黑色素瘤缺乏因子2炎性復(fù)合體對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展作用的研究進(jìn)展

李 震，李曉明

慢性炎性反應(yīng)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而且癌癥異常的炎癥或癌癥相關(guān)的炎癥已被確定為第七類癌癥的標(biāo)志[1]。在某些類型的癌癥中，炎癥條件早于惡性發(fā)展，而在另一些癌癥中，致癌變化引起的炎癥微環(huán)境可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。無論炎癥的起源，還是腫瘤微環(huán)境的持續(xù)炎性反應(yīng)，都可以促進(jìn)惡性細(xì)胞的增殖和存活，刺激血管生成和轉(zhuǎn)移，破壞適應(yīng)性免疫反應(yīng)，并改變對(duì)化療藥物的反應(yīng)[2]。其中炎性介質(zhì)和細(xì)胞效應(yīng)蛋白構(gòu)成腫瘤的局部環(huán)境。實(shí)驗(yàn)、臨床和流行病學(xué)研究顯示，慢性炎癥可誘發(fā)不同類型的癌癥，并有助于癌癥發(fā)展[3]。腫瘤相關(guān)的炎癥是由多種炎性細(xì)胞因子驅(qū)動(dòng)，主要包括白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和IL-18[4]。目前認(rèn)為IL-1β和IL-18主要來源于黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2, AIM2)炎性復(fù)合體(又稱為炎性體或炎性小體)的激活而分泌產(chǎn)生。

1 AIM2炎性體

Brennan等[5]發(fā)現(xiàn)，鼠傷寒沙門氏菌感染的巨噬細(xì)胞出現(xiàn)一種新的死亡方式，死亡細(xì)胞的形態(tài)特征類似于細(xì)胞壞死，發(fā)生細(xì)胞膜的裂解，細(xì)胞內(nèi)容物釋放引起局部的炎性反應(yīng)，但是又不同于細(xì)胞壞死，出現(xiàn)細(xì)胞核DNA片段化，這種新的細(xì)胞死亡方式被命名為細(xì)胞焦亡。其發(fā)生依賴于caspase-1的激活，而在細(xì)胞凋亡中起重要作用的caspase-3并不參與其中。細(xì)胞焦亡這種特殊的炎癥相關(guān)死亡方式的發(fā)生與炎性體的活化密不可分。炎性體是細(xì)胞內(nèi)一類能夠快速激活天然免疫應(yīng)答的多蛋白復(fù)合物體，當(dāng)細(xì)胞受到胞外病原體或胞內(nèi)危險(xiǎn)信號(hào)刺激時(shí)，炎性體組裝完成并招募pro-caspase-1，使caspase-1活化，最終導(dǎo)致IL-1β和IL-18的分泌，并誘導(dǎo)發(fā)生細(xì)胞焦亡[6]。一個(gè)典型的炎性體包括感受器、接頭蛋白質(zhì)(即凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白ASC)和pro-caspase-1。現(xiàn)在確認(rèn)的感受器分子很多，如NOD樣受體及PHYIN蛋白等[7]。

一般的炎性體激活包括啟動(dòng)步驟和觸發(fā)步驟。啟動(dòng)步驟導(dǎo)致某些炎性成分，隨著pro-IL-1β和pro-IL-18轉(zhuǎn)錄。觸發(fā)步驟中，各種刺激可以導(dǎo)致炎性體的組裝和激活。炎性體的激活導(dǎo)致caspase-1裂解并活化，從而將pro-IL-1β和pro-IL-18裂解為成熟的IL-1β和IL-18，并分泌[8]。IL-1β是促炎細(xì)胞因子，具有致癌作用[9]。IL-1β是通過兩個(gè)步驟被緊密調(diào)節(jié)：核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)介導(dǎo)的非分泌型pro-IL-1β轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)和炎性體介導(dǎo)的pro-IL-1β裂解成分泌形式IL-1β[10-11]。

炎性體的激活物包括病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)和損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)，PAMPs包括病毒DNA和RNA，DAMPs包括細(xì)胞外ATP和細(xì)胞內(nèi)的活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)[12]。PAMPs和DAMPs存在于感染相關(guān)的癌癥腫瘤微環(huán)境中；然而，在惡性細(xì)胞中炎性體的表達(dá)譜仍不完全清楚。此外，在惡性細(xì)胞的炎性體功能與感染和應(yīng)激引起的炎癥和癌癥之間的聯(lián)系仍是未知的。推測(cè)AIM2可能接受來自外界或者細(xì)胞內(nèi)外的危險(xiǎn)信號(hào)，通過炎性體途徑激活caspase-1，從而啟動(dòng)細(xì)胞焦亡。這種推測(cè)與AIM2的抑制腫瘤作用相一致。

2 AIM2炎性體在組織中的表達(dá)

由于炎性體的出現(xiàn)是炎癥的基礎(chǔ)，炎性體成分的表達(dá)水平可能是特定癌癥相關(guān)炎癥診斷的分子標(biāo)記物。因此，評(píng)價(jià)腫瘤炎性體的表達(dá)可能有助于分析其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用。

AIM2屬于PHYIN蛋白家族[13]。PYHIN家族大部分成員均在細(xì)胞核中表達(dá)，目前已發(fā)現(xiàn)人的4種該家族蛋白：IFI16、MNDA、AIM2、IFIX；小鼠中發(fā)現(xiàn)5種該家族蛋白：p202、p203、p204、p205、p210[14-16]。其中人的AIM2與小鼠的p210是對(duì)應(yīng)關(guān)系。PHYIN蛋白家族所有蛋白質(zhì)的C端都存在HIN-200結(jié)構(gòu)域，N端存在PHYIN結(jié)構(gòu)域(PYD)。其中HIN-200結(jié)構(gòu)域識(shí)別雙鏈DNA(dsDNA)并與之結(jié)合，PYD與包含PYD-CARD結(jié)構(gòu)的ASC中的PYD域結(jié)合，ASC中的CARD結(jié)構(gòu)結(jié)合pro-caspase-1，從而形成dsDNA/PHYIN蛋白/ASC/pro-caspase-1多蛋白炎性復(fù)合物，形成大分子復(fù)合體完成炎性體的基本結(jié)構(gòu)單元[17]。AIM2因缺乏核定位序列主要定位于細(xì)胞質(zhì)中[18-19]。

Winter等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌中AIM2 mRNA的基礎(chǔ)水平比正常前列腺中顯著降低；同樣，在某些前列腺癌細(xì)胞系A(chǔ)IM2 mRNA和蛋白的基礎(chǔ)水平都很低或檢測(cè)不到，而且原發(fā)性前列腺癌多數(shù)組織標(biāo)本檢測(cè)不到caspase-1；此外，某些前列腺癌細(xì)胞系caspase-1表達(dá)水平降低。提示caspase-1和前列腺腫瘤AIM2的表達(dá)可能在腫瘤的預(yù)后評(píng)估中具有重要意義。

AIM2在肺腺癌組織中高表達(dá)，肺鱗狀細(xì)胞癌組織中適度表達(dá)，但在小細(xì)胞肺癌組織中是低表達(dá)。AIM2炎性體的銜接蛋白ASC、caspase-1、IL-1β及IL-18均在肺鱗狀細(xì)胞癌、腺癌和小細(xì)胞肺癌組織中低表達(dá)，而在肺腺癌組織中的表達(dá)最高。AIM2 mRNA水平在肺鱗狀細(xì)胞癌和肺腺癌組織明顯高于小細(xì)胞肺癌組織。除小細(xì)胞肺癌組織的AIM2和肺鱗狀細(xì)胞癌組織的pro-caspase-1以外，在肺癌組織中AIM2、ASC、pro-caspase-1，pro-IL-1β和pro-IL-18的mRNA表達(dá)水平明顯高于肺癌旁組織[4]。

在鼻咽癌患者中AIM2炎性體表達(dá)與患者生存率呈正相關(guān)，ASC、caspase-1、IL-1β、AIM2的表達(dá)上調(diào)與良好的局部無瘤生存率和無病生存率相一致，ASC、caspase-1、IL-1β、AIM2的上調(diào)是良好的無瘤生存和無病生存的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素，AIM2炎性體表達(dá)上調(diào)的腫瘤患者在治療后5年內(nèi)無局部復(fù)發(fā)；因此，在腫瘤細(xì)胞中AIM2炎性體和IL-1β的過表達(dá)，可能有助于局部腫瘤的控制[12]。總之，不同癌癥中炎性體功能和表達(dá)上的差異，取決于不同的病理類型和分級(jí)以及侵襲能力的程度。這些結(jié)果表明，炎性體的表達(dá)和激活可能與腫瘤生物學(xué)特征或行為相關(guān)。

3 AIM2炎性體與STAT3的作用

STAT3是一種腫瘤基因編碼的蛋白，激活后的STAT3稱磷酸化STAT3(p-STAT3)可通過多環(huán)節(jié)、多層次和多通路促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，其機(jī)制眾多且可相互影響。

p-STAT3是慢性炎癥疾病向惡性腫瘤轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因子[21]。Ratsimandresy等[22]研究發(fā)現(xiàn)，AIM2炎性體是通過STAT3相關(guān)通路調(diào)控腸內(nèi)平衡的中心環(huán)節(jié)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，在腸上皮細(xì)胞中AIM2感知腸內(nèi)細(xì)菌DNA，促進(jìn)IL-18的生產(chǎn)，下調(diào)IL-22結(jié)合蛋白(IL-22BP)表達(dá)從而增強(qiáng)結(jié)腸內(nèi)IL-22的活性；AIM2的缺失可導(dǎo)致IL-18分泌減少，增強(qiáng)IL-22BP表達(dá)，減弱IL-22的活性，從而減少p-STAT3，結(jié)果使STAT3依賴的抗菌肽(AMPs)減少，促進(jìn)生態(tài)失調(diào)與結(jié)腸炎的發(fā)生。在葡聚糖硫酸酯鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎AIM2-/-小鼠中，由旁路途徑刺激使IL-18分泌增加，IL-22BP表達(dá)下降，從而促進(jìn)IL-22產(chǎn)生和提高STAT3的活化，活化的STAT3促進(jìn)AMPs產(chǎn)生。反過來，AMPs進(jìn)一步通過自我放大的前饋回路維持STAT3和Akt的活化，從而促進(jìn)隱窩細(xì)胞增殖和腸道修復(fù)，并可能有助于增加AIM2-/-小鼠結(jié)腸癌的易感性。總之，AIM2炎性體的核心作用是預(yù)防微生態(tài)失調(diào)和腸道炎癥，是通過IL-18/IL-22BP/IL-22和STAT3信號(hào)通路以及AMPs表達(dá)來調(diào)節(jié)的。

4 AIM2炎性體與低氧

在實(shí)體瘤內(nèi)由于周期性或慢性缺氧條件下的無菌炎癥易引起的髓系細(xì)胞浸潤(單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)[23]。近期研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺腫瘤中缺氧與慢性炎癥和前列腺癌患者不良預(yù)后相關(guān)[24-27]。在低氧條件下，缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)穩(wěn)定表達(dá)并刺激一系列靶基因的轉(zhuǎn)錄和激活NF-κB轉(zhuǎn)錄活性，調(diào)節(jié)編碼促炎性細(xì)胞因子的基因表達(dá)水平。在人類前列腺腫瘤中缺氧刺激增強(qiáng)NF-κB轉(zhuǎn)錄活性并通過誘導(dǎo)AIM2受體和pro-IL-1β的表達(dá)從而激活A(yù)IM2炎性體。而且，前列腺腫瘤中的缺氧環(huán)境也能通過激活A(yù)IM2炎性體，利于局部慢性炎癥的發(fā)生[28]。在前列腺腫瘤缺氧微環(huán)境中，炎性體的激活通過增加IL-1β使誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中HIF-1α的穩(wěn)定和促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)基因的表達(dá)，從而激活前列腺缺氧和前列腺炎癥正反饋環(huán)路。

STAT3和NF-κB的激活和相互作用在控制腫瘤細(xì)胞與其微環(huán)境之間的聯(lián)系起著關(guān)鍵作用，特別在浸潤性腫瘤的炎癥(免疫)細(xì)胞中。NF-κB能導(dǎo)致腫瘤和免疫細(xì)胞中STAT3的活化，在炎性細(xì)胞中STAT3參與NF-κB的負(fù)調(diào)控作用。在惡性腫瘤和癌前病變細(xì)胞STAT3發(fā)揮重要的致癌作用，而在炎性細(xì)胞STAT3也可能通過其抗炎作用抑制腫瘤。盡管NF-κB和STAT3存在拮抗作用，但是總體來說其協(xié)同作用促進(jìn)許多癌癥的發(fā)生和發(fā)展[29]。此外，低氧可以誘導(dǎo)p-STAT3的表達(dá)，p-STAT3也可以調(diào)節(jié)HIF-1α的表達(dá)。

5 AIM2炎性體和放化療的關(guān)系

放射治療和化療被廣泛用于癌癥治療。以往的研究表明，放射可通過惡性細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生激活細(xì)胞內(nèi)DNA的受體——AIM2，與細(xì)胞核和線粒體DNA釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)相關(guān)[30]。AIM2是一種免疫感受器，能感知dsDNA并調(diào)節(jié)組裝和激活炎性體[18-19]。有研究人員用小鼠建立放射誘導(dǎo)小腸綜合征模型發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)野生型小鼠暴露于致命劑量的次全身照射(SBI)10 d內(nèi)死于嚴(yán)重的腸道損傷，而AIM2缺陷能保護(hù)小鼠免受SBI殺傷力和腸道損傷；野生型小鼠在SBI 3.5 d后腸隱窩損傷嚴(yán)重，而AIM2缺陷小鼠的腸隱窩能很大程度上保持其完整性；值得注意的是，缺乏caspase-1的小鼠能抵抗SBI誘導(dǎo)的致死性，提示炎性體通路對(duì)控制腸道放射敏感性起至關(guān)重要的作用[31]。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)僅缺乏caspase-1或結(jié)合蛋白ASC的小鼠也可以免受SBI誘導(dǎo)致死性，表明caspase-1依賴和ASC依賴的經(jīng)典炎性體通路調(diào)控腸放射敏感性。說明AIM2炎性體有控制SBI引起腸道損傷的特殊作用[32]。

AIM2-/-骨髓來源的巨噬細(xì)胞存在較高的抗阿霉素和依托泊苷特性，其殺死惡性細(xì)胞是通過引導(dǎo)DNA雙鏈斷裂。同體外數(shù)據(jù)一致，AIM2-/-小鼠也對(duì)大劑量阿霉素治療引起的腸道損傷和致死性不敏感，表明AIM2炎性體是具體參與電離輻射和化療藥物引導(dǎo)DNA雙鏈斷裂引起的細(xì)胞死亡[32]。

6 結(jié)語與展望

近年炎性體的特異性、組裝、活化、功能的生物原理研究獲得了很大突破。然而，在不同的癌癥中不同炎性體的表達(dá)和功能是復(fù)雜的。有研究者在結(jié)腸腫瘤中發(fā)現(xiàn)，AIM2抑制腫瘤生長(zhǎng)的能力，不依賴于作為一個(gè)炎性體蛋白的功能，而是通過AIM2抑制Akt的活化、控制腸道干細(xì)胞的增殖和控制腸道腫瘤相關(guān)菌群的組成來實(shí)現(xiàn)的[33]。但是，在不同肺癌中炎性體功能和表達(dá)上的差異，取決于不同的病理類型和分級(jí)、侵襲能力與肺癌化療耐藥的程度[4]。這些結(jié)果表明不同的組織或不同病理類型的相同組織中炎性體的表達(dá)和作用是不同的。因而，在未來的研究中尚需進(jìn)一步探討不同組織細(xì)胞的AIM2及其炎性體對(duì)腫瘤的作用機(jī)制。

炎性體的出現(xiàn)是炎癥的基礎(chǔ)，STAT3與NF-κB是慢性炎癥疾病向惡性腫瘤轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因子。而且在實(shí)體腫瘤中存在著不同程度和不同類型的缺氧，缺氧能夠刺激增強(qiáng)NF-κB轉(zhuǎn)錄活性并且激活A(yù)IM2炎性體。故進(jìn)一步探討缺氧、AIM2炎性體與STAT3通路相互調(diào)控作用以及在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的相互關(guān)系將具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。