干擾素與腫瘤相關(guān)性研究進展

陳詩軍 綜述 陳余清 審校

干擾素與腫瘤相關(guān)性研究進展

陳詩軍 綜述 陳余清 審校

干擾素的結(jié)構(gòu)與功能

根據(jù)干擾素蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和來源的不同，干擾素(interferon，IFN)可分為I型(IFN-α和IFN-β)、Ⅱ型(IFN-γ)和Ⅲ型(IFN-λ)。高度的同源性和明顯的種族特異性是IFN-α的特點[1],其大約含有165個氨基酸殘基，無糖基，分子量約為19kD，主要來源于B淋巴細胞及部分巨噬細胞。IFN-β分子與IFN-α大小相似，約含有166個氨基酸，有糖基,分子量約為23kD，主要由成纖維細胞和上皮細胞產(chǎn)生，部分巨噬細胞也可以產(chǎn)生。 IFN-γ是一個含有六螺旋的α螺旋蛋白,主要由抗原刺激T細胞產(chǎn)生，參與誘導(dǎo)組織相容性抗原(MHC)的表達和免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)。 IFN-λ的主要結(jié)構(gòu)特征是由A-F6個螺旋環(huán)連接組成一個標準的四螺旋束, 其構(gòu)成IFN-λ的核心結(jié)構(gòu)，主要來源于漿細胞樣樹突細胞(pDC)[2]。以上三種類型的干擾素具有相似的功能，即抗腫瘤、抗病毒疾病、增強機體免疫等能力[3],其可以通過與細胞膜上特異性受體結(jié)合，誘導(dǎo)機體或細胞分泌各種活性因子和酶類，從而間接發(fā)揮作用 。這些物質(zhì)能夠促進機體細胞和體液免疫對多種病毒抗原的應(yīng)答，從而抑制病毒的增殖和活性；能夠抑制腫瘤細胞周期的轉(zhuǎn)化以及激活干擾素調(diào)節(jié)因子等，并可以改變腫瘤細胞表面的某種性質(zhì)，使其更加容易被機體免疫系統(tǒng)識別并清除；增強機體T、B細胞活性，有利于吞噬細胞發(fā)揮吞噬功能，增強機體的免疫應(yīng)答能力。

干擾素與腫瘤

一、干擾素抑制腫瘤細胞增殖

二、干擾素促進腫瘤細胞凋亡

促進腫瘤細胞的凋亡也是干擾素發(fā)揮抗腫瘤作用的途徑之一。端粒酶的異常活化是腫瘤形成和發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在肺癌等多數(shù)腫瘤細胞中端粒酶活性較正常機體組織明顯增高[10]；Bekisz J[11]等研究發(fā)現(xiàn)，IFN-α通過一系列途徑調(diào)節(jié)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄因子的表達水平而抑制端粒酶異常活性，并且誘導(dǎo)抑癌基因P53表達和活化PI3K，從而誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。 干擾素介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活最主要途徑是JAK-STAT[12]，干擾素與細胞表面某些受體結(jié)合，激活JAK/STST信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)干擾素刺激基因表達，從而加速細胞凋亡的進程。同時，干擾素可以提高肺癌等腫瘤細胞對Fas-介導(dǎo)細胞凋亡途徑的敏感性，從而誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡[13]。進一步研究發(fā)現(xiàn)[14]，IFN-α和IFN-γ可以通過與細胞膜表面的FAS結(jié)合，使細胞發(fā)生凋亡，其機制可能是通過上調(diào)Fas基因、Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白表達和激活caspase-8信號通路，從而增加死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物形成。Han SM等的研究發(fā)現(xiàn)，IFN-β可以通過誘導(dǎo)Bcl-2等凋亡相關(guān)蛋白表達而抑制黑色素瘤細胞生長和促進其凋亡[15]。

三、干擾素抑制腫瘤新生血管形成及腫瘤轉(zhuǎn)移

腫瘤新生血管的形成也是腫瘤得以無限進展的基礎(chǔ)條件之一。有研究顯示，干擾素可以抑制血管形成，能夠降低VEGF、血管原蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子-α等血管形成因子的表達水平；甚至可以直接促進腫瘤內(nèi)皮細胞凋亡，從而抑制腫瘤新生血管生成[16]。孫等[17]通過構(gòu)建人膽囊癌裸鼠皮下腫瘤模型發(fā)現(xiàn)，INF-γ能夠抑制腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAM)分化形成，降低癌細胞中 VEGF的濃度，減少癌組織相關(guān)血管的發(fā)生，從而抑制膽囊癌的進展。 Mazibrada 等[18]通過構(gòu)建裸鼠模型，恢復(fù)IFI16蛋白的表達以此增加頭頸鱗狀癌細胞的腫瘤負荷，減少腫瘤新生血管的形成；并且釋放趨化因子募集巨噬細胞達到抗腫瘤、抗血管形成作用。 最近研究發(fā)現(xiàn)，IFN-α2b可以明顯抑制JAK2V617F陽性骨髓增殖性腫瘤(MPN)細胞增殖，并且呈時間和劑量依賴性，其機制可能是通過調(diào)控JAK2信號通路抑制血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)及微血管密度(MVD)表達和分泌，從而減少腫瘤新生血管形成[19]。

四、干擾素的免疫調(diào)節(jié)

五、干擾素促進部分腫瘤的逃逸

干擾素的臨床應(yīng)用

一、干擾素與其它藥物聯(lián)合應(yīng)用

干擾素與某些臨床抗癌藥物聯(lián)合使用不僅可以提高這些藥物的利用效率或者提高活性，同時，也可以減少干擾素應(yīng)用的劑量，降低臨床不良反應(yīng)的發(fā)生率。體內(nèi)外實驗證實，當(dāng)IFN-α和索拉菲尼兩者聯(lián)合使用時能有效抑制肝癌細胞的活性，從而抑制肝癌細胞生長和促進肝癌細胞凋亡[27]。INF-γ聯(lián)合米非司酮誘導(dǎo)人類膽管癌細胞株FRH-0201體外凋亡的研究顯示: 米非司酮加用IFN-γ后，米非司酮誘導(dǎo)細胞凋亡的效果大幅度增加，細胞凋亡率顯著高于單純應(yīng)用米非司酮，其機制可能與INF-γ上調(diào) Fas 表達有關(guān)；并且在一定程度上可減少單獨應(yīng)用的劑量，降低不良反應(yīng)的發(fā)生率[28]。Katsura等[29]研究發(fā)現(xiàn)，IFN 聯(lián)合5-氟尿嘧啶作用于肝癌細胞株，可明顯抑制腫瘤細胞生長，其抑制作用高于單獨使用干擾素。 有研究證實，正常細胞表面的腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)受體分為兩種：DR1和DR2，而腫瘤細胞則表達 DR4 和 DR5，兩者結(jié)構(gòu)不同，當(dāng)TRAIL 與細胞表面的 DR 結(jié)合后，腫瘤細胞可以將凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細胞內(nèi)，誘導(dǎo)細胞凋亡，而正常細胞則不誘導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而保護正常細胞[30-31]。同時，進一步實驗表明，干擾素可上調(diào)TRAIL及其受體的表達水平，并且促進多發(fā)性骨髓瘤細胞凋亡[32]。在INF-γ聯(lián)合細胞毒藥物治療頭頸部鱗癌(HNSCC)的實驗中，INF-γ能夠增強Egr-1基因在頭頸部鱗癌SCC-25細胞的表達水平，Egr-1水平上調(diào)使得凝血酶敏感蛋白-1( TSP-1)在頭頸部鱗癌 SCC-25細胞分泌增加，從而抑制Egr-1基因沉默；同時，INF-γ也可通過上調(diào)Egr-1基因的表達介導(dǎo)化療藥物對頭頸部鱗癌細胞的凋亡和壞死[33]。

二、干擾素基因轉(zhuǎn)染與腫瘤

基因轉(zhuǎn)染技術(shù)是利用一定的載體將特定的目的基因轉(zhuǎn)入細胞內(nèi)，并使其在細胞內(nèi)進行表達，從而研究基因、基因產(chǎn)物或蛋白的功能。利用間充質(zhì)干細胞向腫瘤部位遷移的特性[34]，通過各種載體將干擾素基因轉(zhuǎn)染到間充質(zhì)干細胞，這樣不僅可以提高腫瘤局部干擾素的濃度，而且還可避免全身用藥的不良反應(yīng)，這可能成為干擾素抗腫瘤的一種新途徑。在前列腺癌的研究中，Wang GX等通過靜脈注射IFN-β-MSCs到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，并且熒光顯微鏡觀察其對腫瘤細胞PC-3生長影響，結(jié)果表明在體外明顯抑制腫瘤細胞生長；注射后與對照組相比，明顯延長動物生存時間,并且比單用干擾素劑量明顯減少[35]。Dembinski JL等利用間充質(zhì)干細胞對腫瘤的趨向特性，通過腹腔注射IFN-β-MSCs，結(jié)果表明在同系小鼠的卵巢癌腫瘤(id8-r)和人類異種移植(OVCAR3、SKOV3)腫瘤模型中，腫瘤細胞發(fā)生明顯凋亡，其作用機制可能與caspase依賴的細胞凋亡有關(guān)[36]。最近研究表明，SU Y等利用INF-α2b基因修飾的人骨髓間充質(zhì)干細胞作用于肝癌細胞株(HepG2和Huh7細胞)，結(jié)果表明：與對照組比較，腫瘤細胞停滯在G2/M期，腫瘤細胞增殖明顯受到抑制；并明顯降低Notch1在體內(nèi)和體外的表達水平,這在一定程度上抑制腫瘤生長[37]。在乳腺癌的相關(guān)研究中，有學(xué)者將IFN-β基因轉(zhuǎn)染至神經(jīng)干細胞中發(fā)現(xiàn)，IFN-β基因能靶向的遷移至人乳腺癌細胞中，誘導(dǎo)細胞明顯凋亡[38]；Ching-Ju Shen等，利用IFN-β基因轉(zhuǎn)染的人臍帶源性間充質(zhì)干細胞(hucMSCs)與乳腺癌細胞MD-MB-231或Hs578T共培養(yǎng)后，與對照組比較，癌細胞發(fā)生了明顯凋亡[39]。

三、干擾素全身應(yīng)用的不良反應(yīng)

干擾素在臨床上應(yīng)用十分廣泛，在抗腫瘤、抗病毒等方面給患者帶來了福音，但也帶來了一定的毒副作用，一定程度上限制了干擾素的廣泛應(yīng)用。干擾素主要的臨床不良反應(yīng)有白細胞減少癥、中性粒細胞減少癥、流感樣癥狀、心血管系統(tǒng)并發(fā)癥、疲勞及惡心等[40]，不少患者還會出現(xiàn)抑郁、焦慮等精神障礙[41], 以及缺血性腸炎等罕見并發(fā)癥[42]，其中最常見的是流感樣癥狀，嚴重的有骨髓抑制、精神癥狀等，需及時停藥。Julia[43]等報告分析，通過囊內(nèi)注射IFN-α治療顱咽管瘤時，IFN-α可溢出囊外，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成毒性，成為干擾素治療的相對禁忌癥；與此同時，Bi Q[44]等實驗研究顯示，直接注射IFN-α到大鼠杏仁核，其通過激活杏仁核的神經(jīng)膠質(zhì)細胞誘導(dǎo)大鼠聽覺損傷，這進一步說明干擾素帶來的副作用。

問題及展望

長久以來，國內(nèi)外學(xué)者對干擾素進行了多方面研究并取得了明顯的進展。干擾素臨床應(yīng)用使無數(shù)患者受益，但也給患者帶來一些不良反應(yīng)。干擾素的抗腫瘤作用機制需要更進一步的探索，為研發(fā)臨床抗腫瘤活性高和副作用少的干擾素提供理論基礎(chǔ)。干擾素作為一種具有良好生物活性的細胞因子是如何發(fā)揮最佳效應(yīng)，以及與其它藥物聯(lián)合應(yīng)用等問題還有待進一步研究和探索。干擾素的高效轉(zhuǎn)染并明顯表達的載體(如慢病毒、脂質(zhì)體)和適合于臨床的轉(zhuǎn)染方法，以及應(yīng)用于靶向治療仍處于研究階段；如何更高效的將干擾素目的基因整合到靶細胞基因組中的作用機制仍不清楚；干擾素應(yīng)用于多種實體腫瘤(包括腎癌、多發(fā)性骨髓瘤及黑色素瘤等)的臨床療效評價仍然不足，這些仍需要更多研究人員及臨床工作者的不懈努力。

[1] Wan L, Chang TW. Site-specific lipophilic modification of interferon-alpha[J]. Protein Chen，2002,21(6):371-381.

[2] Yin Z, Dai J, Deng J,et al. Type Ⅲ IFNs are produced by and stimulate human plasmacytodi dendritic cells[J].J Immunol,2012,189(6):2735-2745.

[3] Fensterl V, Sen GC. Interferons and viral infections [J].Biofactors，2009 ;35(1):14-20.

[4] Hong S, Qian J, Yang J, et al.CpG or IFN-α are more potent adjuvants than GM-CSF to promote anti-tumor immunity following idiotype vaccine in multiple myeloma[J].Cancer Immunol Immunother，2012,61(4):561-71.

[5] Silver RT, Kiladjian JJ, Hasselbalch HC. Interferon and the treatment of polycythemia vera,essential thrombocythemia and myelofibrosis [J]. Expert Rev Hematol，2013,6(1):49-58.

[6] Hasan S, Lacout C,Marty C,et al. JAK2V617F expression in mice amplifies early hematopoietic cells and gives them a competitive advantage that ishampered by IFNα [J]. Blood,2013,122(8):1464-1477.

[7] Xu B, He Y, Wu X, et al. Exploration of the correlations between interferon-γ in patient serum and HEPACAM in bladder transitional cell carcinoma,and the interferon-γ mechanism inhibiting BIU-87 proliferation[J]. J Urol，2012,188(4):1346-53.

[8] Yang M, Gao H, Chen P,et al. Knockdown of interferon-induced transmenbrane protein 3 expression suppresses breast cancer cell growth and colony formation and affects the cell cycle[J]. Oncol Rep，2013,30(1):171-178.

[9] Xie C, Guo B, Liu C,et al. Endogenous IFN-β maintains M1 polarization status and inhibits proliferation and invasion of hepatocellular carcinoma cells [J]. Xi bao yu fen zi mian yi xue za zhi,2016,32(7):865-9.

[10] Cifuentes-Rojas C, Shippen DE. Telomerase regulation [J]. Mutat Res，2012,730(1-2):20-27.

[11] Bekisz J, Baron S, Balinsky C, et al. Antiproliferative properties of Type I and Type Ⅱ Interferon[J]. Pharmaceuticals(Basel)，2010,3(4):994-1015.

[12] Stark GR, Darnell JE Jr. The JAK-STAT pathway at twenty[J]. Immunity，2012,36(4):503-14.

[13] Chai JH, Zhang Y, Tan WH, et al. Regulation of hTERT by BCR-ABL at multiple levels in K562 cells[J].BMC Cancer，2011,11(1):512.

[14] Wang XY, Crowston JG, White AJ, et al. Interferon-alpha and interferon-gamma modulate Fas-mediated apoptosis in mitomycin-C-resistant human Tenon’s fibroblasts[J]. Clin Experiment Ophthalmol，2014,42(6):529-38.

[15] Han SM, Park CW, Ahn JO,et al. Pro-apoptotic and Growth -inhibitory Effect of IFN-β-Overexpressing Canine Adipose Tissue-derived Mesenchymal Stem Cells Against Melanoma Cells[J]. Anticancer Res，2015,35(9):4749-56.

[16] Long XS, Wu Q, Song F. The effect of interferon-inducible protein 16 on vascular endothelial cells proliferation [J]. Chin J Hyper-tens, 2013,21(1):29-33.

[17] 孫濤、張明宇、葛春林,等.通過干擾素-γ素影響腫瘤相關(guān)巨噬細胞抑制膽囊癌血管發(fā)生的實驗研究[J].山東醫(yī)藥，2011，51(48):25-27.

[18] Mazibrada J, De Andrea M, Borgogna C, et al. In vivo growth inhibition of head and neck squamous cell carcinoma by the interferon-inducible gene IFI16 [J].Cancer Lett，2010,287(1):33-43.

[19] Fu J, Xu Q, Zhao Y, et al. Anti-angiogenic effect of interferon on JAK2V617F positive myeloproliferative neoplasms and its anti-angiogenic mechanisms [J].Chin J Med，2015,95(46):3727-3732.

[20] Chen K, Cao XT. Dual role of interferon in tumor immunology [J]. Chin J Cancer Biother,2013,20(5):507-514.

[21] Rizza P, Moretti F, Belardelli F. Recent advances on the immunomodulatory effects of IFN-alpha: implications for cancer immunotherapy and autoimmunity [J]. Autoimmunity，2010,43(3):204-209.

[22] Jablonska J, Wu CF, Andzinski L,et al. Sociated neutrophil recruitment is regulated by IFN-β [J]. Int J Cancer，2014,134(6):1346-58.

[23] Schreiber RD, Old L J, Smyth MJ. Cancer immunoediting: integrating immunity’s roles cancer suppression and promotion[J]. Science，2011,331(6024):1565-1570.

[24] Wang Gong Chen . The investigation on the effects and mechanisms of Interferon-γ in Immune escape of HCC[J]. Dalian Medical University,2010,4,1.

[25] Müller-Hermelink N, Braumüller H, Pichler B,et al. TNFR1 signaling and IFN-gamma signaling determine whether cells in duce tumor dormancy or promotemultistage carciogenesis [J].Cancer Cell， 2008,13(6):507-18.

[26] Cohen PA, Ko JS, Storkus WJ, et al. Myeloid-derived suppressor cells adhere to physiologic STAT3-vs STAT5-dependent hemato-poietic programming, establishing diverse tumor-mediated mechanisms of immunologic escape [J]. Immunol Invest,2012,41(6/7):680-710.

[27] 王莉靜.干擾素-α和索拉菲尼聯(lián)合治療肝癌及RACK1對干擾素-α信號通路調(diào)控的研究[D]. 上海: 復(fù)旦大學(xué)，2012.

[28] Sun QL, Zhang XG, Xing QT, et al. A study of mifepristone/IFN-γ-induced apoptosis of human cholangiocarcinoma cell line FRH-0201 in vitro [J]. Onco Targets Ther，2012，5:335-342.

[29] Katsura Y, Wada H, Murakami M, et al. PTK787/ZK222584 combined with interferon alpha and 5-fluorouracil synergistically inhibits VEGF signaling pathway in hepatocellular carcinoma [J]. Ann Surg Oncol， 2013,20(Suppl 3):S517.

[30] MacFarlane M. TRAIL-induced signaling and apoptosis [J]. Toxicol Let，2003,139(2-3):89-97.

[31] Cretney E, Shanker A, Yagita H, et al. TNF-related apoptosis-inducing ligand as a therapeutic agent in autoimmunity and cancer[J]. Immunol Cell Biol，2006,84(1):87-98.

[32] 高彩鳳、劉洪濤、劉慶榮,等.雷利度胺聯(lián)合干擾素對多發(fā)性骨髓瘤U266細胞腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體及其受體表達的影響 [J].中國慢性病預(yù)防與控制,2015,23(1):52-53

[33] Xu B, Shu Y, Liu P, et al. IFN-γ sensitizes head and neck squamous cell carcinoma cells to chemotherapy-induced apoptosis and necroptosis through up-regulation of Egr-1 [J]. Histol Histopathol， 2014, 29(11):1437-1443.

[34] Liu S, Ginestier C, Ou SJ,et al. Breast cancer stem cells are regulated by mesenchymal stem cells through cytokine networks[J]. Cancer Res，2011，71(2):614-624.

[35] Wang GX, Zhan YA, Hu HL, et al. Mesenchymal stem cells modified to express interferon-β inhibit the growth of prostate cancer in a mouse model [J]. J Int Med Res，2012,40(1):317-327.

[36] Dembinski JL, Wilson SM, Spaeth EL,et al. Tumor stroma engraftment of genemodified mesenchymal stem cells as anti-tomor therapy against ovariancancer [J]. Cytotherapy，2013, 15(1):20-32.

[37] Su Y, Cheng R, Zhang J, et al. Interferon-α2b gene-modified human bone marrow mesenchymal stem cells inhibit hepatocellular carcinoma by reducing the Notch1 levels [J]. Life Sci，2015,143:18-26.

[38] Yi BR, Hwang KA, Aboody KS, et al. Selective antitumor effect of neural stem cells expressing cytosine deaminase and interferon-beta against ductal breast cancer cells in cellular and xenograft models [J]. Stem Cell Res，2014,12(1):36-48.

[39] Shen CJ, Chan TF, Chen CC, et al. Human umbilical cord matrix-derived stem cells expressing interferon - gene inhibit breast cancer cells viaapoptosis[J]. Oncotarget，2016,7(23):34172-34179.

[40] Payne MJ, Argyropoulou K, Lorigan P, et al. Phase Ⅱ pilot study of intravenous high-dose interferon with or without maintenance treatment in melanoma at high risk of recurrence[J]. J Clin Oncol， 2014,32(3):185-190.

[41] Ma C, rmstrong AW. Severe adverse events from the treatment of advanced melanoma: a systematic review of severe side effect associated with ipilimumab,vemurafenib,interferon alfa-2b,dacarbazine and interleukin-2[J]. J Dermatolog Treat， 2014,25(5):401-408.

[42] Baik SJ, Kim TH, Yoo K, et al. Ischemic colitis during interferon-ribavirin therapy for chronic hepatitis C: a case report [J]. World J Gastroenterol. 2012,18(31):4233-4236.

[43] Sharma J, Bonfield CM, Singhal A,et al . Intracystic interferon-α treatment leads to neurotoxicity in craniopharyngioma: case report [J].J Neurosurg Pediatr，2015,16(3):301-304 .

[44] Bi Q, Shi L, Yang P, et al. Minocycline attenuates interferon-α-induced impairments in rat fear extinction [J]. J Neuroinflammation， 2016,13(1):172.

10.3969/j.issn.1009-6663.2017.04.044

安徽省自然科學(xué)基金項目(No 1708085QH219);2016年蚌埠醫(yī)學(xué)院研究生科研創(chuàng)新計劃項目(No Byycx1608)

233000 安徽 蚌埠，蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院,呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科

陳余清，E-mail:bbmccyq@126.com

2016-08-16]