IL-1β與腫瘤惡性演進關系的研究進展①

徐溪悅 劉 丹 施 明

(徐州醫科大學腫瘤防治研究所,徐州 221000)

IL-1是第一個被發現的白細胞介素，因此被命名為IL-1。IL-1家族包括眾多成員，其中IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β和IL-36γ具有促炎功能，而IL-1Ra、IL-36Ra、IL-37和IL-38具有抗炎功能。IL-1β可由多種細胞表達，其表達受到轉錄調控、轉錄后調控和翻譯后調控，IL-1β mRNA翻譯為分子量為31 kD的無活性IL-1β前體。經典炎癥小體信號通路活化可促使Caspase-1對IL-1β前體進行切割加工，產生可分泌至細胞外、具有生物學活性、分子量為17 kD的IL-1β成熟體。近期的研究發現，IL-1β在腫瘤發生發展的多個階段中發揮重要作用，本文將對此領域的研究進展作一綜述。

1 腫瘤發生

近期發表的一項三期臨床試驗的“意外結果”提示IL-1β與肺癌的發生存在密切關系[1]。該臨床試驗共招募了超過1萬例患者，其主要目的是評價由諾華公司開發的動脈粥樣硬化治療藥物卡那單抗(即靶向IL-1β的單克隆抗體)的療效。研究者在分析結果時意外發現，與安慰劑組相比，卡那單抗中劑量組和高劑量組患者的肺癌發生風險分別降低39%和67%，且高劑量組患者肺癌的死亡風險降低77%[2,3]。這一結果提示IL-1β可能成為預防肺癌發生的良好靶點。

多項臨床前研究也提示IL-1β參與多種癌癥的發生過程，例如在小鼠模型中發現IL-1β可能參與肺癌發生。刪除分泌IL-1β的肥大細胞可顯著抑制由煙草致癌物質氨基甲酸乙酯誘發的KRAS突變的肺腺癌[4]。有研究者構建了胃組織中高表達IL-1β的轉基因小鼠模型，并對其進行幽門螺桿菌感染處理。12個月后發現8.4%的小鼠進展為浸潤性胃癌，而野生型小鼠無胃癌發生。使用IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)處理可以抑制IL-1β轉基因小鼠胃癌的發生[5]。Huang等[6]通過進一步研究發現，IL-1β促進幽門螺桿菌誘發胃癌的機制可能是通過誘導一氧化氮(NO)引發上皮鈣黏蛋白(epithelial cadherin，E-cadherin)啟動子的甲基化導致其基因沉默。在幽門螺桿菌引發的胃炎中，IL-1R1-/-小鼠或通過IL-1Ra阻斷IL-1β的功能可明顯減緩胃炎的嚴重程度，進而降低胃癌的發生風險。此外，有研究證明幽門螺桿菌感染所誘導的YAP1核轉位能夠作用于IL-1β的啟動子，增強IL-1β表達，促進胃癌的發生[7]。另外，肝癌也是典型的炎癥相關癌癥，Li等[8]報道，IL-1β通過誘導肝細胞的過度增殖，從而促進二乙基亞硝胺(diethylnitrosamine，DEN)誘發的小鼠肝癌。亦有研究表明，IL-1β相關信號能夠導致癌基因Gankyrin的持久活化，誘發肝細胞癌[9]。IL-1β在結腸炎相關腸癌的發生中也發揮重要作用。Ning等[10]發現補體的激活可以增加結腸組織中IL-1β的釋放水平，促進結腸上皮細胞的過度增殖，誘導結腸炎相關腸癌的發生。而Bergmann等[11]發現，通過敲除調節炎癥反應的特異性信號蛋白Card9降低IL-1β的釋放水平，可顯著抑制小鼠模型中葡聚糖硫酸鈉(dextran sodium sulfate，DSS)誘導的結腸炎相關腸癌的發生。但是，Flood等[12]在Caspase-11基因敲除小鼠模型中發現，經非經典炎癥小體通路釋放的IL-1β減少，反而促進了小鼠模型中DSS誘導的腸癌發生。提示IL-1β在某些腫瘤發生過程中可能發揮雙重作用，因此，將IL-1β作為預防腫瘤發生的靶點值得深入探索。

2 血管/淋巴管生成

血管和淋巴管生成是癌癥的一個重要標志，其能夠促進腫瘤的生長和擴散。首先，IL-1β被認為是血管生成發生的主要效應分子，可以通過介導腫瘤血管生成加速腫瘤進展。IL-1β是一種強效血管內皮細胞激活劑，可以促進血管內皮細胞生長因子(vascular endothelial cell growth factor，VEGF)的產生，并與其互相誘導，協同發揮促進血管生成的作用。Carmi等[13]在敲除IL-1β的小鼠以及野生型小鼠中分別接種含有黑色素瘤細胞的Matrigel膠栓，發現在IL-1β敲除小鼠的Matrigel膠栓中，表達VEGF的細胞數量和血管生成均減少。此外，IL-1β能通過激活NF-κB信號通路增強血管內皮細胞中成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor2，FGF2)的表達，促進血管生成[14]。IL-1β還能通過激活血管內皮細胞中的p38-MAPK和MAPK激活蛋白激酶2 (MAPK-activated protein kinase 2，MK2)誘導內皮細胞遷移和血管管腔形成[15]。有研究者應用IL-1受體拮抗劑阿那白滯素(Anakinra)作為抗血管生成的藥物開展治療黑色素瘤的臨床研究[16]。

除了影響腫瘤血管生成以外，IL-1β已被證實在淋巴管的生成過程中也發揮重要作用。Weichand等[17]發現腫瘤相關巨噬細胞分泌的IL-1β能夠促進淋巴管內皮細胞增殖，進而促進淋巴管生成，并且與腫瘤淋巴結浸潤以及腫瘤轉移相關。

3 腫瘤侵襲轉移

腫瘤細胞向周圍組織侵襲是腫瘤擴散的第一步。有研究發現，IL-1β通過下調E-cadherin表達，降低腫瘤細胞的黏附力，使細胞獲得易于侵襲和轉移的特性[18,19]。與此同時，IL-1β可以上調上皮間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)過程中的重要調控因子鋅指蛋白Snail、Slug和 波形蛋白Vimentin的表達，驅動EMT轉化，或通過活化腫瘤細胞中的NF-κB信號通路，增強EMT轉化，促進腫瘤細胞向周圍組織侵襲[18，20-22]。此外，Zhang 等[23]發現在缺氧的腫瘤微環境中，腫瘤相關巨噬細胞與腫瘤細胞之間的缺氧誘導因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)/IL-1β信號軸活化，進而上調腫瘤細胞中Vimentin的表達，增強EMT轉化。在肝癌移植瘤小鼠模型的腫瘤部位注射IL-1β，可顯著增加小鼠外周血中循環腫瘤細胞的數量，這提示了IL-1β在促進腫瘤細胞從原發灶進入外周血的過程中發揮重要作用。另外，IL-1β通過誘導腫瘤細胞侵襲性偽足中肌動蛋白結合蛋白Fascin的表達，提高侵襲性偽足的穩定性和腫瘤的侵襲能力[24]。腫瘤細胞通過表達多種基質金屬蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)，降解細胞外基質，以利于腫瘤細胞的遷移和播散[25]。有研究發現，IL-1β可顯著增加腫瘤細胞MMP2、MMP9及MMP3的表達[26,27]。

近年來，“預轉移微環境”成為腫瘤轉移研究領域的熱點之一。“預轉移微環境”是指腫瘤原發灶可通過某些途徑影響遠端預轉移器官，為循環腫瘤細胞在預轉移器官組織中的定植和生長營造一個“友好”的微環境[28,29]。Shi等[30]在小鼠黑色素瘤模型中發現，腫瘤轉移至肺組織之前，原發灶腫瘤可募集髓系來源抑制性細胞至肺組織。這些髓系來源抑制性細胞通過分泌IL-1β增加肺組織的E-選擇素表達，從而促進播散腫瘤細胞在肺臟中的滯留。

然而，有些研究報道并不支持IL-1β促進腫瘤轉移的觀點。Castano等[31]檢測了215例淋巴結轉移陽性乳腺癌患者原發腫瘤中IL-1β的表達情況，發現原發腫瘤高表達IL-1β的患者總體生存率較高。對1 379例患者標本進行檢測發現，原發腫瘤高表達IL-1β的患者無遠處轉移生存率也相對較高。這些結果提示，IL-1β其有抑制乳腺癌轉移的作用。研究者探索其機制，發現IL-1β以旁分泌的方式作用于播散后的轉移起始腫瘤細胞(metastasis-initiating cancer cells，MICs)上，阻止其分化并抑制播散腫瘤細胞在定植器官中的增殖。Voloshin等[32]將紫杉醇與Anakinra聯合應用于小鼠的乳腺癌和肺癌模型，在一定程度上減輕了原發腫瘤負荷，但與單用紫杉醇治療相比，卻增加了遠處轉移發生率。說明IL-1β在腫瘤侵襲轉移的不同階段發揮不同作用，阻斷IL-1β對腫瘤的治療可能會產生雙重作用，這有待進一步的研究和探索。

4 腫瘤微環境

骨髓來源的抑制細胞(myeloid-derived suppressor cell，MDSC)、腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophage，TAM)及調節性T細胞(regulatory cell，Treg)等是構成腫瘤微環境的主要細胞組分。Tu等[5]利用轉基因技術在小鼠胃組織中高表達IL-1β可顯著增加胃組織中MDSC的數量并導致自發性胃癌，而IL-1β受體拮抗劑的治療可顯著抑制MDSC的動員及其在胃組織中的聚集。在最近的一項關于腎細胞癌的研究中，研究者對48例患者腫瘤組織中的MDSC亞群進行了分析，發現多形核-MDSC(polymorphonuclear MDSC，PMN-MDSC)的數量與外周血IL-1β的水平呈正相關[33]。利用小鼠移植瘤模型，研究者發現IL-1β拮抗劑治療可減少腫瘤組織及外周血中PMN-MDSC的數量，并抑制移植瘤的增殖。

除MDSC外，IL-1β還可以影響TAM、Treg以及中性粒細胞。Kaplanov等[34]用小鼠乳腺癌細胞4T1在敲除IL-1β的小鼠中構建移植瘤模型。與野生型小鼠相比，敲除IL-1β的小鼠移植瘤中巨噬細胞的數量顯著減少。其機制是，敲除IL-1β降低了巨噬細胞趨化因子[chemokine(C-C motif)ligand2，CCL2]和巨噬細胞分化因子(colony-stimulating factor1，CSF1)水平。Chen等[35]報道，通過抑制炎癥小體活化降低IL-1β水平，可顯著減少頭頸部鱗狀細胞癌模型小鼠腫瘤組織中Treg、TAM和MDSC的浸潤。而最近發表的一項研究顯示，直腸癌干細胞可通過分泌包含IL-1β表達的外泌體促使中性粒細胞轉換為促腫瘤表型[36]。因此，IL-1β可以通過調控細胞成分，調控腫瘤微環境，進而調控腫瘤進展。

5 腫瘤耐藥

耐藥是導致腫瘤治療失敗和患者死亡的主要原因。近期研究表明，IL-1β參與調控腫瘤細胞對多種藥物及療法的反應性，包括細胞毒藥物和內分泌治療藥物、靶向治療藥物和免疫治療藥物等。

近期的兩項研究發現，IL-1β可通過調控腫瘤細胞內的相關信號通路誘導乳腺癌細胞對阿霉素和順鉑耐藥[37,38]。他莫昔芬是乳腺癌內分泌治療的重要藥物。Jiménez-Garduo等[39]報道，IL-1β可誘導乳腺癌細胞中編碼雌激素受體的基因ESR1啟動子部分的甲基化，抑制雌激素受體α(estrogen receptor，ERα)的表達，從而造成乳腺癌細胞對他莫昔芬的耐藥。靶向表皮生長因子(epidermal growth factor receptor，EGFR)的抗體西妥昔單抗是轉移性結直腸癌的常用藥物。Gelfo等[40]報道，阻斷IL-1β可通過抑制MAPK和AKT信號通路增強結腸癌細胞對西妥昔單抗的敏感性。EGFR靶向小分子抑制劑是治療含有EGFR突變的非小細胞肺癌的重要藥物。最近一項研究報道，IL-1β/EHD1/TUBB3信號軸在EGFR小分子抑制劑耐藥中發揮重要作用，阻斷該信號軸可以逆轉非小細胞肺癌對EGFR小分子抑制劑的抗性[41]。Her2是乳腺癌治療的重要靶標，抗Her2抗體曲妥珠單抗(商品名：赫賽汀)已用于Her2陽性乳腺癌的一線治療。赫賽汀可通過其介導的抗體依賴的細胞介導的細胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)促進NK細胞和T細胞對Her2陽性乳腺癌細胞的殺傷，也可通過其介導的抗體依賴的細胞介導的吞噬作用(antibody-dependent cellular phagocytosis，ADCP)誘導巨噬細胞吞噬乳腺癌細胞。Su等[42]報道巨噬細胞吞噬乳腺癌細胞可激活AIM2炎癥小體，從而導致巨噬細胞分泌IL-1β。IL-1β作用于巨噬細胞，增強PD-L1和IDO的表達，使巨噬細胞轉化為免疫抑制表型，從而抑制赫賽汀介導的NK細胞和T細胞對乳腺癌細胞的殺傷。以抗PD-1抗體為代表的免疫檢查點抑制劑已在多種腫瘤的臨床治療中取得良好成績。Kaplanov等[34]在三陰性乳腺癌的小鼠移植瘤模型中，聯合使用抗IL-1β抗體和抗PD-1抗體取得了更好的治療效果。

6 腫瘤治療相關的毒副作用

腫瘤治療相關的毒副作用是影響腫瘤治療效果、惡化患者病情甚至降低患者生活質量和生存期的重要因素。研究表明，IL-1β在某些治療相關毒副作用中發揮重要作用，如小分子抑制劑治療，細胞過繼免疫治療等。

BRAF抑制劑(BRAFi)維羅非尼和達帕菲尼已被批準用于治療不可切除的Ⅲ期和Ⅳ期黑色素瘤。然而，BRAFi治療后，樹突狀細胞釋放的IL-1β增多，可能引發心臟毒性、腸黏膜炎或肺纖維化[43]。鑒于IL-1β具有顯著的致熱原作用，這與臨床上觀察到的BRAFi治療后40%～50%患者面臨發熱的風險相一致[44]。所以，將IL-1拮抗劑與BRAFi聯合應用可能成為減少毒副作用發生風險的有效策略。

嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor，CAR)T細胞免疫療法已在多種惡性血液腫瘤的治療中取得顯著療效。但是，CAR-T治療通常會導致細胞因子釋放綜合征(cytokine release syndrome，CRS)和神經毒性等毒副作用。近期研究發現，單核細胞釋放的IL-1β和IL-6是引發CAR-T治療毒副作用的主要細胞因子[45]。利用人源Burkitt′s淋巴瘤細胞在重度免疫缺陷小鼠上構建腫瘤模型，發現CAR-T聯合Anakinra治療能夠在不影響CAR-T療效的同時，減輕其所引發的神經毒性，減緩CRS癥狀，并延長小鼠的無病生存期[46]。因此，將CAR-T治療與IL-1受體拮抗劑聯合使用或許為CAR-T細胞治療所引起的神經毒性和細胞因子釋放綜合征提供了解決方案。

7 小結與展望

綜上所述，IL-1β在不同類型的腫瘤及在腫瘤惡性演進的不同階段發揮不同作用。深入解析相關機制將為開發以IL-1β為靶點的抗腫瘤新策略提供有價值的信息。從臨床前和臨床研究結果看，單獨使用抗IL-1β療法的抗腫瘤效果有限。靶向IL-1β的治療聯合放化療、內分泌治療、靶向治療或免疫治療都具有良好的發展前景。