白细胞介素-8与肿瘤的研究进展
2016-02-17刘晓斌
杨 蒙 刘晓斌
延安大学医学院,陕西延安 716000
白细胞介素-8与肿瘤的研究进展
杨蒙刘晓斌▲
延安大学医学院,陕西延安716000
白细胞介素-8(IL-8)是一细胞来源较为丰富的细胞因子,属趋化因子CXC亚家族成员之一。最初研究表明,IL-8在调节细胞生长与分化、炎性反应、免疫应答、机体防御损伤及修复等过程中起着重要作用。最新研究发现,IL-8在肿瘤发生发展中亦发挥重要作用。本文简述了IL-8的血清表达及其临床意义,并从多角度对IL-8与肿瘤易感性、肿瘤血管生长、肿瘤发展演进及肿瘤耐药之间的关系展开分析,分析表明IL-8与肿瘤最初发生到最终浸润转移及临床化疗之间关系密切。因此,对其进行深入研究有望给肿瘤临床化疗带来新的突破,为肿瘤靶向治疗提供新的思路。
IL-8;肿瘤;研究进展
[Abstract]Interleukin-8(IL-8)is a cytokine which has an abundant source of cells.And it is also amember of the CXC subfamily of chemokines.Initial studies indicate that IL-8 plays an important role in regulating cell growth,cell differentiation,inflammation,immune response,the body's defense and repairing damage process.The latest study finds that IL-8 also plays an important role in tumor development.This article not only reviews the expression and clinical significance of IL-8 in serum,but also analyzes the relationship of IL-8 and tumor susceptibility,blood vessel growth,the development of the tumor and the drug resistance from amultiple perspectives.The analysis shows that IL-8 has a close association with the occurrence,invasion,metastasis and chemotherapy of tumor.Therefore,the intensive study in IL-8 is expected to bring new breakthroughs for the chemotherapy of tumor and to provide new ideas for the targeted treatment of tumor.
[Key words]Interleukin-8;Tumor;Research progress
白细胞介素是一类分子结构和生物学功能已基本明确,并具备调节作用的细胞因子。按照其发现顺序给予序号,目前已经命名38种(IL-1~IL-38)。IL-8属于其中一组小的分泌型炎症性细胞因子。根据靠近氨基端的半胱氨酸残基的个数以及排列顺序将其分为四种亚家族:①CXC亚家族:氨基端2个半胱氨酸(C)被1个氨基酸残基隔开(半胱氨酸-1个其他任意氨基酸-半胱氨酸);②C亚家族:近氨基端只有1个半胱氨酸(C),该分子只有1个分子内二硫键;③CC亚家族:近氨基端有2个半胱氨酸(C)相邻;④CX3C亚家族:氨基端2个半胱氨酸(C)被3个氨基酸残基隔开(半胱氨酸-3个任意其他氨基酸-半胱氨酸),羧基端跨细胞膜。IL-8对特定白细胞具有趋化作用,是典型的CXC亚家族的趋化因子,命名为CXCL8,可受植物血凝素(PHA)、脂多糖(LPS)、细菌病毒产物、TNF-α、白介素等的刺激而产生。除趋化和活化免疫细胞外,在血细胞发育、血管生成等生理过程,机体致病微生物感染、自身免疫性疾病、移植免疫、非特异性炎症以及与中性粒细胞积聚有关的呼吸系统疾病等病理过程中亦发挥重要作用。研究发现IL-8除呈诱导型表达外,在多种癌细胞系中,亦可呈组成型表达,参与肿瘤细胞的发生、发展、转移等。本文聚焦IL-8与肿瘤研究进展,对两者之间的关系作一简述。
1 IL-8的组成
IL-8是Yoshimur等[1]于1987年发现的第一个具有趋化功能的细胞因子,基因位于4号染色体q13~21部位,全长3211 bp,含3个内含子和4个外显子,5′端存在典型的“CAT”和“TATA”盒、NF-κB、AP-1结合序列以及糖皮质反应元件(GRE)等结构。它是一种分子量很小的糖蛋白(M=8.359 kD),前体由99个氨基酸残基组成,根据特异性蛋白酶水解N端部位的差异,形成6种不同的成熟IL-8分子,分别包含69、70、71、72、77和79个氨基酸,其中以72个氨基酸为主的成熟IL-8分子最为多见,且不同形式成熟IL-8分子的生物学活性不同。其细胞来源比较广泛,很多免疫类细胞和非免疫系统的细胞都能合成,如单核细胞、内皮细胞、树突状细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、成纤维细胞、间皮细胞及多种肿瘤细胞等。
2 IL-8的血清表达及其临床意义
趋化因子IL-8的表达可分为组成型和诱导型。研究发现,IL-8的组成型表达与多种肿瘤的发生发展密切相关。邢浩采用悬浮芯片系统检测结直肠癌患者和健康对照者血清中IL-8水平,结果显示经手术治疗后,IL-8的表达水平有所降低,但仍较健康对照组高,术前、术后、正常两两比较均有统计学意义。肿瘤低分化组相比高中分化组IL-8表达水平高,淋巴转移组相比无淋巴转移组IL-8表达水平高。罗守军等[2]从临床分期、分化程度、淋巴结转移以及治疗前后宫颈癌患者血清IL-8的表达水平探讨其临床意义,结果发现宫颈癌Ⅲ期+Ⅳ期、低分化、有转移、未治疗组血清IL-8浓度明显比Ⅰ期+Ⅱ期、高分化、无转移、治疗组浓度高,差异有统计学意义(P<0.05)。马钟铃等[3]关于非小细胞肺癌、张毅等[4]关于甲状腺癌、卓木改等[5]关于鼻咽癌与IL-8表达的研究结果与此类似。姜波[6]采用双抗体夹心酶联免疫吸附法和聚合酶链反应分别进行受试多组人员血清IL-8表达的测定以及宫颈癌组高危型人乳头瘤病毒(HR-HPV)感染情况的检测,实验结果表明IL-8在不同临床分期受试者中表达具有差异性,宫颈癌组、CIN组和对照组两两比较,差异有统计学意义。HPV感染的宫颈癌患者较未感染者IL-8表达水平高,两者之间呈正相关关系。MARIA BALASOIU等[7]检测68例年龄在55~70岁之间住院患者血清和肿瘤上清中IL-8的表达,结果显示大肠癌患者血清和肿瘤上清液中IL-8的表达显著增加,并且IL-8的表达随TNM临床分期的增高而增多。Ning等[8]实验发现晚期结肠癌患者血清IL-8表达水平较健康对照高10倍,IL-8高表达不仅与肿瘤临床分期相关联[9],而且与化疗初不良反应、肠壁浸润及肝脏转移亦相关联[10]。除此之外,尹福根[11]发现IL-8的表达与原发性支气管肺癌患者SCT扫描的不同影像学表现存在一定关联,对于患者肺部感染情况、肿瘤侵袭转移的SCT检查具有间接提示作用。
3 IL-8与肿瘤易感性
易感性指在相同环境下,由遗传基础所主导的不同个体患病的风险。随着对肿瘤研究的不断深入,易感性的研究在肿瘤中占据越来越重要位置,并成为研究的一个重要课题。作为肿瘤微调节器,IL-8不仅表现为肿瘤中表达水平的变化,而且与肿瘤如胃癌、食管癌、肺癌、口腔癌等易感性相关联。2008年,张立玮[12]采用PCR-RFLP的检测方法探究IL-8启动子区251(A/T)位点SNP与食管鳞状细胞癌(ESCC)的易感性。与健康对照比较,ESCC IL-8-251A/T等位基因以及基因型分布比较差异无统计学意义,但在上消化道肿瘤(UGIC)家族史阳性组别中,AA基因携带者ESCC的发病风险相对较高。同样以太行山南部为例,Liwei等[13]发现IL-8-251A/T基因型和等位基因的分布在胃癌组和健康对照组中分布明显不同,AA、AT、TT三种基因型频率分别为24.7%、50.3%、25%和18.5%、49.8%、31.7%。胃癌患者IL-8-251 A等位基因频率为49.8%,明显高于健康对照,推测IL-8-251 A等位基因可能是优势基因。然而,Wei等[14]却发现T等位基因转录活性更高,是A等位基因的2~5倍,可使胃癌的发病风险明显升高。Aledson[15]以巴西人群为例,采用病例对照研究的方法,对IL-8与胃癌易感性进行研究,结果发现,IL-8-251 AT基因型与非贲门胃癌的关联性更强。除了胃癌,IL-8与口腔癌[16]、肺癌[17]、宫颈癌[18-20]、结直肠癌[21]、肝癌[22-23]、乳腺癌、卵巢癌等的发病风险亦相关。如:Rafrafi[17]报道IL-8-251 T等位基因与肺癌易感性、肿瘤大小、临床分期有关。李红霞[21]认为IL-8-251 AA基因型及A等位基因的存在可使结直肠癌的发生率增加。与陶慧娟、张莉等结果相似,李凤英等[20]研究显示在宫颈癌患者中IL-8-251 AT和TT基因型的比例显著高于健康对照,提示IL-8-251AT和TT基因型可能是宫颈癌的高危因素。陆小华等[22-23]实验得出,IL-8-251AT基因型携带者肝细胞癌(HCC)的发病风险是TT基因型的1.99倍。进行深入研究发现HCC原发灶T分期不同,IL-8-251基因型的分布亦显著不同,T1期TT基因型的分布频率相对较高,较晚病灶T2~T4期中AT基因型的分布较高。且HCC患者发生门静脉侵袭的概率在不同基因型中同样存在差异,AT基因型显著大于TT基因型。
上述研究结果虽存在差异,但均表明 IL-8-251A/T单核苷酸多态性与肿瘤的易感性相关,为深入探究IL-8与肿瘤的关系做好铺垫,为肿瘤的治疗提供新的途径。
4 IL-8与肿瘤血管生长
1971年,Judah首次提出肿瘤生长的血管依赖性理论,即肿瘤的发展演进除与其自身细胞增殖有关外,更需要其周围血管提供丰富的营养支持。这一里程碑理论的提出为肿瘤的研究开拓了一个新的研究领域,通过阻断血管的生成,就有可能抑制肿瘤细胞生长,进而抑制肿瘤的侵袭、转移和复发。经过几十年的探索,发现多种细胞因子均与血管生成密切相关,如VEGF家族、表皮生成因子(EGF)、血管生成素家族、FGF家族、转化生长因子以及趋化因子家族等,其中趋化因子IL-8是近年来研究的热点。郭敏等[24]报道IL-8能以自分泌和旁分泌形式上调IL-8、胶原酶Ⅳ、VEGF、EGFR和下调E-钙黏蛋白在肿瘤细胞内的表达以及增加MMP-9的活性和侵袭力直接或间接调控肿瘤血管的生长。Petreaca等[25]认为IL-8自身还可以发挥VEGF的作用,反式激活VEGFR2进而促进血管生成。吴娜等[26]对人脑星形细胞肿瘤血管生成与IL-8之间的关系进行研究,结果发现IL-8不但与VEGF的表达呈正相关,而且与微血管密度(MVD)也呈正相关性。MVD即单位密度的微血管数量。肿瘤的病理分级越高,IL-8、VEGF的表达越强,MVD值越高。另有学者从基因转染的角度探讨IL-8在肿瘤血管生长中的作用,如:Inoue等[27]将IL-8正义cDNA转染到无致瘤性和低转移性膀胱癌细胞253JP后,IL-8和MMP-9mRNA及蛋白表达水平明显升高,胶原酶活性增强,肿瘤组织微血管增生活跃。将反义cDNA转染到高致瘤性和高转移性膀胱癌细胞253JB-V后,肿瘤组织血管形成受到抑制,MVD下降。Ning等将含IL-8cDNA质粒载体转染的HCT116-E2、Caco2-Ⅲe细胞和空载体转染的HCT116、Caco2细胞同时经皮注射到裸鼠体内建立移植瘤模型,经培养后发现,与对照组比较,转染有IL-8cDNA的移植瘤生长速度加快,血清中IL-8的表达水平增高,肿瘤标本的微血管密度值明显增加。此外,Li等[28]认为IL-8还可通过抑制内皮细胞的自发性凋亡而调节肿瘤血管的生长,进一步证实IL-8与肿瘤血管生长的密切关系。
5 IL-8与肿瘤演进
肿瘤演进指肿瘤恶性程度逐步增高的过程,包括生长速度加快、浸润周围组织并发生远处转移。上皮间质转化(EMT)是癌细胞侵袭和转移的细胞学基础,而E-cadherin、β-catenin的变化是EMT的特征性标志,叶英楠[29]应用免疫组化的方法,对肝细胞肝癌患者石蜡组织切片标本中IL-8、β-catenin、E-cadherin、MMP-9等指标进行检测,结果显示,IL-8与 βcatenin、MMP-9的表达呈正相关,与E-cadherin的表达呈负相关。IL-8高表达标本中β-catenin、MMP-9的表达相应增加,E-cadherin的表达则出现降低。毕良宽等[30]同样证明IL-8经PKC/ERK信号通路的激活可上调N-cadherin和下调E-cadherin介导肿瘤细胞的上皮间质转换,发挥促肿瘤细胞侵袭转移作用。Yin等[31]采用Western Blot分析IL-8处理后卵巢癌SKOV3和OVCAR3细胞E-cadherin、β-catenin表达情况,与叶英楠等结果类似,IL-8能够下调E-钙黏蛋白表达,导致胞质内β-catenin与支架蛋白及E-cadherin形成的复合物减少,大量堆积的β-catenin进入核内与转录因子T细胞因子/淋巴样增强因子(TCF/ LEF)结合,形成二聚体,激活下游靶基因CyclinD1、C-MYC等的转录,从而参与肿瘤细胞的增殖转移。Kuai等[32]采用基因转染和RNA干扰技术通过对IL-8与胃癌发生发展关系的研究发现IL-8正义cDNA转染的胃癌细胞黏附、侵袭和转移能力明显比RNA干扰细胞强,细胞黏附分子ICAM-1、VCAM-1、CD44的表达均较RNA干扰细胞高。研究报道ICAM-1、VCAM-1、CD44等黏附分子能够增强肿瘤细胞与内皮细胞之间的黏附作用,使肿瘤细胞更容易穿透内皮,从而加快肿瘤转移的速度。另有牛秀珑等[33]发现IL-8的高表达能够促进Akt、ERK的磷酸化水平,而PI3K/Akt和Raf/MEK/ERK是关于细胞增殖和存活的信号通路。因而推测IL-8可能通过活化的Akt和ERK信号通路调控肿瘤细胞的发生发展。与梁砚菲等[34]结论相似,在多种肿瘤细胞系中,IL-8通过激活Erk-MAPK信号传导通路引起影响细胞增殖的多基因转录进而发挥促细胞增殖和存活的效应。张晓雷等[35]学者采用IL-8特异性MEK1/2抑制剂和PI3K抑制剂处理卵巢癌细胞后,Cyclin B1和Cyclin D1的基因转录和蛋白表达相应降低,对细胞从G1期向S期转变的影响较大。R ac和Cdc42是Ras超家族成员之一,能通过多种信号分子发挥上调Cyclin D1作用。尹华[36]在肺癌NCI-H157细胞的实验中发现IL-8的作用浓度与R ac和 Cdc42的表达水平呈正相关关系,间接说明IL-8可能通过影响细胞周期的重新分布来调控肿瘤细胞的增殖。同样以肺癌为研究对象,张钰[37]得出IL-8对细胞迁徙的作用与干涉线粒体分裂基因及内外膜融合基因的表达有密不可分的联系。另外,庞雪利[38]发现,IL-8可以上调Bcl-2及下调caspase-3的表达;雷艳[39]发现IL-8可以升高Bcl-2及抑制Bax的表达,进一步从抗凋亡的角度阐释其维持肿瘤细胞发展的可能机制。因此,下调IL-8的表达,抑制相关信号通路活化和细胞因子的表达是抑制肿瘤发生演进的重要途径之一。
6 IL-8与肿瘤耐药
随着化疗药物的广泛使用,肿瘤的耐药问题日益突出。最近的研究发现耐药的多种肿瘤 (如肺癌、胃癌、乳腺癌、膀胱癌等)中IL-8的表达水平均有不同程度升高。王越等[40]以四种上皮性卵巢癌细胞为实验对象,多途径研究IL-8与卵巢癌细胞的耐药性。结果发现,卵巢癌细胞的耐药性与IL-8对耐药相关基因(MDR1、MRP、LRP、GST-P、Topo-N)以及凋亡相关基因(Bc-l2、Bc-lxL、Mc-l1、XIAP)的调控有关,进行深入研究发现该调控作用具有剂量依赖性[41]。IL-8表达水平高的卵巢癌细胞,耐药相关基因以及凋亡相关基因的表达也相应增高,使化疗药物产生的凋亡信号成为无效信号,细胞凋亡减少,最终导致卵巢癌细胞对顺铂和紫杉醇的敏感性降低。朱凯等[42]在T24细胞系中开展研究,实验发现干预IL-8后,细胞生长呈分散状,耐药基因ABCG2的表达下降,化疗药阿霉素和长春新碱的半抑制浓度亦明显下降。Shi等[43]成功建立了人乳腺癌MDR细胞株MCF-7/R,并采用细胞因子抗体阵列技术检测细胞因子的分布,研究结果显示,与MCF-7/S相比,MCF-7/R中IL-8表达水平明显增高,而且高表达的IL-8还可以降低MCF-7/S细胞对阿霉素的敏感性。利用IL-8特异性抗体拮抗IL-8表达,能部分逆转MCF-7/R对紫杉醇和阿霉素的耐药性,用siRNA技术干扰IL-8的内源性表达,MCF-7/R对药物的敏感性明显增强。因而认为,IL-8的高表达可能有助于肿瘤细胞多药耐药。核因子 κB(NF-κB)是一种重要的凋亡抑制因子,Wilson等[44-45]报道其与肿瘤细胞的耐药性有关。同样,Ning等[46]在以结直肠癌为对象的研究中发现IL-8的高表达引起肿瘤细胞的化疗耐药也与NF-κB有关,但具体作用机制不详,有待进一步研究。此外,研究发现IL-8还可以通过降低caspase-3的活性来诱导肿瘤细胞的化疗耐药。综上所述,以IL-8为突破点进行化疗药物耐药性研究将会给肿瘤治疗带来新的希望。
7 结语
IL-8在恶性肿瘤中的高表达与肿瘤的发生发展关系密切,不仅影响肿瘤血管的生成,而且能促进肿瘤细胞的侵袭和转移到周围淋巴结以及转移到周围组织肝和肺等。通过血清、血浆、细胞上清液以及组织匀浆中IL-8的检测,可能为恶性肿瘤的早期诊断提供帮助。干扰或下调IL-8的表达,阻碍其功能的发挥,进而抑制肿瘤发展演进、延缓病程进展,以期为恶性肿瘤的靶向治疗提供新的思路。IL-8在肿瘤中的具体作用机制尚不十分清楚,且因地理环境、人口分布和人口比例的不同及饮食结构、遗传因素、医疗卫生水平的差异,IL-8与肿瘤关系的研究有待进一步的深入。近年来,虽然人们的防癌意识有所提高,但消化道肿瘤,尤其胃癌仍是威胁人们健康最常见的消化道肿瘤之一。因此,本实验室打算首先对IL-8与胃癌关系进行研究,并逐步展开,旨在为肿瘤的研究和防治工作提供线索和依据,并相信随着医学科学技术的飞速发展和研究的不断深入,IL-8对肿瘤的作用机制会更加明朗,在肿瘤的防治中也会有更大的发挥空间。
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Research progress on interleukin-8 and tumor
YANGMengLIU Xiaobin▲
Medical College,Yan'an University,Shaanxi Province,Yan'an716000,China
R73
A
1673-7210(2016)09(b)-0033-06
2016-05-20本文编辑:赵鲁枫)
陕西省延安市科学技术研究发展计划项目(2015HM-05-03)。