CXC趋化因子受体家族与恶性肿瘤相关性研究

刘彦权(综述)，陈玉婷，唐焕文(审校)

(广东医科大学研究生院第一临床医学院血液内科，广东省环境与职业医学研究所，东莞市环境医学重点实验室，广东 东莞 523808)

趋化因子是一类小分泌型蛋白(相对分子质量8 000～12 000)及其特异性受体在整个遗传树中具有高度保守的序列，根据NH2末端附近保守的半胱氨酸残基的数量和位置，趋化因子可分为4类(C、CC、CXC和CX3C)。大多数趋化因子以高亲和力与多种受体结合，诱导活化第二信使产生强烈的信号级联反应，进而导致靶细胞趋化转运以完成多种生物学功能。CXC趋化因子受体(CXC chemokine receptor，CXCR)作为G蛋白偶联受体超家族的重要成员，CXCR家族由CXCR1～7小分子蛋白所组成，CXCR与各自特异性配体(CXC chemokine ligand，CXCL)相结合进而完成“受体-配体”之间的相互作用，在诱导炎性趋化与肿瘤细胞恶性生物学行为中发挥关键作用[1-2]。本文通过系统性阐述、分析并探讨CXCR家族在各类恶性肿瘤中的作用及其机制，以期为肿瘤学领域的基础与临床研究提供新的借鉴与参考。

1 CXCR家族与消化系统肿瘤

1.1食管癌 食管癌是全球第八大常见的恶性肿瘤，亦是全球癌症死亡的第六大原因，其5年生存率仅12%[3]。Inoue 等[4]研究发现，在食管鳞癌(esophageal squamous cell cancer，ESCC)患者中，CXCL8/CXCR2通路激活与较短的总生存期(overall survival，OS)和无进展生存时间(progression-free survival，PFS)相关，且CXCL8/CXCR2表达是手术治疗ESCC的独立预后因素，体外实验过表达CXCL8能显著促进ESCC细胞增殖，而通过CXCR2特异性靶向抑制剂SB225002干预ESCC细胞，可显著抑制细胞增殖。Lukaszewicz-Zajac等[5]在另一项研究中发现，食管癌患者血清中CXCL8和CXCR2的浓度均升高，CXCL8/CXCR2轴可促进血管生成、肿瘤发展并与不良预后相关，CXCL8/CXCR1是食管癌的潜在诊断性肿瘤标志物。与此同时，Yue等[6]研究证实，CXCR4在ESCC进展中起关键作用，且 CXCR4阳性的ESCC细胞更具干细胞特性，此外该学者发现抗疟药氯喹(chloroquine，CQ)可通过转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription-3，STAT3)通路靶向CXCR4阳性ESCC细胞，具有抗肿瘤干细胞(cancer stem cells，CSCs)作用的CQ可能是当前 ESCC化疗方案的有效辅助手段。Qiao等[7]研究分析了ESCC患者化疗耐药的相关因素和分子机制，其发现CXCL6通过信号转导激活STAT3/核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)通路并上调 CXCR7的表达，在化学抗性中发挥重要作用，通过敲低CXCR7可抑制CXCL6介导的癌细胞增殖和化学抗性；此外，CXCR7和CXCL6高表达的ESCC患者在术后接受顺铂治疗后OS和PFS明显较差，表明CXCL6-CXCR7轴可能是ESCC治疗的潜在靶点。

1.2胃癌 胃癌是全球范围内最常见的消化道恶性肿瘤之一，亦是全球癌症死亡的第三大主要原因，与正常人群相比，伴肠化生的慢性萎缩性胃炎与胃癌的发生率增加有关，而学术界公认幽门螺杆菌(helicobacter pylori，HP)在胃癌发病机制中扮演着重要角色，HP引起的慢性炎症在胃癌的发生和发展中起着重要作用[8-9]。Li等[10]研究发现，LPS-TLR4-MD-2通路的激活可上调胃癌细胞中CXCR7的表达，而TLR4/MD-2介导CXCR7水平的增加可调节肿瘤细胞的增殖和迁移，在胃癌组织中CXCR7表达高于癌旁正常组织，且CXCR7的表达水平与胃癌的TNM分期和淋巴结转移密切相关，表明CXCR7通过炎症机制在胃癌的进展中发挥着重要作用，CXCR7可能成为胃癌靶向药物的开发和临床应用新基石。Xin等[11]研究证实，CXCR7在胃癌组织中高表达，CXCR7/CXCL12轴参与胃癌的淋巴结转移和肝转移，CXCR7可能是治疗胃癌的潜在治疗靶标。此外，Gong等[12]研究发现，SDF-1/CXCR4通过激活NF-κB信号通路并上调SERPINB3表达以促进胃癌细胞的迁移和侵袭，可能是胃癌治疗的潜在靶点。然而，Yu等[13]通过生物信息学技术研究表明，与正常人相比，CXCR3、CXCR4和CXCR5在胃癌中的表达显著上调，CXCR2～6 mRNA高表达与胃癌患者良好的OS密切相关，而CXCR7的高表达与较差的OS显著相关，此外，CXCR5、CXCR7 与Ⅰ期胃癌的显著关联，是早期胃癌潜在的预测因子。

1.3肝癌 肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是全球范围最常见的癌症之一，其具有高发病率、高病死率、预后差等特点。Bi等[14]研究发现，与肝硬化患者或正常人群相比，肝癌患者外周血单个核细胞中CXCL8、CXCR1和CXCR2 mRNA水平上调，且较高水平的CXCR1、CXCR2和CXCL8与晚期肿瘤分期和淋巴结转移或远处转移的高风险密切相关，靶向CXCR1/2可能是治疗肝癌的潜在策略。Wu等[15]利用shRNA下调CXCR7的表达，其可显著抑制HCC肿瘤内皮细胞(tumor endothelial cells，TECs)的迁移和侵袭，且沉默CXCR7可导致Tyr705及其下游靶基因，如基质金属蛋白酶2和血管内皮生长因子的磷酸化信号转导活化，并使STAT3信号通路受到抑制，为此，CXCR7可能通过抑制STAT3信号通路进而调控HCC的TECs迁移和侵袭，CXCR7 可能是HCC抗血管治疗的潜在靶点。国内学者研究报道，SDF-1/CXCR4轴在原发性肝癌中表达显著上调，进而诱导趋化内皮细胞，促进新生血管的形成，其很有可能是原发性肝癌侵袭、转移的重要调控机制之一[16]。此外，LncRNA HULC通过抑制miR-372表达，上调CXCR4的表达水平，进而促进肝癌细胞的增殖、侵袭以及使其凋亡受抑，并促进上皮-间质转化进程[17]。

1.4胰腺癌 众所周知，由于胰腺癌隐匿性与恶性度高、缺乏有效的治疗方法，一直是世界范围内常见且高致命性的消化系统恶性肿瘤之一，其在2017年被列为美国癌症相关死亡的第四大主要原因，其5年生存率仅6%[18]，胰腺癌的常见组织学类型是胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)，约占95%以上[19]。由于PDAC早期临床症状不明显和缺乏有效的生物标志物，大多数患者在诊断时即为晚期，仅10%的患者能手术治疗[20]。Zhang等[21]研究表明，CXCR4/CXCL12与胰腺癌的肿瘤浸润和转移有关，其研究发现胰腺癌组织中的CXCR4/CXCL12表达水平显著高于癌旁组织，且CXCR4/CXCL12的表达与肿瘤分级和淋巴转移密切相关。Wu等[22]利用生信技术分析和探讨CXCR家族在PDAC中的表达水平和生物学功能，结果显示，在PDAC肿瘤组织中，CXCR表达水平升高，早期PDAC中CXCR2表达水平最高，而CXCR4和CXCR6表达水平与更有利的预后有关，表明CXCR与PDAC患者的预后相关，可能将是胰腺癌诊疗的关键潜在靶标。

1.5结直肠癌 结直肠癌位居全球癌症发病率的第三位，是癌症死亡的最常见肿瘤类型，近年来发病率逐年升高，并呈年轻化趋势。Paczek等[23]研究发现，与对照组相比，结直肠癌患者血清CXCR2水平较低，而癌胚抗原(carcinoembryonic antigen，CEA)和 C反应蛋白水平明显较高，且CXCR2的诊断敏感度高于CEA，认为血清CXCR2水平在结直肠癌患者诊断、治疗及预后评估中有重要意义。Song等[24]研究证实，CXCR7、CXCR4可在体内形成异源二聚体，并通过组蛋白去甲基化促进结直肠肿瘤发生，与癌旁组织相比，人结直肠癌组织中CXCR4、CXCR7高表达，CXCR/CXCR4异源二聚化与组蛋白去甲基化酶 JMJD2A 增加有关，而靶向抑制CXCR7/CXCR4异二聚体诱导的组蛋白去甲基化是预防和治疗结直肠癌的有效策略。Li等[25]研究发现，CXCR7在四种结肠癌细胞系中差异表达，通过功能学实验证实，过表达CXCR7可增强细胞增殖、迁移等恶性生物学特性，而敲低CXCR7能显著抑制上述恶性生物学行为，此外，CXCR7的表达通过激活蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)、胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)信号通路促进结肠癌的生长和血管生成，表明CXCR7是结肠癌潜在治疗靶点。Cabrero-de Las Heras等[26]通过生信技术分析CXCL和CXCR家族在结直肠癌的表达及预后的关联，发现炎性反应和抗肿瘤免疫是结直肠癌进展的关键因素，尤其是CXCR1/CXCR2轴、CXCR4/CXCR7轴以及CXCR3都在结直肠癌组织中异常表达，与激活相关信号通路、产生化学抗性且与结直肠癌患者不良预后密切相关，靶向上述CXCR调控轴将成为结直肠癌诊疗及预后评估的重要分子标记物。

2 CXCR家族与呼吸及内分泌系统肿瘤

2.1肺癌 肺癌目前仍位居全球癌症发病率和死亡的首位，而非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)是肺癌最常见的类型，大多数NSCLC患者被诊断时己为晚期，即使早期诊断并接受手术治疗，通常亦伴随全身转移和扩散，病死率仍居高不下。Katsura等[27]研究认为，CXCR4/CXCR7/CXCL12轴通过调节位点特异性远距离转移(如转移到区域淋巴结)，在NSCLC病情进展及肿瘤细胞迁移中发挥关键作用，该研究发现NSCLC的原发灶和转移性淋巴结(metastatic lymph node，MLN)标本中均存在CXCR4、CXCR7及CXCL12的表达，且CXCR4高表达和MLN中CXCL12的高表达与总体生存率低有关，MLN中CXCL12的表达为独立危险因素，CXCR4/CXCL12可能在肺癌淋巴结转移及进展中起作用，并且与淋巴结阳性NSCLC患者的不良预后有关。Hu等[28]研究证实，CXCL16和CXCR6在肺癌组织中共表达，利用CXCL16拮抗剂或靶向抑制CXCR6的表达能显著抑制肺癌细胞的增殖和侵袭，提示CXCL16-CXCR6轴很可能参与肺癌细胞的增殖与侵袭的调节。Wald[29]通过系统性综述介绍了CXCL12/CXCR4轴在肺癌的致病机制中所发挥的重要作用，通过靶向 CXCL12/CXCR4的抑制剂类药物将对于肺癌新型治疗方案提供选择。值得关注的是，尽管表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)突变选择性酪氨酸激酶抑制剂在临床有效，但由于重新激活ERK通路将诱发NSCLC发生耐药，为此，Becker等[30]利用具有间充质表型的获得性EGFR TKI抗性的体外模型，即通过β-抑制蛋白激活MAPK-ERK通路的CXCR7，其研究发现CXCR7的过表达对于 ERK1/2的重新激活继而产生EGFR TKI抗性至关重要，且许多携带EGFR激酶结构域突变的NSCLC患者在接受EGFR抑制剂治疗后发生疾病进展，表现出CXCR7的高表达，通过抑制CXCR7可有效延迟甚至防止EGFR突变的NSCLC中出现获得性EGFR TKI耐药。此外，Liu等[31]研究表明，CXCR7在正常组织中几乎不表达，但在临床肺癌样本中显著上调，而CXCR4在正常组织和肿瘤组织中均高表达。CXCR7可促进肺腺癌A549细胞的增殖、转移，表明CXCR7可能是一种恶性肿瘤标志物，为抗癌治疗提供了新型靶点。

2.2甲状腺癌 甲状腺癌是内分泌系统最常见的恶性肿瘤，而甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma，PTC)则是甲状腺癌中最常见的类型。Cui等[32]研究发现，CXCL5和CXCR2在PTC中高表达，利用重组人CXCL5可促进PTC细胞的增殖，而使用CXCR2拮抗剂SB225002将减弱PTC细胞的恶性生物学行为，表明CXCL5-CXCR2轴在PTC发挥了重要作用。Urra等[33]研究认为，甲状腺炎患者PTC的发生率增加，并且PTC中频繁出现免疫浸润，提示炎症可能是PTC发生的危险因素，而CXCR3配体系统参与甲状腺炎性反应，其中CXCR3配体(CXCL4、CXCL9、CXCL10和CXCL11)触发拮抗反应，部分原因是存在两个剪接变体CXCR3A和CXCR3B，通常CXCR3A促进细胞增殖，而CXCR3B诱导细胞凋亡，在非转移性PTC中CXCR3A和CXCL10 mRNA水平上调，CXCR3A高表达对于促进PTC细胞的增殖、转移及浸润起到重要作用，通过激活CXCR3A-CXCL10信号转导可上调CXCL10表达，促进PTC肿瘤的发展。甲状腺髓样癌(medullary thyroid carcinoma，MTC)是一种临床较罕见且难治易复发的内分泌恶性肿瘤，Werner等[34]研究发现，CXCR4在MTC中高表达，且CXCR4高表达与MTC肿瘤大小和转移性密切相关，通过拮抗CXCR4显著降低MTC细胞的侵袭性，表明CXCR4/CXCR7/CXCL12轴在MTC中发挥着重要的作用，其可作为晚期MTC患者的潜在治疗靶点，并为转移性MTC的潜在分子机制提供新的见解。同样，Werner等[35]通过研究甲状腺滤泡癌(follicular thyroid cancer，FTC)中CXCR4、CXCR7的表达和功能机制，其发现CXCR4/7表达与FTC肿瘤大小、晚期国际抗癌联盟分期及较短的OS和PFS密切相关，且CXCR4高表达的患者易发生远处转移，体外利用CXCR4拮抗剂可显著降低FTC细胞的侵袭性，表明CXCR4/CXCR7/CXCL12轴在晚期FTC中具备良好的靶向治疗前景，并为转移性FTC的发生、发展提供了新的认识。

3 CXCR家族与泌尿生殖系统恶性肿瘤

3.1肾癌 肾细胞癌(renal cell carcinoma，RCC)起源于肾实质细胞，是肾癌最常见类型，亦是泌尿系常见且高病死率的恶性肿瘤。Kremer等[36]研究发现，与RCC患者血浆相比，RCC肿瘤中高表达CXCR2配体，且CXCL5水平与CXCR2阳性自然杀伤细胞(natural killer cell，NK)细胞的肿瘤内浸润相关。与外周血NK细胞相比，浸润性RCC患者肿瘤的NK细胞表达CXCR2更低，健康供者NK细胞在体外培养和扩增后迅速丧失其CXCR2表达，表明CXCR2转导的NK细胞提升了其自身黏附特性，并与靶细胞形成了更多的结合物，利用过继性NK细胞以表达CXCR2从而增强其迁移归巢到肿瘤部位介导杀伤RCC肿瘤细胞，可能是极具希望和潜力治疗RCC的抗肿瘤策略。Wu等[37]通过研究肿瘤微环境中CXCR家族在肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)预后中的作用，发现ccRCC患者CXCR4、CXCR6、CXCR7 mRNA表达显著升高，所有CXCR均与ccRCC的肿瘤分期密切相关，且ccRCC患者中较高的CXCR3～6表达水平与较差的总体生存率相关，但CXCR2高表达却与较好的OS相关，表明CXCR4和CXCR6可能是ccRCC患者的预后重要生物标志物。

3.2卵巢癌 卵巢癌是女性常见且治疗难度大的恶性肿瘤，缺乏可靠的诊断分子标记物，多数患者在诊断时即为晚期或是已转移扩散，是严重威胁女性生命健康的恶性肿瘤。Taki等[38]研究表明，卵巢癌患者血清中CXCL1/2高水平，与Snail基因表达、MDSC浸润以及OS短有关，Snail基因通过上调CXCR2配体和募集MDSC来诱导卵巢癌疾病进展，阻断CXCR2表达是卵巢癌患者可行的免疫治疗方法。Benhadjeba等[39]研究证实，CXCR7被鉴定为雌激素反应性基因，通过在卵巢癌细胞中直接募集ERα和转录活性组蛋白修饰，雌激素表达可显著增强，编码CXCR7趋化因子配体I-TAC/CXCL11亦被雌激素上调，导致Ser-118的磷酸化活化，并在CXCR7启动子位点募集雌激素受体α(estrogen receptor α，ERα)进行正反馈调节，且CXCR7/CXCL11轴在介导间质标记的雌激素上调以诱导卵巢癌细胞侵袭中起关键作用。此外，Zhang等[40]通过生信技术比较卵巢肿瘤组织与正常组织以及不同病理类型卵巢肿瘤组织中CXCR家族mRNA的表达、与卵巢癌临床病理分期以及预后的关系，发现CXCR3、CXCR4、CXCR7 mRNA在卵巢癌组织中的表达高于正常卵巢组织，且以CXCR4的表达最高，但只有CXCR5表达水平与肿瘤分期相关，此外，CXCR7 mRNA高表达、CXCR5、CXCR6低表达与OS缩短有关，CXCR4、CXCR7高表达、CXCR5、CXCR6低表达与PFS缩短有关，CXCR2、CXCR4高表达、CXCR5、CXCR6低表达与进展后生存期缩短密切相关，通过蛋白质互作网络分析表明，GNB1、PTK2、MAPK1、PIK3CA、GNB4、GNA11、KNG1和ARNT蛋白与CXCR家族密切相关，值得关注的是，CXCR3、CXCR4、CXCR7是卵巢癌潜在的治疗靶点，而CXCR2、CXCR4、CXCR5、CXCR6、CXCR7是卵巢癌预后的新型标志物。

3.3前列腺癌 前列腺癌作为近年来男性的高发肿瘤之一，其发病常为局部且可通过手术切除治愈，但部分前列腺癌可转移至淋巴结或骨骼，预后欠佳。Naoya等[41]研究发现，CXCL10/CXCR3的共表达与前列腺癌术后复发有关。Hoy等[42]利用CRISPR-Cas9技术研究表明，前列腺癌细胞依赖CXCR7进行增殖，存活和克隆形成潜能，CXCR7是与雄激素剥夺疗法结合使用的辅助疗法的潜在靶标，可预防非雄激素依赖性肿瘤细胞存活。Sbrissa等[43]研究证实，CXCL12及其受体CXCR4是前列腺癌骨转移的关键介质，在前列腺癌细胞中，雄激素激活CXCR4表达并介导完成相应信号传导，从而诱导蛋白酶表达和癌细胞浸润，通过敲低CXCR4的表达可有效较少前列腺癌细胞的增殖、侵袭，CXCR4可能是前列腺癌患者潜在的治疗靶点。去势抵抗性前列腺癌是前列腺癌患者接受去势治疗后病情迅速进展的晚期阶段。Guan等[44]研究证实，肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage，TAM)可被多西紫杉醇干预的前列腺癌细胞分泌的集落刺激因子1募集，并促进癌细胞对化疗耐药、存活，而多西他赛和雄激素剥夺疗法联合治疗后，前列腺癌细胞可以招募并诱导TAM极化释放CXCL12，进而通过CXCR4促进癌细胞存活并介导耐药性的产生。

3.4乳腺癌 乳腺癌作为女性最常见的恶性肿瘤，是仅次于肺癌的全球第二大与癌症相关死亡原因，其发病率和病死率居高不下，乳腺癌的靶向治疗与生物标记物等相关研究一直受到学术界的广泛关注。近年来相关研究证实，乳腺癌中CXCR2表达显著上调，通过对CXCR2的生物学功能及其调控机制的深入研究可能有助于改善乳腺癌的预后，靶向CXCR2可能成为乳腺癌临床治疗策略的潜在有效方法[45-46]。CXCR4作为恶性肿瘤中最常见的过表达CXC趋化因子受体，其与配体CXCL12共同作为乳腺癌肿瘤发生的主要调节因子，CXCL12/CXCR4轴可诱导单核细胞转化为支持肿瘤的TAM，并通过Tregs募集诱发免疫抑制，进而促进肿瘤生长。Zieliska等[47]研究发现，CXCL12/CXCR4信号轴在诱导乳腺癌细胞增殖、分化并参与所有类型的乳腺癌转移中发挥至关重要的作用，是乳腺癌重要的治疗靶点。与此同时，Guo等[48]通过研究CXCR家族的表达及其对乳腺癌发生、发展的影响，其研究发现较其他CXCR相比，乳腺癌组织中CXCR4和CXCR3在转录本层面过表达，高表达CXCR3/4与乳腺癌的复发、总生存率低、化疗耐药等密切相关，CXCR3/4将是乳腺癌有潜在价值的预后分子标志物和治疗靶标。

4 总结与展望

肿瘤的发生、发展过程中伴随着许多复杂的分子事件，而在肿瘤微环境中，多种趋化因子或细胞因子参与的炎症反应与免疫调控，在促进肿瘤发生与进展、化疗耐药以及逃逸机体免疫监视中扮演了重要角色。CXCR家族在众多恶性肿瘤中异常表达，其通过各式复杂的分子生物学调控机制在肿瘤恶性生物学行为发挥了不可或缺的作用，通过靶向CXCRs或CXCL/CXCR生物轴，都将使肿瘤细胞的恶性生物学功能受抑，起到良好的抗肿瘤效应，CXCR家族很有可能成为在肿瘤诊断、抗肿瘤治疗、预后评估等多方面临床决策或基础研究领域中颇具潜力的重要分子标记物。相信CXCR家族在肿瘤中的作用及其机制值得深入研究，其定会为肿瘤学领域开拓新的前景。