趨化因子及其受體在肝細胞癌微環境中的作用

陳 升 劉 嬌 張 新 謝渭芬

隨著對腫瘤研究的不斷深入，研究人員發現腫瘤細胞并非“孤軍奮戰”，它們可以招募周圍的間質細胞形成一個新的整體，稱之為腫瘤微環境（TME）。腫瘤微環境是由腫瘤細胞、多種間質細胞及其分泌的蛋白、細胞外基質等組成。肝細胞癌（以下簡稱肝癌）是中國常見惡性腫瘤之一，研究人員發現在肝癌的微環境中，趨化因子及其受體在促進肝癌細胞增殖、招募免疫細胞進入腫瘤微環境、重塑細胞外基質及腫瘤細胞轉移等方面都發揮著重要的作用［1］。

1 趨化因子及其受體的結構和分類

趨化因子是一類小分子蛋白，根據蛋白序列中保守性半胱氨酸（C）的數目及前兩個半胱氨酸之間的距離可分為CXC亞家族、CC亞家族、C亞家族和CX3C亞家族［2］。趨化因子的受體屬于G蛋白偶聯受體家族，根據與不同配體的結合分為CC類受體（CCR）、CXC類受體（CXCR）、C受體（CR）和CX3C受體（CX3CR）。趨化因子通過與相應受體結合來發揮其生物學功能，但趨化因子與受體結合存在冗余的現象，即一種趨化因子可以結合多種受體，而一種受體也可以結合多種趨化因子。當趨化因子與相應的受體結合后，G蛋白亞基Gα-1和Gβ-γ分離并激活磷脂酰肌醇激酶和鳥苷三磷酸酶Rho下游通路，最終導致細胞外的鈣離子內流，觸發下游信號通路，引起多種生物學效應。趨化因子根據其生物學功能又可分為維持穩態的趨化因子和炎性反應相關的趨化因子。維持穩態的趨化因子在細胞的定植、次級淋巴器官的抗原遞呈和免疫監視等生理情況下起著重要的作用。炎性反應相關的趨化因子在組織炎性反應情況下招募中性粒細胞、單核細胞、自然殺傷細胞進入炎性組織，從而啟動機體固有免疫反應［3-4］。

2 趨化因子在肝癌微環境中的來源

在肝癌中，腫瘤細胞本身為趨化因子的重要來源之一，其通過分泌多種趨化因子來招募間質細胞進入腫瘤內，形成肝癌微環境。Zhou等［5］的研究發現，轉移能力較強的肝癌細胞（MHCC-97L、MHCC-97H、LM3）比轉移能力較弱的肝癌細胞（HepG2、PLC、Huh7）分泌更多的 CXCL5，并且在肝癌患者樣本中發現，CXCL5主要表達于肝癌實質細胞內，還證實了肝癌細胞中CXCL5表達的強弱與瘤內中性粒細胞浸潤程度及預后相關。

除了腫瘤細胞外，與腫瘤相關的巨噬細胞、庫普弗細胞、樹突狀細胞、激活的星狀細胞及肝竇內皮細胞等均可合成和分泌趨化因子（見表1）。Matsubara等［6］等報道了CX3CL1不僅表達于肝癌細胞，還表達于肝竇內皮細胞和膽管細胞。Piqueras等［7］和 Zimmermann等［8］研究發現，通過CCR1和CCR5招募的CD14＋CD16＋單核細胞可以分泌CCL3、CCL4等多種細胞因子。Bai等［9］研究發現，骨髓間質來源的HS-5細胞通過分泌CCL5來激活肝癌細胞（Huh7）PI3K／AKT通路和上調基質金屬蛋白酶-2（MMP-2）的表達，從而促進肝癌細胞增殖、遷移和侵襲并抑制其凋亡。

表1 肝癌微環境中重要的趨化因子和受體

3 趨化因子與肝癌細胞的增殖

迄今為止，已發現多種趨化因子在促進腫瘤細胞增殖方面發揮著重要的作用。Cao等［25］檢測了48對肝癌與癌旁標本中CXCL1的mRNA含量，發現Ⅰ～Ⅱ期患者中有51.4%的癌組織較癌旁組織表達升高，Ⅲ～Ⅳ期達72.7%；將肝癌細胞（7721、7402）過表達CXCL1或外源性加入CXCL1，均可明顯增強肝癌細胞的增殖能力。Du等［26］研究發現，激活CCL20／CCR6趨化因子軸可以增強肝癌細胞的增殖能力，下調CCR6則可抑制肝癌細胞的增殖。Shi等［27］報道了下調肝癌細胞（97L、LM3）趨化因子CC受體樣蛋白1（CCRL1）的表達后，可以抑制肝癌細胞的增殖并減慢皮下成瘤小鼠的腫瘤生長速度；同時腫瘤細胞分泌的CCL19和CCL21也隨之減少，抑制了其共同受體CCR7的活性和下游Akt／GSK-3β和 Wnt通路的激活；這說明CCRL1表達上升可以抑制具有促瘤能力的CCR7的活性，從而減慢了腫瘤的增殖速度。Ochoa-Callejero等［28］研究發現，CCR5拮抗劑maraviroc不僅可抑制CCL5／p38／ERK通路的激活，從而緩解乙硫氨酸誘導的小鼠肝癌細胞增殖，而且肝癌細胞的凋亡數量明顯增多。

4 趨化因子與肝癌的轉移和侵襲

趨化因子對肝癌細胞的轉移和侵襲同樣起著重要的作用。Liu等［29］研究發現，CXCL12-CXCR4的激活可以促進肝癌細胞的轉移。Nagamine等［30］研究發現，巖藻多糖通過下調Huh7中CXCL12來達到抗腫瘤活性的作用。Uchida等［31］報道CCL20可以促進CCR6高表達肝癌細胞（HepG2）形成偽足，肝癌組織中CCR6表達升高與癌細胞肝內轉移及預后較差相關。Tian等［32］研究發現，缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）可以結合在CXCL16轉錄活性區，啟動CXCL16的表達，從而促進腫瘤細胞的轉移和侵襲，生存分析也顯示CXCL16表達高的患者預后較差。

趨化因子還可以誘導肝癌細胞分泌MMP，對細胞外基質和基底膜進行降解，增強腫瘤細胞的侵襲能力。Zhang等［33］研究發現，骨橋蛋白可以刺激肝癌細胞（SMMC7721、HepG2）合成 CXCR4和MMP-2，從而增強肝癌細胞的侵襲能力。若下調CXCR4，則MMP-2表達下降，肝癌細胞的侵襲能力受到抑制。Shih等［34］報道了肝癌成血管細胞分泌的CCL2可以激活肝癌細胞的CCR2／JNK信號通路，使miR-21表達上調，從而誘導肝癌細胞發生上皮-間質轉化（EMT）和MMP-9的釋放，最終使肝癌細胞侵襲和轉移能力增強。

在轉移性肝癌的研究中，Itatani等［35］報道了在人肝轉移的結腸癌細胞中，Smad4的缺失可以上調CCL15表達，CCL15可以招募能分泌 MMP-9的CCR1＋髓細胞進入肝癌組織，從而促進了癌細胞在肝內的轉移。Zhao等［36］在小鼠結腸癌肝轉移模型中發現，腫瘤細胞分泌的CCL2可以結合到骨髓來源且具有促進肝癌增殖的CD11b／Gr1mid細胞表面的CCR2受體，從而招募其進入肝癌組織內，抑制CCL2分泌或沉默CD11b／Gr1mid細胞上的CCR2均可抑制腫瘤增殖，這說明CCL2-CCR2軸在招募這類特殊的細胞進入肝癌組織內起著重要的作用。然而對以上這些趨化因子及受體是否參與了肝癌器官特異性轉移尚無定論，因此在這方面進一步研究將豐富肝癌器官特異性轉移的理論。

5 趨化因子與肝癌的血管生成

新生血管形成往往是腫瘤形成的標志之一，新生血管為腫瘤的增殖、轉移和侵襲創造了有利條件。肝癌是一種血管豐富的腫瘤，它的增殖、轉移很大程度上依賴血供范圍，趨化因子和受體在其中發揮了重要的作用。在CXC趨化因子家族中，含有谷氨酸-亮氨酸-精氨酸模序（ELR）的趨化因子（如CXCL8、CXCL1、CXCL5和 CXCL12）是有效的成血管因子，而缺少ELR模序的CXC類趨化因子（如CXCL4、CXCL9等）可以抑制血管生成，兩類趨化因子的平衡關系決定了瘤內血管的內皮細胞增生程度，進而影響腫瘤的生長和轉移［21，37］。

目前，許多研究圍繞CXCL12與血管生成的關系而展開。Li等［38］報道CXCL12和CXCR4在肝癌組織血管內皮細胞中的表達均明顯上調，表明肝癌可以通過自分泌方式促進血管生成；Siegel等［39］研究發現用bevacizumab治療肝癌后，患者循環血液中血管內皮生長因子-A（VEGF-A）和CXCL12下降。Xue 等［40］用 CXCL12 刺 激 肝 癌 細 胞SMMC-7721，發現VEGF分泌增加；若沉默CXCR7則VEGF分泌減少，且裸鼠皮下成瘤的瘤體明顯縮小，血管指標CD31表達也減弱；結果間接證實了CXCR7可能是CXCL12受體之一，激活CXCR7會促進血管生成。

小鼠肝癌模型研究發現，通過尾靜脈注射胸腺瘤細胞后，CCR1基因敲除小鼠（CCR1-／-）肝轉移瘤的微血管密度明顯低于對照組［41］。Choi等［23］研究發現，若下調肝癌細胞CXCL8的表達，則VEGF分泌明顯減少，血管出芽能力減弱，小鼠瘤內CD31、CD34、血管內皮生長因子受體2（VEGFR2）及血管內皮細胞鈣黏蛋白（E-cadherin）等血管標志物表達下降。

6 趨化因子與肝癌的炎性反應

肝臟的慢性炎性反應常伴隨著持續的肝損傷，不斷的損傷和再生會導致肝臟纖維化、硬化，直至肝癌。趨化因子與炎性反應的關系密切，明確趨化因子在慢性肝損傷到肝癌發展過程中的作用，以及尋找能預測慢性肝臟炎性反應惡變的趨化因子作為診斷依據，對肝癌的診治具有重要的意義。中性粒細胞作為腫瘤炎性微環境中典型的炎性細胞，可以分泌多種促炎介質，參與抗炎反應及隨后的組織重建等過程。Gao等［42］研究發現，在肝癌組織標本中的CXCR6表達明顯高于癌旁組織，CXCR6缺失會抑制Gr-1＋中性粒細胞浸潤和促炎因子白細胞介素-1β（IL-1β）、IL-6和IL-8產生，聯合檢測肝癌標本中CXCR6與中性粒細胞的表達可以提高對生存和預后判斷的準確性。Kuang等［43］研究發現，癌旁間質中有促炎作用的IL-17＋細胞數量較癌組織明顯增多，用IL-17處理過的肝細胞或肝癌細胞可以明顯提高中性粒細胞的遷移能力，并且IL-17可以刺激肝臟血管內皮細胞CXCL1、CXCL5等數種CXC類趨化因子表達明顯上調，但CC類趨化因子表達并未上調。如果抑制內皮細胞表面的CXCR1和CXCR2，則中性粒細胞遷移能力明顯下降。以上結果說明IL-17可以通過血管內皮細胞表達的CXC類趨化因子來促進中性粒細胞進入肝癌組織發揮抗炎作用。

7 趨化因子與肝癌的免疫

目前有研究發現，與肝癌相關的免疫細胞包括庫普弗細胞、自然殺傷細胞和樹突狀細胞，肝臟特有的肝竇內皮細胞、肝星狀細胞和肝細胞都可以作為抗原遞呈細胞，這種特殊的微環境也影響了由趨化因子介導的免疫細胞的招募過程［44］。Tang等［45］用過表達CX3CL1的小鼠肝癌細胞對小鼠進行皮下成瘤，發現CX3CL1可誘導機體產生腫瘤特異性的CD4＋CD8＋細胞毒性T細胞，其分泌IL-2可明顯減慢腫瘤的生長速度。有研究已證實，CCL21可以招募樹突狀細胞和T細胞以減弱腫瘤細胞介導的免疫抑制作用［46］。在此基礎上，Zhou等［47］在肝癌小鼠腹腔內注射抗CD25鼠單克隆抗體（PC61）以去除小鼠體內的Treg細胞，并聯合注射CCL21，發現腫瘤的血管生成和癌細胞增殖受到抑制，且瘤內的CD4＋CD8＋細胞毒性 T細胞和CD11C＋樹突狀細胞數量增加，具有免疫抑制功能的IL-10和轉化生長因子-β（TGF-β）釋放減少，最終小鼠的生存時間延長，說明去除小鼠體內Treg細胞可以增強CCL21的抗腫瘤作用。Marukawa等［48］用過表達CCL2的肝癌細胞在小鼠體內進行皮下成瘤，發現瘤塊內的 Mac-1＋巨噬細胞、CD4＋CD8＋T淋巴細胞數量增加，腫瘤壞死因子-α（TNF-α）表達明顯升高，瘤體較對照組明顯縮小，說明CCL2可以招募并激活巨噬細胞和T淋巴細胞以達到抗腫瘤增殖的目的。

8 結語

肝癌的預后不良且缺乏有效的治療手段，學者們致力于尋找新的治療靶點和治療手段。以往的研究表明了趨化因子及其受體在肝癌的發病機制中起著舉足輕重的作用。目前針對肝臟疾病的趨化因子拮抗劑已在動物實驗中初見成效，但令人遺憾的是，趨化因子對肝癌的發生發展既有抑制也有促進，基于肝癌趨化因子及其受體的拮抗劑研究目前尚處于起步階段。其中CXCL12-CXCR4軸的抑制劑研究得較多，特別是在防止腫瘤轉移和復發方面的研究前景較為光明。肝癌趨化因子或受體的拮抗劑應用于臨床需注意：（1）趨化因子拮抗劑可能會延遲人體正常炎性反應；（2）由于趨化因子及其受體存在冗余現象，抑制其中一對趨化因子及受體可能會反饋增強其他受體的活性；（3）明確合適的靶趨化因子軸進行治療以及藥物劑量至關重要。相信隨著對趨化因子及其受體作用機制的研究和對肝癌發病機制和發展過程了解的不斷深入，必將為新藥的研發提供新的方向。

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