补体C5a/C5aR在肿瘤发生中作用的研究进展

赵 洁,李容庆 综述,杨 晶 审校

0 引 言

据国际癌症研究机构(IARC)2021年发布的2020年全球最新癌症负担数据显示,2020年全球新发癌症病例1930万例,死亡病例1000万例,而其中,我国的癌症发病和死亡人数均居首位[1]。近年来,免疫疗法在肿瘤的临床治疗中取得了显著进展,如CAR-T疗法、针对免疫检查点程序性死亡受体1(programmed death 1,PD-1)和细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4)的抗体疗法等,这些疗法在多种肿瘤治疗中显示出持久的临床疗效。然而,这些免疫疗法价格昂贵,并且易受到免疫抵抗的影响,存在很大的局限性,很难在肿瘤患者中大规模中普及。最新研究指出C5a/C5aR是一类新的免疫检查点,临床数据也表明靶向C5a/C5aR可能是肿瘤免疫治疗的有效策略。本文就补体C5a/C5aR在肿瘤发生发展中研究作一综述,以期为C5a/C5aR在恶性肿瘤中的后续研究提供新的思路。

1 C5a和C5aR的概述

补体系统是先天免疫系统的重要组成部分。补体系统包括50多种膜结合蛋白和可溶性蛋白。补体系统不仅能够在防御病原体以及维持机体动态平衡中发挥重要作用,同时也参与肿瘤的发生和发展[2]。一方面,补体通过激活机体免疫反应和直接杀伤作用等,在抑制肿瘤方面发挥着重要作用[3-4],另一方面,补体在肿瘤微环境中被过度激活,促进肿瘤的发生发展。补体还可通过干扰免疫信号通路,促进免疫抑制微环境的形成,导致肿瘤发生免疫逃逸[5]。

补体C5a是人类补体系统最关键的激活产物之一。C5a通过其受体C5aR1和C5aR2发挥作用。C5a结合并激活C5aR后,在体内引起多种免疫效应,如趋化和活化细胞、激活炎症信号等,在哮喘、关节炎、脓毒症中发挥重要作用。此外,C5a/C5aR在阿尔茨海默症[6]和癌症[4, 7-9]中也发挥重要作用。

1.1C5aR1第一个被发现的C5a的主要受体被命名为C5aR1,是一种典型的G蛋白偶联受体(G Protein-Coupled Receptors,GPCR)。C5aR1表达于多种细胞,包括髓系来源的细胞(如巨噬细胞、中性粒细胞和单核细胞亚群)、某些淋巴细胞等[10]。C5a/C5aR1信号是炎症产生的强大驱动力[11],与多种炎症性疾病的发病机制有关。因此,C5a/C5aR1是治疗炎症疾病的潜在靶点。与抑制C5或C5a相比,靶向C5aR1有许多理论上的优势,单独抑制C5aR1将保留补体形成的膜攻击复合物(membrane attack complex,MAC)的杀菌活性,减少潜在的免疫抑制引发的负面效果[12]。此外,直接抑制C5aR1后也不影响C5a/C5aR2信号继续产生作用。

1.2C5aR2第二个C5a受体C5aR2在2000年由Ohno等发现[13]。C5aR2既作为C5aR1信号的负向调节因子,干扰C5aR1信号转导抑制炎症,同时也可以独立抑制促炎细胞因子的释放。目前动物实验已经证实C5aR2在治疗脊髓损伤、过敏性哮喘和脓毒症方面可以发挥重要作用[13]。研究表明,与C5a/C5aR1轴促肿瘤作用不同,高浓度的C5a能够通过C5aR2拮抗C5aR1的作用,抑制肿瘤生长[13-14]。目前对C5aR2的研究还处在初始阶段,关于C5aR2的具体作用机制还需要进一步探讨。

2 C5a和C5aR与肿瘤免疫

在肿瘤微环境中,补体系统对肿瘤的发生与发展起着双重调控的作用。一方面补体能够调节免疫系统对肿瘤细胞的杀伤作用,促进免疫监视;另一方面,过度激活的补体可以通过多种途径影响宿主免疫反应,影响肿瘤的生长和转移。

2.1C5a和C5aR在肿瘤相关免疫中的作用C5a作为一种有效的炎症介质,最近被发现可激活C5aR1+的巨噬细胞和肥大细胞,促进免疫抑制微环境的产生,进而促进鳞状细胞癌的发展[15]。也有研究表明,肿瘤分泌的C5a通过与髓源抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)上的C5aR1结合,将MDSCs募集到肿瘤微环境中,抑制CD8+T细胞功能,进而促进移植瘤的生长[16]。此外,细胞内C5在组织蛋白酶D的作用下被切割激活产生活性片段C5a,与内体/溶酶体膜的C5aR1结合后,进一步与KCTD5/Cullin3/Roc1/β-catenin相互作用形成稳定复合体,从而增强β-catenin稳定性,促进结直肠癌的发生[17]。

C5a和C5aR可通过诱导肿瘤微环境中的生物活性分子而导致肿瘤相关炎症。比如,C5aR1信号增强星形细胞瘤细胞中IL-6的表达,当使用药物阻断C5aR1时,小鼠肺癌肿瘤微环境中IL-6的水平明显下调[18-19]。此外,与肿瘤相关的炎症介质,如IL-1和TNF,也可以被C5a上调[20]。研究发现,C5a与TLR2/6、TLR4和TLR9的结合可促进TNF-β、IL-6和IL-1β的分泌,而IL-12的水平明显被抑制[21]。C5aR1的敲除或药理阻断都会减少小鼠宫颈癌模型中肿瘤的生长。阻断C5aR1也能降低肺癌小鼠脾脏中MDSCs的百分比[18]。在小鼠结直肠癌模型中,肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage, TAM)高表达C5aR1,敲除或阻断C5aR1能够抑制CRC等肿瘤的发展[15]。此外,C5a和C5aR1也能促进肿瘤细胞的转移。在小鼠乳腺癌模型中的C5aR1通过抑制效应T细胞的功能促进转移[22]。C5a也可通过单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)介导的炎性细胞浸润促进结肠癌的肝转移[23]。由此可见,C5a/C5aR在肿瘤免疫中发挥了重要作用。

2.2C5a和C5aR在肿瘤血管生成中的作用肿瘤血管生成是肿瘤发展进程中的关键要素[24-25],目前关于C5a和C5aR在肿瘤血管生成中的作用的研究较少。有文献指出,C5a在体外能够诱导人脐静脉内皮细胞趋化及血管形成[26]。然而,阻断C5aR1后并不影响小鼠肺癌或宫颈癌模型中的肿瘤血管生成。相反,C5aR1的基因消融通过抑制内皮细胞功能和血管生成而抑制卵巢肿瘤的生长[27]。虽然这些研究提供了一些关于C5a和C5aR参与肿瘤血管生成的见解,但它们在肿瘤血管生成中的具体作用还有待进一步研究。

2.3C5a和C5aR对肿瘤细胞的作用除免疫调节的作用外,C5a和C5aR还参与多种非免疫相关的肿瘤发生过程。多项研究表明,C5a和C5aR能够激活肿瘤细胞内的致瘤信号通路。C5aR1在食管癌、胃癌、胆管癌、肝癌、结肠癌等多种原发肿瘤细胞中异常高表达[28]。同时C5aR1的高表达水平与肿瘤患者预后不良有关[17]。C5a可促进细胞骨架重排,增强高表达C5aR1的肿瘤细胞的运动性和侵袭性[29]。在肾癌细胞中,C5a和C5aR能够激活ERK和PI3K通路,促进肿瘤细胞的增殖[30]。同样,C5aR1也能够通过激活ERK和p38/MAPK通路增强白血病细胞的运动能力[31]。在肝癌细胞中,C5aR1通过激活ERK1/2诱导上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT),促进肿瘤细胞的侵袭和迁移[32]。此外,C5a和C5aR还可以激活抗凋亡途径促进肿瘤的发展。

3 C5a和C5aR在癌症治疗中的应用

3.1 C5a和C5aR作为肿瘤生物标志物的研究进展研究指出,肿瘤患者体内存在补体的异常激活,在血液或组织中检测补体有助于肿瘤的诊断。肺癌患者的血浆中C5a水平显著高于对照组[18]。非小细胞肺癌细胞中C5aR1的高表达预示预后不良[33]。在乳腺癌中,C5aR1的表达与肿瘤体积、淋巴结转移和临床分期有关[34],C5aR1高表达的乳腺癌患者的生存率明显低于C5aR1低表达患者[34]。C5aR1水平也与胃,卵巢或尿路上皮细胞癌患者的预后相关[35]。因此,C5a/C5aR1被认为是判断肿瘤患者临床诊断的潜在生物标志物[36]。

3.2C5a和C5aR抑制剂在肿瘤治疗中的应用补体C5a和C5aR激活可以诱导慢性炎症、免疫抑制微环境、血管生成和癌症相关的信号通路,靶向C5a和C5aR正在成为肿瘤免疫治疗中的研究热点。目前已经研发出多种C5a和C5aR的抑制剂,然而只有一种名为eculizumab的抑制剂被批准用于人类临床治疗[37]。Eculizumab是一种人源化的针对C5的单克隆抗体,通过抑制末端补体级联的形成和C5转化酶阻止C5活化。Eculizumab目前用于治疗阵发性夜间血红蛋白尿和非典型溶血性尿毒症综合征,也可用于靶向肿瘤微环境内C5a的形成。环状六肽PMX53是一种靶向C5aR1的小分子抑制剂,目前在多种小鼠肿瘤模型中已经显示出强大的抗肿瘤效果。在B16-F10黑素瘤模型中,用PMX53阻断C5aR1能够抑制黑色素瘤的生长[38]。此外,用PMX53治疗也可以减少小鼠胰腺内分泌肿瘤模型中的肿瘤转移[39]。另一种药物AON-D21可以竞争性结合C5a阻断C5a/C5aR轴,使用AON-D21治疗后,肿瘤组织中CD8+T细胞增加,而MDSCs的数量明显下降[3]。此外,在小鼠肺癌模型中,联合抑制C5a和PD-1具有协同抗肿瘤作用,能够抑制肿瘤的生长和转移并延长小鼠的生存期[40]。

4 结语与展望

C5a/C5aR在肿瘤的进展和转移过程中都起到了非常重要的作用,C5a/C5aR不仅能够促进肿瘤免疫抑制微环境的形成,而且还参与肿瘤的血管生成,甚至激活肿瘤细胞内的致瘤信号通路。目前靶向C5a/C5aR各种新药不断推出,单独或联合其他免疫疗法治疗肿瘤的各项研究逐渐成为热点,取得了非常多的成果。补体受体C5aR是肿瘤免疫治疗中的一类新的免疫检查点受体。总体来说,靶向C5a/C5aR治疗肿瘤的潜力巨大,但具体作用机制以及安全性还需要进一步深入探讨和研究。