白细胞介素－21 抗肿瘤作用研究进展▲

覃建颖 曾建业 审校

(1 广西医科大学附属南宁市第一人民医院心胸外科，南宁市 530022，E－mail:496581998@qq.com;2 广西医科大学第三附属医院心胸外科，南宁市 530031)

细胞因子是由细胞分泌的一类蛋白质，主要影响淋巴细胞生成、增殖、分化的细胞因子群属于Ⅰ型细胞因子，其中包括白细胞介素(interleukin，IL)－2、IL－4、IL－9、IL－15和IL－7［1］。2000 年，Ozaki 等［2］发现了一种新型Ⅰ类细胞因子受体－新颖的白介素受体(novel interleukin receptor，NILR);随后，Parrish－Novak 等［3］通过功能性克隆技术发现了NILR 的配体，并命名为IL－21 和IL－21R。IL－21 属于IL－2 细胞因子家族的一员，IL－21 受体与IL－4、IL－7、IL－9和IL－15 受体一样，有一条共同的γ 链［4］。研究表明，IL－21 可调节机体的先天性和获得性免疫反应，参与自身免疫性疾病、过敏反应和炎症的发生发展，并具有重要的抗肿瘤作用。本文主要就IL－21 的抗肿瘤作用及其在肿瘤治疗中的应用研究进展作一综述。

1 IL－21 及其受体的分子结构及信号通路

IL－21 是一种具有四螺旋束的细胞因子，人IL－21 的基因位于染色体4q26－q27 上，成熟的IL－21 多肽包含131 个氨基酸残基;鼠与人的IL－21 在基因结构上具有约60%的同源性［3］。像其他IL－2 类细胞因子一样，如IL－2、IL－4、IL－7、IL－9 和IL－15［5］，IL－21R 由a 链(ac)和γ链(γc)组成，其中a 链为CD360，γ 链为CD132，其基因位于染色体16p11;IL－21 受体同样是一种酪氨酸激酶，当与IL－21 结合，主要募集和活化两面神激酶/信号传导及转录激活因子(Janus kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT)传导通路。首先，IL－21R活化JAK1 和JAK3，JAK 使下游的STAT 聚集和磷酸化(主要活化STAT3，也部分活化STAT1 和短暂活化STAT5a、STAT5b)［6］;然后STAT3 二聚体进入细胞核，激活目的基因转录，包括颗粒酶A(Gzma)、颗粒酶B(Gzmb)、B 细胞淋巴瘤6 蛋白(Bcl6)、孤独核受体gt(Rorgt)、抑癌基因Bim、Prdm1、细胞因子信号抑制物1 和3(Socs1、Socs3)、IL－10、Maf、脱中胚蛋白(Eomes)等，行使相应的生物效应;其中Socs1、Socs3 还可下调JAK/STAT通路活性，起负反馈调节作用［7］。促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen－activated protein kinases，MAPK)和磷脂酰肌醇(－3)激酶(phosphotidylinositol3－kinase，PI3K)传导通路也部分介导IL－21 的信号传导［8］(图1)。

图1 IL－21 的信号通路

2 IL－21 的产生及IL－21R 的表达

IL－21 主要由CD4+T 细胞产生，另外自然杀伤T 细胞(natural killer T cell，NKT 细胞)、辅助性滤泡状T(Tfh)细胞和CD8+T 细胞也可部分分泌，部分淋巴造血细胞也可少量分泌［9－12］。研究证明，IL－21R 主要分布于脾、胸腺、外周血和淋巴结［13］，并广泛表达于骨髓系和淋巴系细胞群，主要表达于B 淋巴细胞表面，角质细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞(natural killer cell，NK 细胞)、NKT 细胞、CD4+T 细胞、CD8+T 细胞也可表达IL－21R［5］。可见，机体内的IL－21 失衡主要是引起机体免疫系统的异常。

3 IL－21 的抗肿瘤作用

IL－21 具有多效应性，可影响机体内的多种免疫细胞，包括NK 细胞、T 细胞、B 细胞、巨噬细胞、树突状细胞等［4，7］，甚至内皮细胞(图2)，调节机体的细胞免疫和体液免疫，抑制肿瘤内血管的生长，对肿瘤细胞起杀伤作用。体内抗肿瘤的细胞主要有NK 细胞、NKT 细胞和CD8+T 细胞。研究证明，肿瘤微环境内的免疫细胞对肿瘤的发生、发展及转移具有非常的重要作用［14］。然而，肿瘤微环境内分泌的乳酸或各种酶可下调抗肿瘤细胞的活性，使肿瘤细胞逃逸机体免疫系统监测［15］。相关研究显示，增强体内肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte，TIL)和记忆性CD8+T 细胞的活性可抑制肿瘤的生长，起到抗肿瘤的作用［16］。IL－21 可提高NK细胞、NKT 细胞和CD8+T 细胞的抗肿瘤活性，抑制血管内皮细胞的生长，抑制肿瘤的生长及转移。

图2 IL－21 对各种细胞的影响

3.1 IL－21 对CD8+T 细胞的影响 IL－21 可促进CD8+T细胞增生和提高其抗肿瘤活性。Zeng 等［17］的实验研究表明，IL－21 可促进老鼠记忆性和幼稚型CD8+T 细胞的增生，促使其分泌干扰素(IFN)－γ，特别是与IL－15 协同时其影响更强;而敲除IL－21R 基因的老鼠，CD8+T 细胞的增殖和细胞毒性功能受损。近年的研究发现，在IL－27的诱导和刺激下，人的幼稚型CD8+T 细胞可分泌IL－21，增加IFN－γ 分泌;IL－21 可促进CD8+T 细胞分泌颗粒酶B［18］。Williams 等［19］的实验研究显示，受HIV－1 型病毒感染的CD8+T 细胞可分泌IL－21。由此可推断，IL－21可通过CD8+T 细胞表面的IL－21R 受体，刺激和活化CD8+T 细胞，促进IFN－γ、颗粒酶B 的产生，提高细胞毒性反应，杀伤肿瘤细胞，起到抗肿瘤作用，同时可促进IL－21 的产生，起到自分泌的作用。

3.2 IL－21 对NK 细胞的影响 Parrish－Novak 等［3］早期发现IL－21 可促进NK 细胞的增殖与成熟。随后的研究表明，IL－21 可促进NK 细胞的分化与成熟，增强其细胞毒性，使IFN－γ 和穿孔素分泌增加，提高其抗肿瘤活性［4，7］。NK 细胞的抗肿瘤作用一直都是研究的热点，但NK 细胞在机体内的比例小、体外扩增培养困难及其在体内存活时间有限等因素，限制着NK 细胞的抗肿瘤疗效。Denman 等［20］指出，膜集合IL－21 的抗原提呈细胞可增强NK 细胞的增殖能力，提高细胞毒性作用，有效杀伤多种肿瘤细胞。Roda 等［21］发现，IL－21 可通过IL－21R促进NK 细胞分泌IFN－γ，增强NK 细胞对抗体包被肿瘤细胞的溶解及杀伤。由此可见，IL－21 可使NK 细胞的增值能力增强，并促进其分泌IFN－γ，增强NK 细胞的抗肿瘤作用。

3.3 IL－21 对NKT 细胞的影响 与NK 细胞相似，IL－21可促进NKT 细胞的分化和延长其存活时间，使颗粒酶B数量及大小增加，增强其细胞毒性，提高其抗肿瘤活性［4－5］。研究发现，IL－21 可与IL－2 或IL－15 具有协同作用，促进NKT 细胞的增殖及延长其存活时间，促进颗粒酶B 的产生;在CD3/CD8 抗体的刺激下，NKT 细胞还可通过自分泌产生更多IL－21［22］。Sakurai 等［23］通过实验研究发现，在过敏性鼻炎患者中，NKT 细胞可通过产生IL－21 和IFN－γ 来发挥抗过敏的作用。然而，最新的临床研究显示，在IV 期恶性黑色素瘤患者中，NKT 细胞比例下调;而通过IL－21 治疗，可使机体内NKT 细胞维持在一个相对稳定水平，但却引起NKT 细胞分泌IFN－γ 和TNF 减 少［24］。不 过，IL－21 是 促 进 或 是 抑 制NKT 细胞产生IFN－γ 尚存在争议，这可能与疾病及细胞来源不同有关，有待更多的实验研究证实。

3.4 IL－21 对血管内皮细胞的抑制作用 肿瘤内血管的生长是肿瘤发生、发展及转移的必需条件，因此抑制或阻断肿瘤内血管的生成是治疗肿瘤的方法之一。Castermans 等［25］的研究显示，IL－21R 可表达于血管内皮细胞表面，与IL－21 结合，抑制肿瘤内血管的生长，起到限制肿瘤生长及转移的作用［25］。IL－21 也可通过抑制促血管生长相关基因的表达来抑制血管的生成;IL－21 可使内皮细胞的STAT3 磷酸化水平功能降低;而STAT3在多种肿瘤的发生、发展中起重要的促进调节作用［26－27］。

4 IL－21 在肿瘤治疗中的作用

早期的瘤鼠动物实验运用IL－21 转基因技术，通过对黑色素瘤和肾癌细胞的研究发现，IL－21 主要是通过活化NK 细胞和CD8+T 细胞，增强其细胞毒性反应，抑制肿瘤的生长及转移［28］。与其他I 类细胞因子相比，如IL－2、IL－15，IL－21 有更强的活化CD8+T 细胞毒性作用，可激发更强的抗肿瘤作用［29］;IL－21 与IL－7 或IL－15 具有协调作用，可增强CD8+T 细胞的抗肿瘤作用［17］。Strengell 等［30］的研究表明，IL－21 与IL－18 具有协调作用，可促进CD8+T 细胞和NK 细胞分泌IFN－γ。目前，IL－2 具有较好的扩增TIL 的功能［31］，并有提高放疗疗效的作用［32］，因而常用于肾癌和黑色素瘤的免疫学治疗［33］。然而，大剂量的IL－2 使用产生的毒性作用可对患者的心脏、肺、肾及神经系统造成严重损害，常常限制其临床的广泛使用［33－34］。相关研究表明，IL－21 对机体的损害和毒性作用较IL－2 小［31］。Sivakumar 等［35］在老鼠模型抗肿瘤实验中发现，IL－2 可引起严重的毛细血管渗漏综合征，而同剂量的IL－21 则明显降低这一不良反应，具有良好的耐受性。目前，IL－21 已进入临床治疗性研究阶段。研究发现，IL－21 对于治疗转移性黑色素瘤和肾细胞癌、复发性惰性非霍奇金淋巴瘤等具有较好的临床效果［36－38］，均未发现严重不良反应。Steele 等［39］用西妥昔单抗和IL－21 对15 例已发生转移的结直肠癌患者进行治疗，结果60%患者病情稳定，具有良好耐受性。

5 小 结

IL－21 对机体的先天性和获得性免疫都具有重要的调节作用，主要涉及自身免疫性疾病、过敏反应、炎症反应及抗肿瘤等诸多方面的研究。在抗肿瘤研究中，大量的动物实验及体外研究发现，IL－21 主要是通过CD8+T细胞、NK 细胞和NKT 细胞的细胞毒性作用，分泌相应的细胞因子，杀伤肿瘤细胞，起到抗肿瘤的作用;同时IL－21 可抑制内皮细胞的生长，限制肿瘤内血管的生成，抑制肿瘤的生长及转移。目前，IL－21 的临床抗肿瘤试验主要围绕于黑色素瘤和肾细胞癌的研究，部分涉及直肠癌、非霍奇金淋巴瘤淋巴瘤、白血病和卵巢癌，而有关其他类型的肿瘤和癌症，如肺癌、肝癌、胃癌等的研究则较少见报告。IL－21 在其他肿瘤或癌症人体内的分布情况，及其与肿瘤的发生、发展及抗肿瘤活性等是否一致，有待更多的研究证实。虽然IL－21 对机体的毒性作用，如对心脏、肾、肺、神经系统等的损害，较IL－2 小，可仍会使少部分患者发生重度的肝损伤及粒细胞的减少［36］。IL－21 对机体抗肿瘤的安全性和最佳剂量选择等尚需大量临床试验进一步明确。

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