CXCL8在头颈部鳞状细胞癌中的研究进展

谭 爽 张佳煜 王 璐 韩 冰

头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma,HNSCC)是世界第六常见的恶性肿瘤,约占所有癌症的6%,全世界每年约发生650000例新病例和350000例死亡病例,其治疗手段主要包括手术、放疗、化疗以及免疫治疗等,但5年总生存率依然不理想,约为66%[1～3]。

CXCL8(CXC motif ligand 8)又称白细胞介素8(IL-8),是CXC基因家族中的重要一员,于20世纪80年代末被Peveri等发现[4]。CXCL8基因位于染色体4q13～q21上,最初是由99个氨基酸构成的蛋白质,后经过裂解形成活性CXCL8亚型,在非免疫细胞中是由77个氨基酸组成的肽,而在单核细胞和巨噬细胞中是由72个氨基酸组成的肽类[5]。CXCL8作为一种重要的多功能细胞因子,以自分泌或旁分泌方式调节肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移,其作用的发挥依赖于与细胞表面G蛋白偶联受体的结合。大量研究表明,CXCL8需与其同源受体CXC趋化因子受体1(CXCR1)和CXC趋化因子受体2(CXCR2)结合而具有生物学效应,CXCL8可以上调CXCR1和CXCR2的表达,在肿瘤发生、发展、免疫抑制、血管生成和转移中发挥重要作用,例如肺癌、结直肠癌、黑色素瘤、胃癌、乳腺癌、前列腺癌等[1,5～10]。近年来大量研究表明,CXCL8 在HNSCC 发生、发展中发挥重要作用,同时可以将CXCL8-CXCR1/2作为HNSCC 早期诊断、预后评估以及治疗靶点的潜在生物学标志物。

一、CXCL8 在 HNSCC 发生、发展中的作用

1.CXCL8-CXCR1/2轴促进肿瘤干细胞增殖:肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)由于其具有自我更新和分化潜能,可以启动和维持癌症的生长和进展。CSCs在许多癌症中的重要性已经得到证实[15]。CXCL8可以激活肿瘤和基质细胞中的Stat3(signal transducer and activator of transcription 3)/NF-κB(nuclear factor-κB)和MAPK(mitogen-activated protein kinases)通路,这些通路的激活进一步刺激CXCL8的产生,进而驱动CSCs自我更新,从而导致肿瘤的生长、转移及顺铂耐药[15,16]。

2.CXCL8调节上皮-间充质转化:上皮-间充质转化 (epithelial mesenchymal transition,EMT)是肿瘤进展和转移的重要因素,并且与化疗耐药有关。Xu等[17]研究发现,CXCL8可通过自分泌维持EMT,具体途径是其与HNSCC细胞表面的CXCR1/2结合,然后磷酸化PTEN(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10)以激活STAT3(signal transducer and activator of transcription 3),p-STAT3进入细胞核可增强snail(锌指转录因子)的表达,导致EMT相关蛋白的表达,从而促进细胞增殖、迁移和侵袭,这造成了HNSCC患者预后不佳。在此过程中,CXCL8、PTEN以及snail形成了一个正反馈环路,CXCL8磷酸化PTEN以激活snail,然后使PTEN失活,而snail的异位表达又增加了CXCL8的分泌,这进一步刺激了PTEN的失活及snail的表达。另外有研究表明,T-box转录因子Brachyury在多种肿瘤中呈高表达,并被证实在肿瘤细胞中可以诱导EMT[18]。Fernando等[19]研究发现,肿瘤细胞中Brachyury和CXCL8表达之间呈正相关,Brachyury的上调促进了CXCL8及其受体的表达,从而诱导间充质纤维连接蛋白的表达(间充质表型的典型标志物)并增强肿瘤侵袭性。

3.CXCL8调节肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME):持续感染或慢性炎症对肿瘤的发生和发展有重要影响,CXCL8通过参与炎性反应来调节肿瘤微环境[5,9]。Chan 等[10]研究表明,CXCL8-CXCR1/2通过介导下游信号蛋白NOD1/RIP来促进HNSCC的增殖,NOD1(nucleotide-binding oligomerization domain 1)通过刺激涉及衔接分子RIP2(receptor-interacting protein kinase2)的细胞信号通路诱导炎症,这一过程反过来诱导NF-κB以及p38和JUN氨基末端激酶(JNK)MAP激酶,在致病因子刺激时,CXCL8水平升高,激活NOD信号通路,促使肿瘤微环境的形成,从而促进HNSCC的发展;Pu等[20]研究发现,CD10阳性口腔癌细胞通过ERK的磷酸化分泌CXCL8,而CXCL8进一步促进p-ERK磷酸化,这种相互促进创造了一个微环境促进肿瘤细胞迁移、侵袭和耐药。另外有研究表明,肿瘤细胞分泌的CXCL8可以增加MDSCs(myeloid-derived suppressor cells)及中性粒细胞的浸润,而MDSCs又可以通过抑制T细胞来抑制抗肿瘤免疫反应,这可以使TME进入免疫抑制状态,为肿瘤的发生、发展创造有利条件[21]。CXCL8还可以作为下游信号分子调节肿瘤的生长与转移,血管黏附蛋白-1(vascular adhesion protein- 1,VAP-1)在炎症过程中发挥重要作用,VAP- 1催化伯胺发生氧化脱氨反应生成铵和过氧化氢(H2O2)[22]。而H2O2作为活性氧(re-active oxygen species,ROS)可以扩散穿过细胞膜调节下游信号分子。研究表明,OSCC组织微环境中含有丰富的ROS[23]。Xu等[24]研究认为,VAP-1可能通过促进OSCC中ROS的产生来激活NF-κB/IL-8信号转导;并且发现VAP-1抑制剂可以消除VAP-1对肿瘤生长和转移的促进作用,还可以降低NF-κB和CXCL8的表达,这表明VAP-1的下调可以通过失活NF-κB/CXCL8信号通路和减少肿瘤微环境中性粒细胞的浸润来抑制OSCC的生长和转移。

4.CXCL8促进血管形成:血管的生成是促进肿瘤生长和转移的基础[5]。CXCL8属于促血管生成趋化因子,通过旁分泌途径与内皮细胞膜受体结合, 而后通过p38 MAPK-NF-κB通路刺激内皮细胞分泌基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)2和MMP9,这些MMP可通过分解细胞外基质促进血管的生成,从而促进肿瘤的生长及转移[4,25]。另外,CXCL8可以将大量基质细胞招募到肿瘤微环境中,为血管生成、肿瘤生长和转移创造条件[7,8,26]。

二、CXCL8在 HNSCC 早期诊断中的作用

HNSCC患者的肿瘤进展与预后密切相关,因此,早期诊断对于提高HNSCC患者的生存率非常重要。口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)是一种常见的头颈部鳞状细胞癌, Cheng等[11]研究发现,OSCC患者唾液中CXCL8浓度高于对照组,提示CXCL8是HNSCC患者体液的潜在生物学标志物。Arellano-Garcia等[12]采用xMAP(Luminex Multi-Analyte Profiling)技术对20例OSCC患者的唾液中的CXCL8表达水平进行检测,肿瘤组与对照组比较,CXCL8表达水平明显高于健康对照组,提示可以利用xMAP技术测定唾液中CXCL8的表达水平以对OSCC进行早期诊断,对于OSCC的早期诊断早期治疗具有重要意义,这也表明在OSCC患者的诊断和后续随访中,基于唾液的测试可能是一种经济高效的方法。

对于OSCC与癌前病变对照组,有研究发现,OSCC患者唾液中CXCL8表达水平明显高于癌前病变组并差异有统计学意义[13]。另外也有研究发现,OSCC患者CXCL8表达水平明显高于对照组,但差异无统计学意义[14]。这些相互矛盾的结果可能归因于ELISA(enzyme linked immunosorbent assay)技术的差异以及样本量少等,因此,需要更大的样本量来确定CXCL8在口腔癌前病变中的作用。

三、CXCL8 在 HNSCC治疗及预后中的作用

1.CXCL8 在 HNSCC 预后中的作用:CXCL8水平升高表明胃癌患者的临床预后较差,其高表达与乳腺癌患者的转移和肿瘤生长显著相关[6,7,9]。Li等[1]研究发现,CXCL8高表达的HNSCC患者与低总生存期(overall survival,OS)相关。Xu等招募了106例HNSCC患者和111名健康志愿者,通过实时PCR(RT-PCR)及ELISA检测HNSCC和正常口腔黏膜组织,结果显示,HNSCC患者的CXCL8水平显著高于健康对照组;又通过癌症基因组图谱(TCGA)数据集的生存数据发现,CXCL8水平高的HNSCC患者比CXCL8含量低的患者预后明显差[17]。León等[27]研究发现,CXCL8高表达的HNSCC患者放疗或放化疗治疗后肿瘤局部复发的风险增高4.1倍。此外,CXCL8的表达水平还与颈淋巴转移、晚期以及侵袭性行为相关[17]。这表明CXCL8可能是HNSCC患者的预后标志物及治疗靶点。

2.CXCL8在HNSCC治疗中的作用:尽管使用CXCL8阻断抗体进行了几项临床研究,但这些研究的成功可能仅限于炎症性皮肤疾病。目前为止,针对癌症治疗的CXCL8抗体尚未取得显著的临床成功,而靶向受体CXCR1/2,特别是CXCR2,可有效阻止肿瘤的生长、转移以及提高其对化疗的敏感度[4]。相反,阻断CXCL8的表达或分泌效果不理想,这可能是由于当CXCL8被阻断时,CXCR1或CXCR2仍可被其他趋化因子配体激活[4,28～30]。在乳腺癌的治疗中,Danirixin、Repaixin、Ladarixin是CXCR2的可逆、选择性拮抗剂,可以通过抑制CXCL8可有效抑制肿瘤生长、肺转移并抑制肿瘤干细胞的自我更新,在一项乳腺癌Ⅰ期临床试验中,Repaixin联合紫杉醇治疗乳腺癌被证实安全且耐受性良好, 使用Repaixin治疗HNSCC也取得了同样的效果[7,17,28]。充分识别CXCL8在肿瘤发生中的作用可以为HNSCC提供新的治疗方法,CXCL8可能在HNSCC恶性转化中具有意义,也可用于监测或预测肿瘤发生、发展,并作为免疫治疗的靶点[3]。

综上所述,CXCL8及其受体在HNSCC的发生、发展中发挥重要作用,其可通过促进CSCs的增殖、参与炎性反应以及促进血管生成等促进肿瘤细胞的增殖、侵袭及转移。此外,CXCL8在HNSCC的早期诊断以及预后中具有重要意义,并可能成为治疗靶点。然而,就目前的研究而言,CXCL8 在 HNSCC 中的机制仍有许多尚不明确的地方,如作为癌前病变检测因子,在不同的 HNSCC 研究中为何会出现相反的结论;在应用于治疗时也存在实验样本量不足及临床数据不充分的情况。因此,还需进一步深入研究 CXCL8对HNSCC的作用及机制,为其临床应用提供支持。