IL-1β与肿瘤恶性演进关系的研究进展①

徐溪悦 刘 丹 施 明

(徐州医科大学肿瘤防治研究所,徐州 221000)

IL-1是第一个被发现的白细胞介素，因此被命名为IL-1。IL-1家族包括众多成员，其中IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β和IL-36γ具有促炎功能，而IL-1Ra、IL-36Ra、IL-37和IL-38具有抗炎功能。IL-1β可由多种细胞表达，其表达受到转录调控、转录后调控和翻译后调控，IL-1β mRNA翻译为分子量为31 kD的无活性IL-1β前体。经典炎症小体信号通路活化可促使Caspase-1对IL-1β前体进行切割加工，产生可分泌至细胞外、具有生物学活性、分子量为17 kD的IL-1β成熟体。近期的研究发现，IL-1β在肿瘤发生发展的多个阶段中发挥重要作用，本文将对此领域的研究进展作一综述。

1 肿瘤发生

近期发表的一项三期临床试验的“意外结果”提示IL-1β与肺癌的发生存在密切关系[1]。该临床试验共招募了超过1万例患者，其主要目的是评价由诺华公司开发的动脉粥样硬化治疗药物卡那单抗(即靶向IL-1β的单克隆抗体)的疗效。研究者在分析结果时意外发现，与安慰剂组相比，卡那单抗中剂量组和高剂量组患者的肺癌发生风险分别降低39%和67%，且高剂量组患者肺癌的死亡风险降低77%[2,3]。这一结果提示IL-1β可能成为预防肺癌发生的良好靶点。

多项临床前研究也提示IL-1β参与多种癌症的发生过程，例如在小鼠模型中发现IL-1β可能参与肺癌发生。删除分泌IL-1β的肥大细胞可显著抑制由烟草致癌物质氨基甲酸乙酯诱发的KRAS突变的肺腺癌[4]。有研究者构建了胃组织中高表达IL-1β的转基因小鼠模型，并对其进行幽门螺杆菌感染处理。12个月后发现8.4%的小鼠进展为浸润性胃癌，而野生型小鼠无胃癌发生。使用IL-1受体拮抗剂(IL-1Ra)处理可以抑制IL-1β转基因小鼠胃癌的发生[5]。Huang等[6]通过进一步研究发现，IL-1β促进幽门螺杆菌诱发胃癌的机制可能是通过诱导一氧化氮(NO)引发上皮钙黏蛋白(epithelial cadherin，E-cadherin)启动子的甲基化导致其基因沉默。在幽门螺杆菌引发的胃炎中，IL-1R1-/-小鼠或通过IL-1Ra阻断IL-1β的功能可明显减缓胃炎的严重程度，进而降低胃癌的发生风险。此外，有研究证明幽门螺杆菌感染所诱导的YAP1核转位能够作用于IL-1β的启动子，增强IL-1β表达，促进胃癌的发生[7]。另外，肝癌也是典型的炎症相关癌症，Li等[8]报道，IL-1β通过诱导肝细胞的过度增殖，从而促进二乙基亚硝胺(diethylnitrosamine，DEN)诱发的小鼠肝癌。亦有研究表明，IL-1β相关信号能够导致癌基因Gankyrin的持久活化，诱发肝细胞癌[9]。IL-1β在结肠炎相关肠癌的发生中也发挥重要作用。Ning等[10]发现补体的激活可以增加结肠组织中IL-1β的释放水平，促进结肠上皮细胞的过度增殖，诱导结肠炎相关肠癌的发生。而Bergmann等[11]发现，通过敲除调节炎症反应的特异性信号蛋白Card9降低IL-1β的释放水平，可显著抑制小鼠模型中葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate，DSS)诱导的结肠炎相关肠癌的发生。但是，Flood等[12]在Caspase-11基因敲除小鼠模型中发现，经非经典炎症小体通路释放的IL-1β减少，反而促进了小鼠模型中DSS诱导的肠癌发生。提示IL-1β在某些肿瘤发生过程中可能发挥双重作用，因此，将IL-1β作为预防肿瘤发生的靶点值得深入探索。

2 血管/淋巴管生成

血管和淋巴管生成是癌症的一个重要标志，其能够促进肿瘤的生长和扩散。首先，IL-1β被认为是血管生成发生的主要效应分子，可以通过介导肿瘤血管生成加速肿瘤进展。IL-1β是一种强效血管内皮细胞激活剂，可以促进血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial cell growth factor，VEGF)的产生，并与其互相诱导，协同发挥促进血管生成的作用。Carmi等[13]在敲除IL-1β的小鼠以及野生型小鼠中分别接种含有黑色素瘤细胞的Matrigel胶栓，发现在IL-1β敲除小鼠的Matrigel胶栓中，表达VEGF的细胞数量和血管生成均减少。此外，IL-1β能通过激活NF-κB信号通路增强血管内皮细胞中成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor2，FGF2)的表达，促进血管生成[14]。IL-1β还能通过激活血管内皮细胞中的p38-MAPK和MAPK激活蛋白激酶2 (MAPK-activated protein kinase 2，MK2)诱导内皮细胞迁移和血管管腔形成[15]。有研究者应用IL-1受体拮抗剂阿那白滞素(Anakinra)作为抗血管生成的药物开展治疗黑色素瘤的临床研究[16]。

除了影响肿瘤血管生成以外，IL-1β已被证实在淋巴管的生成过程中也发挥重要作用。Weichand等[17]发现肿瘤相关巨噬细胞分泌的IL-1β能够促进淋巴管内皮细胞增殖，进而促进淋巴管生成，并且与肿瘤淋巴结浸润以及肿瘤转移相关。

3 肿瘤侵袭转移

肿瘤细胞向周围组织侵袭是肿瘤扩散的第一步。有研究发现，IL-1β通过下调E-cadherin表达，降低肿瘤细胞的黏附力，使细胞获得易于侵袭和转移的特性[18,19]。与此同时，IL-1β可以上调上皮间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)过程中的重要调控因子锌指蛋白Snail、Slug和 波形蛋白Vimentin的表达，驱动EMT转化，或通过活化肿瘤细胞中的NF-κB信号通路，增强EMT转化，促进肿瘤细胞向周围组织侵袭[18，20-22]。此外，Zhang 等[23]发现在缺氧的肿瘤微环境中，肿瘤相关巨噬细胞与肿瘤细胞之间的缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)/IL-1β信号轴活化，进而上调肿瘤细胞中Vimentin的表达，增强EMT转化。在肝癌移植瘤小鼠模型的肿瘤部位注射IL-1β，可显著增加小鼠外周血中循环肿瘤细胞的数量，这提示了IL-1β在促进肿瘤细胞从原发灶进入外周血的过程中发挥重要作用。另外，IL-1β通过诱导肿瘤细胞侵袭性伪足中肌动蛋白结合蛋白Fascin的表达，提高侵袭性伪足的稳定性和肿瘤的侵袭能力[24]。肿瘤细胞通过表达多种基质金属蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)，降解细胞外基质，以利于肿瘤细胞的迁移和播散[25]。有研究发现，IL-1β可显著增加肿瘤细胞MMP2、MMP9及MMP3的表达[26,27]。

近年来，“预转移微环境”成为肿瘤转移研究领域的热点之一。“预转移微环境”是指肿瘤原发灶可通过某些途径影响远端预转移器官，为循环肿瘤细胞在预转移器官组织中的定植和生长营造一个“友好”的微环境[28,29]。Shi等[30]在小鼠黑色素瘤模型中发现，肿瘤转移至肺组织之前，原发灶肿瘤可募集髓系来源抑制性细胞至肺组织。这些髓系来源抑制性细胞通过分泌IL-1β增加肺组织的E-选择素表达，从而促进播散肿瘤细胞在肺脏中的滞留。

然而，有些研究报道并不支持IL-1β促进肿瘤转移的观点。Castano等[31]检测了215例淋巴结转移阳性乳腺癌患者原发肿瘤中IL-1β的表达情况，发现原发肿瘤高表达IL-1β的患者总体生存率较高。对1 379例患者标本进行检测发现，原发肿瘤高表达IL-1β的患者无远处转移生存率也相对较高。这些结果提示，IL-1β其有抑制乳腺癌转移的作用。研究者探索其机制，发现IL-1β以旁分泌的方式作用于播散后的转移起始肿瘤细胞(metastasis-initiating cancer cells，MICs)上，阻止其分化并抑制播散肿瘤细胞在定植器官中的增殖。Voloshin等[32]将紫杉醇与Anakinra联合应用于小鼠的乳腺癌和肺癌模型，在一定程度上减轻了原发肿瘤负荷，但与单用紫杉醇治疗相比，却增加了远处转移发生率。说明IL-1β在肿瘤侵袭转移的不同阶段发挥不同作用，阻断IL-1β对肿瘤的治疗可能会产生双重作用，这有待进一步的研究和探索。

4 肿瘤微环境

骨髓来源的抑制细胞(myeloid-derived suppressor cell，MDSC)、肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage，TAM)及调节性T细胞(regulatory cell，Treg)等是构成肿瘤微环境的主要细胞组分。Tu等[5]利用转基因技术在小鼠胃组织中高表达IL-1β可显著增加胃组织中MDSC的数量并导致自发性胃癌，而IL-1β受体拮抗剂的治疗可显著抑制MDSC的动员及其在胃组织中的聚集。在最近的一项关于肾细胞癌的研究中，研究者对48例患者肿瘤组织中的MDSC亚群进行了分析，发现多形核-MDSC(polymorphonuclear MDSC，PMN-MDSC)的数量与外周血IL-1β的水平呈正相关[33]。利用小鼠移植瘤模型，研究者发现IL-1β拮抗剂治疗可减少肿瘤组织及外周血中PMN-MDSC的数量，并抑制移植瘤的增殖。

除MDSC外，IL-1β还可以影响TAM、Treg以及中性粒细胞。Kaplanov等[34]用小鼠乳腺癌细胞4T1在敲除IL-1β的小鼠中构建移植瘤模型。与野生型小鼠相比，敲除IL-1β的小鼠移植瘤中巨噬细胞的数量显著减少。其机制是，敲除IL-1β降低了巨噬细胞趋化因子[chemokine(C-C motif)ligand2，CCL2]和巨噬细胞分化因子(colony-stimulating factor1，CSF1)水平。Chen等[35]报道，通过抑制炎症小体活化降低IL-1β水平，可显著减少头颈部鳞状细胞癌模型小鼠肿瘤组织中Treg、TAM和MDSC的浸润。而最近发表的一项研究显示，直肠癌干细胞可通过分泌包含IL-1β表达的外泌体促使中性粒细胞转换为促肿瘤表型[36]。因此，IL-1β可以通过调控细胞成分，调控肿瘤微环境，进而调控肿瘤进展。

5 肿瘤耐药

耐药是导致肿瘤治疗失败和患者死亡的主要原因。近期研究表明，IL-1β参与调控肿瘤细胞对多种药物及疗法的反应性，包括细胞毒药物和内分泌治疗药物、靶向治疗药物和免疫治疗药物等。

近期的两项研究发现，IL-1β可通过调控肿瘤细胞内的相关信号通路诱导乳腺癌细胞对阿霉素和顺铂耐药[37,38]。他莫昔芬是乳腺癌内分泌治疗的重要药物。Jiménez-Garduo等[39]报道，IL-1β可诱导乳腺癌细胞中编码雌激素受体的基因ESR1启动子部分的甲基化，抑制雌激素受体α(estrogen receptor，ERα)的表达，从而造成乳腺癌细胞对他莫昔芬的耐药。靶向表皮生长因子(epidermal growth factor receptor，EGFR)的抗体西妥昔单抗是转移性结直肠癌的常用药物。Gelfo等[40]报道，阻断IL-1β可通过抑制MAPK和AKT信号通路增强结肠癌细胞对西妥昔单抗的敏感性。EGFR靶向小分子抑制剂是治疗含有EGFR突变的非小细胞肺癌的重要药物。最近一项研究报道，IL-1β/EHD1/TUBB3信号轴在EGFR小分子抑制剂耐药中发挥重要作用，阻断该信号轴可以逆转非小细胞肺癌对EGFR小分子抑制剂的抗性[41]。Her2是乳腺癌治疗的重要靶标，抗Her2抗体曲妥珠单抗(商品名：赫赛汀)已用于Her2阳性乳腺癌的一线治疗。赫赛汀可通过其介导的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)促进NK细胞和T细胞对Her2阳性乳腺癌细胞的杀伤，也可通过其介导的抗体依赖的细胞介导的吞噬作用(antibody-dependent cellular phagocytosis，ADCP)诱导巨噬细胞吞噬乳腺癌细胞。Su等[42]报道巨噬细胞吞噬乳腺癌细胞可激活AIM2炎症小体，从而导致巨噬细胞分泌IL-1β。IL-1β作用于巨噬细胞，增强PD-L1和IDO的表达，使巨噬细胞转化为免疫抑制表型，从而抑制赫赛汀介导的NK细胞和T细胞对乳腺癌细胞的杀伤。以抗PD-1抗体为代表的免疫检查点抑制剂已在多种肿瘤的临床治疗中取得良好成绩。Kaplanov等[34]在三阴性乳腺癌的小鼠移植瘤模型中，联合使用抗IL-1β抗体和抗PD-1抗体取得了更好的治疗效果。

6 肿瘤治疗相关的毒副作用

肿瘤治疗相关的毒副作用是影响肿瘤治疗效果、恶化患者病情甚至降低患者生活质量和生存期的重要因素。研究表明，IL-1β在某些治疗相关毒副作用中发挥重要作用，如小分子抑制剂治疗，细胞过继免疫治疗等。

BRAF抑制剂(BRAFi)维罗非尼和达帕菲尼已被批准用于治疗不可切除的Ⅲ期和Ⅳ期黑色素瘤。然而，BRAFi治疗后，树突状细胞释放的IL-1β增多，可能引发心脏毒性、肠黏膜炎或肺纤维化[43]。鉴于IL-1β具有显著的致热原作用，这与临床上观察到的BRAFi治疗后40%～50%患者面临发热的风险相一致[44]。所以，将IL-1拮抗剂与BRAFi联合应用可能成为减少毒副作用发生风险的有效策略。

嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor，CAR)T细胞免疫疗法已在多种恶性血液肿瘤的治疗中取得显著疗效。但是，CAR-T治疗通常会导致细胞因子释放综合征(cytokine release syndrome，CRS)和神经毒性等毒副作用。近期研究发现，单核细胞释放的IL-1β和IL-6是引发CAR-T治疗毒副作用的主要细胞因子[45]。利用人源Burkitt′s淋巴瘤细胞在重度免疫缺陷小鼠上构建肿瘤模型，发现CAR-T联合Anakinra治疗能够在不影响CAR-T疗效的同时，减轻其所引发的神经毒性，减缓CRS症状，并延长小鼠的无病生存期[46]。因此，将CAR-T治疗与IL-1受体拮抗剂联合使用或许为CAR-T细胞治疗所引起的神经毒性和细胞因子释放综合征提供了解决方案。

7 小结与展望

综上所述，IL-1β在不同类型的肿瘤及在肿瘤恶性演进的不同阶段发挥不同作用。深入解析相关机制将为开发以IL-1β为靶点的抗肿瘤新策略提供有价值的信息。从临床前和临床研究结果看，单独使用抗IL-1β疗法的抗肿瘤效果有限。靶向IL-1β的治疗联合放化疗、内分泌治疗、靶向治疗或免疫治疗都具有良好的发展前景。