MyD88调节炎症相关性结直肠癌中自噬与凋亡发生的研究进展*

刘巧丽，陈自喜，相芬芬 综述，康向东 审校

200062上海，上海中医药大学附属普陀医院 检验科(刘巧丽、陈自喜、相芬芬、康向东)；200080上海，上海交通大学附属上海市第一人民医院 中医科(刘巧丽)

结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是全球第三大常见肿瘤[1-2]，全球每年近70万人口死于这类疾病[3]。2013年和2018年的统计结果显示：早期阶段(I期至IIC期)患者的5年生存率高达70%和71%。但CRC发病隐匿，大部分患者确诊时已为中晚期，故IV期(晚期，包括远处转移)患者的5年生存率则仅为12%～14%[4]。CRC的发生与肠道各种炎症或肠道微生物密切相关，而其中非常重要的一个环节就是Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)信号通路。MyD88即是TLRs信号通路中的一个关键接头分子，在传递上游信息和疾病发生发展中具有重要的作用，一直是炎症相关性肿瘤研究的热点。近年来关于MyD88通过调节自噬与凋亡影响CRC预后及转归的研究逐渐增多。本文将MyD88与CRC发生发展关系总结如下(图1)，并就MyD88调节炎症相关性CRC中自噬与凋亡发生的研究进展进行综述。

图1 MyD88通过调控自噬及凋亡促进炎症相关性结肠癌发生

Figure 1. MyD88 Promotes Inflammatory-Associated Colon Cancer by Regulating Autophagy and Apoptosis

MyD88 receives TRLs (mainly TRL4) signal and promotes the development of inflammatory-associated colon cancer by activating autophagy of colon cells and inhibiting their apoptosis.

1 MyD88与CRC的相关研究

1.1 MyD88

TLRs通路的激活信号通过一类桥接于受体与蛋白激酶之间的接头蛋白来传导。作为一种通用适配器蛋白，MyD88是非常重要的接头蛋白，在TLR激活后首先被招募，介导下游的信号传导，是TLRs通路信号传导的关键环节。MyD88最早由Lord等[5]在1990年报道，初期被描述为一种由IL-6诱导的新型骨髓分化原反应基因，当时的研究表明它是一种通用的衔接蛋白，因为几乎所有的TLR(TLR3除外)都使用它来激活转录因子NF-κB。该研究表明MyD88分子结构的C端包含Toll /白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1)受体TIR结构域，能与TLRs上的TIR结构域相作用；而其N端与死亡结构域(death domain,DD)相似，能与其他具有DD的蛋白相作用，MyD88的DD与TLR介导的细胞凋亡有关；同时MyD88也存在中间结构域，可以通过蛋白-蛋白相互作用的方式，与IL-1受体相关激酶相互作用，从而在TLRs信号通路中激活下游各种效应分子。

1.2 MyD88与炎症相关性肿瘤

多年的大量研究表明，MyD88在细菌及某些炎性疾病传递上下游信息中具有重要的作用，在癌症诱导型炎症的背景下，可以促进肿瘤形成，故其一直是炎症相关性肿瘤研究的热点。Rathore等[6]发现一种急性期炎症糖蛋白，即癌细胞衍生的长五聚体蛋白(cancer cell-derived long pentraxin 3,PTX3),是侵袭性黑色素瘤分泌的一个因子，可促进肿瘤细胞的侵袭，其自体性触发了IKK/NF-κB信号通路，促进上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)因子TWIST1的迁移、入侵和表达。此外，他们还进一步发现TLR4和MyD88敲减会抑制PTX3诱导的黑色素瘤细胞迁移，表明PTX3通过TLR4/MyD88依赖通路发挥作用。Zandi等[7]使用TLR4特异性抑制剂TAK-242研究抑制TLR4对多个卵巢癌和乳房癌细胞系的入侵特性的影响，结果显示在TLR4过表达细胞系中，TLR4/MyD88表达与癌细胞对TAK-242的反应之间存在显著的相关性：TLR4/MyD88表达越高，TAK-242处理后各癌细胞系的IC50越高。此研究首次表明TAK-242不仅降低了MMP2和MMP9的酶活性，而且下调了EMT相关基因的表达，可以显著降低卵巢癌和乳腺癌细胞系的侵袭性，说明了TLR4/MyD88在乳腺癌中的重要作用。同样有研究者使用胰腺癌小鼠肿瘤模型进行相关研究，发现阻断MyD88信号大大改善胰腺导管腺癌相关厌食和疲劳，减轻消瘦，减少肌肉萎缩，减少全身和中枢神经系统炎症，并最终提高生存率，这些研究数据表明，MyD88信号在调解炎症触发隐匿性进展型胰腺癌方面起着关键作用[8]。

1.3 炎症相关性CRC

早在1863年， Virchow就描述了炎症在癌症发展中的作用，他通过观察到炎性细胞浸润肿瘤的现象，推测癌症源于炎症部位(即“淋巴网状渗透”理论)，该论文做了一个非常形象生动的比喻：在肿瘤的发生中，如果基因损伤是“点燃火焰的火柴”，那么某些类型的炎症可能会提供“助长火焰的燃料”[9]。在过去的几十年中，Virchow的假设得到了大量证据支持，即多种癌症是由感染和慢性炎症性疾病引发的[10]。炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)是公认的CRC发生发展的促进因素[11-12]。Kaiser Permanente医疗系统在美国的一项研究发现，溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)患者和克罗恩病(Crohn’s disease,CD)患者中CRC的发病率比普通人群高60%，而且对于UC和CD患者而言，CRC的发病率随时间推移保持稳定升高[13]。结肠炎相关性CRC(colitis-associated colorectal cancer,CAC)是IBD患者的严重并发症之一，IBD患者发展为CRC的风险显著高于健康人群，病程30年以上的UC患者发生癌变的概率高达18%，且CAC致死率也显著高于散发性CRC[14]。

1.4 MyD88与炎症相关性CRC

2010年Grivennikov等[15]也提出，由微生物或危险信号触发的炎症驱动多种形式的人类癌症。肺是一种粘膜组织，有不同的细菌群落定植，有研究者证明局部致病性微生物群通过激活肺驻留γδ T细胞，引发与肺腺癌相关的炎症。其机制可能是共体细菌刺激机体以Myd88依赖性的途径产生IL-1和IL-23，从而诱导产生IL-17和其他效应分子的Vγ6+Vδ1+T细胞增殖和活化，以促进炎症和肿瘤细胞增殖[16]。肠道是和肺相似的粘膜组织，约有数百万亿共生菌定居于人体肠道内，共同参与碳水化合物吸收、肠上皮细胞代谢、CD4+T淋巴细胞分化和免疫应答过程，从而维持肠道稳态[17]。Mishima等[18]使用粪便移植到无菌且表达IL10/EGFP的报告鼠和IL10基因敲减小鼠，证明来自特定无病原体小鼠的微生物群主要刺激前者GF小鼠中产生IL-10的结肠特异性B细胞和T调节细胞，IL-10依次降调的微生物群激活粘膜炎细胞因子。其研究结果表明，肠道细菌通过TLR2、MyD88和PI3K通路激活肠道IL-10产生的B细胞减少结肠T细胞的激活，并维持粘膜平衡。由此可见，作为肿瘤微环境的一部分，肠道菌群的失调可进一步导致肠上皮屏障功能受损、持续性免疫应答异常激活与各种促炎和促癌因子的分泌，从而促进IBD及CAC的发生[19-20]，而在这个过程中，MyD88又起了非常重要的调控作用。

Uronis等[21]发现，腹腔注射偶氮甲烷(azoxymethane,AOM)诱导CAC时，普通环境下IL-10基因敲除小鼠可发生CRC，且肿瘤数目与肠道炎性反应的严重程度呈正相关，而无菌环境下的小鼠肠道黏膜仍保持完整，无CAC发生，说明肠道菌群在炎性反应和肿瘤发生过程中的确发挥着关键作用，同时TLR/MyD88信号通路缺失能明显抑制CAC的发生。Xie等[22]进一步发现，在野生型小鼠CAC模型中，使用MyD88抑制剂阻断TLR/MyD88信号通路不仅能降低结肠上皮细胞的增殖能力并促进其凋亡，而且能抑制CD4+T淋巴细胞和固有免疫细胞在炎性反应部位的浸润，减少TNF-a、IL-6、IL-17A的产生，显著缓解肠道炎性反应，从而抑制肿瘤形成。这些研究均证实了TLR/MyD88信号传导在CRC发展中的重要作用。近年来，Echizen等[23]通过构建几种与炎症相关的胃和肠肿瘤的小鼠模型，检测了肿瘤发生的体内机制，提出通过抑制TLR/MyD88调节炎性微环境的途径，将是针对胃肠癌症发生和恶性进展的一种有效的预防或治疗策略。此外尚有另一种机制研究，激活转录因子6(activating transcription factor 6,ATF6)是TLRs/MyD88信号向下传递的下一级分子，Coleman等[24]对MyD88/TRIF敲除小鼠中分析肠上皮细胞中特异性表达的ATF6活性形式，表明肿瘤启动和生长尚需要MyD88/TRIF依赖信号传感器激活和转录激活子3。

然而，虽然有研究提示MyD88促进了结肠癌的发生发展，另有一些研究则表明，MyD88的缺失保护了机体免于结肠癌发生的命运。如2018年Song等[25]利用AOM和右旋糖酐硫酸钠(dextransodiumsulfate,DSS)诱导MyD88敲除(MyD88-/-)小鼠结肠癌的发生，结果发现MyD88-/-小鼠对AOM/DSS的敏感性更高，进而得出MyD88在CAC发育过程中保护肠道免受肿瘤的侵袭的结论。同样也有研究者对此进行了深入的研究，结果表明MyD88缺失会导致下列结果：亲炎性和亲肿瘤细胞因子的产生明显增加；骨髓中产生IL-1的中性粒细胞募集增加；上皮细胞凋亡增加，并且上皮细胞增殖减少；COX-2、p-STAT3、β连环蛋白(β-catenin)和细胞周期蛋白D1在结肠粘膜表达的增强；诱导进一步的DNA损伤和β-catenin突变[26]。这些结果均说明MyD88信号在CAC的发展过程中保护肠道免受肿瘤发生。事实上，到目前为止，MyD88在结直肠致癌过程中，如何和为什么具有这些双重功能仍有待确定，需要更多及更进一步的研究。也正是由于不同观点的存在，对MyD88的研究就更加有挑战性及实际价值。

2 自噬、凋亡与CRC及MyD88的调节作用

2.1 自噬、凋亡

自噬和细胞凋亡是介导细胞存活和死亡的两种关键机制。自2016年细胞自噬机制获得诺贝尔奖后，越来越多的研究者及学者将目标锁定自噬与CRC发生发展的关系。自噬是Ashford和Porter在 1962年发现细胞内有“自己吃自己”的现象后提出的，即自体吞噬[27]。mTOR激酶是自体吞噬诱导过程中关键的分子，激活mTOR的通路如Akt和MAPK信号通路抑制自体吞噬，负调控mTOR的通路如AMPK和p53信号通路促进自体吞噬[28]；ULK是自噬信号通路唯一具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的核心蛋白，在自噬溶酶体组装前自噬信号是通过由ULK1或ULK2、FIP200和mATG13组成的ULK复合物的活化介导的[29]；进而诱导下游信号通路的信号传递，最终LC3/Atg8的C端被Atg4蛋白酶酶切后生成细胞质LC3-I；LC3-I与磷脂酰乙醇胺也以泛素样反应的方式连接，这个反应需要Atg7和Atg3(分别为E1和E2样酶)；LC3的脂质形式，即LC3-II，吸附在自噬体膜上，从而将LC3与自噬小泡联系起来；自噬体中LC3的存在，及其向低迁移形式的LC3-II的转化被作为自噬发生的指示器[30-31]，这也是“自噬研究指南”中确认的研究方法，为现代科学研究者所广泛采用进行研究探索。

2.2 自噬、凋亡与CRC

自噬和细胞凋亡的相互关系已经在癌症的肿瘤发生和进展中有记载，而CRC中两种途径之间的相互作用尚未被全面总结。细胞凋亡是一种严格控制的途径，在生理和病理条件下介导细胞死亡，并被称为CRC的治疗靶点[32]。自噬是饥饿或调节CRC细胞存活和死亡的细胞防御途径[33]，已获公认的3种亚型，包括巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬(chaperone mediated autophagy,CMA)[34]。巨自噬首先形成吞噬细胞，吞噬细胞溶质并在溶酶体中降解；微自噬是溶酶体控制细胞质材料吞噬的过程；CMA是由分子伴侣介导的自噬途径[35]。越来越多的证据强调了这两种细胞过程在经历病理生理学改变的CRC细胞中相互作用的重要性。

在机制上，奥希替尼(osmertinib,OSI)上调单羧酸转运蛋白1的表达，随后激活LKB1/AMPK信号，导致CRC细胞自噬诱导。抑制自噬能显著增强OSI诱导的大肠癌细胞凋亡和生长抑制，提示自噬在OSI治疗中的保护作用[36]。EAEC诱导大肠癌细胞产生ROS，随着EAEC-PDT后凋亡率和自噬通量的显著增加，PERK途径的激活介导了这些效应[37]。

自噬与凋亡调控CRC细胞死亡之间的相互作用可以简单概括为：1)可以同时诱导结肠癌细胞自噬和细胞凋亡，并独立调节结肠癌细胞死亡[38-40]；2)有研究表明通过ROS诱导AMPK活化促进自噬启动，并促进凋亡发生，说明自噬的启动可以导致细胞凋亡[41]；3)自噬通过阻止受损DNA和ER应激产物的积累来拮抗凋亡细胞死亡[42-44]。如2015年有研究者探索了奥沙利铂诱导人结肠直肠癌细胞系HT29和HCT116耐药的机制，结果表明，在奥沙利铂治疗后，CRC细胞中有明显的自噬表达，且这种自噬对暴露于奥沙利铂的癌细胞具有抗凋亡的保护作用，其机制主要是通过对细胞外信号调节激酶(ERK)/细胞外信号调节激酶激酶磷酸化的诱导作用[45]。通过促进泛素特异性肽酶5、二肽酶和氧化固醇结合蛋白相关蛋白8的相互作用，诱导内质网应激，持续内质网应激诱导大肠癌细胞凋亡，内质网应激同时通过内质网吞噬诱导自噬反应，作为缓解过度内质网应激的保护机制[46]。这些理论提示在不同的脏器或不同的肿瘤类型中，即使是相同的基因或相似的发病机制仍可能彼此相似或相左，这为肿瘤领域的学者开展自噬与凋亡相关研究提供了更多的可能性。

2.3 MyD88对CRC细胞自噬与凋亡的调节作用

关于MyD88在CRC中对CRC细胞自噬与凋亡的调节作用，相关报道比较少。高迁移率家族1蛋白(high-mobility group box 1,HMGB1))是众所周知的自噬调节剂，被广泛报道在自噬诱导中起中心作用，是一种高度保守的核蛋白，通过染色质结合因子的作用，它可以促进许多转录蛋白复合物的组装；除核作用外，HMGB1还充当细胞外信号分子，与RAGE和TLR结合，导致细胞分化、细胞迁移、肿瘤进展和炎症[47-48]。2017年Dajon等[49]提出死亡的肿瘤细胞释放的HMGB1可通过激活TLRs-MYD88信号通路，产生抗肿瘤或原癌作用。同年发表在cell上的一项研究显示具核梭杆菌(Fusobacteriumnucleatum)通过MyD88激活自噬减少凋亡并促进CRC的化疗耐药，对自噬与凋亡调控CRC细胞死亡之间相互作用方式的研究，也是一个强有力的认同和补充[50]。2019年有学者进一步深入研究后发现，细胞核中的HMGB1通过上调热休克蛋白hsp27的表达诱导自噬，细胞质中的HMGB1可激活细胞周期蛋白Beclin-1/PI3K-III复合物促进自噬，而细胞外的HMGB1与晚期糖基化终产物受体结合诱导自噬；且抑制HMGB1诱导的自噬可以逆转化疗耐药性，这个过程可由非编码RNA如microRNA和lncRNas调节；进而得出结论：HMGB1诱导的自噬在肿瘤中具有重要的作用，并具有潜在的逆转耐药性的新策略应用价值[51]。这与上述2017年cell报道的研究结论相似。综合自噬、凋亡调控结肠癌细胞死亡及MyD88的潜在作用，提示MyD88是这一系列连锁反应中的关键因子，揭开MyD88参与的结肠癌细胞死亡之谜可能为CRC治疗开辟新的策略。

3 总结与展望

MyD88在炎症相关性肿瘤中发挥着重要作用。结肠又是人体中的一个“微生物富集的城池”，故炎症相关性结肠癌的发生与MyD88调控自噬与凋亡的机制密不可分。课题组研究前期发现乳腺癌中MyD88的高表达引起紫杉醇的耐药[52]，进一步的深入研究表明熊果酸可通过靶向miRNA-149-5p/MyD88可逆转乳腺癌治疗中的紫杉醇耐药[53-54]。且如前所述，发表在cell上的一项研究表明MyD88可通过激活自噬抑制凋亡影响着结肠癌的预后转归[50]，如能在此潜在“药靶”的基础上努力探索相应治疗药物，必将对结肠癌的治疗及预防做出一定的改善。同时由于CRC发病与IBD的紧密联系，如能就此做出肯定性工作，对防治结肠癌的发生发展必然有显著的贡献。

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