IL-8及其受體在大腸癌細胞中的表達、功能及相互作用

趙 之，李 芳

(1.大連醫科大學 七年制2006級，遼寧 大連 116044；2.大連醫科大學 基礎醫學院 免疫學教研室，遼寧 大連 116044)

白介素8(IL-8/CXCL-8)是一種趨化因子。最初作為一種中性粒細胞化學誘導物，后來人們發現它有促進血管生成的作用。IL-8能促進多種腫瘤細胞增殖，常作為自分泌型生長因子。因此，IL-8有助于腫瘤演進，是血管內皮細胞的血管生成因子和腫瘤細胞的促有絲分裂因子。大腸癌的發病與免疫系統密切相關，而IL-8則作為機體腫瘤免疫的重要指標，對于及時、全面地了解大腸癌患者病情進展、療效判斷、預后估計等具有重要意義。本綜述聚焦于大腸癌細胞中IL-8因子的高表達及其生物調節作用。

1 IL-8在大腸癌細胞中表達

IL-8在非癌細胞中正常不表達，但在多種刺激下可誘導表達，例如，脂多糖(LPS)、(12-)十四酸佛波酯(13-)乙酸鹽(PMA)、白介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子(TNF)-α、細菌和細菌產物、病毒和病毒產物或細胞應力等[1]。然而，IL-8可在多種惡性腫瘤中組成型表達，包括白血病、霍奇金淋巴瘤、黑色素瘤、間皮瘤、惡性膠質瘤、乳腺癌、結腸癌、子宮頸癌、胃癌、肺癌、卵巢癌、垂體癌、前列腺癌、胰腺癌、腎癌、甲狀腺癌、頭頸部癌、肝癌和膽囊癌等。此外，IL-8的表達與這些腫瘤血管生成、癌轉移、腫瘤演進和低存活率有關。因此IL-8的病理學表達可以作為癌癥預后的參數。

采用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)檢測結果顯示大腸癌患者術前、術后血清IL-8水平均高于健康者；術前大腸癌患者血清IL-8水平高于術后；血清IL-8水平與大腸癌的發生、發展及預后關聯，與Duke’s分期顯著相關[2]，可作為大腸癌術后隨訪及預后判斷的指標之一。雙抗體夾心ELISA法檢測大腸癌患者血清中IL-8含量明顯高于健康者以及大腸息肉患者，手術后顯著下降，其中根治組下降顯著，姑息組亦有所下降[3]。大腸癌患者血清IL-8變化與分化程度呈正相關。采用免疫組化法檢測結腸癌患者結腸黏膜中IL-8、IL-15的表達情況，IL-8和IL-15表達水平與結腸癌臨床分期、浸潤深度、淋巴結轉移、病理分級均呈顯著正相關[4]。實驗證明檢測IL-8、IL-15的表達可做為判斷結腸癌惡性程度有價值的指標。采用常規ABC免疫組化法檢測結、直腸癌組織中腫瘤相關巨噬細胞(TAM)計數及IL-8、單核細胞趨化蛋白(MCP-1)和巨噬細胞炎性蛋白-1α(MIP-1α)表達，IL-8、MCP-1、MIP-l α表達陽性率有轉移病例均明顯高于未轉移病例[5]。TAM計數和趨化因子與結直腸癌的進展、血管生成、轉移發生有密切關系，二者檢測均有助于判斷預后。

2 CXCR1/2在大腸癌細胞中的表達

IL-8與其受體CXCR1和CXCR2，七次跨膜G蛋白偶聯受體(GPCR)家族成員結合產生生物學活性[6]。盡管具有高序列同源性(80%)，但CXCR1和CXCR2結合專一性也不相同。所有血管源性CXC細胞因子，擁有保守谷氨酸-亮氨酸-精氨酸(ELR+)氨基(N)末端基序列，能與CXCR2結合，包括IL-8、生長相關癌基因-α和-γ，粒細胞趨化蛋白2(GCP-2)，上皮細胞源中性粒細胞活化劑78(ENA-78)等。只有IL-8和GCP-2與CXCR1受體結合[6]。

最初發現IL-8受體只在正常細胞中表達，例如中性粒細胞、嗜堿性粒細胞、淋巴細胞、單核細胞和內皮細胞等，但近期研究證實它存在于多種癌細胞中。研究稱結腸癌中存在IL-8受體，CXCR1和CXCR2，mRNA和蛋白表達[7,8]。采用免疫細胞化學染色及RT-PCR法觀察細胞表面CXCR1及 CXCR2抗原表達情況。結腸癌細胞株SW620和SW480均有CXCR1和CXCR2 mRNA的表達，但CXCR2蛋白的高表達僅見于SW620細胞，CXCR1蛋白表達不明顯；SW480細胞表面既無CXCR1也無CXCR2蛋白的表達。SW620細胞的遷移能力明顯高于SW480細胞，CXCR1和CXCR2的激動劑以及因子Ⅶa均可促進SW620細胞的增殖、遷移和IL-8的分泌；CXCR2拮抗劑對細胞遷移起抑制作用，抗CXCR2抗體對細胞的增殖和遷移均有干預作用[7]。蛋白酶激活受體2在大腸癌細胞表面大量表達，可增強細胞的增殖和遷移能力及IL-8分泌，表明IL-8與腫瘤轉移能力和惡性程度密切相關。和許多G蛋白偶聯受體相似，激動劑刺激后能引起CXCR1和CXCR2快速反應[9]。CXCR1和CXCR2在腫瘤進行期有不同作用，CXCR1能介導IL-8趨化活性[10]，CXCR2介導血管生成效應[11,12]。研究發現，IL-8通過與其受體CXCR1或CXCR2結合參與結腸癌細胞的促有絲分裂[13]。

3 IL-8作為大腸癌細胞生長因子的作用

腫瘤細胞中發現IL-8以及細胞膜CXCR1和CXCR2表達，說明IL-8直接刺激腫瘤生長。結腸癌細胞自分泌產生IL-8，促進癌細胞生長[7]。反義寡核苷酸和抗IL-8抗體能抑制細胞增殖和集落形成，且此過程具有劑量依賴性[13]。這個發現說明IL-8可以直接刺激大腸癌細胞生長，這在大腸癌演進和轉移過程中起重要作用。IL-8刺激腫瘤細胞增殖的詳細機制目前了解甚少。事實上， IL-8直接誘導細胞增殖的作用還有待研究。不過已經證實許多信號傳導途徑均有IL-8的參與。IL-8在卵巢癌細胞中通過Erkl/2 MAPK 級聯反應通路產生促有絲分裂作用。IL-8對PC3前列腺癌細胞的刺激使得p42/p44 Erkl/2 MAPK 和p38促有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)有效磷酸化[14]。IL-8受體激活核轉錄因子κB(NF-κB)使一些CXC細胞因子產生自分泌產物。例如，IL-8誘導NF-κB激活期間IκB上游激酶(IKK)的激活起主導作用[15]，Rho家族鳥苷三磷酸酶(Rho-GTPase)通路起次要作用。Rho-GTPase在調節磷脂酶D(PLD)活性過程中起重要作用，同時也決定了細胞增殖與存活。除了Erkl/2 MAPK 級聯反應通路和NF-κB通路，酪氨酸激酶Src和黏著斑激酶(FAK)都參與了IL-8誘導前列腺癌細胞非雄激素依賴性生長。IL-8正調節增殖細胞核抗原(PCNA)和Ki67(增殖細胞的標記)的表達。AP-1 和NF-κB，都作為MAPK鏈和NF-κB途徑下游區的效應器，被IL-8依次正調節。IL-8可能調節細胞因子、生長因子及趨化因子(包括IL-8)的基因表達。

以下是IL-8參與的特異性信號途徑。這種趨化因子對惡性腫瘤演進有重要意義。許多研究表明，腫瘤細胞中IL-8過分表達，常誘導化療干預和環境應激(如，缺氧等)反應。腫瘤細胞中IL-8合成或分泌增加對于腫瘤微環境具有廣泛意義，基于癌細胞、內皮細胞和中性粒細胞/腫瘤相關巨噬細胞存在CXCR1和CXCR2特異性表達。

3.1 絲氨酸-蘇氨酸激酶的激活

磷脂酰肌醇激酶3是異源三聚體的Gai 亞基和 hg 亞基的主要靶點之一。這種脂類/蛋白激酶是IL-8趨化中性粒細胞主要效應器，作用使其底物絲氨酸-蘇氨酸激酶PKB/Akt磷酸化增加[14]。在多種癌癥中檢測出Akt的表達和活化增加，調節細胞存活、血管發生和細胞轉移作用，這種激酶作為重要癌癥治療靶點。IL-8使許多癌細胞株Akt活化。

IL-8能調節 MAPK 級聯放大反應，生成大量絲氨酸-蘇氨酸激酶，相似的細胞表面受體與鷹架蛋白相互作用。上述這些酶的特異性底物引起不同級聯放大系統激活，其中最具特征性的是Raf-1/MAP/ERK 酶 1/Erk 級聯。IL-8信號誘導經典MAPK信號級聯活化，中性粒細胞[16]和癌細胞[17]中都檢測出Erk1/2下游磷酸化。在中性粒細胞中檢測到磷脂酰肌醇激酶3是IL-8受體和MAPK信號偶聯的關鍵媒介物[18]。MAPK的激活與細胞增殖和存活相對應，在中性粒細胞、內皮細胞和癌細胞株中都發現了IL-8增強效應[10]。Erk-MAPK信號激活描繪了IL-8和E2F激活蛋白轉錄因子結合的假定途徑，主要調節某些細胞增殖有關基因轉錄。此外，IL-8信號激活p38 MAPK信號級聯反應[15]，MAPK對IL-8的重要功能是誘導余下反應。

激活磷脂酰肌醇激酶3，趨化因子受體與鈣蛋白偶聯結合IL-8信號激活磷脂酶C。磷脂酶C信號促使膜結合脂質轉化為甘油二酯和肌醇三磷酸，使鈣動員，活化典型和非典型亞型蛋白激酶C(PKC)。中性粒細胞通過IL-8誘導多樣PKC亞型磷酸化，其中包括，PKCα，PKChI和PKChII，分別支持分泌功能、呼吸爆發活動以及Mac-1介導的細胞粘附功能[19]。被IL-8刺激后癌細胞產生特異依賴PKC信號傳導途徑的磷脂酶C活化。

3.2 蛋白酪氨酸激酶的活化

蛋白酪氨酸激酶是癌細胞和內皮細胞IL-8信號的深部下游靶點，經研究發現卵巢癌細胞[16]和血管內皮細胞[20]IL-8促進表皮生長因子受體活化, 并促使MAPK下游活化。進一步研究表明，IL-8誘導內皮細胞血管表皮生長因子受體(VEGFR-2)磷酸化，調節內皮細胞屏障的通透性[21]。非受體酪氨酸激酶也是IL-8信號級聯放大反應的關鍵媒介。建立CXCR1和CXCR2表達細胞株，HEK293 和 RBL，證實Src激酶家族成員和p125局部粘附激酶(FAK)作為IL-8上游底物[22]。綜合IL-8表達、信號和惡性前列腺癌活組織細胞增加的FAK自主磷酸化作用，利用免疫印跡試驗可證明IL-8特異的誘導前列腺癌細胞系FAK-Src-糖皮質激素信號途徑[23]。FAK和 Src信號激酶的激活與增加的細胞增殖、存活和化療藥抗性有關，并且調節細胞擴散、活率及侵犯其他組織器官的能力。

3.3 Rho-GTPases(Rho-鳥苷三磷酸酶)的活化

Rho-家族單體鳥苷三磷酸酶和非受體酪氨酸激酶一同活化，是肌動蛋白細胞骨架的關鍵調節器。CXCR1和CXCR2受體分別活化內皮細胞鳥苷三磷酸酶Rho-家族的兩個成員，一方面CXCR1快速誘導Rho-GTPases獲得活性，另一方面，CXCR2延緩Rac-GTPase活化[19]。IL-8激活大量轉錄因子，促進上游信號級聯反應。成纖維細胞NIH3T3研究中發現IL-8活化CXCR2受體使信號轉導蛋白和轉錄蛋白家族活化劑Janus-活化激酶2磷酸化[24]。

4 IL-8、IL-8受體及其它受體之間相互干擾

橋連癌細胞對IL-8的應答可激活其受體并觸發信號途徑。David等[25]證實GPCR激動劑可誘導表皮生長因子受體(EGFR)轉活。在GPCRs激活EGFR轉活過程中傳導途徑起重要作用。已有大量研究報道EGFR參與了IL-8激活CXCR1和CXCR2的過程。IL-8受體介導激活EGFR機制是EGFR配體蛋白水解釋放。一種解聚素和金屬蛋白酶(ADAM)因子作用于表皮脫落。表皮脫落可限制膜固定點上的肝磷脂結合表皮生長因子(HB-EGF)過程。癌細胞分泌IL-8誘導EGFR配體脫落，激活ADAM-10。Itoh[22]等在結腸癌細胞株Caco2中發現IL-8誘導ADAM依賴性細胞增殖，IL-8誘導細胞增殖時需要ADAM-HB-EGF-EGFR轉導途徑。前-HB-EGF被 ADAMS溶蛋白性裂解時發出兩種促有絲分裂信號[23]。釋放的HB-EGF與EGFR結合，通過Ras-MAPK途徑正調節細胞周期。癌細胞活化EGFR正調節IL-8產物，誘導IL-8的表達。所以聯合阻滯IL-8受體和EGFR比單純抑制癌細胞生長更有效。結果表明大腸癌細胞EGFR信號轉導途徑觸發器可有助于IL-8的促有絲分裂功能。

5 小 結

許多癌細胞表達有生物活性的IL-8和有功能的IL-8受體。IL-8在多種惡性腫瘤中可作為一種自分泌生長因子，如大腸癌。大腸癌演進、轉移及復發與免疫系統功能密切相關，IL-8通過它的多重功能調節腫瘤生長和代謝。作為一種血管生成因子，IL-8調節大腸腫瘤血供以支持腫瘤生長，促進微血管上皮細胞轉移和增殖。作為一種促有絲分裂因子，IL-8直接對大腸腫瘤細胞發送生長信號。轉移瘤離開原發腫瘤微環境依然可以存活和生長。作為一種轉移因子，IL-8通過誘導大腸腫瘤細胞遷移促使腫瘤侵潤鄰近組織及轉移到其他部位。作為一種化學誘導因子，腫瘤細胞募集中性粒細胞和巨噬細胞分泌IL-8到達腫瘤區域，侵潤性巨噬細胞產生大量生長因子和血管生成因子加速腫瘤物增長。總的來說，IL-8在大腸癌演進中的作用是其多種生物學活性的聯合作用。其研究對于及時、全面地了解大腸癌患者病情進展、療效判斷、預后估計等具有重要意義。

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