IL-12 和TRAIL 在肿瘤治疗中的作用

闫寒梅，赵悦荣，王为光，张 纯

（1.佳木斯大学，黑龙江 佳木斯 154007；2.佳木斯大学附属第一医院血液科，黑龙江 佳木斯 154002）

肿瘤严重威胁人类的健康和生活，免疫逃逸、机体免疫功能下降、免疫细胞数量减少、肿瘤微血管形成等原因均在肿瘤的发生发展过程中扮演重要角色，也是肿瘤治疗的难点，除化疗、放疗、手术外，寻找有效的生物制来对抗肿瘤一直是肿瘤治疗的热点。细胞因子是由多种细胞分泌的生物应答调节剂，而IL-12 和TRAIL 均是具有免疫调节功能的细胞因子，具有激活免疫细胞、调节免疫反应、介导炎症反应等作用，且诱导肿瘤细胞凋亡的作用均被国内外多种研究证实，但IL-12 全身给药的毒副作用和多种癌细胞对TRAIL 的抗性也限制了二者在临床上的应用。本文就就IL-12 及TRAIL 的结构、生物学功能及二者在肿瘤治疗中的作用作一综述，以期为临床治疗提供参考。

1 IL-12 的结构及生物学功能

IL-12 是由单核巨噬细胞、B 细胞等抗原提呈细胞分泌的细胞因子，树突状细胞和Th 细胞也可以产生，其是一种由p35 和p40 通过二硫键结合而形成的异二聚体，相对分子质量（Mr）是70000～75000。p40 亚基由306 个氨基酸组成，包括4 个潜在的糖基化位点和10 个半胱氨酸残基,轻链p35 亚基由197 个氨基酸组成，包括3 个潜在的糖基化位点和7 个半胱氨酸残基[1]。编码人p35 的基因位于人的3 号染色体上，编码人p40 的基因位于人的5号染色体上，亚基p35 和p40 均是以前体形式合成并分泌的，这2 个亚单位同时表达并结合在一起才具有生物学活性。p35 亚基决定IL-12 的种属特异性，而信号调节由p40 亚基主导。IL-12 受体（IL-12R）是由β1和β2两个亚基组成的异二聚体，β1是结合亚单位，β2是功能亚单位，主要表达在活化的NK 细胞和T 细胞上，在DC 细胞和B 细胞上也有表达。IL-12 与β1结合后，再通过β2激活JAK 激酶或酪氨酸激酶信号通路来刺激NK 细胞和T 细胞，发挥生物学功能。

NK 细胞和T 细胞是IL-12 的主要靶细胞，NK细胞能够检测和诱导易感靶细胞凋亡的能力以及免疫调节细胞因子（如IFN-γ）的分泌，这些效应因子的功能在识别被肿瘤感染的细胞后激活，其是由于NK 细胞与其他髓样来源的细胞（例如树突细胞和巨噬细胞）建立的双向串扰[2]。Chiu TL 等[3]利用动物实验证实，IL-12 对NK 细胞具有激活作用。此外，IL-12 可促进幼稚辅助性T 母细胞向Th1 分化，抑制Th2 细胞生成，Th1 细胞分泌的IL-2、IFH-γ、TNF-β 等细胞因子可以抑制Th2 细胞分泌的IL-4、IL-5、IL-6、IL-10 等细胞因子，通过抑制IL-4 的生成来拮抗Th2 细胞的免疫作用；IL-12 还能刺激T细胞和NK 细胞分泌大量IFN-γ，IFN-γ 的主要作用是介导炎症反应，具有强大的免疫调节功能，其可以与IL-12 协同诱导T 细胞和NK 细胞的增殖，并增强T 细胞和NK 细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。

2 IL-12 在肿瘤治疗中的作用

IL-12 可调节先天免疫和适应性免疫，该细胞因子在许多动物模型中均具有明显的抗肿瘤作用，因此已被提议作为在癌症免疫治疗研究中开发的潜在新药。但IL-12 全身给药相关的潜在致命毒性排除了其临床应用，且IL-12 半衰期较短，停药后疗效消失的非常迅速，多年来临床都致力于降低IL-12全身给药毒副作用的研究。Canton DA 等[4]研究发现，在肿瘤细胞内注射表达IL-12 的质粒（pIL-12）可控制IL-12 在肿瘤组织上的局部表达，显著降低IL-12 的毒副作用。FDA 在2017 年批准了pIL-12可以作为治疗不可切除转移性黑色素瘤的临床罕见药。Wang P 等[5]通过删除IL-12 单链的N 末端来改造IL-12 的结构，并将肿瘤的溶瘤腺病毒（Ad-TD）作为载体，并在叙利亚仓鼠胰腺癌模型中检查了其治疗和毒性作用，结果发现此种方法在胰腺癌的治疗中能得到良好的效果。

IL-12 的抗肿瘤活性不仅可以通过自身有效地诱导，并且还可以通过与CAR T 疗法、基因治疗、抗肿瘤疫苗等联合来治疗肿瘤。有研究发现[6]，肿瘤细胞内IL-12 基因治疗可通过抑制血管生成，将肿瘤细胞停滞在G0/G1期并诱导凋亡。Parhar RS 等[7]研究证实，IL-12 基因治疗能有效抵抗乳头状甲状腺癌的生长，但鉴于免疫反应在荷瘤小鼠中得到了显著抑制，并且可以被IL-12 恢复，因此这项研究提出了将IL-12 用作甲状腺癌辅助疗法的可能性，考虑原因为将IL-12 基因导入肿瘤细胞，进而促进肿瘤细胞分泌抗肿瘤细胞因子，二肿瘤局部的微环境由于肿瘤细胞周围的抗肿瘤细胞因子浓度显著提高得以改变，使得抗肿瘤免疫应答反应得到长久的维持。肿瘤内电穿孔介导的IL-12 基因治疗（IT-pIL12/EP） 在临床试验中已被证明是安全有效的，Mukhopadhyay A 等[8]优化了IL-12 基因递送平台，以提高临床前模型中的转基因表达和功效，并分析了新的IT-pIL12/EP 平台在电穿孔和远距离非电穿孔病变中诱导的免疫学变化，结果显示IT-pIL12/EP处理的肿瘤表现出快速诱导的IL-12 调节途径以及其他细胞因子和趋化因子途径，且上调抗原呈递机制，远处的肿瘤显示出浸润淋巴细胞的增加，并发现局部IL-12 基因疗法可以诱导全身性抗肿瘤免疫反应，而不会引起全身性IL-12 暴露的相关毒性，证明了这种有效细胞因子的局部递送具有全身性抗肿瘤作用。

CAR T 细胞疗法代表了癌症疗法的重大进步，大量研究表明针对化学耐药和/或难治性CD19+白血病或淋巴瘤的完全缓解率约为90%。有效的CAR T 细胞疗法高度依赖于淋巴结预适应，其是通过化学疗法或放射疗法实现的，Kueberuwa G 等[9]构建了具有或不具有IL-12 分泌的完全小鼠第一代和第二代抗鼠CD19 CAR，并且建立了一个无需预处理即可反映人类状况的鼠标模型，结果发现表达IL-12 的CAR T 细胞不仅可以直接杀死目标CD19+细胞并且还可以募集宿主免疫细胞进行抗癌免疫反应。Gao P 等[10]为研究重组DNA 疫苗的人表皮生长因子受体2（HER2）和IL-12 对小鼠结肠癌的发展及其潜在的免疫机制的影响，构建了重组质粒pVAX1-HER2，pVAX1-IL-12 和pVAX1-HER2-IL-12，并通过肌内注射给雌性小鼠评估质粒的抗肿瘤功效，设计了具有表达HER2 的肿瘤的小鼠模型，研究发现接种HER2-IL-12 质粒的小鼠对表达HER2 的肿瘤的生长产生最强的抑制作用，并延长了小鼠的存活时间。以上研究结果强调了IL-12 作为DNA 疫苗佐剂的潜力。

3 TRAIL 的结构及生物学功能

肿瘤坏死因子相关凋亡配体又名称凋亡素2 配体（Apo-2L），属于TNF 超家族成员之一，与TNF 有高度同源性，是一种Ⅱ型跨膜蛋白，由281 个氨基酸残基组成，相对分子质量（Mr）为32500，人TRAIL的基因定位于人3q26 染色体上，TRAIL 有生物学功能相同的两种形式，分别是膜结合型（mTRA IL，32 kDa）和可溶型（sTRAIL，24 kDa）。TRAIL 的三维结构是同源三聚体，3 个配体亚单位通过第230 位的半胱氨酸连接一个Zn 离子，并通过相互作用维持三聚体结构的稳定，如果第230 位半胱氨酸发生基因突变，TRAIL 的结构就会遭到破坏，导致TRAIL结合受体的能力较之前下降约200 倍，从而使TRAIL 诱导细胞凋亡的能力显著下降。TRAIL 有5种受体，DR4、DR5 是死亡受体，大多于肿瘤细胞表面分布，胞内有完整的死亡结构域，和配体结合后能诱导外源性细胞凋亡途径；DcR1、DcR2 是诱骗受体，大多于正常细胞表面分布，与DR4、DR5 有高度同源性，但DcR1 缺失死亡结构域，DcR2 的死亡结构域不完整，因此均不能诱导细胞凋亡；OPG 是特殊受体，与细胞凋亡无关，与骨密度有关，能够抑制骨破坏。

TRAIL 能够在人体多种组织中表达，如卵巢、前列腺、小肠、心肌、肺、骨骼肌、脾脏、胸腺等，外周血淋巴细胞也普遍表达，但在脑组织及睾丸中不表达，其主要生物学作用是诱导肿瘤细胞凋亡和免疫调节。因TRAIL 受体的分布情况不同，导致诱导的细胞凋亡是有选择性的，诱骗受体DcR1 和DcR2 大多分布于正常细胞，因而正常细胞中DcR1、DcR2会与DR4、DR5 竞争与TRAIL 的结合从而免受攻击，而肿瘤细胞则几乎不表达DcR1、DcR2，所以TRAIL 能够特异性靶向肿瘤细胞。TRAIL 与死亡受体结合介导的是外源性细胞凋亡，其与死亡受体结合后引发大量死亡受体发生聚合，通过死亡结构域召集接头蛋白FADD 与Caspase-8 酶原形成死亡配体一死亡受体一接头蛋白一Caspase8，而后激活Caspase-8，激活后的Caspase-8 可以进一步激活Caspase-6 和Caspase-7，通过一系列的级联激活反应最后激活效应酶Caspase-3，从而介导细胞的凋亡。TRAIL 的另一种凋亡突途径是围绕线粒体进行的内源性凋亡，Bid、Bax、Bak 等通过促进线粒体释放细胞色素酶C，形成凋亡小体后激活Caspase-9而产生的凋亡效应。但也有研究表明某些肿瘤细胞对TRAIL 的凋亡效应不敏感，这可能是由于某些肿瘤表面表达抗凋亡分子来抑制caspase 酶原的激活。与此同时，TRAIL 在机体许多固有免疫或适应性免疫方面也发挥作用，在多种免疫细胞表面都可以发现TRAIL 及受体的表达，如在活化的人或小鼠的T 细胞表面，或被IL-2、IL-5 激活的NK 细胞表面，均发现了TRAIL 及其受体。Leverkus M 等[11]研究中发现，TRAIL 可以促进幼稚的DC 细胞发育成熟。刁智娟[12]在研究中以TRAIL 不敏感的肿瘤细胞为模型，探讨TRAIL 的免疫调节功能，结果发现TRAIL 有促进肿瘤特异CTL 的数量和活性的免疫调节功能。

4 TRAIL 在肿瘤治疗中的作用

TRAIL 是一种有效的抗癌剂，因其特异地靶向肿瘤细胞，同时保留正常细胞，从而诱导凋亡。但TRAIL 诱导的细胞凋亡作用当前仍有许多局限性，许多原发性肿瘤和癌细胞系对TRAIL 诱导的细胞凋亡具有抗性，而对细胞凋亡的抗性实际上是所有恶性肿瘤的标志，提高TRAIL 对肿瘤细胞的杀伤作用，降低对TRAIL 作用的抵抗也一直是近年来研究的热点。

Beyer K 等[13]研究了TRAIL 对TRAIL 耐药胰腺癌细胞的同系模型中肿瘤生长和存活的影响，结果发现TRAIL 可以促进耐药的TRAIL 肿瘤细胞的生长，这可能会限制TRAIL 在胰腺癌中可能的未来临床应用。而Huang M 等[14]将野生型TRAIL 蛋白的114～121 氨基酸编码序列“VRERGPQR”改为“RRRRRRRR”，并将新型的膜穿透性肽样突变蛋白命名为TRAIL-Mu3，将TRAIL-Mu3 的抗肿瘤作用在体内和体外进行了分析，结果发现TRAIL-Mu3可增强胰腺癌细胞的抗肿瘤作用，且在体内的抗癌作用强于吉西他滨，其作用机制可能是TRAIL-Mu3显著增强对胰腺癌细胞膜的亲和力，导致Caspase-3和Caspase-8 的清晰裂，与此同时，TRAIL-Mu3DR5明显上调了死亡受体DR5 的表达水平。除作用于胰腺癌，TRAIL 在其他肿瘤中的作用也被广泛报道。Wu LS 等[15]研究发现，肿瘤组织中的P-选择素（CD62P）表达显著增加，高CD62P 表达与肿瘤分期和血管浸润显着相关，与血小板共同培养可增加肿瘤细胞的迁移，但TRAIL 可抑制这种作用；而TRAIL 处理的血小板中转化生长因子（TGF）-β1的分泌显着减少，根据流式细胞术检测发现TRAIL 的死亡受体DR5 在血小板中表达，TRAIL 可通过促进血小板凋亡和减少TGF-β1的释放来抑制结肠癌细胞的侵袭和转移。TRAIL 除了作为单一治疗剂外还可以联合临床用药、化疗药物、基因治疗等来治疗肿瘤，Dai H 等[16]研究发现，雷公藤内酯醇（TPL）通过下调PUM1 激活自噬而增强胰腺癌细胞的TRAIL敏感性。You C 等[17]利用天花粉蛋白（TCS）和TRAIL的联合来增强非小细胞癌细胞对TRAIL 的敏感性，抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭，并诱导细胞凋亡和S期停滞，这是因为TCS 通过上调和重新分配DR4 和DR5，诱导细胞凋亡以及调节侵袭和细胞周期相关蛋白的表达，使非小细胞癌细胞对TRAIL 敏感。Thapa B 等[18]探讨了TRAIL 表达质粒（pTRAIL）和互补小干扰RNA（siRNA）[沉默Bcl2-样12（BCL2L12）和超氧化物歧化酶1（SOD1）]的共同传递，以改善乳腺癌细胞对TRAIL 治疗的敏感性。pTRAIL 与BCL2L12 或SOD1 特异性siRNA 的共同递送导致在不同乳腺癌细胞中的细胞凋亡更为显著，而不会影响非恶性细胞的生存能力。共同递送的siRNA 增强了TRAIL 的原位分泌，并使乳腺癌细胞对TRAIL致敏，从而增强了抗癌活性。冯忻等[19]研究发现，TRAIL 能明显增强顺铂对卵巢癌细胞的敏感性，其诱导机制可能是上调死亡受体DR4、DR5 表达水平。而王宏艳等[20]研究发现，TRAIL 与阿糖胞苷具有协同诱导AML 细胞凋亡的作用，化疗药物依靠P53激活肿瘤细胞的自杀，但约半数肿瘤细胞会有P53的突变，导致化疗药物疗效受到影响，而TRAIL 诱导肿瘤细胞凋亡不依靠P53，与化疗药物联合应用后加强了对肿瘤细胞的杀伤作用。

5 总结

应用IL-12 或TRAIL 来治疗肿瘤是近年来肿瘤生物治疗的重要研究方向，IL-12 通过调节免疫细胞功能，抑制肿瘤增殖，诱导肿瘤细胞分化来发挥抗肿瘤效应；而TRAIL 通过与死亡受体的结合选择性的靶向肿瘤细胞，保留正常组织。但IL-12 和TRAIL 在肿瘤治疗方面仍有许多局限性，目前研究者更倾向于研究IL-12 或TRAIL 联合临床药物、肿瘤疫苗、基因治疗等来靶向肿瘤细胞的实验研究，均获得了较理想的结果。与此同时，IL-12 联合TRAIL能够诱导凋亡蛋白酶的表达，同时上调IFN-γ 的分泌共同对抗肿瘤细胞，但二者联合应用于肿瘤治疗仍需要进一步研究，以期为临床治疗提供更多的理论和实验依据，这可能会成为未来肿瘤生物治疗领域的研究热点。