COX-2/PGE2在腫瘤發生發展和重塑腫瘤微環境中的研究進展*

黎貴蕓 馮強 胡雄③ 邊莉③

癌癥相關炎癥（cancer-related inflammation，CRI）在癌癥的發生發展中發揮重要作用。甲狀腺、肝臟、前列腺、胃腸道和胰腺等臟器的慢性炎癥能增加患癌風險［1］。因此，CRI被認為是癌癥的“推進器”，也是癌癥復發的“導火線”［2］。生理情況下，急性炎癥是機體的防御反應，旨在修復組織損傷和消除致病因子，多數情況下對機體是有利的。但是，當炎癥調節失控時，有害因子長期存在，急性炎癥轉變為慢性炎癥，可能會增加基因突變的幾率、破壞適應性免疫，同時各種炎癥介質過度表達，使炎癥微環境向腫瘤微環境發展（tumor microenviroment，TME）。TME是由腫瘤細胞及周圍基質細胞、免疫細胞、脈管系統、細胞外基質和細胞因子、生長因子、代謝物、微生物菌群等所形成的復雜網絡［3］。無論在炎癥微環境還是TME中，前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）均是含量最豐富的類花生酸脂質，也是具有免疫調節功能的脂類代謝產物。研究表明，在結直腸癌、胃癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌等惡性腫瘤中環氧合酶-2（cyclo?oxygenase-2，COX-2）和微粒體前列腺素E 合酶-1（microsomal prostaglandin E synthase-1，mPGES1）及其代謝產物PGE2表達升高［4］，提示PGE2與這些腫瘤的發生發展密切相關。流行病學研究還發現，抑制PGE2合成的非甾體抗炎藥在腫瘤治療中也取得一定成效［4-6］。

1 前列腺素E2的正常合成與代謝

當組織細胞受到各種非特異性刺激時，細胞膜上的磷脂在磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）、COX-2、mPGES1等酶的作用下生成PGE2，PGE2也可以通過非酶促方式由PGH2代謝，但速度較慢［7］。細胞內合成的PGE2 被細胞膜上的多藥耐藥蛋白-4（multiple drug resistance-associated protein 4，MRP4）主動運輸到細胞外，在局部環境通過自分泌或旁分泌與細胞表面的PGE2受體（E-prostanoid，EP）結合發揮功能［8］。細胞外的PGE2又可被前列腺素E2轉運蛋白（prostaglandin transporter，PGT）重新轉運回細胞內，15-羥基前列腺素脫氫酶（15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase，15-PGDH）將其氧化為無活性的15-酮式前列腺素E2［9］。因此，15-PGDH、MRP4和PGT在調節細胞內外PGE2的動態平衡中也發揮重要作用。

2 COX-2/PGE2途徑相關蛋白表達的臨床意義

COX-2/PGE2 及合成途徑中的調節蛋白在結直腸癌、肺癌、乳腺癌、頭頸癌等惡性腫瘤中的表達量與腫瘤分級、轉移、預后不良及降低腫瘤細胞對化療藥物敏感度相關［4，10］。Zhang等［11］在89例卵巢癌石蠟組織樣本中發現COX-2的高表達與卵巢腫瘤的分級相關，在肺腺癌中COX-2 表達水平與淋巴結轉移密切相關［12］。PGE2 代謝的關鍵酶15-PGDH 高表達與總生存期（overall survival，OS）和無復發生存期（re?currence-free survival，RFS）的改善相關［13］。研究還發現，在神經母細胞瘤、前列腺癌、胰腺癌、上皮性卵巢癌和急性髓性白血病等腫瘤中，PGE2 胞外轉運蛋白MRP4高表達與預后不良相關［14-19］，基底樣和HER2過表達型乳腺癌中MRP4 的表達水平與乳腺癌的侵襲性相關［13］。在三陰性乳腺癌中COX-2High、MRP4High、PGTLow、15-PGDHLow的表達模式利于TME中PGE2 的積累，這可能是導致三陰性乳腺癌預后不良的重要原因之一［13］。

3 COX-2/PGE2途徑在TME中的作用及機制

3.1 微環境中COX-2/PGE2合成的調控機制

大多數腫瘤中的COX-2/PGE2處于高水平狀態，受細胞內外多種信號轉導途徑及因子的調節。據文獻報道，激活癌細胞的Braf/MEK［20］、磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）信號途徑可誘導COX-2 表達上調［6］，EPHA2/TGF-β/SMAD/PTGS2［21］、PGE2/RhoC/PTGS2的正向調節環增加癌細胞COX-2/PGE2的表達量［22］。肺癌細胞中N-myc與STAT互作因子（N-myc and STAT interactor，NMI）通過抑制轉錄共激活因子P300介導的核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）P50/P65乙酰化來抑制COX-2/PGE2表達［23］。COX-2/PGE2途徑除了受癌細胞內部信號通路活化的影響，轉錄后調控因子微小RNA（microRNA，miR）在PGE2的表達分泌中也十分重要。研究表明，非小細胞肺癌表達miR-574-5p，其GU富集元件（GU-rich elements，GRE）可作為RNA結合蛋白1（RNA-binding protein CUG RNA-binding protein 1，CUGBP1）的誘餌，阻止其與靶基因mPGES-1的3'端非翻譯區（3'untranslated regions，3'UTR）結合，導致mPGES-1的3'UTR發生可變剪接生成新的同工型mPGES-1，增加mPGES-1蛋白表達，促進PGE2的表達［24］。此外，COX-2蛋白去糖基化修飾或細胞處于缺氧、垂死狀態下也可促進PGE2釋放［25-26］。研究還發現，藥物也能影響腫瘤細胞COX-2的表達，COX-2抑制劑塞來昔布可反常增加癌細胞COX-2的表達，并通過外泌體將COX-2遞送到腫瘤周圍的單核細胞中，單核細胞吸收外泌體中COX-2后，增加PGE2的分泌［27］。阿片類藥物結合乳腺癌細胞δ阿片受體可激活PI3K/AKT信號通路，上調COX-2的表達［28］。

在TME中，間質細胞、免疫細胞等細胞也存在多種COX-2/PGE2 過表達的調控機制。髓源抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSC）中受體相互作用蛋白激酶3（receptor-interacting protein kinase 3，RIPK3）的下調，增強了NF-κB的轉錄、上調COX-2的表達和PGE2分泌［29］。在巨噬細胞中，轉錄因子YY1（yin yang1）與COX-2的啟動子區結合可增加COX-2的轉錄活性［30］。在腫瘤相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）中組蛋白脫乙酰基酶6（histone deacetylases 6，HDAC6）通過信號轉導和轉錄激活子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）途徑誘導COX-2/PGE2過表達［31］，見圖1。

?圖1 細胞中COX-2/PGE2 合成的調控機制［31］

3.2 COX-2/PGE2直接調控腫瘤發生發展的機制

在TME中，腫瘤細胞及周圍免疫細胞均可過表達COX-2，通過自分泌或旁分泌PGE2作用于腫瘤細胞和周圍免疫細胞，直接或間接調控腫瘤的惡性生物學行為。在結直腸癌前病變APCmin/+小鼠模型中，PGE2通過結合受體EP1 和EP2 促進cAMP 反應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）調控的轉錄共激活因子1（CREB regulated transcription coact?ivator 1，CRTC1）去磷酸化和核轉移，增強CRTC1的轉錄活性，導致散發性或結腸炎相關的結腸癌發生［32］。外源性誘導人口腔上皮角質細胞（human oral kerati?nocyte，HOK）過表達COX-2/PGE2，可促進HOK增殖，同時上調口腔癌相關基因cyclin D1，活化NF-κB和抑制腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）信號傳導途徑中的相關基因JUN、Toll樣受體4（Toll like receptor 4，TLR4）、CXC趨化因子1（C-X-C motif chemokine 1，CXCL1）、白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）、CXCL3、腫瘤壞死因子受體超家族1β（tumor ne?crosis factor receptor superfamily 1β，TNFRSF1β）和白細胞介素1β（Interleukin-1β，IL-1β），下調多種腫瘤抑制因子1（multiple tumor suppressor 1，MTS1）的表達，最終促使HOK細胞的惡性轉化［33］。COX-2過表達還可驅動癌基因KRAS，從而激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）途徑促進肺癌的發生［34］。上述研究表明，TME中的非轉化細胞或癌前病變細胞均高表達COX-2/PGE2，以促進慢性炎癥疾病向腫瘤發展，提示此類細胞過表達COX-2/PGE2可能是腫瘤發生的早期分子事件。

COX-2/PGE2 途徑還能通過重編程腫瘤細胞生長參數、影響腫瘤細胞表型，為腫瘤的增殖、侵襲、轉移提供條件。新近研究報道，卵巢癌細胞高表達COX-2、分泌PGE2，與其受體結合后上調NF-κB P65的磷酸化水平，增強卵巢癌細胞的增殖能力［11］。PGE2 與受體EP3 結合后激活SRC 家族激酶（SRC family kinases，SFK），誘導去整合素和金屬蛋白酶（a disintegrin and metalloprotease，ADAMs）活化，ADAMs又反過來介導EGFR的配體兩性調節蛋白（amphireg?ulin，AREG）和表皮調節素（epiregulin，EREG）的脫落，繼而使EGFR 從細胞膜釋放向核內轉移，進入細胞核的EGFR 可延長誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、c-myc、cyclin D1、PTGS2等基因的表達，促進腫瘤細胞增殖［35-36］。垂死腫瘤細胞釋放的PGE2作為抑制型損害相關分子模式（dam?age associated molecular patterns，DAMPs）抵消激活型DAMPs 的作用，抑制TNF-α 等關鍵性炎癥細胞因子的表達，阻止炎癥細胞因子繼續對存活腫瘤細胞的攻擊，表明PGE2可重塑TME來輔助存活腫瘤細胞增殖［26］。COX-2/PGE2 還可通過激活PI3K 和細胞外信號調節激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）途徑誘導腫瘤細胞表達血管內皮生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEG?FR）［37］，增強癌細胞的遷移能力；通過激活STAT3、AKT/NOTCH/WNT 等途徑或介導CXCR2 信號下調PI3K-P85α 促進癌細胞發生上皮間質轉化（epitheli?al-mesenchymal transition，EMT）［38-39］；還能激活PKC/MAPK/E2F-1/FoxC2信號通路上調癌細胞中β1-整合素的表達，促進癌細胞侵襲［12］。

3.3 COX-2/PGE2重塑TME間接調控腫瘤發生發展的機制

3.3.1 抑制淋巴細胞抗腫瘤能力 高水平的COX-2/PGE2 不僅能直接調控腫瘤細胞的惡性生物學行為，還可通過阻礙各種免疫細胞中的促炎反應并介導TME 的重編程，使TME 處于免疫抑制狀態［40］。研究表明，PGE2誘導CD8+T細胞激活cAMP-PKA途徑，使參與維持線粒體和細胞質之間氧化還原平衡的蘋果酸-天冬氨酸穿梭（malate-aspartate shuttle，MAS）系統嚴重受損，下調MAS 中的天冬氨酸及多種酶和中間代謝物含量，致使CD8+T 細胞生長停滯［41-42］，這可能是PGE2 降低TME 中CD8+T 細胞浸潤數量的關鍵機制之一。另外，COX-2 編碼基因PTGS2 的mRNA水平與CD8A、CD8B 轉錄水平及CXCL10、CXCL9 的表達呈負相關［20］，影響CD8+T 細胞的募集。PGE2 還能抑制NK 細胞產生趨化因子CCL5和XCL1，同時下調cDC1細胞中趨化因子受體CCR5和XCR1的表達，抑制細胞毒性T 淋巴、NK 細胞-cDC1 細胞的募集作用及抗腫瘤能力［41］。上述研究表明，腫瘤微環境中高濃度的PGE2可抑制CD8+T細胞、NK-cDC1細胞的募集、增殖，以降低腫瘤周圍殺傷細胞的浸潤豐度，阻斷該途徑可能重新增加TME 中細胞毒性T 淋巴細胞或其他殺傷細胞浸潤數量，提高免疫系統的抗腫瘤能力。研究還發現，COX-2/PGE2途徑可誘導腫瘤細胞過表達程序性死亡蛋白配體（programmed cell death protein ligand 1，PD-L1），過表達的PD-L1 與T細胞表面的程序性死亡蛋白受體（programmed cell death protein 1，PD-1）結合后抑制T 細胞的殺傷作用，介導腫瘤細胞發生免疫逃逸。轉錄因子YY1 和TGF-β 刺激腫瘤細胞表達COX-2/PGE2 通過誘導癌細胞AKT 的磷酸化來激活PI3K/AKT 途徑，進而激活mTOR，促進腫瘤細胞中PD-L1的表達［43］。而抑制轉錄因子YY1、EGFR、TGF-β 的表達時，COX-2/PGE2的表達也被抑制，進而下調PD-L1的表達［30，44］。

3.3.2 影響巨噬細胞活化狀態 TME 中，COX-2/PGE2 還能促進MDSC 和巨噬細胞的募集、遷移和增殖，但是對MDSC和巨噬細胞功能極化的影響尚存爭議。經典活化型巨噬細胞M1 和替代活化型巨噬細胞M2分別具有促炎性和抗炎性，NF-κB介導巨噬細胞向M1 型極化［45］，恢復巨噬細胞的促炎功能，而NF-κB 又是COX-2 的反式激活因子，有助于激活腫瘤細胞和巨噬細胞中COX-2 的表達［46］，二者具有相同的信號分子，COX-2參與調節巨噬細胞向M1型極化。有研究認為，COX-2是促進巨噬細胞向M2型極化的調節劑，MDSC 中RIPK3 下調促進了NF-κB/COX-2/PGE2 軸的活化，產生大量的PGE2，促進MD?SC 向M2 型巨噬細胞發生極化，同時PGE2 還可進一步降低RIPK3的水平，形成信號正反饋環以進一步促進MDSC的免疫抑制活性和致癌作用［29］。PGE2轉運蛋白表達異常可升高細胞外PGE2的水平，腫瘤細胞條件培養基中抑制髓源細胞PGT 和15-PDGH 的表達，增強了MRP4的表達，促進髓源細胞轉化為M2型巨噬細胞［47］。在結直腸癌前病變APCmin/+小鼠模型中，COX-2+的腫瘤相關巨噬細胞高表達精氨酸酶（ar?ginase-1，Arg-1）、不表達iNOS［48］。也許COX-2 并非巨噬細胞極化的特異性決定因素，但是其可以充當巨噬細胞前期活化的促進劑。

3.3.3 促進血管、淋巴管生成 COX-2/PGE2途徑不僅可以通過調控癌細胞自身VEGFR表達促進腫瘤進展，還刺激血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）合成，誘導內皮細胞、CAFs的遷移和分化作用來觸發血管內皮細胞和淋巴管內皮細胞萌發，促進腫瘤細胞血管和淋巴管生成［49］。在膠質瘤細胞中阻斷COX-2和mPGES-1的作用可抑制AKT磷酸化，通過miR-194-5p和長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）NEAT1的內源性競爭作用降低VEGF、成纖維細胞生長因子-2（fibroblast growth factor-2，FGF-2）、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）的產生，以阻礙腫瘤血管新生［50］。基質成纖維細胞和成骨細胞表達COX-2和mPGES-1上調PGE2，PGE2與EP4受體結合誘導VEGF、堿性成纖維生長因子（basic fi?broblast growth factor，bFGF）、NF-κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）表達，促進腫瘤血管生成，并誘導破骨細胞活化，產生溶骨作用，為癌細胞發生骨轉移提供條件［51］，見圖2。

?圖2 COX-2/PGE2 途徑在TME中的作用及調控機制［51］

3.3.4 對CAFs的影響COX-2/PGE2促進CAFs 表達miR-335介導PTEN蛋白下調，進而促進CAFs 向衰老相關分泌表型（senescence associated secretory phenotype，SASP）發展，該表型的CAFs細胞是癌細胞運動的誘導劑［52］。TGF-β 誘導鋅指蛋白SNAIL1 表達觸發CAFs產生PGE2，進而增加乳腺癌細胞的侵襲性［53］。小鼠前列腺癌細胞分泌的PGE2，通過激活與催乳素基因PRL 調控序列結合的孤兒核受體4A-類維生素X 受體（orphan nuclear receptor 4A-retinoid X receptor，RXR），誘導腫瘤鄰近基質CAFs產生和分泌催乳素，催乳素反過來結合腫瘤細胞上的催乳素受體激活信號通路，從而促進腫瘤增殖［54］。

3.3.5 對干細胞的影響 此外，COX-2/PGE2還能激活腫瘤干細胞（cancer stem cells，CSCs）的干性，Kurto?va 等［55］在膀胱癌患者中發現，化療誘導腫瘤細胞凋亡，隨后釋放PGE2，共定位技術顯示PGE2 主要分布于CSCs周圍，用外源性PGE2與經化療處理的膀胱癌細胞上清分別刺激腫瘤干細胞，二者均能增強CSCs的成球能力。PGE2 與其受體EP4 結合激活PI3K 和MAPK途徑導致轉錄因子NF-κB活化，誘導小鼠結直腸癌CSCs 的增殖并促進腫瘤細胞向肝臟轉移［56］。PGE2 通過下調E-鈣黏蛋白的表達，促進β-catenin的釋放和核易位，核β-catenin 與TCF/LEF 協同激活干細胞多能性關鍵基因NANOG、Oct4 和Sox2 的表達，恢復CSCs 的干性［57］。另外，caspase 募集功能域的凋亡抑制因子（apoptosis repressor with caspase re?cruitment domain，ARC）調控癌細胞產生白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β），IL-1β誘導間充質干細胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）表達COX-2、分泌PGE2，PGE2 又以旁分泌的方式作用腫瘤細胞激活β-catenin 信號，刺激癌細胞獲得CSCs 表型；同時βcatenin又能上調ARC的表達，癌細胞則在MSCs依賴的ARC/IL-1β/Cox-2/PGE2/β-catenin 信號回路環的保護作用下抵抗化療［58］。上述研究證實，COX-2/PGE2 途徑可通過β-catenin 信號通路激活CSCs 表型、誘導CSCs增殖來保護腫瘤細胞抵抗化療，促進腫瘤的發生、進展和轉移。

4 結語與展望

免疫療法單藥治療的超進展、腫瘤治療耐藥性是當前腫瘤治療的難題之一，聯合用藥是緩解這一難題最快速有效的方法之一。有報道使用COX-2抑制劑依托度酸可抑制M2型巨噬細胞的特性，降低小鼠乳腺癌的肺轉移率［59］，COX-2 特異性抑制劑塞來昔布可增強胰腺癌對免疫檢查點抑制劑和CD40 激動劑的敏感性［60］。COX-2 shRNA 抑制COX-2 的表達逆轉了乳腺癌細胞對吉西他濱和紫杉醇化療耐藥性［61］。另外，腫瘤細胞及周圍間質細胞接收自身PGE2 信號刺激的同時也接收周圍細胞旁分泌的PGE2，促使TME長期處于免疫抑制狀態，了解COX-2/PGE2 途徑上下游的調控機制及分子事件，開發COX-2/PGE2途徑精準抑制劑，打破該途徑造成的免疫抑制狀態，再聯合使用免疫靶點抑制劑或其他化療藥物，可能會取得較好的抗腫瘤效果。