黑色素瘤缺乏因子2炎性復合體對腫瘤發生發展作用的研究進展

李 震，李曉明

慢性炎性反應與腫瘤的發生發展密切相關，而且癌癥異常的炎癥或癌癥相關的炎癥已被確定為第七類癌癥的標志[1]。在某些類型的癌癥中，炎癥條件早于惡性發展，而在另一些癌癥中，致癌變化引起的炎癥微環境可以促進腫瘤的發展。無論炎癥的起源，還是腫瘤微環境的持續炎性反應，都可以促進惡性細胞的增殖和存活，刺激血管生成和轉移，破壞適應性免疫反應，并改變對化療藥物的反應[2]。其中炎性介質和細胞效應蛋白構成腫瘤的局部環境。實驗、臨床和流行病學研究顯示，慢性炎癥可誘發不同類型的癌癥，并有助于癌癥發展[3]。腫瘤相關的炎癥是由多種炎性細胞因子驅動，主要包括白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和IL-18[4]。目前認為IL-1β和IL-18主要來源于黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2, AIM2)炎性復合體(又稱為炎性體或炎性小體)的激活而分泌產生。

1 AIM2炎性體

Brennan等[5]發現，鼠傷寒沙門氏菌感染的巨噬細胞出現一種新的死亡方式，死亡細胞的形態特征類似于細胞壞死，發生細胞膜的裂解，細胞內容物釋放引起局部的炎性反應，但是又不同于細胞壞死，出現細胞核DNA片段化，這種新的細胞死亡方式被命名為細胞焦亡。其發生依賴于caspase-1的激活，而在細胞凋亡中起重要作用的caspase-3并不參與其中。細胞焦亡這種特殊的炎癥相關死亡方式的發生與炎性體的活化密不可分。炎性體是細胞內一類能夠快速激活天然免疫應答的多蛋白復合物體，當細胞受到胞外病原體或胞內危險信號刺激時，炎性體組裝完成并招募pro-caspase-1，使caspase-1活化，最終導致IL-1β和IL-18的分泌，并誘導發生細胞焦亡[6]。一個典型的炎性體包括感受器、接頭蛋白質(即凋亡相關的斑點樣蛋白ASC)和pro-caspase-1。現在確認的感受器分子很多，如NOD樣受體及PHYIN蛋白等[7]。

一般的炎性體激活包括啟動步驟和觸發步驟。啟動步驟導致某些炎性成分，隨著pro-IL-1β和pro-IL-18轉錄。觸發步驟中，各種刺激可以導致炎性體的組裝和激活。炎性體的激活導致caspase-1裂解并活化，從而將pro-IL-1β和pro-IL-18裂解為成熟的IL-1β和IL-18，并分泌[8]。IL-1β是促炎細胞因子，具有致癌作用[9]。IL-1β是通過兩個步驟被緊密調節：核轉錄因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)介導的非分泌型pro-IL-1β轉錄誘導和炎性體介導的pro-IL-1β裂解成分泌形式IL-1β[10-11]。

炎性體的激活物包括病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)和損傷相關分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)，PAMPs包括病毒DNA和RNA，DAMPs包括細胞外ATP和細胞內的活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)[12]。PAMPs和DAMPs存在于感染相關的癌癥腫瘤微環境中；然而，在惡性細胞中炎性體的表達譜仍不完全清楚。此外，在惡性細胞的炎性體功能與感染和應激引起的炎癥和癌癥之間的聯系仍是未知的。推測AIM2可能接受來自外界或者細胞內外的危險信號，通過炎性體途徑激活caspase-1，從而啟動細胞焦亡。這種推測與AIM2的抑制腫瘤作用相一致。

2 AIM2炎性體在組織中的表達

由于炎性體的出現是炎癥的基礎，炎性體成分的表達水平可能是特定癌癥相關炎癥診斷的分子標記物。因此，評價腫瘤炎性體的表達可能有助于分析其在腫瘤發生、發展中的作用。

AIM2屬于PHYIN蛋白家族[13]。PYHIN家族大部分成員均在細胞核中表達，目前已發現人的4種該家族蛋白：IFI16、MNDA、AIM2、IFIX；小鼠中發現5種該家族蛋白：p202、p203、p204、p205、p210[14-16]。其中人的AIM2與小鼠的p210是對應關系。PHYIN蛋白家族所有蛋白質的C端都存在HIN-200結構域，N端存在PHYIN結構域(PYD)。其中HIN-200結構域識別雙鏈DNA(dsDNA)并與之結合，PYD與包含PYD-CARD結構的ASC中的PYD域結合，ASC中的CARD結構結合pro-caspase-1，從而形成dsDNA/PHYIN蛋白/ASC/pro-caspase-1多蛋白炎性復合物，形成大分子復合體完成炎性體的基本結構單元[17]。AIM2因缺乏核定位序列主要定位于細胞質中[18-19]。

Winter等[20]研究發現，在前列腺癌中AIM2 mRNA的基礎水平比正常前列腺中顯著降低；同樣，在某些前列腺癌細胞系AIM2 mRNA和蛋白的基礎水平都很低或檢測不到，而且原發性前列腺癌多數組織標本檢測不到caspase-1；此外，某些前列腺癌細胞系caspase-1表達水平降低。提示caspase-1和前列腺腫瘤AIM2的表達可能在腫瘤的預后評估中具有重要意義。

AIM2在肺腺癌組織中高表達，肺鱗狀細胞癌組織中適度表達，但在小細胞肺癌組織中是低表達。AIM2炎性體的銜接蛋白ASC、caspase-1、IL-1β及IL-18均在肺鱗狀細胞癌、腺癌和小細胞肺癌組織中低表達，而在肺腺癌組織中的表達最高。AIM2 mRNA水平在肺鱗狀細胞癌和肺腺癌組織明顯高于小細胞肺癌組織。除小細胞肺癌組織的AIM2和肺鱗狀細胞癌組織的pro-caspase-1以外，在肺癌組織中AIM2、ASC、pro-caspase-1，pro-IL-1β和pro-IL-18的mRNA表達水平明顯高于肺癌旁組織[4]。

在鼻咽癌患者中AIM2炎性體表達與患者生存率呈正相關，ASC、caspase-1、IL-1β、AIM2的表達上調與良好的局部無瘤生存率和無病生存率相一致，ASC、caspase-1、IL-1β、AIM2的上調是良好的無瘤生存和無病生存的獨立預測因素，AIM2炎性體表達上調的腫瘤患者在治療后5年內無局部復發；因此，在腫瘤細胞中AIM2炎性體和IL-1β的過表達，可能有助于局部腫瘤的控制[12]。總之，不同癌癥中炎性體功能和表達上的差異，取決于不同的病理類型和分級以及侵襲能力的程度。這些結果表明，炎性體的表達和激活可能與腫瘤生物學特征或行為相關。

3 AIM2炎性體與STAT3的作用

STAT3是一種腫瘤基因編碼的蛋白，激活后的STAT3稱磷酸化STAT3(p-STAT3)可通過多環節、多層次和多通路促進腫瘤的發生、發展，其機制眾多且可相互影響。

p-STAT3是慢性炎癥疾病向惡性腫瘤轉化的關鍵因子[21]。Ratsimandresy等[22]研究發現，AIM2炎性體是通過STAT3相關通路調控腸內平衡的中心環節。在穩定狀態下，在腸上皮細胞中AIM2感知腸內細菌DNA，促進IL-18的生產，下調IL-22結合蛋白(IL-22BP)表達從而增強結腸內IL-22的活性；AIM2的缺失可導致IL-18分泌減少，增強IL-22BP表達，減弱IL-22的活性，從而減少p-STAT3，結果使STAT3依賴的抗菌肽(AMPs)減少，促進生態失調與結腸炎的發生。在葡聚糖硫酸酯鈉誘導的結腸炎AIM2-/-小鼠中，由旁路途徑刺激使IL-18分泌增加，IL-22BP表達下降，從而促進IL-22產生和提高STAT3的活化，活化的STAT3促進AMPs產生。反過來，AMPs進一步通過自我放大的前饋回路維持STAT3和Akt的活化，從而促進隱窩細胞增殖和腸道修復，并可能有助于增加AIM2-/-小鼠結腸癌的易感性。總之，AIM2炎性體的核心作用是預防微生態失調和腸道炎癥，是通過IL-18/IL-22BP/IL-22和STAT3信號通路以及AMPs表達來調節的。

4 AIM2炎性體與低氧

在實體瘤內由于周期性或慢性缺氧條件下的無菌炎癥易引起的髓系細胞浸潤(單核細胞和巨噬細胞)[23]。近期研究發現，在前列腺腫瘤中缺氧與慢性炎癥和前列腺癌患者不良預后相關[24-27]。在低氧條件下，缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)穩定表達并刺激一系列靶基因的轉錄和激活NF-κB轉錄活性，調節編碼促炎性細胞因子的基因表達水平。在人類前列腺腫瘤中缺氧刺激增強NF-κB轉錄活性并通過誘導AIM2受體和pro-IL-1β的表達從而激活AIM2炎性體。而且，前列腺腫瘤中的缺氧環境也能通過激活AIM2炎性體，利于局部慢性炎癥的發生[28]。在前列腺腫瘤缺氧微環境中，炎性體的激活通過增加IL-1β使誘導腫瘤細胞中HIF-1α的穩定和促進缺氧誘導基因的表達，從而激活前列腺缺氧和前列腺炎癥正反饋環路。

STAT3和NF-κB的激活和相互作用在控制腫瘤細胞與其微環境之間的聯系起著關鍵作用，特別在浸潤性腫瘤的炎癥(免疫)細胞中。NF-κB能導致腫瘤和免疫細胞中STAT3的活化，在炎性細胞中STAT3參與NF-κB的負調控作用。在惡性腫瘤和癌前病變細胞STAT3發揮重要的致癌作用，而在炎性細胞STAT3也可能通過其抗炎作用抑制腫瘤。盡管NF-κB和STAT3存在拮抗作用，但是總體來說其協同作用促進許多癌癥的發生和發展[29]。此外，低氧可以誘導p-STAT3的表達，p-STAT3也可以調節HIF-1α的表達。

5 AIM2炎性體和放化療的關系

放射治療和化療被廣泛用于癌癥治療。以往的研究表明，放射可通過惡性細胞中ROS的產生激活細胞內DNA的受體——AIM2，與細胞核和線粒體DNA釋放進入細胞質相關[30]。AIM2是一種免疫感受器，能感知dsDNA并調節組裝和激活炎性體[18-19]。有研究人員用小鼠建立放射誘導小腸綜合征模型發現，大多數野生型小鼠暴露于致命劑量的次全身照射(SBI)10 d內死于嚴重的腸道損傷，而AIM2缺陷能保護小鼠免受SBI殺傷力和腸道損傷；野生型小鼠在SBI 3.5 d后腸隱窩損傷嚴重，而AIM2缺陷小鼠的腸隱窩能很大程度上保持其完整性；值得注意的是，缺乏caspase-1的小鼠能抵抗SBI誘導的致死性，提示炎性體通路對控制腸道放射敏感性起至關重要的作用[31]。經過反復實驗發現僅缺乏caspase-1或結合蛋白ASC的小鼠也可以免受SBI誘導致死性，表明caspase-1依賴和ASC依賴的經典炎性體通路調控腸放射敏感性。說明AIM2炎性體有控制SBI引起腸道損傷的特殊作用[32]。

AIM2-/-骨髓來源的巨噬細胞存在較高的抗阿霉素和依托泊苷特性，其殺死惡性細胞是通過引導DNA雙鏈斷裂。同體外數據一致，AIM2-/-小鼠也對大劑量阿霉素治療引起的腸道損傷和致死性不敏感，表明AIM2炎性體是具體參與電離輻射和化療藥物引導DNA雙鏈斷裂引起的細胞死亡[32]。

6 結語與展望

近年炎性體的特異性、組裝、活化、功能的生物原理研究獲得了很大突破。然而，在不同的癌癥中不同炎性體的表達和功能是復雜的。有研究者在結腸腫瘤中發現，AIM2抑制腫瘤生長的能力，不依賴于作為一個炎性體蛋白的功能，而是通過AIM2抑制Akt的活化、控制腸道干細胞的增殖和控制腸道腫瘤相關菌群的組成來實現的[33]。但是，在不同肺癌中炎性體功能和表達上的差異，取決于不同的病理類型和分級、侵襲能力與肺癌化療耐藥的程度[4]。這些結果表明不同的組織或不同病理類型的相同組織中炎性體的表達和作用是不同的。因而，在未來的研究中尚需進一步探討不同組織細胞的AIM2及其炎性體對腫瘤的作用機制。

炎性體的出現是炎癥的基礎，STAT3與NF-κB是慢性炎癥疾病向惡性腫瘤轉化的關鍵因子。而且在實體腫瘤中存在著不同程度和不同類型的缺氧，缺氧能夠刺激增強NF-κB轉錄活性并且激活AIM2炎性體。故進一步探討缺氧、AIM2炎性體與STAT3通路相互調控作用以及在腫瘤發生、發展中的相互關系將具有重要的理論和現實意義。