IL-12 和TRAIL 在腫瘤治療中的作用

閆寒梅，趙悅榮，王為光，張 純

（1.佳木斯大學，黑龍江 佳木斯 154007；2.佳木斯大學附屬第一醫院血液科，黑龍江 佳木斯 154002）

腫瘤嚴重威脅人類的健康和生活，免疫逃逸、機體免疫功能下降、免疫細胞數量減少、腫瘤微血管形成等原因均在腫瘤的發生發展過程中扮演重要角色，也是腫瘤治療的難點，除化療、放療、手術外，尋找有效的生物制來對抗腫瘤一直是腫瘤治療的熱點。細胞因子是由多種細胞分泌的生物應答調節劑，而IL-12 和TRAIL 均是具有免疫調節功能的細胞因子，具有激活免疫細胞、調節免疫反應、介導炎癥反應等作用，且誘導腫瘤細胞凋亡的作用均被國內外多種研究證實，但IL-12 全身給藥的毒副作用和多種癌細胞對TRAIL 的抗性也限制了二者在臨床上的應用。本文就就IL-12 及TRAIL 的結構、生物學功能及二者在腫瘤治療中的作用作一綜述，以期為臨床治療提供參考。

1 IL-12 的結構及生物學功能

IL-12 是由單核巨噬細胞、B 細胞等抗原提呈細胞分泌的細胞因子，樹突狀細胞和Th 細胞也可以產生，其是一種由p35 和p40 通過二硫鍵結合而形成的異二聚體，相對分子質量（Mr）是70000～75000。p40 亞基由306 個氨基酸組成，包括4 個潛在的糖基化位點和10 個半胱氨酸殘基,輕鏈p35 亞基由197 個氨基酸組成，包括3 個潛在的糖基化位點和7 個半胱氨酸殘基[1]。編碼人p35 的基因位于人的3 號染色體上，編碼人p40 的基因位于人的5號染色體上，亞基p35 和p40 均是以前體形式合成并分泌的，這2 個亞單位同時表達并結合在一起才具有生物學活性。p35 亞基決定IL-12 的種屬特異性，而信號調節由p40 亞基主導。IL-12 受體（IL-12R）是由β1和β2兩個亞基組成的異二聚體，β1是結合亞單位，β2是功能亞單位，主要表達在活化的NK 細胞和T 細胞上，在DC 細胞和B 細胞上也有表達。IL-12 與β1結合后，再通過β2激活JAK 激酶或酪氨酸激酶信號通路來刺激NK 細胞和T 細胞，發揮生物學功能。

NK 細胞和T 細胞是IL-12 的主要靶細胞，NK細胞能夠檢測和誘導易感靶細胞凋亡的能力以及免疫調節細胞因子（如IFN-γ）的分泌，這些效應因子的功能在識別被腫瘤感染的細胞后激活，其是由于NK 細胞與其他髓樣來源的細胞（例如樹突細胞和巨噬細胞）建立的雙向串擾[2]。Chiu TL 等[3]利用動物實驗證實，IL-12 對NK 細胞具有激活作用。此外，IL-12 可促進幼稚輔助性T 母細胞向Th1 分化，抑制Th2 細胞生成，Th1 細胞分泌的IL-2、IFH-γ、TNF-β 等細胞因子可以抑制Th2 細胞分泌的IL-4、IL-5、IL-6、IL-10 等細胞因子，通過抑制IL-4 的生成來拮抗Th2 細胞的免疫作用；IL-12 還能刺激T細胞和NK 細胞分泌大量IFN-γ，IFN-γ 的主要作用是介導炎癥反應，具有強大的免疫調節功能，其可以與IL-12 協同誘導T 細胞和NK 細胞的增殖，并增強T 細胞和NK 細胞對腫瘤細胞的殺傷作用。

2 IL-12 在腫瘤治療中的作用

IL-12 可調節先天免疫和適應性免疫，該細胞因子在許多動物模型中均具有明顯的抗腫瘤作用，因此已被提議作為在癌癥免疫治療研究中開發的潛在新藥。但IL-12 全身給藥相關的潛在致命毒性排除了其臨床應用，且IL-12 半衰期較短，停藥后療效消失的非常迅速，多年來臨床都致力于降低IL-12全身給藥毒副作用的研究。Canton DA 等[4]研究發現，在腫瘤細胞內注射表達IL-12 的質粒（pIL-12）可控制IL-12 在腫瘤組織上的局部表達，顯著降低IL-12 的毒副作用。FDA 在2017 年批準了pIL-12可以作為治療不可切除轉移性黑色素瘤的臨床罕見藥。Wang P 等[5]通過刪除IL-12 單鏈的N 末端來改造IL-12 的結構，并將腫瘤的溶瘤腺病毒（Ad-TD）作為載體，并在敘利亞倉鼠胰腺癌模型中檢查了其治療和毒性作用，結果發現此種方法在胰腺癌的治療中能得到良好的效果。

IL-12 的抗腫瘤活性不僅可以通過自身有效地誘導，并且還可以通過與CAR T 療法、基因治療、抗腫瘤疫苗等聯合來治療腫瘤。有研究發現[6]，腫瘤細胞內IL-12 基因治療可通過抑制血管生成，將腫瘤細胞停滯在G0/G1期并誘導凋亡。Parhar RS 等[7]研究證實，IL-12 基因治療能有效抵抗乳頭狀甲狀腺癌的生長，但鑒于免疫反應在荷瘤小鼠中得到了顯著抑制，并且可以被IL-12 恢復，因此這項研究提出了將IL-12 用作甲狀腺癌輔助療法的可能性，考慮原因為將IL-12 基因導入腫瘤細胞，進而促進腫瘤細胞分泌抗腫瘤細胞因子，二腫瘤局部的微環境由于腫瘤細胞周圍的抗腫瘤細胞因子濃度顯著提高得以改變，使得抗腫瘤免疫應答反應得到長久的維持。腫瘤內電穿孔介導的IL-12 基因治療（IT-pIL12/EP） 在臨床試驗中已被證明是安全有效的，Mukhopadhyay A 等[8]優化了IL-12 基因遞送平臺，以提高臨床前模型中的轉基因表達和功效，并分析了新的IT-pIL12/EP 平臺在電穿孔和遠距離非電穿孔病變中誘導的免疫學變化，結果顯示IT-pIL12/EP處理的腫瘤表現出快速誘導的IL-12 調節途徑以及其他細胞因子和趨化因子途徑，且上調抗原呈遞機制，遠處的腫瘤顯示出浸潤淋巴細胞的增加，并發現局部IL-12 基因療法可以誘導全身性抗腫瘤免疫反應，而不會引起全身性IL-12 暴露的相關毒性，證明了這種有效細胞因子的局部遞送具有全身性抗腫瘤作用。

CAR T 細胞療法代表了癌癥療法的重大進步，大量研究表明針對化學耐藥和/或難治性CD19+白血病或淋巴瘤的完全緩解率約為90%。有效的CAR T 細胞療法高度依賴于淋巴結預適應，其是通過化學療法或放射療法實現的，Kueberuwa G 等[9]構建了具有或不具有IL-12 分泌的完全小鼠第一代和第二代抗鼠CD19 CAR，并且建立了一個無需預處理即可反映人類狀況的鼠標模型，結果發現表達IL-12 的CAR T 細胞不僅可以直接殺死目標CD19+細胞并且還可以募集宿主免疫細胞進行抗癌免疫反應。Gao P 等[10]為研究重組DNA 疫苗的人表皮生長因子受體2（HER2）和IL-12 對小鼠結腸癌的發展及其潛在的免疫機制的影響，構建了重組質粒pVAX1-HER2，pVAX1-IL-12 和pVAX1-HER2-IL-12，并通過肌內注射給雌性小鼠評估質粒的抗腫瘤功效，設計了具有表達HER2 的腫瘤的小鼠模型，研究發現接種HER2-IL-12 質粒的小鼠對表達HER2 的腫瘤的生長產生最強的抑制作用，并延長了小鼠的存活時間。以上研究結果強調了IL-12 作為DNA 疫苗佐劑的潛力。

3 TRAIL 的結構及生物學功能

腫瘤壞死因子相關凋亡配體又名稱凋亡素2 配體（Apo-2L），屬于TNF 超家族成員之一，與TNF 有高度同源性，是一種Ⅱ型跨膜蛋白，由281 個氨基酸殘基組成，相對分子質量（Mr）為32500，人TRAIL的基因定位于人3q26 染色體上，TRAIL 有生物學功能相同的兩種形式，分別是膜結合型（mTRA IL，32 kDa）和可溶型（sTRAIL，24 kDa）。TRAIL 的三維結構是同源三聚體，3 個配體亞單位通過第230 位的半胱氨酸連接一個Zn 離子，并通過相互作用維持三聚體結構的穩定，如果第230 位半胱氨酸發生基因突變，TRAIL 的結構就會遭到破壞，導致TRAIL結合受體的能力較之前下降約200 倍，從而使TRAIL 誘導細胞凋亡的能力顯著下降。TRAIL 有5種受體，DR4、DR5 是死亡受體，大多于腫瘤細胞表面分布，胞內有完整的死亡結構域，和配體結合后能誘導外源性細胞凋亡途徑；DcR1、DcR2 是誘騙受體，大多于正常細胞表面分布，與DR4、DR5 有高度同源性，但DcR1 缺失死亡結構域，DcR2 的死亡結構域不完整，因此均不能誘導細胞凋亡；OPG 是特殊受體，與細胞凋亡無關，與骨密度有關，能夠抑制骨破壞。

TRAIL 能夠在人體多種組織中表達，如卵巢、前列腺、小腸、心肌、肺、骨骼肌、脾臟、胸腺等，外周血淋巴細胞也普遍表達，但在腦組織及睪丸中不表達，其主要生物學作用是誘導腫瘤細胞凋亡和免疫調節。因TRAIL 受體的分布情況不同，導致誘導的細胞凋亡是有選擇性的，誘騙受體DcR1 和DcR2 大多分布于正常細胞，因而正常細胞中DcR1、DcR2會與DR4、DR5 競爭與TRAIL 的結合從而免受攻擊，而腫瘤細胞則幾乎不表達DcR1、DcR2，所以TRAIL 能夠特異性靶向腫瘤細胞。TRAIL 與死亡受體結合介導的是外源性細胞凋亡，其與死亡受體結合后引發大量死亡受體發生聚合，通過死亡結構域召集接頭蛋白FADD 與Caspase-8 酶原形成死亡配體一死亡受體一接頭蛋白一Caspase8，而后激活Caspase-8，激活后的Caspase-8 可以進一步激活Caspase-6 和Caspase-7，通過一系列的級聯激活反應最后激活效應酶Caspase-3，從而介導細胞的凋亡。TRAIL 的另一種凋亡突途徑是圍繞線粒體進行的內源性凋亡，Bid、Bax、Bak 等通過促進線粒體釋放細胞色素酶C，形成凋亡小體后激活Caspase-9而產生的凋亡效應。但也有研究表明某些腫瘤細胞對TRAIL 的凋亡效應不敏感，這可能是由于某些腫瘤表面表達抗凋亡分子來抑制caspase 酶原的激活。與此同時，TRAIL 在機體許多固有免疫或適應性免疫方面也發揮作用，在多種免疫細胞表面都可以發現TRAIL 及受體的表達，如在活化的人或小鼠的T 細胞表面，或被IL-2、IL-5 激活的NK 細胞表面，均發現了TRAIL 及其受體。Leverkus M 等[11]研究中發現，TRAIL 可以促進幼稚的DC 細胞發育成熟。刁智娟[12]在研究中以TRAIL 不敏感的腫瘤細胞為模型，探討TRAIL 的免疫調節功能，結果發現TRAIL 有促進腫瘤特異CTL 的數量和活性的免疫調節功能。

4 TRAIL 在腫瘤治療中的作用

TRAIL 是一種有效的抗癌劑，因其特異地靶向腫瘤細胞，同時保留正常細胞，從而誘導凋亡。但TRAIL 誘導的細胞凋亡作用當前仍有許多局限性，許多原發性腫瘤和癌細胞系對TRAIL 誘導的細胞凋亡具有抗性，而對細胞凋亡的抗性實際上是所有惡性腫瘤的標志，提高TRAIL 對腫瘤細胞的殺傷作用，降低對TRAIL 作用的抵抗也一直是近年來研究的熱點。

Beyer K 等[13]研究了TRAIL 對TRAIL 耐藥胰腺癌細胞的同系模型中腫瘤生長和存活的影響，結果發現TRAIL 可以促進耐藥的TRAIL 腫瘤細胞的生長，這可能會限制TRAIL 在胰腺癌中可能的未來臨床應用。而Huang M 等[14]將野生型TRAIL 蛋白的114～121 氨基酸編碼序列“VRERGPQR”改為“RRRRRRRR”，并將新型的膜穿透性肽樣突變蛋白命名為TRAIL-Mu3，將TRAIL-Mu3 的抗腫瘤作用在體內和體外進行了分析，結果發現TRAIL-Mu3可增強胰腺癌細胞的抗腫瘤作用，且在體內的抗癌作用強于吉西他濱，其作用機制可能是TRAIL-Mu3顯著增強對胰腺癌細胞膜的親和力，導致Caspase-3和Caspase-8 的清晰裂，與此同時，TRAIL-Mu3DR5明顯上調了死亡受體DR5 的表達水平。除作用于胰腺癌，TRAIL 在其他腫瘤中的作用也被廣泛報道。Wu LS 等[15]研究發現，腫瘤組織中的P-選擇素（CD62P）表達顯著增加，高CD62P 表達與腫瘤分期和血管浸潤顯著相關，與血小板共同培養可增加腫瘤細胞的遷移，但TRAIL 可抑制這種作用；而TRAIL 處理的血小板中轉化生長因子（TGF）-β1的分泌顯著減少，根據流式細胞術檢測發現TRAIL 的死亡受體DR5 在血小板中表達，TRAIL 可通過促進血小板凋亡和減少TGF-β1的釋放來抑制結腸癌細胞的侵襲和轉移。TRAIL 除了作為單一治療劑外還可以聯合臨床用藥、化療藥物、基因治療等來治療腫瘤，Dai H 等[16]研究發現，雷公藤內酯醇（TPL）通過下調PUM1 激活自噬而增強胰腺癌細胞的TRAIL敏感性。You C 等[17]利用天花粉蛋白（TCS）和TRAIL的聯合來增強非小細胞癌細胞對TRAIL 的敏感性，抑制腫瘤細胞的增殖和侵襲，并誘導細胞凋亡和S期停滯，這是因為TCS 通過上調和重新分配DR4 和DR5，誘導細胞凋亡以及調節侵襲和細胞周期相關蛋白的表達，使非小細胞癌細胞對TRAIL 敏感。Thapa B 等[18]探討了TRAIL 表達質粒（pTRAIL）和互補小干擾RNA（siRNA）[沉默Bcl2-樣12（BCL2L12）和超氧化物歧化酶1（SOD1）]的共同傳遞，以改善乳腺癌細胞對TRAIL 治療的敏感性。pTRAIL 與BCL2L12 或SOD1 特異性siRNA 的共同遞送導致在不同乳腺癌細胞中的細胞凋亡更為顯著，而不會影響非惡性細胞的生存能力。共同遞送的siRNA 增強了TRAIL 的原位分泌，并使乳腺癌細胞對TRAIL致敏，從而增強了抗癌活性。馮忻等[19]研究發現，TRAIL 能明顯增強順鉑對卵巢癌細胞的敏感性，其誘導機制可能是上調死亡受體DR4、DR5 表達水平。而王宏艷等[20]研究發現，TRAIL 與阿糖胞苷具有協同誘導AML 細胞凋亡的作用，化療藥物依靠P53激活腫瘤細胞的自殺，但約半數腫瘤細胞會有P53的突變，導致化療藥物療效受到影響，而TRAIL 誘導腫瘤細胞凋亡不依靠P53，與化療藥物聯合應用后加強了對腫瘤細胞的殺傷作用。

5 總結

應用IL-12 或TRAIL 來治療腫瘤是近年來腫瘤生物治療的重要研究方向，IL-12 通過調節免疫細胞功能，抑制腫瘤增殖，誘導腫瘤細胞分化來發揮抗腫瘤效應；而TRAIL 通過與死亡受體的結合選擇性的靶向腫瘤細胞，保留正常組織。但IL-12 和TRAIL 在腫瘤治療方面仍有許多局限性，目前研究者更傾向于研究IL-12 或TRAIL 聯合臨床藥物、腫瘤疫苗、基因治療等來靶向腫瘤細胞的實驗研究，均獲得了較理想的結果。與此同時，IL-12 聯合TRAIL能夠誘導凋亡蛋白酶的表達，同時上調IFN-γ 的分泌共同對抗腫瘤細胞，但二者聯合應用于腫瘤治療仍需要進一步研究，以期為臨床治療提供更多的理論和實驗依據，這可能會成為未來腫瘤生物治療領域的研究熱點。