CXCR2在卵巢癌中的作用及治疗前景

刘畅 马沈倩 任志帅 杨舒文 郭玉琪

卵巢癌是女性生殖系统中第二常见但死亡率最高的恶性肿瘤中。据来自185个国家36种癌症的发病率和死亡率数据统计,2020年全球卵巢癌新增病例313 959例,死亡病例207 25 例[1]。卵巢癌的治疗方法主要是手术、化疗、放疗、分子靶向治疗及免疫治疗,一般来说,手术联合铂类和紫三醇为主的化疗是临床最常用的治疗方法,虽然过去几年手术和化疗方法取得重大进展,但卵巢癌患者的生存率并没有显著改善[2-5]。卵巢癌的高死亡率主要归因于化疗耐药及广泛的腹腔转移[6]。由于化疗药物的副反应及对晚期转移卵巢癌的靶向不足,大多数晚期卵巢癌患者在18个月内复发,大多数铂耐药或铂类难治性疾病患者预期寿命<1年[7]。CXCR2是G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCR),富含7个含疏水氨基酸的跨膜基序,在多种细胞类型中表达,例如中性粒细胞、单核细胞、嗜酸性粒细胞、内皮细胞、肥大细胞和少突胶质细胞,能够促进血管生成、肿瘤生长和转移,并参与免疫细胞的招募[8,9]。CXCR2的高表达参与了多种癌症类型的癌变,尤其是卵巢癌,早在2010年已有研究表明,CXCR2在卵巢癌中过表达,在正常细胞和组织中不表达,其过表达与卵巢癌患者的低生存率相关,该受体可能是卵巢癌新的预后标志物和治疗干预的潜在靶标[10]。本文主要关注CXCR2在卵巢癌中的作用及在治疗中的前景,旨在为卵巢癌的治疗提供新的思路。

1 CXCR2及其配体的功能

在生理环境中,CXCR2主要由中性粒细胞表达,对于将白细胞募集到组织损伤或炎症部位至关重要[11]。在肿瘤中,细胞受到如化疗、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、缺氧等应激后,能够表达更高水平的CXCR2和更多的CXCLs,将更多的骨髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)招募到肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)中,有利于肿瘤细胞存活并增强其侵袭性,广泛浸润的MDSCs释放精氨酸酶-1损害T细胞的抗肿瘤作用。CXCR2也在MDSC上表达,在MMTV-PYMT小鼠肿瘤和脾脏MDSC的scRNAseq分析中,CXCR2被鉴定为MDSC的一部分基因特征[12]。

肿瘤细胞可通过自分泌方式分泌趋化因子与CXCR2结合,直接促进肿瘤细胞的生长和转移,或以旁分泌方式结合CXCR2促进肿瘤细胞的生长,激活基质细胞,促进肿瘤血管生成、转移扩散和免疫逃逸,肿瘤细胞在CXCR2的作用下实现了自身的生长、增殖和转移[13]。此外,受到肿瘤刺激后,内皮细胞、癌症干细胞 (cancer stem cells,CSCs)和骨髓细胞的CXCR2表达上调,导致血管生成、细胞存活和迁移。CSCs几乎在所有类型癌症的发生和转移中都是必不可少的,最近的研究表明,CXCLs/CXCR2轴可能通过维持和促进CSCs的迁移在肿瘤的进展和转移中发挥重要作用,这些CSCs周围的内皮细胞不仅可以分泌CXCLs,还可以上调CSCs中CXCR2的表达,从而增强CSCs的迁移和生长[14]。CXCR2属于CXCR家族,已知配体为CXCL1、CXCL2、CXCL3、CXCL5、CXCL6、CXCL7、CXCL8,均为具有血管生成作用的ELR+CXC趋化因子,其中CXCL1、CXCL2及CXCL8在卵巢癌细胞中高表达,是血管网络的组成部分,有助于向肿瘤组织输送氧气和营养,增强肿瘤侵袭性[15-17]。

趋化因子具有多种生物学效应,参与许多生物过程,如白细胞迁移、胚胎发生、血管生成活性、肿瘤生长和转移等[18-20]。CXCL1、2均属于生长调节致癌基因(growth-regulated oncogene,GRO)家族产物,两者的氨基酸序列有90%相似性,其表达通过刺激血管生成提高肿瘤细胞存活率[21,22]。CXCL1、2均在TME中表达,将MDSCs吸引到肿瘤中,产生增强癌细胞存活的趋化因子,另外使用化疗药物会产生TNF-α,反过来,TNF-α又会增加旁分泌轴中CXCL1、2的表达,从而导致肿瘤进展和化疗耐药[23]。

CXCL8又称白细胞介素-8(interleukin-8,IL-8),在健康状态的机体内几乎检测不到,但会被TNF-α和IL-1等促炎细胞因子、细菌或病毒产物及细胞迅速诱导生成[24]。刺激CXCL8可减少内皮细胞凋亡,增强内皮细胞增殖,并通过基质金属蛋白酶(MMP)调节细胞外基质(extracellular matrix,ECM),在TME中形成血管,促进卵巢癌生长、增殖,CXCL8也可通过CXCR2激活转化生长因子-β激活激酶1(TAK1)/NF-κB信号通路,促进卵巢癌细胞的转移,此外,CXCL8还与肿瘤化疗耐药有关[25,26]。高水平的CXCL8会增加癌症风险,导致预后不良[27]。也有研究表明, CXCL1、CXCL2与CXCL8在卵巢癌中通过生长因子受体结合蛋白(growth factor receptor-bound protein 2,GRB2)相关结合蛋白以自分泌方式增加,促进卵巢癌细胞增殖和血管生成[17]。

CXCR2与其趋化因子在卵巢癌细胞中高表达,两者结合后,促进卵巢癌细胞的生长和转移及化疗耐药,与卵巢癌的进展及总体生存相关。

2 CXCR2在卵巢癌中的作用

有研究证明,CXCR2在高级别浆液性卵巢癌中高表达,并与总体生存率低和早期复发相关,其过度表达促进卵巢癌生长,基因敲除则降低卵巢癌生长[10]。另有研究表明,卵巢癌与慢性炎症有关,CXCL1参与许多炎症性疾病的发展,是卵巢成纤维细胞的关键因子,通过p38激活,与CXCL2相互作用促进卵巢癌的生长,并在高水平激活CXCR2[28]。CXCR2能够直接上调其自身配体,如CXCL1和CXCL2,与CXCR2结合后,激活EGFR,导致Akt磷酸化,直接上调Mdm2基因,Akt诱导的Mdm2可以抑制p53的抗肿瘤作用,进而下调细胞周期阻滞蛋白p21,促进卵巢癌细胞增殖,加快卵巢癌进展[29]。

有研究提示CXCR2对卵巢癌的复发转移有重要影响,CXCR2的过表达与不良预后和癌症转移有关,趋化因子在肿瘤微环境的重新编程和促进癌细胞扩散方面发挥了积极的作用,靶向CXCR2对卵巢癌转移具有良好的治疗作用[29-32]。腹膜转移是卵巢癌最常见的转移途径,临床证据表明卵巢癌腹膜转移常常预后不良。TME与肿瘤的发生、发展、免疫抑制和炎性反应密切相关,在卵巢癌的进展及临床结局中发挥关键作用[33]。卵巢癌具有自身独特的TME,活跃的间皮细胞大量分布在腹膜腔以及大网膜的脂肪细胞中,而大网膜是转移病灶的首选部位。除了肿瘤和基质细胞外,卵巢癌患者的腹腔积液中还富含炎性细胞因子、趋化因子、基质金属蛋白酶、整合素及其他分泌因子[34]。有证据表明,恶性腹水可作为储存库,提供大量脂肪酸、可溶性生长因子和趋化因子,用于将脱落的卵巢癌细胞重塑为侵袭性更强的转移性癌细胞[35-37]。也有报道称从大网膜释放的GRO-α和IL-8,激活TAK1/NF-κB信号传导通路,通过CXCR2促进卵巢癌在腹腔内种植和生长,Yung等[32]的实验通过中和GRO-α和IL-8抗体或通过shRNA基因敲除、CRISPR/Cas9基因敲除或CXCR2抑制剂SB225002治疗卵巢癌细胞,显著降低了TAK1/NF-κB信号通路,降低了体外和体内的致癌和转移潜能。提示CXCR2在促进卵巢癌细胞腹腔转移扩散中起关键作用。

卵巢癌细胞产生的趋化因子和内皮细胞表达的趋化因子受体与TME相互作用,通过刺激血管生成、增强细胞增殖、侵袭、迁移来促进肿瘤生长。CXCR2在微血管内皮细胞上表达,并结合所有已知具有血管生成活性的ELR+ CXC趋化因子(CXCL 1～8)[38-40]。有研究表明,人血管内皮细胞组成性表达CXCR2,与CXCL共培养后,观察到B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)水平增加,表明内皮细胞开始分泌MMP以分解细胞外基质,进而导致血管生成[25,41]。VEGF是最重要的血管生成因子,能增加上皮细胞和癌细胞中CXCL1和CXCL8的表达,VEGF和ELR+CXC趋化因子共同参与血管生成,CXCR2激活后可导致上皮细胞分泌表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF),通过STAT3激活分泌VEGF,癌细胞上EGFR的激活会导致NF-κB激活,从而导致促血管生成CXCR2配体的表达[42-46]。也有研究表明CXCR2能通过抑制TSP-1和激活VEGF促进卵巢癌血管生成[10]。血管生成可以促进卵巢癌的生长、侵袭和转移。

CXCR2与配体结合后可以激活多种G蛋白介导的信号级联,包括磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/Akt、磷脂酶C(phospholipase C,PLC)/蛋白激酶C(phospholipase C,PKC)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/p38通路、Ras/Erk和Janus酪氨酸激酶2(Janus kinase,JAK2)信号转导和转录激活因子 (signal transducer and activator of transcription,STAT3) 信号通路,激活后可调节细胞因子和趋化因子的表达,形成一个环路以增强CXCR2的功能[47-53]。通过研究卵巢癌患者中性粒细胞中CXCR2的表达,与对照组和良性肿瘤组相比,卵巢癌患者中性粒细胞中CXCR2的表达更多,证实中性粒细胞产生CXCR2可用于诊断卵巢癌[54],因此可作为卵巢癌新的预后标志物和治疗靶标。

3 CXCR2在卵巢癌治疗中的应用前景

3.1 CXCR2在卵巢癌化疗耐药中的作用 化疗耐药也是导致卵巢癌患者死亡率高的重要原因,约80%的患者会因为化疗耐药而出现疾病复发。研究表明,CXCL1和CXCL2将MDSC吸引到肿瘤中,然后产生包括S100A8/9在内的趋化因子,可以提高癌细胞的存活率,虽然化疗药物会杀死癌细胞,但这些治疗会引发平行的基质反应,导致内皮细胞和其他基质细胞产生TNF-α,增强癌细胞中CXCL1/2的表达,从而扩增CXCL1/2-S100A8/9环并引起化疗耐药[23]。另有研究表明,CXCR2是使卵巢癌对顺铂重新敏感的关键分子,其抑制剂可降低顺铂耐药细胞的增殖及活力,并逆转间充质上皮的过度表达,而且还可能作为肿瘤细胞对顺铂的化学增敏剂[55]。目前对CXCR2在卵巢癌化疗耐药中的作用研究较少,大部分只是理论和体外模型的研究。

3.2 CXCR2在肿瘤及卵巢癌免疫抑制中的作用 证据表明CXCR2参与免疫细胞的募集以促进血管生成、肿瘤生长和转移[56]。CXCR2主要参与调节趋化因子信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、炎症反应、补体以及DNA损伤修复,癌细胞产生的CXCR2诱导中性粒细胞胞外陷阱,干扰免疫细胞毒性[57]。免疫抑制在调节癌症进展、转移和降低免疫治疗成功率中起着关键作用。研究表明肿瘤内的免疫抑制细胞影响肿瘤治疗的效果,而MDSCs是引起免疫抑制最重要的细胞之一,在MDSCs中靶向CXCR2可能会改善抗肿瘤免疫反应[58]。MDSCs是一种不成熟骨髓细胞的异质群体,包括粒细胞-骨髓源性抑制细胞(G-MDSCs)和多形核细胞-骨髓源性抑制细胞(PMN-MDSCs),特征为活化病理状态和强大的免疫抑制功能,还可促进肿瘤血管生成、肿瘤细胞侵袭,形成转移前生态位,进而促进肿瘤进展[59]。肿瘤免疫逃逸是肿瘤细胞通过与基质细胞和免疫细胞相互作用,或者通过分泌可溶性细胞因子,摆脱宿主的免疫识别和攻击,抑制宿主的免疫应答,使TME转化成有利于肿瘤发展迁移的抑制性免疫微环境,从而使得肿瘤细胞逃避免疫监视、杀伤,在体内不断增殖发展,进而发生肿瘤多重耐药导致恶化[60]。MDSCs进入TME有助于癌症免疫逃逸,CXCR2是MDSCs进入TME所必需的,是肿瘤发生、发展和转移的关键,抑制CXCR2可抑制MDSCs进入肿瘤微环境和转移前生态位。

卵巢癌微环境中的免疫相关细胞主要参与免疫抑制,介导肿瘤细胞发生免疫逃逸,调节卵巢癌细胞的侵袭、迁移和血管新生[61]。CXCR2相关基因在免疫激活如Th17细胞分化、细胞因子与其受体相互作用、趋化因子信号通路、抗原加工和呈递及如PPAR致癌信号通路中显著富集,而PPAR抑制剂已成为卵巢癌的治疗剂[62]。CXCR2相关基因在卵巢癌免疫激活和致癌途径中显著富集,此外,CXCR2还参与调节卵巢癌TME中巨噬细胞等免疫细胞的浸润,其对免疫应答的调节作用最为显著。Ji等[63-65]通过TIMER、quanTIseq和xCell三种计算方法来推断卵巢癌中免疫细胞的浸润水平,表明CXCR2表达对卵巢癌中的巨噬细胞浸润起负调节作用,巨噬细胞是肿瘤微环境的关键组成部分,肿瘤相关巨噬细胞在卵巢癌微环境中含量丰富,并影响患者的生存结果,阻断CXCR2可提高免疫治疗的敏感性和有效性,并抑制肿瘤进展。同时,一些临床前研究表明CXCR2拮抗剂与ICI和其他免疫治疗药物具有协同作用[66]。总的来说,CXCR2是一种很有前途的预后和免疫生物标志物,也是卵巢癌的一种新的免疫治疗靶点。

新兴的免疫治疗策略通过多种方法增强抗肿瘤免疫反应,例如免疫刺激性细胞因子和肿瘤抗原疫苗以及单克隆抗体[67]。目前卵巢癌的免疫治疗已应用于临床,然而反应有限,尽管免疫疗法可能在少数患者中产生持久反应,但大多数患者对这种疗法没有反应,包括那些PD-L1表达的卵巢癌患者[68]。通过对CXCR2的综合分析,揭示了CXCR2表达与卵巢癌生存结局、免疫细胞浸润和免疫反应的关系,有助于从不同角度解释 CXCR2 在致癌中的作用和免疫治疗反应中的功能。

3.3 CXCR2拮抗剂在卵巢癌治疗中的应用前景 抑制CXCR2的功效已在临床前实验中得到广泛研究,CXCR2拮抗剂显示出了良好的抗炎活性,但它们的抗肿瘤作用才刚刚开始被探索。SB225002通过抑制TAK1/NF-kB信号转导,在体外和体内显著降低了卵巢癌的致癌和转移潜能。在其他人类癌症研究中,SB225002有效地抑制了CXCR2介导的卵巢癌的转移,可能成为预防腹膜转移的潜在治疗药物[31,69]。有研究表明,使用SB225002抑制CXCR2,能够阻断CXCR2在卵巢癌细胞中的功能,降低卵巢癌细胞的增殖和成纤维细胞条件培养基诱导的p38磷酸化,且通过实验发现SB225002能够显著抑制SKOV3细胞活力,低剂量SB225002(0.625 μmol/L)相当于CXCR2敲除的效果,导致SKOV3细胞2天活力降低约58%,因此,SB225002可作为一种有效的抑制卵巢癌肿瘤扩散的药物[28,32]。尽管有大量的临床前实验结果,但目前尚无CXCR2拮抗剂获批应用于临床,研制抗卵巢癌的CXCR2拮抗剂仍是科研工作的重点。

目前CXCR2在卵巢癌中的信号传导机制尚不明确,在卵巢癌免疫调节中功能的研究也存在局限性,有待进一步的研究以充分发挥其作用。通过阻断CXCR2将MDSC招募靶向TME是一种新兴的策略,有望作为今后卵巢癌治疗新的靶点,探索出治疗卵巢癌的拮抗剂,并确定其安全性,应用于临床,提高卵巢癌患者生存率,降低化疗耐药。