IFN-γ介导肿瘤免疫逃逸分子机制的研究进展

杨忖卿，庞博，刘贵建

(中国中医科学院广安门医院检验科，北京 100053)

1965年，Wheelock[1]首先发现，植物凝血素可以刺激白细胞产生一种抗病毒物质，即γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)。随后，关于IFN-γ的很多研究均集中在抗病毒和调节免疫方面。研究者发现，IFN-γ与肿瘤免疫密切相关[2]，其作为辅助疗法联合手术或传统化疗方法进行的临床试验，部分显示出较好的效果。如用于治疗膀胱癌和黑素瘤癌症时，IFN-γ可以提高患者的生存率[3]；IFN-γ联合化疗提高了耐药肺结核患者的治疗效果,加快其康复进程[4]；同时，IFN-γ对皮肤T细胞和B细胞淋巴瘤患者的治疗也显示出较好的临床获益[5-6]。但也有试验显示，IFN-γ的治疗并未有明显临床获益，甚至由于较大的不良反应或更差的临床结局而被中止。如在卵巢癌患者中，IFN-γ联用卡铂/紫杉醇组患者的生存期短于单独卡铂/紫杉醇化疗组[7]。以IFN-γ下游基因表达作为IFN-γ评分，神经胶质瘤患者的生存期与IFN-γ评分呈显著负相关[8]。IFN-γ治疗黑色素瘤的临床试验因临床结局更差而终止[9]。另一项研究也表明，IFN-γ在结肠癌术后作为辅助治疗未显示出期待的疗效[10]。

近年来研究发现，肿瘤细胞可以对IFN-γ依赖的免疫监视出现低反应性，而IFN-γ及其调控的一些下游分子也具有免疫抑制作用，甚至IFN-γ自身也可以促进某些肿瘤的生长和进展[11]，这或许能部分解释那些IFN-γ抗肿瘤临床试验不理想的结果。现就肿瘤细胞通过对IFN-γ正常免疫监视作用的干扰，以及利用IFN-γ介导的免疫抑制作用实现免疫逃逸的研究进展予以综述。

1 肿瘤细胞对IFN-γ依赖的免疫监视出现低反应性

在IFN-γ发挥正常免疫监视功能的情况下，肿瘤细胞可通过负调控IFN-γ通路或表现出对IFN-γ下游介导的免疫杀伤效应不敏感来逃避免疫监视。当肿瘤细胞的Src同源酪氨酸磷酸酶(Src homology phosphotyrosyl phosphatase 2，SHP2)或细胞因子信号抑制物(suppressor of cytokine signalings，SOCSs)过度激活时，可以促进肿瘤细胞对IFN-γ依赖的免疫监视产生逃逸作用。SHP2、信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)的蛋白质抑制剂以及SOCSs等可以对IFN-γ通路进行负调控。其中，SOCSs家族成员在未受IFN刺激的细胞中通常表达水平较低，但在IFN刺激后可迅速活化并抑制Janus激酶-STAT信号通路的活化，形成经典的负反馈环路[12]。SHP2可使Janus激酶和IFN-γ受体1去磷酸化，阻断IFN-γ的信号转导并直接抑制IFN-γ下游重要分子STAT1的激活。

许多不同类型的肿瘤有SHP2的激活，胃癌发生的诱导因子幽门螺杆菌感染胃上皮细胞后，其分泌的细胞毒素相关蛋白A与SHP2结合，可直接激活SHP2，进而促进幽门螺杆菌感染期间胃上皮细胞IFN-γ的低反应性，从而逃避IFN-γ依赖的肿瘤免疫监视[13]。对于白血病、乳腺癌、口腔癌、喉癌、肺癌、肝癌和胃癌，SHP2均可以出现异常高表达和激活[14]，这不仅可以发生促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信号调节激酶介导的细胞转化，也可能通过干扰IFN-γ通路而实现免疫逃逸。同时，蛋白激酶B介导的糖原合成酶激酶3β的失活也可以导致SHP2激活。此外，IFN-γ通过增加主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ类分子以及与细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)反应相关蛋白的表达而发挥抗肿瘤作用。有报道指出，MHCⅠ类分子和CTL反应相关蛋白的丢失也会造成IFN-γ反应性降低[15]。可见，肿瘤细胞对IFN-γ通路的负调控或对IFN-γ下游介导的免疫杀伤效应不敏感，使得暴露于IFN-γ的肿瘤可能显示出更大的免疫逃逸能力。

2 IFN-γ介导促进肿瘤的生长与进展

IFN-γ除了能发挥免疫监视作用外，在某些条件下，它也能直接或间接发挥介导促进肿瘤发展的作用。IFN-γ/STAT1通路的组成性激活在SOCS1-/-遗传背景的转基因小鼠中是出现自发性结肠癌的必要条件，可能与IFN-γ/STAT1通路下游的环加氧酶2和一氧化氮合酶所引起的炎症环境有关[16]。特异性抗原诱导的细胞毒性T细胞产生的IFN-γ，引起肿瘤细胞发生DNA拷贝数畸变，增加基因组不稳定性，且IFN-γ还可引起肿瘤细胞内甲基化异常，这些均可能促进肿瘤细胞获得更强的耐药性或免疫抗性，同时也促进了肿瘤异质性的形成，不利于肿瘤治疗[17-18]。此外，IFN-γ与肿瘤形成之间的关系也非常密切。在二乙基亚硝胺诱导的小鼠肝癌模型中，与对照组相比，IFN-γ受体缺乏组小鼠的肿瘤发生更少，且肝内细胞因子表达水平和DNA氧化损伤程度也更低[19]。在70%的黑色素瘤中可检测到产生IFN-γ的巨噬细胞，而系统性阻断IFN-γ可显著减少紫外线诱导的自发性恶性黑色素瘤[20]。

有文献报道，一定水平下的IFN-γ通过持久刺激可以促进肿瘤的发生。IFN-γ暴露水平可能有一个不确定的阈值，它可能因肿瘤细胞类型的不同而存在差异。如长期暴露于低水平的IFN-γ可促进H22肝癌、MA782/5S乳腺癌和B16黑色素瘤的生长[21]。有研究指出，IFN-γ至少部分通过上调整合素β3介导的核因子κB信号通路促进胃癌细胞的增殖、抑制肿瘤细胞凋亡、促进肿瘤细胞的迁移和侵袭[22]。同时，IFN-γ还可以上调细胞间黏附分子-1在肿瘤细胞的表达，细胞间黏附分子-1是免疫球蛋白超家族的一种跨膜糖蛋白，参与肿瘤细胞免疫调节、血管生成并促进其侵袭和远处转移，提示IFN-γ可以促进癌细胞向更具侵袭性表型的发展。

此外，IFN-γ对低免疫原性的肿瘤细胞可能存在一定的选择性作用。在IFN-γ缺乏或抗IFN-γ抗体治疗的小鼠中，3′-甲基胆蒽诱导性肿瘤的免疫原性均高于免疫耐受的对照小鼠[23-24]。可见，IFN-γ可能通过持续的免疫压力选择出能够逃避免疫反应的肿瘤细胞，它们由于肿瘤抗原表达水平较低、缺失MHCⅠ类分子表达或抗原加工过程受破坏而导致肿瘤抗原表达缺失[25-26]。在慢性长期的IFN-γ刺激作用下，这种选择的作用可能更为显著，从而使肿瘤抗原特异性T淋巴细胞的激活与功效降低[27]。

3 IFN-γ介导促进肿瘤微环境的免疫抑制

肿瘤的发生发展与机体的免疫系统密切相关，机体免疫系统在识别和杀伤肿瘤细胞时，可发生肿瘤免疫编辑，致使大多数患者对免疫治疗出现耐药性。肿瘤免疫编辑包括对肿瘤细胞的免疫清除、免疫休眠(或平衡)和免疫逃逸三个阶段，在肿瘤免疫编辑过程中，其免疫原性被编辑，致使肿瘤细胞逃避免疫系统的监测，并获得使疾病进展的各种免疫抑制机制，导致肿瘤细胞免疫逃逸产生耐药性。IFN-γ在肿瘤免疫编辑的多个阶段均起重要作用。IFN-γ诱导的肿瘤免疫编辑通过多种机制介导，包括诱导肿瘤抗原丢失、上调程序性细胞死亡配体(programmed cell death-ligand，PD-L)1和吲哚胺2，3-双加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)1等免疫抑制性分子在肿瘤细胞中的表达、募集髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)到达局部微环境等。肿瘤细胞释放的免疫抑制因子及招募来的免疫抑制细胞均有利于其发生免疫逃逸，不受IFN-γ依赖性的免疫监视。

3.1IFN-γ对肿瘤免疫逃逸基因的调控作用 肿瘤细胞发生癌症抗性基因突变，导致对治疗出现恶化反应，从分子水平上解释可能与肿瘤免疫逃逸基因有关。IFN-γ可以诱导许多参与癌细胞免疫逃逸基因的表达，如PD-L1、PD-L2、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4、MHCⅡ类反式激活因子、非经典MHCⅠb类抗原、IDO1、CXC趋化因子配体12等[28-29]。IFN-γ不仅能上调肿瘤细胞的PD-L1和PD-L2，而且也能诱导间质细胞的PD-L1和PD-L2表达，上调的PD-L1和PD-L2可以与肿瘤特异性杀伤T细胞表面的程序性细胞死亡受体1(programmed cell death receptor 1，PD-1)结合，抑制其功能与效应[30-31]。由于B淋巴细胞、自然杀伤细胞和自然杀伤T细胞表面也表达PD-1，因此它们的功能也可能因PD-1/PD-L1的结合而受到抑制。IFN-γ的这类调控作用被认为是免疫检查点抗体治疗出现耐受的重要原因之一。高表达PD-L1往往均伴随预后不良[32]。在IFN-γ上调PD-L1的分子机制方面，STAT1是被报道较多的因素之一，IFN-γ激活STAT1后，该转录因子可以直接作用于PD-L1基因的启动子区上调其表达。与此类似，STAT3与核因子κB也有相近的作用模式[33-34]。肿瘤细胞在接触到产生IFN-γ的CTL等免疫细胞后，仅需数小时就可从PD-L1基因的启动子区开始合成并发挥免疫抑制作用[35]。同时，肿瘤细胞中的慢性IFN-γ信号也可通过STAT1相关的表观遗传和转录组改变增加对免疫检查点阻断的抵抗，使黑色素瘤对放疗和免疫检查点抑制剂产生抵抗。

除PD-1外，也有报道指出IFN-γ可增强黑色素瘤细胞上细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4的表达，将抑制性信号传递给T淋巴细胞，限制其增殖与活化，导致肿瘤免疫逃逸[36]。MHCⅠ类分子和IFN-γ可上调黑色素瘤细胞MHCⅡ类抗原呈递，而这与肿瘤恶性进展及肿瘤细胞凋亡抵抗密切相关[37]。同时，IFN-γ还可在黑色素瘤细胞系中上调人类白细胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)-E的表达并增加可溶性HLA-E蛋白的脱落，从而降低肿瘤细胞对CTL杀伤细胞的敏感性[38]。作为非经典MHCⅠb类分子，HLA-E与HLA-F和HLA-G类似，均可以通过与它们的抑制性受体结合而促进肿瘤细胞逃逸自然杀伤细胞、CTL的免疫监视。研究表明，IFN-γ可通过下调内源性肿瘤抗原gp70促进肿瘤免疫逃逸。

3.2IFN-γ通过MDSCs发挥免疫抑制作用 MDSCs是一类可以在癌症、炎症和感染过程中增殖的异质性细胞群，可通过降低先天性免疫应答来抑制抗肿瘤免疫应答，它们具有抑制T淋巴细胞反应的能力。这些细胞构成了免疫系统的一个独特组成部分，与多种疾病状态下的免疫反应密切相关[39]。根据形态和表面标志物，MDSCs可分为多形核及单核细胞样MDSCs两大类。已有研究指出，MDSCs具有免疫抑制的重要特征，可通过精氨酸酶、诱导型一氧化氮合酶、转化生长因子-β、白细胞介素-10、环加氧酶2、IDO等因子介导免疫抑制效应，使T淋巴细胞功能受到显著抑制，促进肿瘤复发与转移[40]。MDSCs浸润水平较高的患者肿瘤预后往往更差，对免疫治疗的临床反应也不佳[41-42]。

研究表明，IFN-γ可促进单核细胞样以及粒细胞样MDSCs的扩增与功能作用[43]。其中，单核细胞样MDSCs可通过一氧化氮发挥抑制作用，而粒细胞样MDSCs可通过活性氧类发挥作用[44-45]，一氧化氮或活性氧类的产生均依赖于IFN-γ。但IFN-γ可能并不是所有MDSCs发挥作用所必需，因为缺少IFN-γ受体的小鼠依然可以抑制T淋巴细胞激活。

IFN-γ抑制免疫系统的作用也在动物模型器官移植研究中得到证实，在IFN-γ敲除小鼠中反应性T淋巴细胞出现过度扩增，且诱导同种异基因心脏移植耐受失败[46]。IFN-γ的这种免疫抑制作用与促进MDSCs扩增有关。IFN-γ与脂多糖联合处理可诱导MDSCs产生[47]，而小鼠同种异基因心脏移植模型中单核细胞样MDSCs的产生依赖于IFN-γ[48]。如果将IFN-γ信号通路阻断，则可以减弱MDSCs介导的T淋巴细胞的抑制功能[49]。

3.3IFN-γ对调节性T细胞(regulatory T cell，Treg细胞)的影响 肿瘤的一个关键特征为能够逃避免疫破坏。在这种情况下，肿瘤细胞通常会招募一种或几种具有免疫抑制特性的色氨酸分解代谢酶。其中，IDO可以使肿瘤微环境中色氨酸代谢增加，抑制T淋巴细胞[50]和自然杀伤细胞[51]的功能。同时，IDO也可诱导色氨酸代谢产物积累，抑制自然杀伤细胞受体的表达，诱导原始T淋巴细胞向有抑制作用的Treg细胞分化、召集Treg细胞聚集[52]，从而形成肿瘤免疫抑制微环境，介导肿瘤细胞免疫逃逸，促进肿瘤进展。在结直肠肿瘤、肝癌及肺非小细胞癌患者中，肿瘤细胞高表达IDO时会出现预后不良[53-54]。许多小鼠肿瘤(B16黑素瘤除外)在暴露于IFN的状态下表达IDO1，但在没有IFN的状态下均不表达IDO1[50]。

有报道指出，IFN-γ可以上调IDO的表达[55]，并通过IDO影响Treg细胞而促进肿瘤免疫逃逸的效应。如在黑色素瘤细胞中，IFN-γ通过诱导IDO的表达而促进Treg细胞的扩增并抑制CTL的活性[56]。IFN-γ诱导的IDO还能与肿瘤细胞脱落的神经节苷脂相互作用，削弱树突状细胞激活肿瘤微环境中T淋巴细胞的能力，导致免疫抑制[57]。但也有研究发现，在小鼠模型中，神经纤毛蛋白1缺失的Treg细胞可通过IFN-γ抑制野生型Treg细胞发挥抗癌免疫作用，且该作用对于抗PD-1治疗的疗效十分重要[58]。这种存在矛盾的结果可能与不同的肿瘤细胞类型有关，有待进一步研究阐明。

4 小 结

IFN-γ作为重要的多功能细胞因子，作用非常广泛，在肿瘤免疫反应中可以发挥双重角色，既能够加强肿瘤免疫，直接或间接促进免疫效应细胞杀伤肿瘤，又能在慢性刺激等特定条件下发挥抑制免疫而促进肿瘤进展的作用。肿瘤细胞可以通过抑制IFN-γ及其下游通路来干扰IFN-γ依赖的正常免疫监视作用，也可能在免疫平衡阶段利用IFN-γ上调PD-L1、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4、IDO1等重要免疫逃逸基因，促进MDSCs和Treg细胞等免疫抑制细胞扩增和发挥抑制免疫效应的作用实现免疫逃逸，或利用IFN-γ的选择性作用不断进化出更适于生存的肿瘤细胞克隆。这些均为利用或针对IFN-γ进行肿瘤治疗提出新挑战。鉴于IFN-γ在肿瘤发生发展过程中的重要地位，未来应进一步阐明IFN-γ在肿瘤免疫监视和免疫逃逸中作用的分子机制，针对不同肿瘤类型和肿瘤微环境的分子特征制订科学合理的IFN-γ治疗方案。