IFN-γ介導腫瘤免疫逃逸分子機制的研究進展

楊忖卿，龐博，劉貴建

(中國中醫科學院廣安門醫院檢驗科，北京 100053)

1965年，Wheelock[1]首先發現，植物凝血素可以刺激白細胞產生一種抗病毒物質，即γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)。隨后，關于IFN-γ的很多研究均集中在抗病毒和調節免疫方面。研究者發現，IFN-γ與腫瘤免疫密切相關[2]，其作為輔助療法聯合手術或傳統化療方法進行的臨床試驗，部分顯示出較好的效果。如用于治療膀胱癌和黑素瘤癌癥時，IFN-γ可以提高患者的生存率[3]；IFN-γ聯合化療提高了耐藥肺結核患者的治療效果,加快其康復進程[4]；同時，IFN-γ對皮膚T細胞和B細胞淋巴瘤患者的治療也顯示出較好的臨床獲益[5-6]。但也有試驗顯示，IFN-γ的治療并未有明顯臨床獲益，甚至由于較大的不良反應或更差的臨床結局而被中止。如在卵巢癌患者中，IFN-γ聯用卡鉑/紫杉醇組患者的生存期短于單獨卡鉑/紫杉醇化療組[7]。以IFN-γ下游基因表達作為IFN-γ評分，神經膠質瘤患者的生存期與IFN-γ評分呈顯著負相關[8]。IFN-γ治療黑色素瘤的臨床試驗因臨床結局更差而終止[9]。另一項研究也表明，IFN-γ在結腸癌術后作為輔助治療未顯示出期待的療效[10]。

近年來研究發現，腫瘤細胞可以對IFN-γ依賴的免疫監視出現低反應性，而IFN-γ及其調控的一些下游分子也具有免疫抑制作用，甚至IFN-γ自身也可以促進某些腫瘤的生長和進展[11]，這或許能部分解釋那些IFN-γ抗腫瘤臨床試驗不理想的結果?，F就腫瘤細胞通過對IFN-γ正常免疫監視作用的干擾，以及利用IFN-γ介導的免疫抑制作用實現免疫逃逸的研究進展予以綜述。

1 腫瘤細胞對IFN-γ依賴的免疫監視出現低反應性

在IFN-γ發揮正常免疫監視功能的情況下，腫瘤細胞可通過負調控IFN-γ通路或表現出對IFN-γ下游介導的免疫殺傷效應不敏感來逃避免疫監視。當腫瘤細胞的Src同源酪氨酸磷酸酶(Src homology phosphotyrosyl phosphatase 2，SHP2)或細胞因子信號抑制物(suppressor of cytokine signalings，SOCSs)過度激活時，可以促進腫瘤細胞對IFN-γ依賴的免疫監視產生逃逸作用。SHP2、信號轉導及轉錄激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)的蛋白質抑制劑以及SOCSs等可以對IFN-γ通路進行負調控。其中，SOCSs家族成員在未受IFN刺激的細胞中通常表達水平較低，但在IFN刺激后可迅速活化并抑制Janus激酶-STAT信號通路的活化，形成經典的負反饋環路[12]。SHP2可使Janus激酶和IFN-γ受體1去磷酸化，阻斷IFN-γ的信號轉導并直接抑制IFN-γ下游重要分子STAT1的激活。

許多不同類型的腫瘤有SHP2的激活，胃癌發生的誘導因子幽門螺桿菌感染胃上皮細胞后，其分泌的細胞毒素相關蛋白A與SHP2結合，可直接激活SHP2，進而促進幽門螺桿菌感染期間胃上皮細胞IFN-γ的低反應性，從而逃避IFN-γ依賴的腫瘤免疫監視[13]。對于白血病、乳腺癌、口腔癌、喉癌、肺癌、肝癌和胃癌，SHP2均可以出現異常高表達和激活[14]，這不僅可以發生促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調節激酶介導的細胞轉化，也可能通過干擾IFN-γ通路而實現免疫逃逸。同時，蛋白激酶B介導的糖原合成酶激酶3β的失活也可以導致SHP2激活。此外，IFN-γ通過增加主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ類分子以及與細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)反應相關蛋白的表達而發揮抗腫瘤作用。有報道指出，MHCⅠ類分子和CTL反應相關蛋白的丟失也會造成IFN-γ反應性降低[15]?？梢姡[瘤細胞對IFN-γ通路的負調控或對IFN-γ下游介導的免疫殺傷效應不敏感，使得暴露于IFN-γ的腫瘤可能顯示出更大的免疫逃逸能力。

2 IFN-γ介導促進腫瘤的生長與進展

IFN-γ除了能發揮免疫監視作用外，在某些條件下，它也能直接或間接發揮介導促進腫瘤發展的作用。IFN-γ/STAT1通路的組成性激活在SOCS1-/-遺傳背景的轉基因小鼠中是出現自發性結腸癌的必要條件，可能與IFN-γ/STAT1通路下游的環加氧酶2和一氧化氮合酶所引起的炎癥環境有關[16]。特異性抗原誘導的細胞毒性T細胞產生的IFN-γ，引起腫瘤細胞發生DNA拷貝數畸變，增加基因組不穩定性，且IFN-γ還可引起腫瘤細胞內甲基化異常，這些均可能促進腫瘤細胞獲得更強的耐藥性或免疫抗性，同時也促進了腫瘤異質性的形成，不利于腫瘤治療[17-18]。此外，IFN-γ與腫瘤形成之間的關系也非常密切。在二乙基亞硝胺誘導的小鼠肝癌模型中，與對照組相比，IFN-γ受體缺乏組小鼠的腫瘤發生更少，且肝內細胞因子表達水平和DNA氧化損傷程度也更低[19]。在70%的黑色素瘤中可檢測到產生IFN-γ的巨噬細胞，而系統性阻斷IFN-γ可顯著減少紫外線誘導的自發性惡性黑色素瘤[20]。

有文獻報道，一定水平下的IFN-γ通過持久刺激可以促進腫瘤的發生。IFN-γ暴露水平可能有一個不確定的閾值，它可能因腫瘤細胞類型的不同而存在差異。如長期暴露于低水平的IFN-γ可促進H22肝癌、MA782/5S乳腺癌和B16黑色素瘤的生長[21]。有研究指出，IFN-γ至少部分通過上調整合素β3介導的核因子κB信號通路促進胃癌細胞的增殖、抑制腫瘤細胞凋亡、促進腫瘤細胞的遷移和侵襲[22]。同時，IFN-γ還可以上調細胞間黏附分子-1在腫瘤細胞的表達，細胞間黏附分子-1是免疫球蛋白超家族的一種跨膜糖蛋白，參與腫瘤細胞免疫調節、血管生成并促進其侵襲和遠處轉移，提示IFN-γ可以促進癌細胞向更具侵襲性表型的發展。

此外，IFN-γ對低免疫原性的腫瘤細胞可能存在一定的選擇性作用。在IFN-γ缺乏或抗IFN-γ抗體治療的小鼠中，3′-甲基膽蒽誘導性腫瘤的免疫原性均高于免疫耐受的對照小鼠[23-24]。可見，IFN-γ可能通過持續的免疫壓力選擇出能夠逃避免疫反應的腫瘤細胞，它們由于腫瘤抗原表達水平較低、缺失MHCⅠ類分子表達或抗原加工過程受破壞而導致腫瘤抗原表達缺失[25-26]。在慢性長期的IFN-γ刺激作用下，這種選擇的作用可能更為顯著，從而使腫瘤抗原特異性T淋巴細胞的激活與功效降低[27]。

3 IFN-γ介導促進腫瘤微環境的免疫抑制

腫瘤的發生發展與機體的免疫系統密切相關，機體免疫系統在識別和殺傷腫瘤細胞時，可發生腫瘤免疫編輯，致使大多數患者對免疫治療出現耐藥性。腫瘤免疫編輯包括對腫瘤細胞的免疫清除、免疫休眠(或平衡)和免疫逃逸三個階段，在腫瘤免疫編輯過程中，其免疫原性被編輯，致使腫瘤細胞逃避免疫系統的監測，并獲得使疾病進展的各種免疫抑制機制，導致腫瘤細胞免疫逃逸產生耐藥性。IFN-γ在腫瘤免疫編輯的多個階段均起重要作用。IFN-γ誘導的腫瘤免疫編輯通過多種機制介導，包括誘導腫瘤抗原丟失、上調程序性細胞死亡配體(programmed cell death-ligand，PD-L)1和吲哚胺2，3-雙加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)1等免疫抑制性分子在腫瘤細胞中的表達、募集髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)到達局部微環境等。腫瘤細胞釋放的免疫抑制因子及招募來的免疫抑制細胞均有利于其發生免疫逃逸，不受IFN-γ依賴性的免疫監視。

3.1IFN-γ對腫瘤免疫逃逸基因的調控作用 腫瘤細胞發生癌癥抗性基因突變，導致對治療出現惡化反應，從分子水平上解釋可能與腫瘤免疫逃逸基因有關。IFN-γ可以誘導許多參與癌細胞免疫逃逸基因的表達，如PD-L1、PD-L2、細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白-4、MHCⅡ類反式激活因子、非經典MHCⅠb類抗原、IDO1、CXC趨化因子配體12等[28-29]。IFN-γ不僅能上調腫瘤細胞的PD-L1和PD-L2，而且也能誘導間質細胞的PD-L1和PD-L2表達，上調的PD-L1和PD-L2可以與腫瘤特異性殺傷T細胞表面的程序性細胞死亡受體1(programmed cell death receptor 1，PD-1)結合，抑制其功能與效應[30-31]。由于B淋巴細胞、自然殺傷細胞和自然殺傷T細胞表面也表達PD-1，因此它們的功能也可能因PD-1/PD-L1的結合而受到抑制。IFN-γ的這類調控作用被認為是免疫檢查點抗體治療出現耐受的重要原因之一。高表達PD-L1往往均伴隨預后不良[32]。在IFN-γ上調PD-L1的分子機制方面，STAT1是被報道較多的因素之一，IFN-γ激活STAT1后，該轉錄因子可以直接作用于PD-L1基因的啟動子區上調其表達。與此類似，STAT3與核因子κB也有相近的作用模式[33-34]。腫瘤細胞在接觸到產生IFN-γ的CTL等免疫細胞后，僅需數小時就可從PD-L1基因的啟動子區開始合成并發揮免疫抑制作用[35]。同時，腫瘤細胞中的慢性IFN-γ信號也可通過STAT1相關的表觀遺傳和轉錄組改變增加對免疫檢查點阻斷的抵抗，使黑色素瘤對放療和免疫檢查點抑制劑產生抵抗。

除PD-1外，也有報道指出IFN-γ可增強黑色素瘤細胞上細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白-4的表達，將抑制性信號傳遞給T淋巴細胞，限制其增殖與活化，導致腫瘤免疫逃逸[36]。MHCⅠ類分子和IFN-γ可上調黑色素瘤細胞MHCⅡ類抗原呈遞，而這與腫瘤惡性進展及腫瘤細胞凋亡抵抗密切相關[37]。同時，IFN-γ還可在黑色素瘤細胞系中上調人類白細胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)-E的表達并增加可溶性HLA-E蛋白的脫落，從而降低腫瘤細胞對CTL殺傷細胞的敏感性[38]。作為非經典MHCⅠb類分子，HLA-E與HLA-F和HLA-G類似，均可以通過與它們的抑制性受體結合而促進腫瘤細胞逃逸自然殺傷細胞、CTL的免疫監視。研究表明，IFN-γ可通過下調內源性腫瘤抗原gp70促進腫瘤免疫逃逸。

3.2IFN-γ通過MDSCs發揮免疫抑制作用 MDSCs是一類可以在癌癥、炎癥和感染過程中增殖的異質性細胞群，可通過降低先天性免疫應答來抑制抗腫瘤免疫應答，它們具有抑制T淋巴細胞反應的能力。這些細胞構成了免疫系統的一個獨特組成部分，與多種疾病狀態下的免疫反應密切相關[39]。根據形態和表面標志物，MDSCs可分為多形核及單核細胞樣MDSCs兩大類。已有研究指出，MDSCs具有免疫抑制的重要特征，可通過精氨酸酶、誘導型一氧化氮合酶、轉化生長因子-β、白細胞介素-10、環加氧酶2、IDO等因子介導免疫抑制效應，使T淋巴細胞功能受到顯著抑制，促進腫瘤復發與轉移[40]。MDSCs浸潤水平較高的患者腫瘤預后往往更差，對免疫治療的臨床反應也不佳[41-42]。

研究表明，IFN-γ可促進單核細胞樣以及粒細胞樣MDSCs的擴增與功能作用[43]。其中，單核細胞樣MDSCs可通過一氧化氮發揮抑制作用，而粒細胞樣MDSCs可通過活性氧類發揮作用[44-45]，一氧化氮或活性氧類的產生均依賴于IFN-γ。但IFN-γ可能并不是所有MDSCs發揮作用所必需，因為缺少IFN-γ受體的小鼠依然可以抑制T淋巴細胞激活。

IFN-γ抑制免疫系統的作用也在動物模型器官移植研究中得到證實，在IFN-γ敲除小鼠中反應性T淋巴細胞出現過度擴增，且誘導同種異基因心臟移植耐受失敗[46]。IFN-γ的這種免疫抑制作用與促進MDSCs擴增有關。IFN-γ與脂多糖聯合處理可誘導MDSCs產生[47]，而小鼠同種異基因心臟移植模型中單核細胞樣MDSCs的產生依賴于IFN-γ[48]。如果將IFN-γ信號通路阻斷，則可以減弱MDSCs介導的T淋巴細胞的抑制功能[49]。

3.3IFN-γ對調節性T細胞(regulatory T cell，Treg細胞)的影響 腫瘤的一個關鍵特征為能夠逃避免疫破壞。在這種情況下，腫瘤細胞通常會招募一種或幾種具有免疫抑制特性的色氨酸分解代謝酶。其中，IDO可以使腫瘤微環境中色氨酸代謝增加，抑制T淋巴細胞[50]和自然殺傷細胞[51]的功能。同時，IDO也可誘導色氨酸代謝產物積累，抑制自然殺傷細胞受體的表達，誘導原始T淋巴細胞向有抑制作用的Treg細胞分化、召集Treg細胞聚集[52]，從而形成腫瘤免疫抑制微環境，介導腫瘤細胞免疫逃逸，促進腫瘤進展。在結直腸腫瘤、肝癌及肺非小細胞癌患者中，腫瘤細胞高表達IDO時會出現預后不良[53-54]。許多小鼠腫瘤(B16黑素瘤除外)在暴露于IFN的狀態下表達IDO1，但在沒有IFN的狀態下均不表達IDO1[50]。

有報道指出，IFN-γ可以上調IDO的表達[55]，并通過IDO影響Treg細胞而促進腫瘤免疫逃逸的效應。如在黑色素瘤細胞中，IFN-γ通過誘導IDO的表達而促進Treg細胞的擴增并抑制CTL的活性[56]。IFN-γ誘導的IDO還能與腫瘤細胞脫落的神經節苷脂相互作用，削弱樹突狀細胞激活腫瘤微環境中T淋巴細胞的能力，導致免疫抑制[57]。但也有研究發現，在小鼠模型中，神經纖毛蛋白1缺失的Treg細胞可通過IFN-γ抑制野生型Treg細胞發揮抗癌免疫作用，且該作用對于抗PD-1治療的療效十分重要[58]。這種存在矛盾的結果可能與不同的腫瘤細胞類型有關，有待進一步研究闡明。

4 小 結

IFN-γ作為重要的多功能細胞因子，作用非常廣泛，在腫瘤免疫反應中可以發揮雙重角色，既能夠加強腫瘤免疫，直接或間接促進免疫效應細胞殺傷腫瘤，又能在慢性刺激等特定條件下發揮抑制免疫而促進腫瘤進展的作用。腫瘤細胞可以通過抑制IFN-γ及其下游通路來干擾IFN-γ依賴的正常免疫監視作用，也可能在免疫平衡階段利用IFN-γ上調PD-L1、細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白-4、IDO1等重要免疫逃逸基因，促進MDSCs和Treg細胞等免疫抑制細胞擴增和發揮抑制免疫效應的作用實現免疫逃逸，或利用IFN-γ的選擇性作用不斷進化出更適于生存的腫瘤細胞克隆。這些均為利用或針對IFN-γ進行腫瘤治療提出新挑戰。鑒于IFN-γ在腫瘤發生發展過程中的重要地位，未來應進一步闡明IFN-γ在腫瘤免疫監視和免疫逃逸中作用的分子機制，針對不同腫瘤類型和腫瘤微環境的分子特征制訂科學合理的IFN-γ治療方案。