趋化因子及其受体与肿瘤研究进展
作者：任勇，陈寿松，齐曼丽，熊丽萍。
【摘要】 近年来，趋化因子及其受体在肿瘤侵袭和转移中的作用越来越受到人们的关注，随着分子生物学、分子免疫学及其相关技术的发展，越来越多的趋化因子及其受体的发现，研究的进一步深入，趋化因子基因治疗与基因疫苗的研制应用有望成为新的肿瘤治疗策略和手段。
肿瘤的侵袭和转移是肿瘤患者死亡的重要原因，关于肿瘤转移的机制尚不清楚，各种可能的因素仍在探索中。近年来，有关趋化因子（chemokines）及趋化因子受体（chemokine receptors）在肿瘤侵袭和转移中的作用越来越受到人们的关注，并认为其可能成为肿瘤治疗的一个新靶点，本文就这方面的问题作一综述。
1 趋化因子及趋化因子受体 趋化因子也称化学趋化性细胞因子（chemoattractant cytokines），是一组由组织细胞和炎性细胞产生的具有多种生物学功能的小分子生物活性肽，相对分子质量为8 000～10 000（含70～100个氨基酸残基）。目前已至少发现60多个趋化因子，属于细胞因子中的一个超家族。依其分子结构中氨基酸半胱氨酸（cysteine，C）残基排列顺序分4类：CXC（α）、CC（β）、C（γ）、CX3C（δ）趋化因子。CXC族又根据是否有谷氨酸—亮氨酸—精氨酸（ELR）基序分为2类：ELRCXC趋化因子和非ELRCXC趋化因子。研究标明，ELRCXC趋化因子是有效的血管生长因子，如白细胞介素(L)8、生长相关性癌基因α(Groα)、生长相关性癌基因β(Groβ)、单核细胞趋化蛋白1(MCP1)等。而非ELRCXC趋化因子则是抑制血管生长的因子，如血小板因子4(PF4)、诱导蛋白10(IP10)、单核因子(MIG)、L12、L18等。 一般认为，CXC族趋化因子主要作用于中性粒细胞，而CC、C和CX3C族趋化因子则主要作用于单核/巨噬细胞及淋巴细胞。研究还发现趋化因子之间还存在着较密切的相互作用和相互关系，共同影响着炎性细胞浸润及血管生成等生理病理过程[1]。 趋化因子通过细胞膜上的特异性受体发挥其生物学功能。趋化因子受体属于G蛋白偶联的7次跨膜受体，目前已鉴定的趋化因子受体至少有20种[2]。根据结合配体不同可分为4类，CXC族受体(CXCR)、CC族受体(CCR)、C族受体(XCR1)和CX3C族受体(CX3CR)。有些趋化因子受体可结合一种以上趋化因子。趋化因子受体主要表达于白细胞，除此之外，表皮细胞、内皮细胞、神经细胞和恶性肿瘤细胞也可以表达趋化因子受体。趋化因子与趋化因子受体结合后具有广泛的生物学功能，影响多种生理和病理过程。
2 趋化因子及其受体与肿瘤生长 趋化因子对肿瘤生物学的影响是很复杂的。一方面，有些趋化因子能影响肿瘤细胞的存活，刺激肿瘤细胞生长和血管形成，进而促进肿瘤的生长和转移。另一方面，有些趋化因子可通过趋化免疫活性细胞以及抑制血管形成来抵抗肿瘤的生长和转移。
2.1 促进作用 肿瘤细胞通过其分泌的趋化因子或浸润的白细胞分泌的趋化物吸引白细胞、间质细胞和血管内皮细胞到肿瘤组织，影响肿瘤细胞的行为。被趋化因子吸引到局部组织的白细胞主要是中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞。中性粒细胞主要与局部炎症有关，巨噬细胞和淋巴细胞除了与局部炎症有关外，还与肿瘤免疫反应有关。越来越多的证据表明[3]，这些白细胞能产生生长因子刺激肿瘤生长，产生血管形成因子刺激局部组织血管化，从而刺激肿瘤组织生长，也能释放蛋白酶降解细胞外基质，促进肿瘤细胞的浸润和转移。 在肿瘤的生长和发展过程中存在血管生成及血管稳定因子之间的失衡。趋化因子可通过调节新生血管而间接影响肿瘤生长。ELRCXC可刺激血管增生，非ELRCXC则抑制血管增生，两者之间表达的平衡的转变决定了瘤内外血管增生的程度，进而影响了肿瘤的生长和侵袭力。对许多肿瘤（如肺癌、乳腺癌、结肠癌等）的研究[4]已证实L8是一种重要的促血管再生素。 某些趋化因子也能直接影响肿瘤细胞的转化、存活、生长和抑制细胞凋亡。Muller等[5]的研究还显示CXCR4受体只存在于癌细胞中，而在正常乳腺细胞中没有发现，这说明CXCR4受体的表达与乳腺细胞的恶性转化有关。CXCR4的配体是CXCL12，即间质细胞衍生因子1（stromal cell derived factor1, SDF1），它在淋巴造血系统的演化、发育、组织稳态及疾病过程中扮重要角色。CXCL12既可以趋化表达CXCR4细胞作定向移动，也可以刺激某些正常和肿瘤细胞存活或生长[6]。CXCL1和CXCL8不仅可结合其自然受体CXCR2，而且也可结合到Kaposi肉瘤相关病毒HHV8编码的受体，该受体功能上与CXCR2类似，可刺激血管内皮细胞增生，提示CXCR2与Kaposi肉瘤生长的自泌袢信号有关。研究显示表达CCL2的乳腺癌预后差，CXCL8在慢性B细胞性白血病和卵巢癌细胞中有抗凋亡作用，CCL25可抑制白血病细胞凋亡。趋化因子普遍的抗凋亡作用，也提示肿瘤细胞存在趋化因子受体[7]。
2.2 抑制作用 趋化因子抑制肿瘤的生长包括抑制血管形成及抗肿瘤免疫。主要抑制血管形成的趋化因子受体是CXCR3。CXCR3也被发现存在于Th1效应T细胞、细胞毒性T细胞、激活的B细胞和NK细胞，因此CXCR3被认为在Th1细胞介导的细胞免疫反应中扮重要角色。除了参与抗肿瘤免疫外，CXCR3/CXCR3配体也能抑制血管生成，因此有人称之为“免疫—血管抑制（immunoangiostasis）”，即促进Th1免疫，同时也抑制血管生成[8]。这种情况与结核杆菌诱导的免疫反应类似。 T细胞的激活依赖于树突状细胞（dendritic cell, DC）提供的信号。DC在分化成熟过程中表达包括CCR1、CCR2、CCR5和CCR6等多种趋化因子受体，而成熟的DC主要表达CCR7。CCR7的配体是CCL19和CCL21，两者均显示有抗肿瘤作用。T细胞和NK细胞被认为是抗肿瘤的效应细胞，他们表面都表达CCR7。大量表达CCl20（MIP3α）也可通过趋化DC来激活肿瘤特异性细胞毒性T细胞来抑制肿瘤生长。
3 趋化因子及其受体与肿瘤转移 肿瘤转移是一个严密的、非随机的、器官选择性的过程，其特异性转移取决于它所表达的趋化因子受体及靶器官所表达的趋化因子。虽然不同的肿瘤细胞表面可能有不同的趋化因子受体，但肿瘤细胞高表达趋化因子受体主要是CXCR4和CCR7，转移的靶器官可以释放其相应配体，促进定向转移[9]。Muller等[5]发现人乳腺癌细胞系、乳腺癌原发灶及转移灶高表达趋化因子受体CXCR4和CCR7，乳腺癌最常见的淋巴结、肺、肝脏和骨髓等转移灶含较高水平的CXCL12和CCL21，趋化因子CXCL12和CXCR4结合后，能够导致肌动蛋白聚合和细胞伪足形成，使癌细胞突破基底膜发生侵袭，同时促使癌细胞的运动和远处转移，从而产生趋化运动和侵袭反应。这一系列作用与CXCL12剂量正相关。100 nmol/L 的CXCL12在20 s 内便可使乳腺癌细胞内的丝状肌动蛋白（F肌动蛋白）增加2.2倍，20 min 后可观察到乳腺癌细胞形成伪足，乳腺癌细胞发生侵袭和定向迁移，而抗CXCR4抗体可以阻断这一效应。 肿瘤组织中通常氧含量降低，低氧可诱导许多细胞包括肿瘤细胞CXCR4的高表达。低氧诱导因子1α（hypoxiainducible factor1α，HIF1α）涉及CXCR4表达上调和CXCR4 mRNA的稳定。正常情况下，肿瘤抑制基因VHL通过下调HIF1α来抑制CXCR4表达，但在低氧时这一过程受到抑制，可通过VHL/ HIF1α信号通路刺激肿瘤细胞CXCR4的表达，使细胞能处于存活状态[10]。低氧时肿瘤易发生转移，也与CXCR4表达的激活有关[9]。 Uchida等[11]通过逆转录酶PCR扩增口腔鳞癌癌细胞13个趋化因子受体及趋化因子，结果发现，有淋巴结转移的癌细胞、头颈部肿瘤HNT细胞、B88细胞中CXCR4 mRNA量远远高于无转移的癌细胞和正常细胞。流式细胞仪测定发现CXCR4蛋白在B88、HNT细胞中高表达。免疫组化研究显示CXCR4在有转移的口腔癌组织表达强于无转移的癌组织。Delilbasi等[12]通过研究临床标本也证实发生淋巴结转移的舌鳞癌肿瘤细胞的CXCR4表达量比未发生转移癌细胞高，CXCR4与舌鳞癌侵袭转移密切相关。 此外CCR7也被认为在肿瘤转移中扮演重要角色，CCR7的配体为CCL19和CCl21。Ishigami等[13]的实验证实，胃癌优先通过淋巴管转移到淋巴结最主要的原因就是由于胃癌表达趋化因子受体CCR7，因为CCR7与其配体CCL21之间的相互作用促进了胃癌细胞向淋巴结的转移。Koizumi等[14]发现表达CCR7的非小细胞肺癌（NSCLC）与肿瘤局部淋巴结转移有相关性。许多肿瘤更易转移至受伤或炎症部位，因为这些部位的趋化因子浓度较高。 动物模型研究也显示转染CXCR4和CCR7的细胞，转移能力增强。如将CCR7转染到黑色素瘤B16细胞，能增加该细胞局部淋巴结转移的能力，这种能力可被抗CCL21抗体阻断。而将CXCR4转染到B16细胞，则能增加该细胞肺部转移的能力。用不同方法中和这些趋化因子受体，不仅能降低肿瘤细胞的转移能力，而且也能降低转移瘤的生长[12]。