白細胞介素-8在前列腺癌發生發展中的作用

王 晟，熊性宇，楊 璐

1. 四川大學華西醫院泌尿外科（成都 610041）

2. 四川大學華西醫院泌尿外科研究所（成都 610041）

3. 四川大學華西臨床醫學院（成都 610041）

前列腺癌（prostate cancer, PCa）是男性最常見的惡性腫瘤之一。近年我國PCa的發病率呈逐年快速上升的趨勢，嚴重威脅著中老年男性健康。當前PCa生物標志物的研究尚不完善，多項研究發現細胞因子白細胞介素-8（interleukin-8，IL-8）可能與PCa的發生發展有關[1-2]。IL-8是一種促炎癥的CXC族趨化因子，與促進中性粒細胞趨化和脫顆粒有關。在腫瘤中，IL-8由炎性細胞和腫瘤細胞分泌，它在不同類型、不同階段的PCa組織中呈現差異性表達。既往研究表明，IL-8在PCa的早期診斷、靶向治療以及預后預測中具有廣泛的應用價值。

1 IL-8在不同前列腺組織中的差異表達

目前，血清前列腺特異抗原（prostate specific antigen，PSA）的檢測尚不能滿足PCa早期診斷和遠期預后預測等方面的臨床需求，而血清IL-8水平在這方面的潛在價值逐漸受到廣泛關注。國內外相關研究均證實IL-8的水平在PCa組織與正常組織、良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH）組織間存在差異，且去勢抵抗的腫瘤組織產生的IL-8水平顯著高于去勢敏感的腫瘤組織[3]。

現有研究表明，PCa Gleason評分和臨床分期越高，PCa組織中IL-8基因及蛋白的表達水平就越高[3]。Murphy等研究了IL-8及其受體CXCR1、CXCR2在PCa組織中的表達，該研究對40例PCa患者的前列腺活檢組織（包括正常組織和腫瘤組織）和10例去勢抵抗性PCa患者經尿道前列腺電切術的標本進行了免疫組織化學檢測，結果表明IL-8在正常前列腺上皮的頂膜呈弱到中度的表達。但IL-8、CXCR1和CXCR2在Gleason評分3分和4分的癌細胞中呈非尖端表達，而在Gleason評分5分和去勢抵抗性PCa中呈環狀表達[4]。該結果與以往在PCa患者血清中檢測到的IL-8的表達升高相一致。同時，IL-8、CXCR1和CXCR2在癌細胞胞漿中的表達也逐漸增多，表明IL-8、CXCR1和CXCR2的表達與腫瘤細胞的分化程度呈正相關，這也與Liu等的觀點一致[5]。

2 IL-8促進前列腺癌發生和發展的機制

在許多異種移植和原位移植的體內模型中，IL-8的表達都被證實與腫瘤的血管生成、成瘤和轉移相關[4,6-7]。IL-8對內皮細胞具有促進有絲分裂和趨化的作用，此趨化因子激活了細胞表面G蛋白偶聯受體（CXCR1和CXCR2）下游的多條細胞內信號通路。IL-8和（或）其受體在癌細胞、內皮細胞、浸潤的中性粒細胞和腫瘤相關巨噬細胞中的表達增強，提示IL-8可能是腫瘤微環境中的一種重要調節因子。IL-8信號誘導激活了多條上游信號通路，這些信號通路可在轉錄、翻譯以及翻譯后等環節發揮相應的調節作用，從而影響細胞的功能[8]。

由于效應物和下游靶點的多樣性，IL-8信號通路可以促進血管內皮細胞的血管生成反應，促進內皮細胞和癌細胞的增殖和存活，促進癌細胞、內皮細胞和腫瘤部位浸潤的中性粒細胞的遷移。最近有研究報道，IL-8信號被認為與調節雄激素受體的轉錄活性有關[6]，為PCa細胞向去勢抵抗性增殖的轉變奠定了基礎。IL-8在PCa中發生和發展的機制見圖1。

圖1 IL-8促進PCa發生、發展的機制Figure 1. Biological function and mechanism of IL-8 in prostate cancer

2.1 IL-8誘導前列腺癌血管生成

在PCa中，血管生成與疾病分期和腫瘤轉移有關。血管生成需要通過一系列相互關聯的步驟，包括內皮細胞增殖、內皮細胞在細胞外基質刺激下的運動以及毛細血管分化，多種促生長因子如血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、轉化生長因子 -β（transforming growth factor-β，TGF-β）、淋巴毒素 -α（lymphotoxin-α，LTα）、血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、IL-8等蛋白質和多肽均可誘導血管生成[5]。

Aalinkee等在低轉移潛能的LNCaP細胞中轉染和過表達基質金屬蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9），并檢測其侵襲活性，結果顯示在LNCaP細胞中表達人MMP-9可使MMP-9活性增加3～5倍，腫瘤細胞侵襲力也相應增加，反義消融MMP-9在DU-145和人前列腺癌細胞（human prostate cancer cells，PC-3細胞）中的表達可同時抑制促血管生成因子、VEGF和細胞間黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）的基因表達，使用具有MMP-9蛋白酶活性的選擇性化學抑制劑處理DU-145和PC-3細胞也可抑制它們的侵襲性[9]。該結果顯示PCa細胞的轉移潛能與促血管生成因子的表達有關，與Ma等的研究結論一致[10]。

Inoue等對裸鼠前列腺內生長的人PCa組織的IL-8表達是否可以調節腫瘤血管生成、生長和轉移進行了評估[11]。他們通過在基因層面進行了正反義的IL-8 cDNA轉染以及對照設計，發現在體外正義轉染的PC-3細胞過度表達IL-8特異性的mRNA和蛋白，導致MMP-9 mRNA和膠原酶活性上調，從而增加對基底膜的侵襲。反義轉染PC-3M-LN4細胞后，IL-8和MMP-9的表達、膠原酶活性和侵襲力均明顯低于對照組。原位移植后，正義轉染的PC-3細胞具有較高的致瘤和轉移性，與PC-3細胞或對照組相比，其新生血管數和IL-8表達均顯著增加。反義轉染則顯著降低了IL-8和MMP-9的表達，減少了腫瘤誘導的新生血管，從而抑制腫瘤的成瘤和轉移[11]。

Araki等也通過IL-8 cDNA穩定轉染LNCaP和LAPC-4細胞，篩選出IL-8分泌型（IL-8-S）轉染細胞[7]。研究發現相較于載體轉染的對照組細胞，IL-8-S轉染細胞的運動能力、侵襲力、MMP-9和VEGF的產生都明顯增強[7]。LNCaP（IL-8-S）細胞生長迅速，與載體轉染的腫瘤相比，微血管密度增加，腫瘤血管異常。綜上，IL-8或可通過誘導MMP-9的表達調節PCa的血管生成與PCa的生長和轉移。

2.2 IL-8通過STAT3/AKT/NF-κB通路促進前列腺癌細胞增殖和抑制凋亡

IL-8的過度表達可見于不同類型的癌癥，包括口腔鱗癌、多發性骨髓瘤、肝癌、慢性淋巴細胞白血病、惡性黑色素瘤、結腸癌和胰腺癌等[12-15]。多項研究表明IL-8可促進癌細胞增殖、遷移和侵襲[7,16]，并對其在促進癌細胞逃避應激、抑制凋亡方面的作用進行了大量研究[17]。

Guo等研究了IL-8對PCa細胞株的影響，探究了其可能的作用機制，該研究提示IL-8可能促進PCa細胞增殖，抑制細胞凋亡[1]。AKT通路是促進人類癌細胞中NF-κB信號通路激活的主要級聯通路[18]。在不同的細胞中，磷酸化的AKT和NF-κB通過磷酸化Bad來阻止其與Bcl2的結合，從而起到抗凋亡因子的作用。NF-κB蛋白通常會由p65和p50形成同源/異源二聚體，在胞質中因與抑制蛋白IkB結合形成了三聚體復合物而處于失活狀態。當上游信號因子結合到細胞膜表面受體后，受體構象改變并將信號傳遞給IkB激酶，進而使IkB蛋白磷酸化并將其從三聚體中解離出來。隨后NF-κB二聚體暴露出核定位序列（NLS），迅速從細胞質進入細胞核內，與核內DNA上的特異序列相結合，促進相關基因的轉錄。進一步研究發現IL-8軸通過上調磷酸化的AKT來誘導NF-κB的激活，進而證實了IL-8激活了典型的NF-κB通路，增加了核P65的水平。該研究表明，IL-8通過激活STAT3、AKT和NF-κB的表達，促進PCa細胞增殖，抑制細胞凋亡，有助于更好地理解PCa的轉移機制。

2.3 IL-8信號可誘導雄激素受體表達并促進前列腺癌細胞向去勢抵抗轉化

雖然可通過降低雄激素水平和拮抗雄激素信號來控制PCa的生長，但在許多患者中，腫瘤能夠以去勢抵抗的狀態重建生長。目前已經在去勢抵抗性PCa組織中檢測到雄激素受體（androgen receptor，AR）的表達和AR調節的基因，表明盡管它們已經進展到去勢抵抗狀態，但AR相關信號通路仍可繼續發揮作用。研究發現多種與AR相關的信號通路使得PCa細胞能夠在雄激素耗竭的條件下存活和生長，包括AR基因的擴增以提高雄激素耗竭條件下的信號傳遞效率、AR基因的突變允許它被其他類固醇激素激活、AR與其輔助激活因子相互作用的改變以及基因結構的表觀遺傳變化并最終通過非配體依賴的AR 激活[6]。

Seaton等研究初步證實了外源性IL-8對AR表達的兩個PCa細胞系（LNCaP和22Rv1）在激素耗竭條件下的增殖有促進作用，同時，AR拮抗劑比卡魯胺阻斷AR后，IL-8促進的細胞增殖作用被抑制[6]。該研究反映IL-8信號具有誘導LNCaP細胞系去勢抵抗性增殖的能力。除了調節AR的表達外，該研究也同時證實了IL-8信號可誘導AR的分布和轉錄活性的改變。熒光素酶報告分析顯示，IL-8信號在早期（2 h）、中期（6 h）和晚期（24 h）增強了AR基因的轉錄活性，并最終誘導兩個特征明確的AR調節基因PSA和CDK2的轉錄[6]。目前認為IL-8信號促進AR活化的機制可能是多方面的，AR直接磷酸化對其轉錄活性的必要性仍存爭議，若非通過AR的直接磷酸化介導，這些信號通路可能通過AR的輔助激活因子磷酸化來促進AR的激活，它們其中大部分屬于磷酸化蛋白[19-20]，包括p42/44絲裂原活化蛋白激酶和磷脂酰肌醇3-激酶在內的信號激酶已被證明可調節AR的激活[21]。

既往研究表明，IL-8信號可刺激AR3缺陷細胞的增殖，表明此趨化因子或可利用AR以外的其他機制來促進腫瘤的進展，包括激活多條與增殖相關的信號轉導通路[4,22]。IL-8信號增強AR的表達和促進配體非依賴性激活的能力表明此趨化因子水平的升高是疾病早期進展和隨后向去勢抵抗階段轉變的重要因素。

2.4 IL-8通過激活mTOR信號通路抑制前列腺癌細胞的凋亡

細胞固有的放射敏感性以及輻射誘導產生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）均與細胞周期的調節有關。此外，線粒體在細胞死亡中的關鍵作用已被廣泛證實，放射誘導的氧化應激又在細胞線粒體的死亡中起著重要的作用，但此過程背后的機制尚不清楚。研究表明GSK-3β可能在氧化應激中起關鍵作用，GSK-3β是一種蘇氨酸激酶，目前已知其在包括應激誘導凋亡在內的幾個細胞過程中起重要作用[23]。該激酶通過控制細胞死亡機制中許多蛋白質的線粒體定位和激活狀態而參與腫瘤細胞的抗凋亡過程，從而塑造惡性腫瘤逃脫細胞死亡的標志性能力。

Sun等研究表明IL-8可促進mTOR的激活，并通過mTOR抑制GSK-3β的激活。此外，GSK-3β可增加ROS的表達，進而激活Caspase-3細胞凋亡通路，IL-8可抑制這一過程，但IL-8不能通過Caspase-3細胞凋亡通路直接影響ROS[24]。這項研究結果顯示GSK-3β通過增加ROS的產生在腫瘤細胞死亡中發揮作用，首次證明了在PCa細胞中IL-8可以減輕GSK-3β活化引起的氧化應激，從而保護線粒體免受ROS的損傷，抑制PCa細胞的凋亡，反映了炎癥和癌癥之間的新聯系。

3 IL-8在早期診斷和預后分析中的潛在價值

Veltri等比較了BPH和PCa患者的總PSA水平、f/tPSA比值和免疫反應性IL-8血清濃度，證實了患者的IL-8血清濃度可獨立于f/t PSA比值作為PCa的預測因子[25]。Taheri等研究進一步顯示，IL-8等位基因、基因型和單倍型頻率在BPH和PCa患者間存在顯著差異，可能暗示了此趨化因子在這些疾病的發病機制中的獨特作用[26]。

Caruso等探究了PCa中IL-8和骨橋蛋白的表達與疾病進展的相關性。他們選取了103例至少隨訪了72個月的患者的前列腺切除標本，用免疫組化方法檢測IL-8和骨橋蛋白的表達，并根據表達強度和分布進行分級。結果顯示，在腫瘤細胞中，復發組IL-8和骨橋蛋白陽性率顯著高于未復發組。IL-8和骨橋蛋白染色預測復發具有較高的敏感性和特異性。研究認為，骨橋蛋白的表達與生化復發獨立相關，骨橋蛋白和IL-8都可能是早期疾病進展的預測因素[27]。

Sharma等研究表明開始雄激素剝奪治療的轉移性PCa患者IL-8、TNF-α和MCP-1升高與去勢抵抗時間和總體生存時間縮短相關，表明較高水平的炎癥相關細胞因子與較差的PCa預后相關[28]。

4 基于IL-8信號通路的靶向治療策略

IL-8信號的誘導似乎是癌細胞用來抵御環境或化學壓力的適應性反應[8]。通過在IL-8受體水平或在IL-8下游信號通路的關鍵點抑制IL-8信號通路，可以導致癌細胞對凋亡敏感，提示靶向IL-8信號調節腫瘤對傳統療法和新型療法的整體反應具有一定的治療意義。

隨著針對IL-8的人源化單克隆抗體（如ABX-IL-8）的發展，部分研究已確定了抑制IL-8信號在腫瘤進展中的作用。例如ABX-IL-8可抑制膀胱癌異種移植模型的生長[29]，降低A375SM和TXM-13黑色素瘤異種移植模型的致瘤和轉移潛能[30]。最近，一種使用中性脂質體中加入小干擾RNA（siRNA-DOPC）的IL-8基因沉默工具被研發出來，以抑制卵巢癌異種移植瘤中IL-8的表達，結果顯示以IL-8為靶點的小干擾RNA治療的腫瘤表現出生長遲緩、微血管密度降低的特點，此外，其對紫杉烷、多西紫杉醇的反應增強[31]。因此，抑制腫瘤微環境中IL-8信號在阻止腫瘤進展和增加幾種實體腫瘤對臨床使用的化療藥物的敏感性方面具有良好的效果。

但是，PCa抗趨化因子治療必須在臨床前研究和早期臨床試驗的基礎上進行[3]，需考慮抗趨化因子治療中受益對象、治療干預的最佳時點以及干預后對IL-8的期望水平。此外，耐化療的PCa治療較為困難，其是一種高度異質性的疾病，任何單一療法都可能收效甚微。因此，在疾病的早期階段聯合抑制雄激素的產生（醋酸阿比特龍）或者有效AR阻斷（MDV3100）和抗趨化因子的方法可能是一種合理的方法。

在許多實體腫瘤（如胃、胰腺、黑色素瘤、卵巢、膀胱和前列腺）中，靶向IL-8信號及其相關的促血管生成CXC趨化因子表現出了顯著的治療效果[8]。多個小分子拮抗劑和人源化的單克隆抗體正處于研發階段，這些研究將為關于減弱趨化因子信號如何影響疾病進展和調節聯合化療反應的臨床前研究提供廣泛支持。此外，由于大多數臨床研究證實此種趨化因子在疾病晚期存在過度表達，表明抑制IL-8或其相關的CXC趨化因子的作用可能對侵襲性和轉移性疾病的系統治療具有重要意義。

5 結語

作為男性最常見的惡性腫瘤之一，PCa在預測、診斷、治療和預后等方面面臨較多問題。現有研究顯示IL-8在PCa的診斷篩查、治療預后方面具有一定的應用前景，聯合IL-8與其他PCa生物標志物共同進行篩查診斷以及聯合IL-8作用通路和AR受體的靶向用藥方案可能是未來的研究方向之一。