黑色素瘤缺乏因子2炎性复合体对肿瘤发生发展作用的研究进展

李 震，李晓明

慢性炎性反应与肿瘤的发生发展密切相关，而且癌症异常的炎症或癌症相关的炎症已被确定为第七类癌症的标志[1]。在某些类型的癌症中，炎症条件早于恶性发展，而在另一些癌症中，致癌变化引起的炎症微环境可以促进肿瘤的发展。无论炎症的起源，还是肿瘤微环境的持续炎性反应，都可以促进恶性细胞的增殖和存活，刺激血管生成和转移，破坏适应性免疫反应，并改变对化疗药物的反应[2]。其中炎性介质和细胞效应蛋白构成肿瘤的局部环境。实验、临床和流行病学研究显示，慢性炎症可诱发不同类型的癌症，并有助于癌症发展[3]。肿瘤相关的炎症是由多种炎性细胞因子驱动，主要包括白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和IL-18[4]。目前认为IL-1β和IL-18主要来源于黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2, AIM2)炎性复合体(又称为炎性体或炎性小体)的激活而分泌产生。

1 AIM2炎性体

Brennan等[5]发现，鼠伤寒沙门氏菌感染的巨噬细胞出现一种新的死亡方式，死亡细胞的形态特征类似于细胞坏死，发生细胞膜的裂解，细胞内容物释放引起局部的炎性反应，但是又不同于细胞坏死，出现细胞核DNA片段化，这种新的细胞死亡方式被命名为细胞焦亡。其发生依赖于caspase-1的激活，而在细胞凋亡中起重要作用的caspase-3并不参与其中。细胞焦亡这种特殊的炎症相关死亡方式的发生与炎性体的活化密不可分。炎性体是细胞内一类能够快速激活天然免疫应答的多蛋白复合物体，当细胞受到胞外病原体或胞内危险信号刺激时，炎性体组装完成并招募pro-caspase-1，使caspase-1活化，最终导致IL-1β和IL-18的分泌，并诱导发生细胞焦亡[6]。一个典型的炎性体包括感受器、接头蛋白质(即凋亡相关的斑点样蛋白ASC)和pro-caspase-1。现在确认的感受器分子很多，如NOD样受体及PHYIN蛋白等[7]。

一般的炎性体激活包括启动步骤和触发步骤。启动步骤导致某些炎性成分，随着pro-IL-1β和pro-IL-18转录。触发步骤中，各种刺激可以导致炎性体的组装和激活。炎性体的激活导致caspase-1裂解并活化，从而将pro-IL-1β和pro-IL-18裂解为成熟的IL-1β和IL-18，并分泌[8]。IL-1β是促炎细胞因子，具有致癌作用[9]。IL-1β是通过两个步骤被紧密调节：核转录因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)介导的非分泌型pro-IL-1β转录诱导和炎性体介导的pro-IL-1β裂解成分泌形式IL-1β[10-11]。

炎性体的激活物包括病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)和损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)，PAMPs包括病毒DNA和RNA，DAMPs包括细胞外ATP和细胞内的活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)[12]。PAMPs和DAMPs存在于感染相关的癌症肿瘤微环境中；然而，在恶性细胞中炎性体的表达谱仍不完全清楚。此外，在恶性细胞的炎性体功能与感染和应激引起的炎症和癌症之间的联系仍是未知的。推测AIM2可能接受来自外界或者细胞内外的危险信号，通过炎性体途径激活caspase-1，从而启动细胞焦亡。这种推测与AIM2的抑制肿瘤作用相一致。

2 AIM2炎性体在组织中的表达

由于炎性体的出现是炎症的基础，炎性体成分的表达水平可能是特定癌症相关炎症诊断的分子标记物。因此，评价肿瘤炎性体的表达可能有助于分析其在肿瘤发生、发展中的作用。

AIM2属于PHYIN蛋白家族[13]。PYHIN家族大部分成员均在细胞核中表达，目前已发现人的4种该家族蛋白：IFI16、MNDA、AIM2、IFIX；小鼠中发现5种该家族蛋白：p202、p203、p204、p205、p210[14-16]。其中人的AIM2与小鼠的p210是对应关系。PHYIN蛋白家族所有蛋白质的C端都存在HIN-200结构域，N端存在PHYIN结构域(PYD)。其中HIN-200结构域识别双链DNA(dsDNA)并与之结合，PYD与包含PYD-CARD结构的ASC中的PYD域结合，ASC中的CARD结构结合pro-caspase-1，从而形成dsDNA/PHYIN蛋白/ASC/pro-caspase-1多蛋白炎性复合物，形成大分子复合体完成炎性体的基本结构单元[17]。AIM2因缺乏核定位序列主要定位于细胞质中[18-19]。

Winter等[20]研究发现，在前列腺癌中AIM2 mRNA的基础水平比正常前列腺中显著降低；同样，在某些前列腺癌细胞系AIM2 mRNA和蛋白的基础水平都很低或检测不到，而且原发性前列腺癌多数组织标本检测不到caspase-1；此外，某些前列腺癌细胞系caspase-1表达水平降低。提示caspase-1和前列腺肿瘤AIM2的表达可能在肿瘤的预后评估中具有重要意义。

AIM2在肺腺癌组织中高表达，肺鳞状细胞癌组织中适度表达，但在小细胞肺癌组织中是低表达。AIM2炎性体的衔接蛋白ASC、caspase-1、IL-1β及IL-18均在肺鳞状细胞癌、腺癌和小细胞肺癌组织中低表达，而在肺腺癌组织中的表达最高。AIM2 mRNA水平在肺鳞状细胞癌和肺腺癌组织明显高于小细胞肺癌组织。除小细胞肺癌组织的AIM2和肺鳞状细胞癌组织的pro-caspase-1以外，在肺癌组织中AIM2、ASC、pro-caspase-1，pro-IL-1β和pro-IL-18的mRNA表达水平明显高于肺癌旁组织[4]。

在鼻咽癌患者中AIM2炎性体表达与患者生存率呈正相关，ASC、caspase-1、IL-1β、AIM2的表达上调与良好的局部无瘤生存率和无病生存率相一致，ASC、caspase-1、IL-1β、AIM2的上调是良好的无瘤生存和无病生存的独立预测因素，AIM2炎性体表达上调的肿瘤患者在治疗后5年内无局部复发；因此，在肿瘤细胞中AIM2炎性体和IL-1β的过表达，可能有助于局部肿瘤的控制[12]。总之，不同癌症中炎性体功能和表达上的差异，取决于不同的病理类型和分级以及侵袭能力的程度。这些结果表明，炎性体的表达和激活可能与肿瘤生物学特征或行为相关。

3 AIM2炎性体与STAT3的作用

STAT3是一种肿瘤基因编码的蛋白，激活后的STAT3称磷酸化STAT3(p-STAT3)可通过多环节、多层次和多通路促进肿瘤的发生、发展，其机制众多且可相互影响。

p-STAT3是慢性炎症疾病向恶性肿瘤转化的关键因子[21]。Ratsimandresy等[22]研究发现，AIM2炎性体是通过STAT3相关通路调控肠内平衡的中心环节。在稳定状态下，在肠上皮细胞中AIM2感知肠内细菌DNA，促进IL-18的生产，下调IL-22结合蛋白(IL-22BP)表达从而增强结肠内IL-22的活性；AIM2的缺失可导致IL-18分泌减少，增强IL-22BP表达，减弱IL-22的活性，从而减少p-STAT3，结果使STAT3依赖的抗菌肽(AMPs)减少，促进生态失调与结肠炎的发生。在葡聚糖硫酸酯钠诱导的结肠炎AIM2-/-小鼠中，由旁路途径刺激使IL-18分泌增加，IL-22BP表达下降，从而促进IL-22产生和提高STAT3的活化，活化的STAT3促进AMPs产生。反过来，AMPs进一步通过自我放大的前馈回路维持STAT3和Akt的活化，从而促进隐窝细胞增殖和肠道修复，并可能有助于增加AIM2-/-小鼠结肠癌的易感性。总之，AIM2炎性体的核心作用是预防微生态失调和肠道炎症，是通过IL-18/IL-22BP/IL-22和STAT3信号通路以及AMPs表达来调节的。

4 AIM2炎性体与低氧

在实体瘤内由于周期性或慢性缺氧条件下的无菌炎症易引起的髓系细胞浸润(单核细胞和巨噬细胞)[23]。近期研究发现，在前列腺肿瘤中缺氧与慢性炎症和前列腺癌患者不良预后相关[24-27]。在低氧条件下，缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)稳定表达并刺激一系列靶基因的转录和激活NF-κB转录活性，调节编码促炎性细胞因子的基因表达水平。在人类前列腺肿瘤中缺氧刺激增强NF-κB转录活性并通过诱导AIM2受体和pro-IL-1β的表达从而激活AIM2炎性体。而且，前列腺肿瘤中的缺氧环境也能通过激活AIM2炎性体，利于局部慢性炎症的发生[28]。在前列腺肿瘤缺氧微环境中，炎性体的激活通过增加IL-1β使诱导肿瘤细胞中HIF-1α的稳定和促进缺氧诱导基因的表达，从而激活前列腺缺氧和前列腺炎症正反馈环路。

STAT3和NF-κB的激活和相互作用在控制肿瘤细胞与其微环境之间的联系起着关键作用，特别在浸润性肿瘤的炎症(免疫)细胞中。NF-κB能导致肿瘤和免疫细胞中STAT3的活化，在炎性细胞中STAT3参与NF-κB的负调控作用。在恶性肿瘤和癌前病变细胞STAT3发挥重要的致癌作用，而在炎性细胞STAT3也可能通过其抗炎作用抑制肿瘤。尽管NF-κB和STAT3存在拮抗作用，但是总体来说其协同作用促进许多癌症的发生和发展[29]。此外，低氧可以诱导p-STAT3的表达，p-STAT3也可以调节HIF-1α的表达。

5 AIM2炎性体和放化疗的关系

放射治疗和化疗被广泛用于癌症治疗。以往的研究表明，放射可通过恶性细胞中ROS的产生激活细胞内DNA的受体——AIM2，与细胞核和线粒体DNA释放进入细胞质相关[30]。AIM2是一种免疫感受器，能感知dsDNA并调节组装和激活炎性体[18-19]。有研究人员用小鼠建立放射诱导小肠综合征模型发现，大多数野生型小鼠暴露于致命剂量的次全身照射(SBI)10 d内死于严重的肠道损伤，而AIM2缺陷能保护小鼠免受SBI杀伤力和肠道损伤；野生型小鼠在SBI 3.5 d后肠隐窝损伤严重，而AIM2缺陷小鼠的肠隐窝能很大程度上保持其完整性；值得注意的是，缺乏caspase-1的小鼠能抵抗SBI诱导的致死性，提示炎性体通路对控制肠道放射敏感性起至关重要的作用[31]。经过反复实验发现仅缺乏caspase-1或结合蛋白ASC的小鼠也可以免受SBI诱导致死性，表明caspase-1依赖和ASC依赖的经典炎性体通路调控肠放射敏感性。说明AIM2炎性体有控制SBI引起肠道损伤的特殊作用[32]。

AIM2-/-骨髓来源的巨噬细胞存在较高的抗阿霉素和依托泊苷特性，其杀死恶性细胞是通过引导DNA双链断裂。同体外数据一致，AIM2-/-小鼠也对大剂量阿霉素治疗引起的肠道损伤和致死性不敏感，表明AIM2炎性体是具体参与电离辐射和化疗药物引导DNA双链断裂引起的细胞死亡[32]。

6 结语与展望

近年炎性体的特异性、组装、活化、功能的生物原理研究获得了很大突破。然而，在不同的癌症中不同炎性体的表达和功能是复杂的。有研究者在结肠肿瘤中发现，AIM2抑制肿瘤生长的能力，不依赖于作为一个炎性体蛋白的功能，而是通过AIM2抑制Akt的活化、控制肠道干细胞的增殖和控制肠道肿瘤相关菌群的组成来实现的[33]。但是，在不同肺癌中炎性体功能和表达上的差异，取决于不同的病理类型和分级、侵袭能力与肺癌化疗耐药的程度[4]。这些结果表明不同的组织或不同病理类型的相同组织中炎性体的表达和作用是不同的。因而，在未来的研究中尚需进一步探讨不同组织细胞的AIM2及其炎性体对肿瘤的作用机制。

炎性体的出现是炎症的基础，STAT3与NF-κB是慢性炎症疾病向恶性肿瘤转化的关键因子。而且在实体肿瘤中存在着不同程度和不同类型的缺氧，缺氧能够刺激增强NF-κB转录活性并且激活AIM2炎性体。故进一步探讨缺氧、AIM2炎性体与STAT3通路相互调控作用以及在肿瘤发生、发展中的相互关系将具有重要的理论和现实意义。