TLR2和TLR4信號在腫瘤發生和發展中的作用及機制的研究進展

楊慶利 冷 靜

(廣西中醫藥大學，廣西高發傳染病中西醫結合轉化醫學重點實驗室，南寧 530200)

一般認為，Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)通過識別病原生物的病原相關分子模式介導天然免疫應答，在抗病原生物感染中發揮重要作用，與腫瘤的發生、發展密切相關，直接影響腫瘤患者預后[1]。但TLRs信號對不同腫瘤發生的影響不同，其機制涉及多個環節。本文重點分析與腫瘤密切相關的TLR2和TLR4信號的作用及機制。

1 TLR2和TLR4信號活化抑制腫瘤發生發展

1.1通過活化T細胞發揮抗腫瘤作用 研究發現，某些特殊的TLR2和TLR4激動劑可通過活化T細胞發揮抗腫瘤效應，如丹參多糖可促進T細胞TLR1、TLR2和TLR4基因表達，通過活化TLRs-MAPK-NF-κB信號途徑調控T細胞功能，并以劑量依賴的方式促進癌癥患者T細胞增殖并顯著提高細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)的抗腫瘤作用[2]。在腫瘤微環境中，腫瘤細胞、基質細胞、樹突狀細胞(dentritic cell，DCs)、腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages,TAMs)、T細胞、骨髓來源抑制性細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)等均表達TLR4。TLR4配體可通過MyD88依賴性途徑促進DCs成熟，誘導Th1抗腫瘤免疫應答[3]。

研究者從合成化合物庫中發現了一種新型小鼠和人TLR1/TLR2受體激動劑Diprovocim，可通過活化TLR1/TLR2-MAPK-NF-κB信號途徑促進C57BL/6J小鼠腹膜巨噬細胞、骨髓來源樹狀突細胞、人PMA誘導分化的THP-1髓樣細胞和外周血單個核細胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)產生TNF，且其活化TLR1/TLR2的效率高于Pam3CSK4。Diprovocim還可作為佐劑增強特異性抗體和CTL應答，并與PD-L1抗體協同高效抑制B16黑色素瘤在C57BL/6J小鼠體內生長，機制為Diprovocim通過活化APCs 的TLR1/TLR2信號誘導抗原遞呈/協同刺激分子和細胞因子表達，促進抗原特異性CD4+和CD8+T細胞增殖與活化，同時清除腫瘤微環境中的主要免疫抑制因素[4]。ZOM等[5]對TLR2配體Pam3CSK4進行改造制備出TLR2新型配體Amplivant(AV)，AV與合成的長鏈多肽聯合作為腫瘤疫苗有效誘導小鼠DCs成熟，高效啟動T細胞抗腫瘤免疫過程。AKAZAWA等[6]基于TLR2配體Pam2Cys(P2C)的基本結構對其進行改造，制備出TLR2新型配體P2CSR11和P2CSK11，使其通過長陽離子多肽部分與接受輻射的腫瘤細胞結合，制備出結合P2CSR11和P2CSK11的模擬細菌的腫瘤細胞(bacteria-mimicking tumor cells,BMTC)，該BMTC在體外可被DCs有效吞噬并誘導抗原交叉遞呈，并作為腫瘤疫苗在小鼠體內誘導有效的腫瘤特異性CTL反應，抑制腫瘤生長。SHER等[7]針對人乳頭瘤病毒(human papillomavirus,HPV)E6和E7致癌蛋白制備了無致癌活性的重組脂化HPV16 E6和E7突變體(rlipo-E6mE7m)，該脂化突變體可作為治療性疫苗通過TLR2活化APC，誘導E6和E7特異性T細胞增殖和CTL反應，抑制C57BL/6荷瘤小鼠TC-1腫瘤生長。綜上所述，TLR2信號活化可通過增強腫瘤特異性T細胞的毒性發揮抗腫瘤效應。基于該理論，研究者制備出分別融合TLR2胞內TIR區且靶向CD19和間皮素的特殊CAR-T細胞1928zT2和m28zT2，其在體外和體內均顯示出良好的抗CD19+白血病細胞和表達間皮素的實體腫瘤效應[8]。

1.2通過促進細胞凋亡發揮抗腫瘤作用 研究發現，植物乳桿菌NCU116 的胞外多糖可上調TLR2表達，并通過TLR2信號活化的、c-Jun依賴的、并由Fas/FsaL介導的途徑促進小鼠結直腸癌上皮細胞系CT26凋亡，抑制腫瘤細胞增殖，但具有細胞(系)選擇性[9]。ERIKSSON等[10]發現，TLR1和TLR2在急性髓性白血病CD34+CD38-原始細胞中表達上調，該TLR1/2受體復合物可被其Pam3CSK4活化，使人AML細胞發生p38 MAPK依賴性Caspase-3活化，誘導細胞凋亡和依賴于NF-κB的髓樣分化，但均不依賴于p53。Pam3CSK4-TLR1/2信號所引發的抗白血病效應具有選擇性，表現為抑制小鼠和人白血病細胞增殖，而對正常造血干細胞和祖細胞影響較小。

1.3其他抑制腫瘤發生發展的機制 研究發現，某些特殊類型的TLR2/4激動劑具有活化NK細胞的作用。如光棘球海膽卵多糖可在體內通過TLR2和TLR4活化裸鼠和C57BL/6J小鼠脾臟CD3-NK1.1+細胞和NK細胞，可促進Lewis肺癌(LLC)荷瘤C57BL/6J小鼠NK1.1+細胞增殖及IL-2和IFN-γ分泌，通過促進NK細胞介導的細胞毒效應抑制腫瘤生長，還可通過活化NK細胞TLR2和TLR4信號的方式顯著抑制人非小細胞肺癌H460荷瘤裸鼠腫瘤生長[11]。

研究發現，TLR2信號活化還可中和/抑制活性氧產物(reactive oxygen species,ROS)，預防ROS引起的DNA損傷，抑制肝細胞癌發生。該作用通過“ROS感應機制”即ASK1/p38 MAPK/NF-κB途徑，誘導突變的衰老細胞死亡。同時，中和ROS反應可抑制未折疊蛋白反應(unfolded protein response,UPR)和UPR-JNK途徑活化，不利于細胞存活[12]。

除此之外，卡介苗治療膀胱癌的機制與TLR2信號活化并促進抗菌肽產生有關，通過卡介苗與TLR2結合誘導膀胱癌細胞ERK1/2磷酸化促進c-Jun、p65和Pol 等與AMP啟動子結合[13]。DING等[14]發現，新型TLR受體激動劑——“與麥芽糖結合蛋白融合的重組幽門螺桿菌中性粒細胞活化蛋白(rMBP-NAP)” 在小鼠模型中具有抗腫瘤功能，且rMBP-NAP可促進肺癌患者PBMCs TLR2表達，并促進其產生IFN-γ、IL-2、TNF-α和IL-12，可能與TLR2信號活化有關，對肺癌具有潛在治療價值。

2 TLR2和TLR4信號活化促進腫瘤發生、發展

2.1促進腫瘤轉移的TLR2和TLR4信號可誘導轉移相關基因表達 研究發現，TLR2和TLR4表達水平與胃癌、結直腸癌、胰腺導管腺癌、乳腺癌和口腔鱗狀細胞癌等轉移密切相關，其表達對預測腫瘤預后具有重要價值[15-18]。25-羥基膽固醇(25-Hydroxycholesterol，25-HC)在體外可以劑量依賴方式促進AGS胃癌細胞系TLR2 mRNA表達，并通過活化TLR2/NF-κB途徑促進細胞基質金屬蛋白酶類(metrix metalloproteinases,MMPs)表達，促進胃癌細胞在體外和體內的遷移[15]。另外，TLR4在乳腺癌組織表達上升，LPS刺激可活化乳腺癌細胞PI3K/Akt/GSK3β信號途徑，促進β-catenin靶基因表達，導致腫瘤轉移[19]。在LPS刺激下與宮頸癌進展和轉移密切相關的異黏蛋白在TLR4陽性的乳腺癌細胞中大量表達[3]。這些特殊基因均由TLR2和TLR4信號活化誘導表達，可促進腫瘤轉移。

2.2HMGB1活化TLR2和TLR4信號抑制抗腫瘤免疫應答 研究發現，由外泌體或壞死細胞釋放的損傷相關分子模式，如高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)、熱休克蛋白(heat shock proteins,HSPs)家族等均可被TLRs識別，參與免疫應答過程[20]。小鼠腫瘤細胞釋放的自噬體可通過其膜結合的HMGB1活化B細胞TLR2信號，通過MyD88/NF-κB途徑促進IL-10產生，使脾臟B細胞分化為可產生IL-10的調節性B細胞(IL-10+B regs)，抑制CD4+和CD8+T細胞應答和抗腫瘤免疫反應。而TLR4信號不參與HMGB1 誘導IL-10+Bregs產生[21]。YE等[22]對肝細胞癌的研究表明，腫瘤細胞外泌體來源的HMGB1可活化TLR2/4-MAPK信號途徑，促進B細胞增殖活化并表達TIM-1蛋白，活化的TIM-1+Bregs的表型為CD5highCD24-CD27-/+CD38+/high，分泌免疫抑制性細胞因子IL-10，抑制CD8+T細胞活性，引發肝細胞癌患者抗腫瘤免疫耐受。CHEN等[23]發現，死亡細胞來源的HMGB1通過活化TLR2受體，在體內和體外促進CD133+胰腺癌干細胞自我更新，維持細胞干性，Wnt/β-catenin信號對該HMGB1-TLR2介導的CD133+胰腺癌細胞干細胞具有促進作用，而TLR4則對HMGB1-TLR2信號起對抗作用。死亡的胰腺癌細胞通過其釋放的HMGB1在體外和體內明顯促進胰腺癌細胞侵襲和轉移，由TLR2信號介導，導致胰腺癌細胞表型上皮間質轉化和PI3K/Akt活化[24]。人胃癌細胞系HSC44PE釋放的HMGB1可通過TLR2/4、IRAK4和NF-κB途徑促進基質成纖維細胞產生IL-1β、IL-6和IL-8等促炎細胞因子，而IL-8可趨化中性粒細胞，通過釋放ROS和細胞因子調控腫瘤細胞增殖、轉移和血管生成，使腫瘤細胞在此微環境下獲得轉移能力[25]。

HMGB1還可通過活化TLR4信號促進調節性T細胞(Treg)產生大量IL-10，抑制腫瘤微環境中依賴于CD8+T細胞的抗腫瘤免疫應答。肝癌細胞TLR4高表達與腫瘤組織中CD4+CD25highFOXP3+Treg數呈正相關。中性粒細胞和巨噬細胞的TLR4結合HMGB1后通過IKK-β/α、NF-κB信號活化途徑促進VEGF產生，導致腫瘤組織血管生成。另外，作為腫瘤基質細胞表達TLR4的間葉干細胞(TLR4+MSCs)活化后抑制NK細胞NKG2D受體表達、NK細胞增殖和細胞毒性[3]。研究發現，雙環倍半萜烯類化合物β-石竹烯可抑制HMGB1-TLR4-NF-κB介導的炎癥反應，但其在抗腫瘤免疫應答中的效應尚不明確[26]。

2.3其他促進腫瘤發生、發展的機制 研究發現，細胞外HSP70和HSP70-肽復合物可與TLR2和TLR4蛋白直接特異結合，穩定并上調TLR2和TLR4表達，并通過活化JNK1/2/MAPK信號途徑促進細胞周期蛋白D1表達及肝癌細胞系HepG2增殖[16]。HSP70還可通過TLR4促進NF-κB表達并促進肝癌細胞系H22增殖[3]。肽聚糖刺激肺癌A549細胞可通過TLR2信號活化促進FOXP3和VEGF表達，通過抑制局部免疫應答參與肺癌細胞免疫逃逸[27]。研究發現，TLR2 配體Pam2CSK4雖可誘導腫瘤抗原特異性CTL反應，但其還可通過以下機制抑制抗腫瘤T細胞應答，即Pam2CSK4-TLR2信號誘導M-MDSCs分化為成熟的巨噬細胞，并在特異性抗原存在情況下促進DCs對CD8+T細胞的活化，成熟的巨噬細胞在活化的CD8+T細胞分泌的IFN-γ刺激下產生iNOS/NO，抗腫瘤CTL反應[28]。

3 小結

TLR2和TLR4激動劑的來源、結構和性質具有多樣性，其信號活化后的效應具有多重性，不僅活化抗腫瘤免疫效應，還通過多種機制促進腫瘤進展。TLR2和TLR4對某些腫瘤發生的作用相反，如肉類攝入可能活化腸黏膜上皮細胞包括TLR2在內的TLRs信號，通過NF-κB介導促炎癥反應，并與結直腸癌發生密切相關，而粗纖維類食物攝入可能活化TLR4信號，通過上皮細胞產生IL-10和環氧酶2防止結直腸癌發生[29]。

TLR2和TLR4信號活化對腫瘤發生、發展的影響廣泛，調控和協同機制復雜，眾多環節尚不明確。研究發現，TLR2-MyD88信號活化增強CD8+T細胞反應受體4-1BB等協同刺激受體信號調控，4-1BB與TLR1/TLR2信號協同可促進CD8+T細胞的抗腫瘤免疫作用[30]。PALANI等[31]發現，在口腔鱗狀細胞癌和癌前病變標本中，TLR2和腺苷酸受體A2a共同表達，且TLR2配體可刺激TLR2高表達細胞A2a，在TLR2高表達的口腔鱗狀細胞癌細胞中，TLR2/1、TLR2/6和A2a在相應激動劑的協同作用下可有效活化ERK1/2，導致c-FOS積累、細胞增殖和Caspase-3活性降低，促進口腔鱗狀細胞癌發展[31]。而血液循環中單核細胞TLR4信號活化導致其向腫瘤部位聚集成為TAMs，并通過TLR4/NF-κB途徑促進MMP9、TNF-α、VEGF等表達，但機制尚不明確。另外，HMGB1作為TLR4的配體通過活化TLR4抑制CD4+CD25-常規T細胞增殖，但卻促進CD4+CTL細胞活化，但CD4+CTL細胞對腫瘤細胞的作用尚不明確[3]。綜上所述，免疫活性細胞和腫瘤細胞TLR2和TLR4信號活化的效應明顯不同，二者在腫瘤微環境中功能狀態的相互影響和調控機制等仍需深入研究。該領域的研究進展對以TLR2和TLR4信號通路為靶點的新型抗腫瘤藥物研發具有重要價值。