Toll样受体4与胰腺癌的关系

褚成龙， 唐朝辉， 徐露瑶， 李昌旭， 王英超

吉林大学第一医院 肝胆胰外科， 长春 130021

胰腺癌是高度恶性的消化道肿瘤之一。根据GLOBOCAN 2018估计，胰腺癌将导致每年超过432 000人死亡(占全部死亡的4.5%)，由于预后较差，死亡例数与发病例数几乎一样多，因此是癌症死亡的第七大主因[1]。胰腺癌一直是研究的热点话题，近年来Toll样受体(TLR)4在胰腺癌中的作用也不断被揭示。TLR4作为TLR中一类重要的天然免疫受体，除了在免疫中起作用，还与胰腺癌细胞的增殖、迁移、凋亡等过程密切相关。本文就TLR4在胰腺癌发生发展中的作用及其临床意义进行综述。

1 TLR4的概述

TLR是一类天然免疫受体，能引发一系列信号转导，导致炎性介质的释放，在天然免疫防御中起重要作用[2]。TLR属于Ⅰ型跨膜蛋白，是一组保守的模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)，在人体中约有10个功能性TLR(TLR1～TLR10)。TLR主要由跨膜结构域、包括富含亮氨酸的重复序列和胞质末端的Toll / IL-1受体(TIR)域3个部分组成[3]。在其所有亚型中，TLR4作为模式识别受体的高度跨膜蛋白，可以识别病原体相关的分子模式(pathogen associated molecular pattern,PAMP)。TLR4几乎存在于所有的细胞中，但主要表达于天然的免疫细胞。TLR4激活后，形成了TLR4-MD2-LPS二聚体复合物，然后募集特定的衔接子来启动相关的促炎性细胞因子和趋化因子的下游信号途径。TLR4可以激活两类主要的细胞内信号通路，一类是MyD88依赖的路径，主要负责促炎性细胞因子的表达；另一类是MyD88非依赖的路径(TRIF途径)，主要调节Ⅰ型干扰素的诱导[4-5]。越来越多的研究证明了肿瘤周围的炎症环境是导致肿瘤发生不可忽视的因素，而胰腺周围的炎症同样对胰腺癌的发生发展有调控作用，近来动物模型证明了TLR4的炎细胞表达可以调节癌症的进展[6]。

2 TLR4在胰腺癌中的表达

TLR4与多种癌症相关。已有证据[7]显示，在食管癌、肺癌、胃癌、胰腺癌等多种常见的癌症中，与正常细胞相比，绝大多数癌组织TLR4的表达有所增加。满晓华等[8]研究证明，胰腺癌组织中TLR4蛋白阳性表达率高于癌旁组织，且TLR4阳性表达率与淋巴结转移及TNM分期呈正相关，而与患者年龄、性别、肿瘤部位及分化程度等因素无关。同样， Ochi等[6]的实验中也得出了类似的结论，在人胰腺癌微环境中检测到了TLR4的大量表达。用LPS处理基因突变的小鼠后，实验组小鼠的胰腺质量是对照组的3倍，胰腺发生上皮内瘤变，B淋巴细胞、树突状细胞等显著增加了胰腺癌微环境中TLR4的表达[6]。另外，在人类胰腺癌组织中，TLR4的表达水平与缺氧诱导的转录因子(HIF)-1α呈正相关，在低氧条件下，转染HIF-1α siRNA的Panc-1细胞所表达的TLR4蛋白水平低于对照组，且TLR4和HIF-1α的表达水平对胰腺癌患者的生存预后也有重要的影响[9-10]。与正常胰腺组织相比，TLR4在胰腺癌中的过表达是一个强烈的信号，对于研究胰腺癌的机制及其临床意义有着很重要的作用。

3 TLR4调控胰腺癌的机制

TLR4不仅在胰腺癌中大量表达，还能通过与非编码RNA、肿瘤微环境等发生关系，共同调控胰腺癌的发生发展过程。

3.1 TLR4与肠道菌群 微生物的失调和细菌的易位被认为是肿瘤转化的重要因素，已有研究[11]证明了胃肠道微生物在恶性肿瘤发生发展中的作用。同样，肠道内的细菌也可以迁移到胰腺，直接影响胰腺微环境。Pushalkar等[12]发现，在动物模型中，实验组小鼠肠道菌群富集，肠道细菌的提取物检测到了大量的TLR2、TLR4及TLR5，且在巨噬细胞中发现了TLR2和TLR5的表达上调。胰腺的微生物可以通过上调PRR来抑制T淋巴细胞的免疫原性，从而促进了肿瘤的发生；而微生物的消融可以促进CD4+T淋巴细胞和CD8+的Th1分化来预防胰腺癌的发生。在胰腺癌组织中也发现了小肠细菌过度生长(SIBO)阳性率大于癌旁组织，同时癌组织中TLR4蛋白大量表达。小肠细菌过度生长是胰腺癌发病的危险因素之一，与TLR4蛋白有明显的正相关关系[13]。目前微生物促进胰腺癌发生发展的机制还不是十分明确，有待更进一步的研究来完善发病机制。

3.2 TLR4与NF-κB TLR4在胰腺癌中的过表达，通过NF-κB和有丝分裂原活化蛋白激酶(MAP)可以产生炎症，进而调节癌症的进展。通过分别使用MyD88、TLR4抑制剂的小鼠模型实验，证明了MyD88依赖通路和TRIF通路的抑制对于胰腺癌的作用是对立的，即抑制MyD88的依赖通路能明显促进肿瘤的发展，TRIF通路的抑制则具有保护作用，而且即使在TRIF抑制的状况下，MyD88的抑制作用可能更加明显，依然可以激活肿瘤周围的炎性细胞[5]。早期已有研究[14]报道基质金属蛋白酶(MMP)的过表达对于促进胰腺癌的发展有重要意义。源自肠道菌群的内源性LPS能通过TLR4/MyD88/NF-κB信号途径发生作用，而NF-κB的激活可以诱导MMP-9的过表达，进而增加胰腺癌的侵袭性[15]。另外，在两种人类胰腺癌细胞系中也表明了TLR / MyD88 /NF-κB信号通路在连接炎症与癌症的侵袭和进展中的重要作用[16]。研究中使用了siRNA等三种不同NF-κB的抑制剂，这些抑制剂降低了NF-κB的激活，减弱了TLR4和MyD88的表达，从而抑制了由LPS诱导的胰腺癌细胞侵袭能力。促炎细胞因子可以诱导胰腺癌细胞中的NF-κB活化，IFNγ可以协同LPS共同上调TLR4和MyD88的表达水平，并进一步增强NF-κB和双重氧化酶的表达程度，从而导致细胞外过氧化氢的蓄积。大量的过氧化氢导致肿瘤细胞的增殖下降，并伴有G1期的阻滞、细胞凋亡程度的降低，这些炎症因子的相互作用均在很大程度上增加了胰腺癌的风险[17]。B7-H3属于B7家族的免疫调节蛋白，B7-H3的过表达存在于各种类型的癌症中，有研究[18]证实了B7-H3能通过TLR4 /NF-κB途径促进胰腺癌细胞的侵袭和转移。而Zhao等[19]的研究进一步发现了BRD4/B7-H3/TLR4/NF-κB的调节轴，B7-H3可以作为预后的生物标志物，并促进胰腺癌中的细胞增殖、侵袭和转移。可以发现TLR4/NF-κB信号通路在炎症和多种肿瘤进展中的重要意义，但其机制还需进一步研究，尤其是TLR4上游调控因子的问题，为以后的治疗提供更多隐藏靶点的可能性。

3.3 TLR4与microRNA(miRNA) miRNA是短的非编码RNA分子，介导RNA的沉默并调节基因表达，现在已经有很多研究[20]证明miRNA的失调与人类多种癌症的发生发展相关。肿瘤来源的miRNA异常表达可以通过外泌体靶向转移到免疫细胞上，进而调控肿瘤的进展。miR-203在胰腺癌细胞和外泌体中表达，与对照组相比，外泌体处理的树突状细胞上调更明显。外泌体处理的树突状细胞中发现TLR4的表达降低，且TNFα和IL-12也会降低，而再经miR-203抑制剂转染外泌体后的结果正好相反。因此，胰腺癌衍生的外泌体可以通过miR-203来下调树突状细胞中的TLR4和下游细胞因子的表达水平，进而促进胰腺癌的进展[21]。Liu等[22]研究发现，LPS/TLR4/miR-181a信号通路在胰腺癌的侵袭和发展中起着重要作用。LPS可以促进胰腺癌中miR-181a的表达，而抑癌基因PTEN和MAP2K4作为它的两个靶标，表达水平受到了显著抑制，且PTEN和MAP2K4与miR-181a的表达呈负相关，通过抑癌基因表达的抑制进而促进了胰腺癌细胞的迁移。此外，研究[23]发现棕榈酸可以刺激肿瘤细胞介导TLR4及下游信号分子NF-κB、MMP-9等的分泌和活化，来增强胰腺癌细胞的侵袭性，而这一过程受miR-29c表达水平的调节。miRNA与癌症的研究近年来已经成为热点，miRNA作为TLR4的上下游靶点，对于胰腺癌的调控有着重要价值，同时miRNA抑制剂作为靶向药物的价值也有着指导意义。

3.4 TLR4与IL 肿瘤的发生与IL的产生有着密切的关系，M2极化的肿瘤相关巨噬细胞可以激活TLR4，导致IL-10的增加，进一步导致肿瘤的增生和迁移、增加MMP-2和MMP-9的蛋白水解活性，所以M2极化的肿瘤相关巨噬细胞可通过TLR4/IL-10信号转导途径促进胰腺癌细胞的上皮-间质转化[24-25]。此外，Das等[26]研究证明了癌症衍生的IL-1β可以促进胰腺癌的增生和免疫抑制。IL-1β对于构成胰腺癌的肿瘤微环境至关重要，肿瘤所产生的IL-1β促进了胰腺星状细胞的激活，同时调节了B淋巴细胞、T淋巴细胞所介导的免疫抑制环境。当进行IL-1β的抑制实验时，反而增强了CD8+T淋巴细胞的浸润，减缓了肿瘤的进展程度。胰腺癌经过TLR4-NLRP3炎性小体的激活产生IL-1β，从而发生肿瘤的免疫逃逸和促进肿瘤的进展。Chen等[27]实验表明来自胰腺导管腺癌的细胞碎片和IgG可以刺激M2型巨噬细胞，并通过TLR4/TRIF/NF-κB信号通路诱导IL-1β的释放，而IL-1β的增加促进了癌细胞的上皮-间质转化和侵袭。肿瘤微环境一直是促进肿瘤进展必不可少的因素，近年来大量的研究阐述了多种癌症与IL的关系，因此还有待进一步探究。

3.5 TLR4与其他 关于TLR4对胰腺癌的影响已逐渐成为热点，除了上述的研究外，还有其他实验也验证了胰腺癌的发病机制。Grimmig等[28]研究表明了在LPS的刺激下可以激活TLR4的表达，而TLR4又激活了PI3K/AKT/mTOR和MAPK的信号通路，同时能促进抗凋亡蛋白Bcl-xL的表达，进而诱导了胰腺癌中肿瘤细胞的增殖。Sun等[29]研究进一步验证了TLR4还可以通过激活PI3K/AKT信号传导途径来诱导血管内皮生长因子(VEGF)的表达，从而促进胰腺癌组织血管的生成。也有研究[30]认为TLR4能激活p38 MAPK信号通路来促进VEGF表达和胰腺癌的血管生成。此外，还发现胰腺癌中抵抗素的过表达，可以识别腺苷酸环化酶相关蛋白1和TLR4受体蛋白，进而激活STAT3信号通路，促进了胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭[31]。高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1,HMGB1)是一种细胞外损伤相关的分子模式分子，在胰腺癌中过表达。TLR2通过介导辐射相关的垂死细胞分泌HMGB1，来增强CD133+肿瘤干细胞的自我更新能力，而TLR4作为HMGB1的另一受体，与TLR2的作用相互拮抗，抑制了胰腺癌的进展，同时也为治疗胰腺癌提供了潜在的靶点[32]。

4 TLR4对于治疗胰腺癌的潜力

TLR4激动剂在癌症免疫治疗领域已经走了很长一段路。用于临床前或临床阶段研究的TLR4激动剂种类很多，但目前只有两种卡介苗和单磷酰脂质A获得了美国食品药品监督管理局用于癌症治疗的临床批准[33]。而胰腺癌的预后差，因此临床上也迫切需要更多有效的诊疗手段。针对上述所提出的机制，近年来展开了多种治疗方法的探讨。通过抑制TLR4/NF-κB相关的信号通路，可能为治疗胰腺癌提供了思路。吉西他滨(GEM)作为治疗胰腺癌的一线化疗药，但往往因为耐药性的产生导致疗效下降[34]，而雷公藤可以通过抑制TLR4 /NF-κB信号传导来增强胰腺癌细胞对GEM的敏感性[35]。同时有学者[36]发现从生姜中提取的一种酚类(6-Shogaol)可以抑制人类肿瘤生长，也可以通过抑制NF-κB来增加肿瘤对GEM的敏感性，药物与GEM的联合应用比单独用化疗药疗效更强。此外有学者[27]发现选择性COX-2抑制剂塞来昔布也可以增加GEM对胰腺癌的化疗敏感性，联合GEM可以产生更好的抗肿瘤作用。从裸圆球虫卵中分离出的一种多糖具有免疫活性，通过TLR4/MAPK /NF-κB信号通路激活自然杀伤细胞来明显抑制胰腺癌的生长，且上调了NKG2D的表达，进而增强了GEM的抗肿瘤作用[37]。多糖-K(PSK)是一种天然药物，它常被用作癌症治疗的口服佐剂，在Rosendahl等[38]研究中发现，PSK可以作为胰腺癌细胞的生长抑制剂，通过上调细胞周期抑制蛋白和促凋亡蛋白的水平，从而导致细胞周期阻滞和细胞凋亡。PSK也可以和GEM联合用药，发现有更好的抑制肿瘤生长效果。由于B7-H3在胰腺癌中作为致癌蛋白发挥作用，它可能是肿瘤治疗的理想靶点，BET抑制剂(JQ1)可以靶向降低胰腺癌中B7-H3的表达水平，抑制肿瘤的进展[18]。另有研究[23]发现miR-29c模拟物可以消除棕榈酸的刺激作用，减少MMP-9的分泌和表达，抑制癌细胞的侵袭，可能是胰腺癌治疗的潜在药物。此外，胰腺癌组织因为有独特的肠道微生物的存在，所以作肿瘤特异性的微生物鉴定对于早期诊断和风险分层有着巨大的潜力[11]。

5 总结

TLR4在胰腺癌中大量表达，对于推动肿瘤的进展有着重要的作用。TLR-4/NF-κB通路的持续激活，诱导了大量促炎细胞因子、趋化因子和miRNA的异常表达，说明肿瘤微环境对于癌症的调控作用是不可或缺的。但目前关于TLR4在胰腺癌中的具体调节机制尚未完全明确，其上下游信号分子的调节仍需进一步讨论。另外将TLR4作为靶点有可能是治疗癌症的理想策略，然而研究多来源于动物实验或体外实验，有效性并不十分明确，针对通路中潜在的靶点仍缺乏足够的临床实验来验证结论。还有待对TLR4进行深入研究，从胰腺癌的整体安全性角度来进行科学治疗。

作者贡献声明：褚成龙负责课题设计，资料分析，撰写论文；唐朝辉、徐露瑶、李昌旭参与收集数据，修改论文；王英超负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。