炎癥介質及炎癥細胞因子在結直腸癌發生發展中作用的研究進展

霍瑞雪，崔宇，吳曉靜，王弋嘉，王鳳瑋

天津市人民醫院，天津 300000

結直腸癌(CRC)是全世界最常見的惡性腫瘤之一，近年我國CRC的發病率和病死率均呈上升趨勢，此病發病機制復雜，其中慢性炎癥是導致CRC發生發展的重要危險因素。腫瘤微環境中的炎癥細胞及炎癥因子可促進炎癥發生，進而促進腫瘤生長[1,2]。細胞因子是機體受到體內外各種刺激后，由體內各種細胞分泌出來的多種小分子蛋白質或多肽，其與細胞表面的受體相結合，進而發揮生物學效應，其中參與炎癥反應的細胞因子稱為炎癥細胞因子，簡稱炎癥因子。在炎癥過程中，由體液產生或由細胞釋放的，參與或介導炎癥反應的化學物質稱為炎癥介質，其范圍比炎癥因子更為廣泛。在CRC患者中，腫瘤相關的炎癥，不論是局部還是全身的炎癥反應，都被認為與腫瘤壞死和預后有關[1,3]。機體對腫瘤的反應是一個炎癥及損傷修復的復雜過程。研究[3]發現，腫瘤周圍的炎癥細胞和細胞因子并不是有效抗腫瘤的反應，而更可能起到促進腫瘤生長、進展和免疫抑制的作用。免疫細胞通過分泌的生物活性因子——炎癥介質及炎癥因子發揮強大生物學效應，可介導多種免疫反應，如生長因子、趨化因子、促血管生成因子、胞外基質轉化酶等，來浸潤腫瘤微環境達到患癌的風險[4]。一方面，炎癥介質及炎癥因子可以調節局部腫瘤微環境和影響正常器官的慢性全身炎癥反應[5]；另一方面，某些細胞因子也可抑制炎癥產生，對機體起到抑制腫瘤生成的保護作用。此外，腫瘤易感性和嚴重程度可能與炎性細胞因子基因的功能多態性有關，且炎癥細胞因子的缺失或抑制反過來會阻止腫瘤的進展[3]。現就炎癥因子及炎癥介質在結直腸癌發生發展中的作用研究進展情況作一綜述。

1 腫瘤壞死因子(TNF)

TNF是由單核/巨噬細胞產生的一類與細胞增殖、分化、死亡、炎癥反應、自身免疫及腫瘤生成有關的促炎癥因子，其在炎癥發生與促腫瘤生成方面發揮作用[1,6]。TNF-α可促進氧化應激介導的DNA損傷，誘導內皮細胞增殖，調節各種促血管生成因子(如VEGF)的表達促進血管生成，也可刺激TGF-β誘導的EMT(上皮間質轉化)，通過誘導遷移黏附分子的表達促進組織侵襲和轉移[6]。其也與IBD患者的RONS生成有關，RONS誘發突變的潛能與p53抑制基因的早期突變一起，有可能增加與基因改變有關的累積風險，從而導致UC患者的癌癥發生[7]。眾所周知，NF-κB作為促炎癥轉錄因子，是炎癥進程中的中心激活劑，并決定性地促進腫瘤細胞生存、增殖、侵襲、血管生成和轉移。TNF-α可增強腫瘤發生的炎癥通路如NF-κB信號通路，進而刺激惡性細胞增殖[8,9]。中和TNF在小鼠模型及患者中對于IBD具有保護作用。此外，抗TNF單克隆抗體已被證明可有效治療克羅恩病和潰瘍性結腸炎[10]。

2 干擾素(IFN)

IFN-γ主要由活化T細胞和NK細胞產生，也稱為Ⅱ型干擾素。在UC相關癌癥患者中，IFN誘導的基因家族1-8U被過表達。在IBD患者中已經觀察到IFN-γ+細胞的升高，而IFN-γ缺陷的裸鼠不會發展為DSS誘導的結腸炎，因此認為IFN-γ可能會促進慢性炎癥反應。在IL-10缺陷模型中，小腸結腸炎和腫瘤形成依賴于IFN-γ的參與，并且阻斷中和抗體可防止低齡小鼠結腸炎和癌癥發生，證明了IFN-γ作為早期炎癥誘導劑的作用[11]。在AOM/TNBS-CAC鼠模型中，Osawa等證實IFN-γ-/-小鼠比野生型或IL-4-/-小鼠產生更多數量的腫瘤，說明了IFN-γ的抗腫瘤免疫反應。這可能由于IFN-γ可以通過抑制癌細胞的細胞生長和誘導細胞死亡，對癌變和腫瘤生長具有免疫刺激和免疫調節作用[12]。因此IFN-γ的雙向促進或抑制腫瘤生成的作用還有待于進一步研究證實。

3 白細胞介素(IL)

IL是指在白細胞或免疫細胞間相互作用的淋巴因子，其在傳遞信息，激活與調節免疫細胞，介導T、B細胞活化、增殖與分化及在炎癥反應中起重要作用。

3.1 IL-1 在CRC微環境中，IL-1是IL-17信號傳導途徑的關鍵調節因子。上皮細胞中IL-1受體(IL-1R1)的遺傳缺失可減輕CRC的APC模型中的腫瘤發生，證明了IL-1信號傳導在早期腫瘤生長中的作用。IL-1R1的T細胞特異性消除減少了依賴于IL-17和IL-22的腫瘤誘發的炎癥，從而減少了CRC進展。IL-1R1消融可導致細菌侵入腫瘤，增強炎癥和侵襲性CRC進展[13]。最近研究顯示，可通過削弱巨噬細胞依賴性的IL-6分泌，進而阻斷IL-1β的活性來降低小鼠腫瘤發生[14]。并且IL-1受體拮抗劑Bermekimab已在CRC治療中初見療效[15]。這些發現意味著IL-1在結腸炎癥發生中起著重要的作用。

3.2 IL-6 IL-6可誘發氧化應激，并且是結直腸腺瘤及早期腸炎相關性腫瘤生成中的重要促進因子。已觀察到，CRC患者的循環IL-6濃度升高。而動物模型中，TAMs產生的IL-6可促進CAC生成，其通過調節局部和全身炎癥反應及血管生成，促進腫瘤進展和轉移[5]。試驗證實在CRC細胞系中，IL-6與可溶性IL-6受體(sIL-6R)結合，形成IL-6-sIL-6R復合物，通過與表面分子gp130結合，激活腸道靶細胞，阻止腫瘤細胞凋亡，導致重要的腫瘤生成轉錄因子—STAT3的磷酸化，進而正向調節癌胚抗原相關細胞黏附分子5和6(CEACAM5，CEACAM6)。已知CEACAM5和CEACAM6與腫瘤細胞的黏附，浸潤，失巢凋亡，侵襲和轉移均相關，是預后不良的危險因素。在AOM/DSS誘導的CAC模型中，IL6-/-小鼠較野生型產生更少的腫瘤，并且在腸上皮細胞(IECs)中觀察到增殖減少及更多凋亡。對IL6-/-小鼠再給予重組的IL-6后，腫瘤數量和大小都會增加。并且，應用單克隆抗體阻斷IL-6信號通路，對抑制慢性腸道炎癥起到一定作用[8]。

3.3 IL-8 IL-8是中性粒細胞和巨噬細胞特異性趨化因子CXC亞家族成員，在急性炎癥反應期間可作為中性粒細胞和巨噬細胞的化學引誘物。IL-8有促分裂，血管生成的作用，其通過MMP的相關表達，影響腫瘤細胞運動性，從而增強侵襲力。IBD患者中IL-8水平升高，同時，結腸癌細胞也表達IL-8。在腸癌患者中，分化程度越低，IL-8表達水平更高。此外，IL-8與結腸癌細胞系的轉移潛能直接相關。IL-8在HCT116和Caco2細胞系中的過度表達導致增殖及細胞遷移和侵襲增加。在腫瘤異種移植模型中，過表達IL-8的細胞形成更大的腫瘤并顯示更高的微血管密度。人腸道微血管內皮細胞可通過CXCR2受體產生對IL-8的應答，從而顯示出血管生成的作用。此外，被TNF-α誘導的IL-8能夠促進EMT[16]。因此，過表達IL-8的結腸癌細胞系顯示出更強的增殖、轉移和血管生成能力。

3.4 IL-10 IL-10在免疫應答中，參與Th1向 Th2轉化的抗炎作用，且水平受IL-6調節。其主要作用是限制炎癥反應，維持胃腸道的免疫穩態。動物研究表明IL-10缺陷小鼠在感染腸道細菌時自發形成結腸直腸癌。在該模型中施用外源性IL10可以預防結腸直腸癌的發展，表明IL-10在炎癥和炎癥相關性結腸直腸癌起到保護作用[11]。同時研究發現CRC患者的腫瘤含有大量產生IL-10的漿母細胞，其是炎癥中Th17的有效抑制劑，是血管形成和上皮細胞增殖的促進劑，這是一種保護CRC患者的機制[17]。

3.5 IL-13 研究表明，通過暴露于Th2細胞因子而活化的巨噬細胞通過各種機制促進腫瘤發展，NKT細胞產生的IL-13可激活這種巨噬細胞。在惡唑酮誘導的結腸炎期間，IL-13利用該機制，誘導其分化成腫瘤支持細胞，富集于腫瘤發展部位導致彌漫的上皮損傷[18]。

3.6 IL-17 IL-17是可以橋接適應性和先天性免疫系統的一類促炎細胞因子。其在活躍的IBD及CRC患者的粘膜和血清中升高[12]。在CAC患者的腫瘤中IL-17過表達且與血管生成及更差的預后有關[19]。同樣的，在用AOM和DSS誘導CAC的IL-17缺陷小鼠模型中，與野生型相比，IL-17缺陷小鼠表現出較小腫瘤形成和促炎癥指標的減少[20]。在mCRC模型中，IL-17A和IL-17F均利于結腸炎的發病。IL-17A和IL-17F已顯示在IBD患者的組織活檢中升高，且細胞試驗中，IL-17A和IL-17F的缺乏可以顯著降低結腸炎的嚴重程度[21]。另一研究顯示在DSS結腸炎模型中，發現IL-17F可能通過抑制血管生成進一步抑制結腸腫瘤發生[16]。因此IL-17不同亞型的作用也許并不一致，還需更多證據驗證。

3.7 IL-21 IL-21曾被認為具有增強細胞毒性免疫應答的能力及抗腫瘤作用，然而最近研究顯示，IL-21在UC和CD患者的結腸粘膜中過度產生，在UC相關結腸癌患者的腸道以及CAC小鼠中均可觀察到高水平的IL-21表達。與野生型小鼠相比，IL-21缺陷型小鼠發生結腸炎較輕，粘膜損傷減少，T細胞浸潤減少以及IL-6和IL-17A產生減少，且IL-21敲除小鼠表現為更少和更小的腫瘤。IL-21被認為可維持腫瘤和瘤周區域CD4+T細胞浸潤，并增強IL-6和IL-17A的產生以及STAT3活化。另一相關研究也顯示IL-21通過增加腫瘤細胞增殖，損傷對癌細胞特異性的CD103+CD8+細胞毒性T細胞的抗腫瘤反應促進CAC[22]。

3.8 IL-22 有證據表明IL-22在IBD的實驗模型中有重要的保護作用。CRC患者IL-22表達水平相較于健康對照組明顯增高[12]。在TCRα-/-小鼠中，IL-22過表達可降低疾病評分。在DSS結腸炎中，阻斷IL-22途徑會導致粘膜延遲恢復和損傷增加。另外，IL-22可以早期控制致病微生物群，誘導趨化因子和各種抗菌肽，其缺陷會增加結腸炎風險。總之，IL-22在維持上皮屏障的完整性方面起一定作用[23]。

4 生長因子

轉化生長因子-β(TGF-β)由T淋巴細胞和腫瘤上皮細胞產生。TGF-β在結直腸中的作用是一把“雙刃劍”。一方面，在AOM/DSS處理后，T細胞中TGF-β的過表達導致小鼠結腸中腫瘤發展的顯著減少，表明TGF-β通過向T淋巴細胞發信號來抑制結腸炎誘導的CRC。TGF-β缺陷的T細胞產生更多IL-6，其反過來通過激活STAT3信號促進腫瘤細胞生長和存活。TGF-β也向基質成纖維細胞發出信號以抑制癌癥的發生和促進。另一方面，已觀察到IBD或CRC患者中TGF-β水平升高，TGF-β可通過促進EMT，加強CAC的侵襲性，在腫瘤生成的末期制造免疫耐受的微環境來促進腫瘤生長[24]。血管內皮生長因子(VEGF)：普遍認為血管生成是癌癥發生的重要過程，而 IBD患者的粘膜組織顯示出更高的微血管密度，這被認為是與VEGF誘導的炎癥表達增加相關。CAC患者的腸上皮細胞中顯示出活化的VEGFR，且在CAC小鼠模型中，阻斷VEGFR2可以抑制腫瘤發展，血管生成和細胞增殖[25]。低氧誘導因子(HIF)-1可在低氧條件下被激活并促進腫瘤生成。最近的證據表明，促炎刺激物(包括細胞因子和生長因子)，也可以在正常氧條件下激活HIF-1α并調節缺氧相關基因的轉錄。在腫瘤壞死區域和CRC的腫瘤周圍炎癥中發現HIF-1α表達升高，表明缺氧與炎癥反應之間存在關聯[26]。

5 集落刺激因子

研究顯示，CRC患者中粒細胞—巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)水平隨著疾病進展逐漸增加。此外，與K-ras陰性和健康對照患者相比，K-ras陽性患者中GM-CSF水平顯著較高。GM-CSF參與多種細胞內信號傳導途徑的激活，包括JAK/STAT，RAS/ERK和PI3K/AKT等信號通路。異常GM-CSF信號傳導在疾病發生，進展和惡性轉化過程中驅動不適當的細胞生長和存活。此外，它可以通過激活NF-κB和抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表達來誘導細胞存活[12]。

6 趨化細胞因子(CCL)

CCL作為一種炎癥細胞因子在腺瘤中表達失調[27]。在多因素回歸分析中，血清CCL1、CCL20、CCL24、CX3CL1等的高水平表達與CRC特異性病死率的增加有明顯聯系。且經過臨床協變量的調整，CCL1、CCL15、CCL20、CX3CL1、CXCL13等與總病死率明顯相關[28]。已知CCL20是一種通過結合其受體CCR6參與指導淋巴細胞遷移的趨化因子。CCR6在CRC和相關的肝轉移中均顯著上調，數據表明其在CCR6+腫瘤細胞募集至遠處轉移部位中發揮作用。CXCL1的表達在結直腸腺瘤和腺癌中上調，其抑制細胞凋亡并與纖維蛋白-1的表達負相關，并且與CRC體外和體內的血管生成相關。CCL5可驅動T細胞和單核細胞的遷移和激活，其表達增加與許多惡性腫瘤相關。CCL19和CCL21是共享受體CCR7的結構上相關的趨化因子，它們在繼發性淋巴組織的發育中發揮關鍵作用，其通過與次級淋巴器官內的樹突細胞相互作用參與T細胞活化[27]。

綜上所述，隨著結直腸癌發病率及病死率的逐年增長，對其有效的預防及治療手段有待深入研究。從多種炎癥介質及炎性因子方面回顧了CRC與炎癥之間的聯系，并討論了這些聯系對癌癥預防和治療的影響。CRC中發現的以TNF-α、IL-6、CCL、VEGF等為代表的大多數炎癥介質及炎性因子，比起有效的宿主抗腫瘤反應，更有可能促進腫瘤生長，進展和免疫抑制。此外，炎性腸病相關CRC的發展和嚴重性可能與炎癥介質及炎性因子基因的功能多態性相關，并且某些炎性細胞因子的缺失或抑制可減少癌癥的發生。此外，IFN-γ、TGF-β和IL-17對于CRC形成作用尚無統一意見，仍需進一步試驗驗證。同時，祖國的傳統醫學博大精深，幾千年的實踐告訴我們，中醫藥在結直腸炎癥治療方面效果顯著，其或許可通過調節炎癥介質或炎癥因子，逆轉炎癥相關過程達到預防及治療CRC的功效。在未來的研究中，我們可進一步探索針對腫瘤炎癥因子的特異性靶向抑制劑。我們相信隨著CRC與炎癥的面紗逐漸揭開，越來越多的機制和治療手段將會為CRC患者帶來獲益。