白血病抑制因子在腫瘤中的研究進展

李聲釗，賴澤迎，王清水

福建師范大學生命科學學院（福州 350117）

白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor,LIF）又稱DA 細胞人白介素（human interleukin for DA cells, HILDA)、膽堿能分化因子，是白介素-6（interleukin-6, IL-6）超家族的多效性細胞因子[1-2]。LIF 在胚胎發育、神經系統發育、免疫反應、炎癥反應等生理和病理過程中都發揮著重要作用，且在體內幾乎所有組織類型中都有表達[3-5]。而在各種癌癥中，LIF 的表達與癌癥特性有關，如LIF 在直腸癌中表達上升，作為腫瘤蛋白53（tumor protein 53, p53）的重要負調節因子增加了腫瘤的化學抗性[6]；LIF 在胃癌中表達下調，與臨床分期、淋巴結轉移和較差的總生存期顯著相關[7]。近年來，越來越多的研究發現LIF在腫瘤發生中發揮著重要作用。目前LIF 在腫瘤中的作用機制尚不清楚，并且可能因組織類型而異。本文總結了LIF 在癌癥中的表達、功能和作用機制，探討通過調節LIF 水平及其功能，挖掘其在癌癥治療中的潛在價值。

1 LIF簡介

1.1 LIF及其受體

LIF 與IL-6、白介素-11（interleukin-11,IL-11）、睫狀神經營養因子（ciliary neurotrophic factor, CNTF）、抑瘤素M（oncostatin M, OSM）、心肌營養素-1（cardiotrophin 1, CT-1）、類心肌營養素樣細胞因子（cardiotrophin-like cytokine,CLC）和白介素-27（interleukin-27, IL-27）等細胞因子組成IL-6 家族[8]。與該家族其他成員一樣，LIF 以上上下下的構象形式存在于一個緊密的四螺旋束中，通過與細胞因子受體糖蛋白130（gp130）結合發揮作用。LIF 與其受體的信號傳導復合物是由三聚體組成，包括LIF 與一分子gp130 結合及另一個LIF 受體（leukemia inhibitory factor receptor, LIFR）[9]。LIF 首先與LIFR 結合，后與gp130 形成高親和力功能復合物，然后與下游通路形成信號傳導。

1.2 LIF的生物學功能

LIF 是一種由多種不同細胞類型在體外分泌的糖蛋白，在成纖維細胞、淋巴細胞、單核細胞和星形膠質細胞中由各種誘導劑（如血清、白細胞介素-IP 和表皮生長因子誘導劑）誘導。由于廣泛且可變的糖基化，LIF 的分子量范圍為38～67 kDa，而非糖基化的分子量為20 kDa[1,10]。LIF在體外的生物學功能似乎與糖基化程度無關，但糖基化是否會影響LIF 在體內的穩定性和功能還有待研究[11]。

LIF是一種具有多樣生物活性的多功能分子，是胚胎干細胞自我更新和維持干細胞狀態所必需的因子之一。此外，LIF 可以影響干細胞向特定細胞系分化[12-13]。在成骨細胞的形成中，LIF 是人類破骨細胞衍生的耦合因子，在骨和關節微環境中局部產生，通過刺激成骨細胞分化和骨形成，對正常的骨重塑和生長起著至關重要的作用[13-14]。LIF在神經元發育的各個方面起著重要作用，包括表型確定、存活和調節神經元發育期間的成熟[15]。LIF 也影響著機體的免疫系統，在LIF 存在下分化的未成熟樹突狀細胞被證明在MHCII、CD40或CD86 分子的表達和抗原攝取功能方面顯著增強[16]。LIF 在腫瘤的發生中扮演著十分重要的角色，已經成為一些腫瘤治療的新靶點。

2 LIF在癌細胞中的表達與功能

2.1 LIF影響癌細胞侵襲

LIF 促進了癌細胞的侵襲。LIF 的表達水平和分泌水平在乳腺癌相關脂肪細胞中顯著上調，并以旁分泌方式作用于鄰近的乳腺癌細胞。脂肪細胞與乳腺癌細胞之間的相互作用依賴于LIF 和趨化因子（C-X-C motif chemokine ligands, CXCLs）間的正反饋循環，這促進了乳腺癌的侵襲和轉移[17]。對人口腔鱗狀細胞癌（oral squamous cell carcinoma,OSCC）細胞系和正常人真皮成纖維細胞（normal human dermal fibroblasts, NHDF）進行體外研究，發現OSCC 衍生的條件培養基刺激成纖維細胞產生LIF，而LIF 又參與癌細胞侵襲[18]。與正常組織相比，腫瘤組織中LIF 的mRNA 和蛋白表達水平顯著升高。臨床上，LIF 的過表達與侵襲性腫瘤特征呈正相關。對接受不同水平LIF 刺激的A549 細胞進行功能實驗，發現LIF 處理增強了細胞侵襲[19]。在研究脊索瘤細胞的侵襲性特征時發現，LIF 的表達水平與脊索瘤患者樣本的腫瘤大小和總生存期相關，采用重組LIF 處理顯示LIF促進了癌細胞的侵襲性[20]。而在透明細胞腎細胞癌（clear cell renal cell carcinoma, ccRCC）患者中發現LIF 的mRNA 和蛋白表達水平顯著升高，LIF 敲低則可以抑制ccRCC 細胞的侵襲[21]。在人膽管癌（cholangiocarcinoma, CCA）中敲低LIF同樣發現可抑制癌細胞侵襲，且CCA 樣品中的mRNA 和LIF 蛋白水平顯著增加[22]。

2.2 LIF影響癌細胞增殖

與正常組織相比，非小細胞腫瘤組織中LIF的mRNA 和蛋白表達水平上調，并促進了癌細胞增殖[19]。在體外用重組LIF 對乳腺癌細胞處理實驗表明，LIF 促進了乳腺癌細胞的增殖和錨定性生長，異位表達LIF 加強了細胞增殖能力，對LIF 進行敲弱抑制了細胞的生長[23]。而宮頸癌細胞SiHa 和CaSki 的體外實驗表明LIF 抑制了癌細胞的增殖[24]。LBX2 反義RNA 1（LBX2-AS1）被鑒定為一種致癌長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA, lncRNA），能使miR-491-5p 海綿進一步上調細胞內的LIF 表達水平，隨后激活的白血病抑制因子/信號轉導子和轉錄激活因子3（leukemia inhibitory factor/signal transducers and activators of transcription 3, LIF/STAT3）信號傳導促進膠質瘤的增殖和上皮間質的轉化[25]。

2.3 LIF影響癌細胞遷移

非小細胞肺腫瘤組織中LIF 的mRNA 和蛋白表達水平顯著升高，用重組LIF 處理促進了非小細胞肺癌的遷移[19]。經過LIF 處理的脊索瘤細胞也表現出了遷移效果，結果表明LIF 促進了癌細胞的遷移[20]。構建LIF-shRNA 轉染786-o 和ACHN 腎癌細胞后，同樣證實了LIF 具有促進腎癌細胞遷移的能力[21]。黑色素瘤細胞中的LIF 被轉化生長因子β（transforming growth factor-beta,TGF-β）強烈上調，LIF 表達變化是TGF-β 介導的細胞遷移抑制所必需的，通過上調細胞內的LIF 可抑制細胞生長、防止細胞遷移和侵襲[2]。而在乳腺癌中發現LIF 激活了蛋白激酶B-雷帕霉素機械靶蛋白（protein kinase B-mechanistic target of rapamycin, AKT-mTOR）信號通路，從而促進了乳腺癌的發生和轉移[23]。在研究口腔癌細胞和成纖維細胞的相互作用時發現，OSCC 可刺激成纖維細胞產生LIF，用抗LIF 中和抗體逆轉了與成纖維細胞共培養的OSCC 細胞的遷移[18]。

2.4 LIF影響癌干細胞干性

使用LIF 處理軟瓊脂中的脊索瘤細胞，與在沒有LIF 的培養基中生長的細胞相比，LIF給藥的細胞形成腫瘤球的數量顯著增加[20]。巢癌相關間充質干細胞（ovarian cancer-associated mesenchymal stem cells, CA-MSC）不僅表達高水平的IL-6，還表達LIF，實驗表明CA-MSC 通過旁分泌IL-6 和LIF 激活卵巢癌細胞的信號轉導子和轉錄激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3, STAT3）信號通路，增加腫瘤細胞的干細胞性[26]。從胃癌患者中分離出的少數癌細胞能夠在表皮細胞生長因子（epidermal growth factor, EGF）、堿性成纖維細胞生長因子（basic fibrobast growth factor, BFGF）、LIF 和肝素無血清培養基中形成球體細胞，并在免疫缺陷裸鼠皮下注射后形成異種移植瘤，說明LIF 可能參與胃癌細胞的球體細胞生成[27]。人胰腺癌細胞系在含有LIF 的癌干細胞（cancer stem cell, CSC）誘導培養基中培養后，也獲得了球形細胞，表現出較高的致瘤潛力[28]。在共培養的條件下，癌相關成纖維細胞（cancer associated fibroblast, CAF）是LIF 的生產者，使用CAF 條件培養基和人類LIF 蛋白的處理顯著促進了干細胞的形成，此外，結果表明，在存在CAF 分泌的LIF 的情況下，激活乳腺癌細胞中的LIFR 信號可以增加乳腺癌干細胞標記物CD24-/CD44+[29]。

2.5 LIF影響癌細胞化學抗性

使用LIF 處理加有紫杉醇和硼替佐米的脊索瘤細胞，發現LIF 增加了脊索瘤細胞對紫杉醇和硼替佐米的化學抗性[20]。使用LIF 處理胃癌（gastric cancer, GC）細胞系和患者來源的異種移植（patient-derivedxenografts, PDX）細胞，結果表明LIF 在GC 細胞系和PDX 細胞中降低了致瘤性和化療抵抗[30]。髓母細胞瘤（medulloblastoma,MB）是最常見的小兒惡性腦腫瘤，在體外用IL-6 家族細胞因子（IL-6、OSM、LIF 或IL-11）處理的MB 細胞會增強的JAK 激酶/信號轉導子和轉錄激活子3（janus kinase/signal transducers and activators of transcription 3, JAK-STAT3） 活性和細胞耐藥性[31]。LIF 是人類結直腸癌細胞中p53 的重要負調節因子，LIF 的過表達主要以p53依賴性的方式增加培養的結直腸癌細胞和結直腸PDX 腫瘤的化學耐藥性[6]。

2.6 LIF影響癌細胞免疫逃逸

癌癥對免疫治療的反應取決于CD8+T 細胞的浸潤和腫瘤相關巨噬細胞的存在，而LIF 在調節CD8+T 細胞腫瘤浸潤中起著關鍵作用。LIF 的阻斷可以降低CD206、CD163 和趨化因子配體2（chemokine ligand 2, CCL2）的水平，并誘導腫瘤相關巨噬細胞中趨化因子CXC 配體9（chemokine CXC ligand 9, CXCL9）的表達，解除CXCL9 的表觀遺傳沉默，觸發CD8+T 細胞腫瘤浸潤。LIF 中和抗體抑制聯合PD1 免疫檢查點可促進腫瘤消退、免疫記憶和總生存率的提高[32]。另外，LIF通過介導LIFR-STAT3 信號通路直接激活巨噬細胞成為M2 型。藥物順鉑誘導的缺氧誘導因子1（hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α）信號激活可直接驅動LIF 的轉錄，從而促進胃腫瘤對化療藥物的耐藥性。阻斷LIF 有效提高了腫瘤細胞的化療敏感性，并進一步抑制了化療下腫瘤的生長速率[33]。最近發現了一種新機制，即肝激酶B1（liver kinase B1, LkB1）突變腫瘤中的自分泌LIF信號通過在免疫微環境中重塑髓樣細胞來促進腫瘤發生，通過基因靶向或中和抗體抑制LkB1 突變腫瘤中的LIF 信號傳導，導致Arg1 間質巨噬細胞和SiglecF +Hi 嗜中性粒細胞的顯著減少、抗原特異性T 細胞的擴增和腫瘤進展的抑制[34]。

3 LIF參與調控的信號通路

3.1 LIF-LIFR信號通路

LIF 與LIFR 和gp130 組成的膜受體復合物介導其信號傳導。LIF 首先與LIFR 結合，而后與gp130 形成高親和力功能復合物。LIFR 不具有內在酪氨酸激酶活性，但LIFR 和gp130 與Janus 激酶- 酪氨酸激酶（janus kinase-tyrosine kinases, JAK-Tyk）家族的細胞質酪氨酸激酶組成性相關，這有利于下游信號傳導。LIF 是與LIFR結合的眾多細胞因子中的一種，其對gp130 和LIFR 均具有高親和力，一旦與任一亞基結合，LIF 就會誘導受體異二聚化，從而導致Janus 激酶1（janus kinase 1, JAK1）的激活。一旦JAK1被激活，就會磷酸化LIFR 和gp130 上的酪氨酸殘基，從而為各種信號級聯組件提供對接位點，包括STAT3 及含Src 同源2 結構域蛋白酪氨酸磷酸酶（src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase, SHP2）。由于SHP2 激活是細胞外調節蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinases1/2, ERK1/2）下游磷酸化所必需的，因此JAK 對SHP2 的激活通常被認為是絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases,MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）通路被激活的機制[35]。LIF/LIFR軸在各種細胞類型中表現出不同的作用，包括刺激或抑制細胞增殖、分化和存活。

LIF 及其受體LIFR 在許多實體癌中常過度表達，最新研究表明LIF/LIFR 軸有望成為癌癥的臨床治療靶點[36]。LIF/LIFR 激活致癌信號通路，包括作為即時效應物的JAK/STAT3 和下游的MAPK、AKT、mTOR。LIF/LIFR 信號傳導在腫瘤生長、進展、轉移、干性和治療耐藥性中起著關鍵作用。

3.2 LIF/LIFR-JAK-STAT3信號通路

在對食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma, ESCC）細胞研究時發現，LIF 通過激活STAT3 信號通路抑制ESCC 細胞增殖，而JAK/STAT3 信號通路以LIF 依賴性方式受到抑制，導致STAT3 下游靶基因的表達[37]。LIF 還增加了肺癌細胞A549 細胞中的STAT3 磷酸化，STAT3抑制劑Stattic 減少了LIF 刺激后的A3 細胞遷移和侵襲[19]。LIF 在黑色素瘤細胞中被TGF-β 強烈上調，TGF-β 介導的LIF 表達以STAT3 依賴性方式導致細胞周期抑制劑p21 的轉錄激活[2]。使用類器官和小鼠模型將TGF-β 和IL-1 鑒定為促進CAF 異質性的腫瘤分泌配體，結果表明IL-1 誘導LIF 表達和激活下游JAK/STAT 以產生炎性，并證明TGF-β 通過下調受體蛋白IL-1R1 表達和促進分化為肌成纖維細胞來拮抗這一過程[38]。甲狀腺髓樣癌（medullary thyroid carcinoma, MTC）是一種內分泌系統腫瘤，激活的Ras 或Raf 在人類MTC 細胞系TT 和MZ-CRC-1 中的表達可以通過LIF 介導的自分泌/旁分泌環誘導生長停滯和跨膜受體酪氨酸激酶（rearranged during transfection,RET）下調。研究發現，重組人LIF 抑制了小鼠中人MTC 異種移植物，同時激活了JAK/STAT 通路并下調了小鼠腫瘤中的 RET 和轉錄因子E2F1（E2F transcription factor 1）的表達[39]。癌癥相關脂肪細胞（cancer-associated adipocytes, CAAs）是由癌細胞轉化的脂肪細胞，對促進乳腺癌的進展具有重要意義。LIF 是CAAs 分泌的一種促炎細胞因子，通過STAT3 信號通路促進乳腺癌細胞的遷移和侵襲，研究表明癌旁脂肪組織中LIF 的上調與乳腺癌中STAT3 的激活呈正相關[17]。

3.3 LIF/LIFR-PI3K-AKT信號通路

LIF 對骨髓來源的間充質干細胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BMSCs）的功能和活力以及骨缺損修復起著重要作用。LIF 通過增強磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B, PI3KAKT）信號通路促進了BMSCs 的自我更新和分化及減弱的氧化應激。LIF 過表達可促進成骨，并通過PI3K-AKT 信號傳導緩解氧化應激和細胞凋亡[40]。在研究LIF 在誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）培養中的作用時發現，LIF 增加了iPSCs 中AKT 和轉錄因子基因Tbx-3的表達水平，采用PI3K 抑制劑LY3 進行預處理，顯著抑制了iPSCs 中LIF 誘導的P-AKT 和Tbx-3上調，表明PI3K-AKT 信號通路參與了該調節，LIF 通過PI3K-AKT 信號通路激活Tbx-3，從而調節iPSCs 的增殖[41]。在研究LIF 在膽管癌中的作用時發現，在LIF 刺激下，細胞凋亡減少，這與抗凋亡蛋白Mcl-1 和pAKT 上調有關，并通過PI3K 抑制消除。使用LIFR 沉默和Mcl-1 阻斷恢復了藥物誘導的細胞凋亡，表明LIF 通過PI3K/AKT 信號通路激活Mcl-1，從而保護膽管癌細胞免受藥物誘導的凋亡[42]。Solamargine（SM）是一種傳統的中草藥衍生化合物，已被證實具有多種抗腫瘤特性，LIF 在肝細胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）組織中異常升高，并在HCC 細胞中被SM 下調，隨后LIF 的過表達可以通過AKT 通路恢復SM 的抗腫瘤作用[43]。

4 治療方法

LIF、LIFR 及其下游信號傳導已在癌癥中被廣泛研究。LIF/LIFR 作為信號通路的上游蛋白分子，目前針對其開發了不同療法。近年來胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）相關研究逐漸深入，PDAC 預后不佳主要是由于診斷效率低下和頑強的耐藥性。腺癌的神經重塑會加快遷移，LIF 是作用于癌細胞基質細胞的關鍵旁分泌因子，支持PDAC 相關的神經重塑。LIF 阻斷或遺傳性LIFR 缺失可減緩腫瘤進展，并增強化療療效以延長PDAC 的生存期，同時LIF阻斷抗體可降低腫瘤內神經密度[44-45]。另一項研究發現，通過中和抗體阻斷LIF 是改善KRAS 驅動型胰腺癌治療效果的一種有效方法[46]。膽汁酸是調節膜和核受體表達/活性的類固醇，包括法尼醇-X 受體（farnesol-x receptor, FXR）和G 蛋白膽汁酸激活受體1（G protein bile acids activate receptor 1, GPBAR1）。BAR502 是一種非膽汁酸甾體雙FXR 和GPBAR1 配體，作為一種潛在的人LIFR 拮抗劑，可阻止LIFR 激活和信號傳導，減少PDAC 細胞增殖并減緩細胞周期進程[47]。米非司酮是臨床用于藥物流產的一種黃體酮/糖皮質激素拮抗劑，也是有效的LIFR 拮抗劑，采用一定濃度的米非司酮處理PDAC 細胞可逆轉LIF 誘導的細胞增殖、遷移和上皮間充質轉化，表明米非司酮可以抑制LIFR 信號傳導并逆轉由LIF 誘導的STAT3 磷酸化[48]。

考慮到LIF/LIFR 信號通路的重要性，目前開發了一種阻斷LIF 信號傳導的人源化抗LIF 抗體（MSC-1），其效用正在I 期臨床試驗中進行測試[49]。最近一項研究檢測了免疫對LIF 和LIFR的抗腫瘤作用，結果表明免疫介導的LIF 和LIFR阻斷分別起到了延遲、阻止乳腺腫瘤生長的作用，與LIF 免疫療法相比，LIFR 免疫療法是抑制腫瘤生長更有效的方法[50]。目前確定了幾種優先靶向LIF/LIFR 軸的小分子，EC330 的分子靶標顯示出對LIF/LIFR 信號傳導的抑制活性，有效抑制了LIF 在促進乳腺癌細胞增殖和遷移以及腫瘤生長方面的功能[51]。EC359 靶向LIFR，并與LIF 競爭與配體結合位點的結合，可以有效和選擇性地降低胰腺癌中活化基質標志物的表達[52]。臨床研究表明，LIF 在血漿中含量的升高與接受免疫檢查點阻滯劑治療癌癥患者的不良臨床結局相關，進一步證明了LIF 作為抗腫瘤免疫潛在抑制因子的作用，說明靶向LIF 或其通路可能是提高癌癥免疫療法與免疫檢查點阻斷（immune checkpoint blockade, ICB）聯用療效的一種有效方法[53]。在研究癌癥干細胞時發現，三氧化二砷（ATO）可通過下調CSC 相關基因和抑制致瘤能力，有效誘導分化，ATO 和5-FU/順鉑聯合治療顯著增強了HCC 細胞的治療效果，通過協同抑制LIF/JAK1/STAT3 和核因子-kB（nuclear factor-kappa B, NFkB）信號通路增強3-FU/順鉑的細胞毒性，這為HCC 的臨床治療提供了新見解[54]。放療是食管癌治療的重要手段，然而ESCC 治療的失敗通常歸因于腫瘤細胞固有的放射阻力。在探討2Gy 碳離子輻射對食管癌的治療作用機制時發現，其通過下調ESCC 細胞中的LIF 調節STAT3 信號通路，從而抑制ESCC 細胞的增殖[37]。

5 小結

本文總結了LIF 在癌癥中的表達、功能及其信號通路。LIF 是IL-6 細胞因子家族中最具多效性的成員，其受體由LIF 受體β 和gp130 組成，LIF 通過結合LIFR 進而通過各種信號通路對細胞產生影響，常見的信號轉導機制包括JAK/STAT、PI3K-AKT 等通路，其中JAK/STAT 是主要的信號轉導機制。目前針對信號通路已經開發了不同的藥物與療法，并取得了一定成效。癌癥治療之路任重道遠，通過了解LIF 在癌細胞中的表達、作用及發生機制，或能為癌癥治療提供新的研究方向。