TIM-3及STAT3基因在結直腸腺癌中的研究進展

李福青 王 紅 蔣海濤 杜勝奇 鐘江利

(遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院消化內科，遵義 563003)

1 TIM-3與結直腸腺癌

1.1TIM-3基因概述 T細胞免疫球蛋白黏蛋白(T-cell immunoglobulin mucin)基因家族在鼠類中包括TIM1～TIM8，但僅有3種位于人染色體5q33.2，即TIM1、TIM3及TIM4[1]。TIM基因家族編碼的膜蛋白Ⅰ即為TIM-3，由黏蛋白樣區(qū)、免疫球蛋白樣區(qū)、跨膜區(qū)和胞內區(qū)組成。TIM-3首次出現(xiàn)于Th1細胞表面，也表達于多種免疫細胞，如CD8+T細胞、CD4+T細胞、調節(jié)性T細胞(Treg)、樹突狀細胞(DC)、自然殺傷細胞(NK)、肥大細胞及巨噬細胞等[2，3]。細胞免疫激活需要2個信號，第2個激活信號需要抗原刺激T細胞表面上共刺激分子及呈遞細胞(APC)細胞表面上的共刺激物相互作用，程序性細胞死亡受體1(programmed cell death receptor 1，PD-1)和TIM-3是T細胞表面共刺激因子家族中最重要的負調節(jié)信號，導致CD8+T細胞無法分泌TNF-α、IFN-γ及IL-2，減弱、限制或終止T細胞免疫應答[4-8]。腫瘤細胞的基本生物學特性為細胞增殖和遷移，TIM-3持續(xù)高表達可通過抑制細胞免疫反應抑制腫瘤細胞免疫應答，促進腫瘤細胞增殖和遷移。膀胱尿路上皮癌(bladder urothelial carcinoma、BUC)患者中，楊猛等[9]通過免疫組化法SP法研究得出TIM-3表達水平與BUC預后、臨床分期、病理分級等密切相關，因此腫瘤細胞持續(xù)高表達TIM-3與腫瘤生長、復發(fā)及轉移密切相關。

1.2TIM-3與結直腸腺癌 全球范圍內結直腸腺癌發(fā)病率及患病率呈逐年上升趨勢，且患者趨于年輕化，威脅人類生命健康。我國結直腸腺癌的患病率位居第三，在男性惡性腫瘤中僅次于肺癌、胃癌、肝癌位居第四，而在女性惡性腫瘤中位居第三。隨飲食結構、生活方式的不同，農(nóng)村及城市結直腸腺癌發(fā)病率也不一致，在城市地區(qū)惡性腫瘤中，結直腸腺癌發(fā)病率僅次于肺癌位居第二，在農(nóng)村地區(qū)結直腸腺癌發(fā)病率僅次于胃癌、肺癌、食管癌、肝癌位居第五[10,11]。研究表明，TIM-3可表達于多種腫瘤細胞，如肺癌、肝癌、腎透明細胞癌、胃癌、結直腸腺癌及甲狀腺癌細胞等[12-16]。

在腫瘤微環(huán)境中，持續(xù)高表達TIM-3分子的糖基化側鏈及其配體半乳凝素9(galectin-9)結合后，一方面可促進髓源抑制細胞(CD11b+Gr-1+MDSC和CD4+FoXP3+Treg)增殖，抑制CD8+T細胞，促進腫瘤生長，另一方面特異性降低轉錄因子在T細胞中的表達，即TIM-3和BAT-3結合后導致細胞內片段分離，并將抑制信號傳遞至細胞內片段，削弱T細胞增殖，加速其衰竭并導致凋亡，抑制T細胞介導的免疫應答[17-21]。結腸癌中TIM-3分子遠端的N-黏性末端可通過與癌胚抗原相關細胞黏附分子1(carcinoembryonic antigen associated cell adhesion molecule 1,CEACAM1)順式或反式結合，導致TIM-3與Bat3結合，從而上調TIM-3表達，削弱T細胞免疫反應，促進腫瘤細胞增殖[22]。Huang等[23]通過小鼠直腸癌模型實驗證實CEAAM1 TIM-3細胞比例遠高于CD4細胞，同時，CEACAM1可通過調節(jié)TIMP-3表達誘導T細胞免疫耐受，削弱結直腸腺癌患者免疫系統(tǒng)的抗腫瘤能力。腫瘤患者免疫系統(tǒng)中固有免疫是第一道防線，Chiba等[24]研究發(fā)現(xiàn)，結直腸腺癌患者的浸潤性DC TIM-3持續(xù)高表達，與核酸競爭與高遷移率蛋白B1(high mobility protein B1，HMGB1)結構域A盒競爭，阻礙核酸與HMGB1結合，因此抗原抗體復合物無法通過Toll樣受體(toll-like receptors、TLR)被識別，導致白細胞介素受體相關激酶，被阻斷，從而破壞HMGB1介導核酸發(fā)揮細胞固有免疫，導致腫瘤細胞凋亡后由核酸釋放的免疫原性降低，抑制核酸介導的先天性抗腫瘤免疫反應。持續(xù)高表達TIM-3還可通過促進巨噬細胞M2型極化、抑制M1型極化減弱巨噬細胞吞噬和殺傷效應抑制結直腸腺癌患者腫瘤細胞免疫應答，導致結直腸腺細胞免疫逃逸，促進結直腸腺癌腫瘤細胞不斷增殖分化[25]。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，阻斷TIM-3可提高機體固有免疫，一定程度增強機體抗腫瘤能力。細胞免疫中，TIM-3持續(xù)表達與Gal-9結合后導致鈣離子內流至Th1細胞胞內區(qū)，降低Th1細胞中IL-12亞單位P40和P36的轉錄抑制分化，同時限制IL-12、IFN-γ、TNF-α分泌，直接或間接削弱CD8+T細胞、NK細胞毒性[27,28]。

1.3TIM-3與結直腸腺癌免疫治療 TIM-3主要通過抑制T細胞免疫應答促進腫瘤細胞增殖，其作為腫瘤治療靶點的作用機制如下：①抑制IL-6、IL-27等炎癥因子釋放，利用TIM-3中和抗體處理肝癌HepG2和SMMC7721細胞，阻斷TIM-3信號通路后，以IL-6(100 ng/ml)刺激肝癌細胞系，中和抗體處理過后的IL-6分泌明顯減少，促進肝癌細胞增殖的作用明顯減弱；②使用疫苗和嵌合抗原受體T細胞激活免疫細胞；③TIM-3單克隆抗體直接作用或聯(lián)合其他檢查點的單抗發(fā)揮作用；④抑制TIM-3受體與其配體結合，將抗TIM-3抗體或抗Gal-9抗體應用于鼻咽癌細胞，鼻咽癌細胞增殖受到抑制，解除鼻咽癌外核體對Th1細胞的免疫抑制，進而恢復T細胞的抗腫瘤效應[29]。

2 STAT3基因與結直腸腺癌

2.1STAT3基因概述 STAT是由細胞因子和生長因子等肽類配體激活的細胞質轉錄因子，具有雙重功能，在細胞核的啟動子中傳遞細胞質信號和調控基因轉錄，在調節(jié)正常細胞的分化、增殖和凋亡中起重要作用。STAT3共包括7種蛋白，分別為STAT1～STAT4、STAT5a、STAT5b及STAT6[30]。STAT3是STAT家族成員，是細胞內重要的信號傳遞分子，接收信號并將其他信號傳遞至細胞核，調控下游基因轉錄。STAT3蛋白分子量約為89～92 kD，由750～795個氨基酸殘基組成，包括螺旋區(qū)、N 端氨基酸保守序列、SH2結構域、DNA結合域連接區(qū)和C端轉錄活化區(qū)6個功能結構域。STAT3主要由細胞因子(IL-6)和生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)及其受體促進相鄰JAKs聚集、JAK-STAT信號通路磷酸化和激活，酪氨酸殘基在SH2結構域和受體中的磷酸化導致STAT3活化。STAT3與相應的受體分離形成二聚體，從細胞質轉運至細胞核，成為轉錄基因[31]。

2.2STAT3與結直腸腺癌 STAT3在細胞增殖及分化中起重要作用，是信號轉導及轉錄的關鍵激活蛋白。STAT3對腫瘤細胞增殖、分化和新生血管形成具有促進作用，是公認的促癌基因，在腫瘤信號轉導通路中起重要作用。STAT3在白血病、前列腺癌、多發(fā)性骨髓瘤、結直腸腺癌、乳腺癌及肝癌等實體腫瘤及血液組織中持續(xù)高表達，參與腫瘤的抗凋亡、增殖、分化、轉移、血管形成等過程。腫瘤細胞中，STAT3通過SH2結構域與受體中磷酸化的酪氨酸殘基作用，不斷激活STAT3，同時c-Jun氨基末端激酶可直接磷酸化STAT3的727位絲氨酸位點，激活STAT3[32]。將肺癌小鼠的STAT3基因敲除后，發(fā)現(xiàn) STAT3 敲除的腫瘤細胞不僅大量分泌炎癥趨化因子，且MHC-Ⅰ抗原表達降低，NK細胞敏感性增強[33]。張國強等[34]通過免疫組化實驗證明持續(xù)高表達的STAT3基因參與結直腸腺癌發(fā)生發(fā)展，且與結直腸腺癌患者TNM分期及淋巴結轉移密切相關，STAT3的連續(xù)激活調節(jié)多種基因表達，包括負性免疫應答因子(如IL-10、VEGF、TGF-β)和細胞增殖、凋亡和循環(huán)相關基因(Bcl-xL、CycCd1、Mcl-1、Survvin、cyclin等)。結直腸腺癌中，通過結合BH1、BH2和Bax持續(xù)激活STAT3，全國Bcl-xL和Bcl-2，形成2種同源聚合物和2種非均相聚合物，導致細胞增殖和凋亡失衡，促使STAT3不斷被激活[35]。c-myc基因和細胞周期蛋白D1(cyclin D1)通過SH2結構域和Src表達上調，抑制結直腸腺癌細胞凋亡并促進其增殖，導致結直腸腺癌發(fā)生發(fā)展[36-40]。持續(xù)活化的STAT3在腫瘤細胞微環(huán)境中導致IL-12/IL-23失衡，IL-12分泌減少，同時IL-23通過調節(jié)T細胞提高腫瘤免疫抑制分子活性。研究表明，IL-6是STAT3的重要細胞活化因子[41]。IL-6與配體GP130結合激活JAK激酶，磷酸化STAT3，激活JAK2/STAT3信號通路，并在JAK激酶作用下促進結直腸腺癌細胞增殖。張曉芹等[42]通過免疫組化表明，結直腸腺癌細胞中STAT3表達與IL-6表達上調，且呈正相關，提示IL-6可能作為細胞活化因子誘導STAT3活化，促進信號轉導，參與結直腸腺癌發(fā)生發(fā)展。同時JAK2/STAT3信號通路也可通過VEGF促進腫瘤新生血管生成，導致結直腸腺癌細胞轉移。此外STAT3不僅可直接調控VEGF，同時持續(xù)活化的STAT3也可通過表達HIF-1α間接促進VEGF生成，促進結直腸腺癌細胞增殖[43-46]。

2.3STAT3與腫瘤治療 STAT3是腫瘤中多種信號通路的連接點，阻斷STAT3可阻斷腫瘤多種信號通路，抑制腫瘤細胞增殖。目前阻斷STAT3的方法有：①寡核苷酸、反義寡核苷酸主要通過將STAT3與STAT3 mRNA結合，誘騙寡核苷酸結合活性STAT3以減少STAT3和特異性反應原基結合，阻斷STAT3信號通路的轉導，在肺癌A549細胞中，利用反義寡核苷酸轉染后，其增殖抑制率和細胞凋亡明顯上升[47，48]；②RNA干擾法，利用RNA干擾法沉默結直腸癌細胞系HT29 、SW1116細胞中的STAT3基因72 h后發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞凋亡率上升[49]；③抑制JAK激酶激活，細胞因子信號抑制劑(SOCS)通過結合或抑制JAK抑制STAT3磷酸化，活化的STAT蛋白抑制劑(PIAS-3)可與2種STAT3聚合物結合防止STAT3與DNA結合并誘導其連續(xù)激活，AG490可抑制JAK激酶活化，目前已廣泛應用于腫瘤治療[50]；④顯性負性技術，野生型顯性負蛋白可降低STAT3和特異性反應的原始結合阻斷STAT3信號通路，突變顯性負蛋白主要通過阻斷STAT3和DNA結合，下調抗凋亡基因表達，誘導腫瘤細胞凋亡，抑制腫瘤細胞生長；⑤干擾素誘導死亡相關基因19，結合STAT3抑制STAT3核轉位，抑制IL-6誘導的STAT3相關靶基因表達，抑制腫瘤細胞增殖，促進其凋亡。

3 TIM-3和STAT3 在腫瘤中的相關性

TIM-3和STAT3在腫瘤中的作用一直是國內外研究重點。TIM-3可在腫瘤中調節(jié)STAT3信號通路而發(fā)揮作用，激活巨噬細胞和內皮細胞NF-κB通路，參與腫瘤發(fā)生發(fā)展。NF-κB信號通路的激活可提高IL-6表達，促進STAT3激活，從而促進腫瘤細胞增殖與遷移[51，52]。IL-6作為炎癥因子，主要誘導T、B細胞分化及促進造血功能等，但IL-6亦可抑制免疫系統(tǒng)，刺激腫瘤細胞新生血管形成，參與腫瘤發(fā)生發(fā)展。IL-6可表達于結直腸腺癌細胞，持續(xù)高表達的IL-6誘導Th17表達，促發(fā)炎癥反應進而誘導結直腸腺癌發(fā)生，IL-6促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的方式主要為激活STAT3表達，通過經(jīng)典途徑即IL-6R直接與配體gp130特異性結合和跨信號轉導途徑即IL-6不通過IL-6R與gp130特異性結合，直接與sIL-6R結合形成sIL-6R/IL-6復合物，刺激細胞膜上gp130形成同源二聚體，激活JAK激酶同時磷酸化STAT3，促使JAK2/STAT3信號通路激活，表達和轉錄靶基因，促進結直腸腺癌細胞增長及新生血管形成，減少腺癌細胞凋亡。IL-6促進肝癌細胞增殖依賴于TIM-3，STAT3作為IL-6的下游基因，持續(xù)高表達的TIM-3可使肝癌細胞株STAT3顯著激活，抑制STAT3可顯著抑制TIM-3表達，并下調IL-6表達，因此TIM-3可能通過活化STAT3參與IL-6/STAT3信號促進肝癌細胞增長。目前國內外關于TIM-3激活IL-6/STAT3信號通路促進結直腸腺癌細胞增殖的研究較少，TIM-3作為IL-6的上游信號，是否可通過調控上游TIM-3抑制IL-6/STAT3信號通路在結直腸腺癌中發(fā)揮作用需進一步研究。

4 展望

綜上所述，STAT3及TIM-3基因對腫瘤的影響是近年研究熱點，STAT3及TIM-3基因在結直腸腺癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。TIM-3可通過激活IL-6/STAT3信號通路抑制腫瘤細胞凋亡，促進腫瘤細胞增殖，但目前關于TIM-3激活IL-6/STAT3信號通路促進腫瘤細胞增殖的研究較少，是否可通過調控上游TIM-3基因抑制IL-6/STAT3信號通路在腫瘤中的作用將成為結直腸腺癌新的研究方向。