟，诱导Th1抗肿瘤免疫应答[3]。

研究者从合成化合物库中发现了一种新型小鼠和人TLR1/TLR2受体激动剂Diprovocim，可通过活化TLR1/TLR2-MAPK-NF-κB信号途径促进C57BL/6J小鼠腹膜巨噬细胞、骨髓来源树状突细胞、人PMA诱导分化的THP-1髓样细胞和外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)产生TNF，且其活化TLR1/TLR2的效率高于Pam3CSK4。Diprovocim还可作为佐剂增强特异性抗体和CTL应答，并与PD-L1抗体协同高效抑制B16黑色素瘤在C57BL/6J小鼠体内生长，机制为Diprovocim通过活化APCs 的TLR1/TLR2信号诱导抗原递呈/协同刺激分子和细胞因子表达，促进抗原特异性CD4+和CD8+T细胞增殖与活化，同时清除肿瘤微环境中的主要免疫抑制因素[4]。ZOM等[5]对TLR2配体Pam3CSK4进行改造制备出TLR2新型配体Amplivant(AV)，AV与合成的长链多肽联合作为肿瘤疫苗有效诱导小鼠DCs成熟，高效启动T细胞抗肿瘤免疫过程。AKAZAWA等[6]基于TLR2配体Pam2Cys(P2C)的基本结构对其进行改造，制备出TLR2新型配体P2CSR11和P2CSK11，使其通过长阳离子多肽部分与接受辐射的肿瘤细胞结合，制备出结合P2CSR11和P2CSK11的模拟细菌的肿瘤细胞(bacteria-mimicking tumor cells,BMTC)，该BMTC在体外可被DCs有效吞噬并诱导抗原交叉递呈，并作为肿瘤疫苗在小鼠体内诱导有效的肿瘤特异性CTL反应，抑制肿瘤生长。SHER等[7]针对人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)E6和E7致癌蛋白制备了无致癌活性的重组脂化HPV16 E6和E7突变体(rlipo-E6mE7m)，该脂化突变体可作为治疗性疫苗通过TLR2活化APC，诱导E6和E7特异性T细胞增殖和CTL反应，抑制C57BL/6荷瘤小鼠TC-1肿瘤生长。综上所述，TLR2信号活化可通过增强肿瘤特异性T细胞的毒性发挥抗肿瘤效应。基于该理论，研究者制备出分别融合TLR2胞内TIR区且靶向CD19和间皮素的特殊CAR-T细胞1928zT2和m28zT2，其在体外和体内均显示出良好的抗CD19+白血病细胞和表达间皮素的实体肿瘤效应[8]。

1.2通过促进细胞凋亡发挥抗肿瘤作用 研究发现，植物乳杆菌NCU116 的胞外多糖可上调TLR2表达，并通过TLR2信号活化的、c-Jun依赖的、并由Fas/FsaL介导的途径促进小鼠结直肠癌上皮细胞系CT26凋亡，抑制肿瘤细胞增殖，但具有细胞(系)选择性[9]。ERIKSSON等[10]发现，TLR1和TLR2在急性髓性白血病CD34+CD38-原始细胞中表达上调，该TLR1/2受体复合物可被其Pam3CSK4活化，使人AML细胞发生p38 MAPK依赖性Caspase-3活化，诱导细胞凋亡和依赖于NF-κB的髓样分化，但均不依赖于p53。Pam3CSK4-TLR1/2信号所引发的抗白血病效应具有选择性，表现为抑制小鼠和人白血病细胞增殖，而对正常造血干细胞和祖细胞影响较小。

1.3其他抑制肿瘤发生发展的机制 研究发现，某些特殊类型的TLR2/4激动剂具有活化NK细胞的作用。如光棘球海胆卵多糖可在体内通过TLR2和TLR4活化裸鼠和C57BL/6J小鼠脾脏CD3-NK1.1+细胞和NK细胞，可促进Lewis肺癌(LLC)荷瘤C57BL/6J小鼠NK1.1+细胞增殖及IL-2和IFN-γ分泌，通过促进NK细胞介导的细胞毒效应抑制肿瘤生长，还可通过活化NK细胞TLR2和TLR4信号的方式显著抑制人非小细胞肺癌H460荷瘤裸鼠肿瘤生长[11]。

研究发现，TLR2信号活化还可中和/抑制活性氧产物(reactive oxygen species,ROS)，预防ROS引起的DNA损伤，抑制肝细胞癌发生。该作用通过“ROS感应机制”即ASK1/p38 MAPK/NF-κB途径，诱导突变的衰老细胞死亡。同时，中和ROS反应可抑制未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)和UPR-JNK途径活化，不利于细胞存活[12]。

除此之外，卡介苗治疗膀胱癌的机制与TLR2信号活化并促进抗菌肽产生有关，通过卡介苗与TLR2结合诱导膀胱癌细胞ERK1/2磷酸化促进c-Jun、p65和Pol 等与AMP启动子结合[13]。DING等[14]发现，新型TLR受体激动剂——“与麦芽糖结合蛋白融合的重组幽门螺杆菌中性粒细胞活化蛋白(rMBP-NAP)” 在小鼠模型中具有抗肿瘤功能，且rMBP-NAP可促进肺癌患者PBMCs TLR2表达，并促进其产生IFN-γ、IL-2、TNF-α和IL-12，可能与TLR2信号活化有关，对肺癌具有潜在治疗价值。

2 TLR2和TLR4信号活化促进肿瘤发生、发展

2.1促进肿瘤转移的TLR2和TLR4信号可诱导转移相关基因表达 研究发现，TLR2和TLR4表达水平与胃癌、结直肠癌、胰腺导管腺癌、乳腺癌和口腔鳞状细胞癌等转移密切相关，其表达对预测肿瘤预后具有重要价值[15-18]。25-羟基胆固醇(25-Hydroxycholesterol，25-HC)在体外可以剂量依赖方式促进AGS胃癌细胞系TLR2 mRNA表达，并通过活化TLR2/NF-κB途径促进细胞基质金属蛋白酶类(metrix metalloproteinases,MMPs)表达，促进胃癌细胞在体外和体内的迁移[15]。另外，TLR4在乳腺癌组织表达上升，LPS刺激可活化乳腺癌细胞PI3K/Akt/GSK3β信号途径，促进β-catenin靶基因表达，导致肿瘤转移[19]。在LPS刺激下与宫颈癌进展和转移密切相关的异黏蛋白在TLR4阳性的乳腺癌细胞中大量表达[3]。这些特殊基因均由TLR2和TLR4信号活化诱导表达，可促进肿瘤转移。

2.2HMGB1活化TLR2和TLR4信号抑制抗肿瘤免疫应答 研究发现，由外泌体或坏死细胞释放的损伤相关分子模式，如高迁移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)、热休克蛋白(heat shock proteins,HSPs)家族等均可被TLRs识别，参与免疫应答过程[20]。小鼠肿瘤细胞释放的自噬体可通过其膜结合的HMGB1活化B细胞TLR2信号，通过MyD88/NF-κB途径促进IL-10产生，使脾脏B细胞分化为可产生IL-10的调节性B细胞(IL-10+B regs)，抑制CD4+和CD8+T细胞应答和抗肿瘤免疫反应。而TLR4信号不参与HMGB1 诱导IL-10+Bregs产生[21]。YE等[22]对肝细胞癌的研究表明，肿瘤细胞外泌体来源的HMGB1可活化TLR2/4-MAPK信号途径，促进B细胞增殖活化并表达TIM-1蛋白，活化的TIM-1+Bregs的表型为CD5highCD24-CD27-/+CD38+/high，分泌免疫抑制性细胞因子IL-10，抑制CD8+T细胞活性，引发肝细胞癌患者抗肿瘤免疫耐受。CHEN等[23]发现，死亡细胞来源的HMGB1通过活化TLR2受体，在体内和体外促进CD133+胰腺癌干细胞自我更新，维持细胞干性，Wnt/β-catenin信号对该HMGB1-TLR2介导的CD133+胰腺癌细胞干细胞具有促进作用，而TLR4则对HMGB1-TLR2信号起对抗作用。死亡的胰腺癌细胞通过其释放的HMGB1在体外和体内明显促进胰腺癌细胞侵袭和转移，由TLR2信号介导，导致胰腺癌细胞表型上皮间质转化和PI3K/Akt活化[24]。人胃癌细胞系HSC44PE释放的HMGB1可通过TLR2/4、IRAK4和NF-κB途径促进基质成纤维细胞产生IL-1β、IL-6和IL-8等促炎细胞因子，而IL-8可趋化中性粒细胞，通过释放ROS和细胞因子调控肿瘤细胞增殖、转移和血管生成，使肿瘤细胞在此微环境下获得转移能力[25]。

HMGB1还可通过活化TLR4信号促进调节性T细胞(Treg)产生大量IL-10，抑制肿瘤微环境中依赖于CD8+T细胞的抗肿瘤免疫应答。肝癌细胞TLR4高表达与肿瘤组织中CD4+CD25highFOXP3+Treg数呈正相关。中性粒细胞和巨噬细胞的TLR4结合HMGB1后通过IKK-β/α、NF-κB信号活化途径促进VEGF产生，导致肿瘤组织血管生成。另外，作为肿瘤基质细胞表达TLR4的间叶干细胞(TLR4+MSCs)活化后抑制NK细胞NKG2D受体表达、NK细胞增殖和细胞毒性[3]。研究发现，双环倍半萜烯类化合物β-石竹烯可抑制HMGB1-TLR4-NF-κB介导的炎症反应，但其在抗肿瘤免疫应答中的效应尚不明确[26]。

2.3其他促进肿瘤发生、发展的机制 研究发现，细胞外HSP70和HSP70-肽复合物可与TLR2和TLR4蛋白直接特异结合，稳定并上调TLR2和TLR4表达，并通过活化JNK1/2/MAPK信号途径促进细胞周期蛋白D1表达及肝癌细胞系HepG2增殖[16]。HSP70还可通过TLR4促进NF-κB表达并促进肝癌细胞系H22增殖[3]。肽聚糖刺激肺癌A549细胞可通过TLR2信号活化促进FOXP3和VEGF表达，通过抑制局部免疫应答参与肺癌细胞免疫逃逸[27]。研究发现，TLR2 配体Pam2CSK4虽可诱导肿瘤抗原特异性CTL反应，但其还可通过以下机制抑制抗肿瘤T细胞应答，即Pam2CSK4-TLR2信号诱导M-MDSCs分化为成熟的巨噬细胞，并在特异性抗原存在情况下促进DCs对CD8+T细胞的活化，成熟的巨噬细胞在活化的CD8+T细胞分泌的IFN-γ刺激下产生iNOS/NO，抗肿瘤CTL反应[28]。

3 小结

TLR2和TLR4激动剂的来源、结构和性质具有多样性，其信号活化后的效应具有多重性，不仅活化抗肿瘤免疫效应，还通过多种机制促进肿瘤进展。TLR2和TLR4对某些肿瘤发生的作用相反，如肉类摄入可能活化肠黏膜上皮细胞包括TLR2在内的TLRs信号，通过NF-κB介导促炎症反应，并与结直肠癌发生密切相关，而粗纤维类食物摄入可能活化TLR4信号，通过上皮细胞产生IL-10和环氧酶2防止结直肠癌发生[29]。

TLR2和TLR4信号活化对肿瘤发生、发展的影响广泛，调控和协同机制复杂，众多环节尚不明确。研究发现，TLR2-MyD88信号活化增强CD8+T细胞反应受体4-1BB等协同刺激受体信号调控，4-1BB与TLR1/TLR2信号协同可促进CD8+T细胞的抗肿瘤免疫作用[30]。PALANI等[31]发现，在口腔鳞状细胞癌和癌前病变标本中，TLR2和腺苷酸受体A2a共同表达，且TLR2配体可刺激TLR2高表达细胞A2a，在TLR2高表达的口腔鳞状细胞癌细胞中，TLR2/1、TLR2/6和A2a在相应激动剂的协同作用下可有效活化ERK1/2，导致c-FOS积累、细胞增殖和Caspase-3活性降低，促进口腔鳞状细胞癌发展[31]。而血液循环中单核细胞TLR4信号活化导致其向肿瘤部位聚集成为TAMs，并通过TLR4/NF-κB途径促进MMP9、TNF-α、VEGF等表达，但机制尚不明确。另外，HMGB1作为TLR4的配体通过活化TLR4抑制CD4+CD25-常规T细胞增殖，但却促进CD4+CTL细胞活化，但CD4+CTL细胞对肿瘤细胞的作用尚不明确[3]。综上所述，免疫活性细胞和肿瘤细胞TLR2和TLR4信号活化的效应明显不同，二者在肿瘤微环境中功能状态的相互影响和调控机制等仍需深入研究。该领域的研究进展对以TLR2和TLR4信号通路为靶点的新型抗肿瘤药物研发具有重要价值。