白血病抑制因子在肿瘤中的研究进展

李声钊，赖泽迎，王清水

福建师范大学生命科学学院（福州 350117）

白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor,LIF）又称DA 细胞人白介素（human interleukin for DA cells, HILDA)、胆碱能分化因子，是白介素-6（interleukin-6, IL-6）超家族的多效性细胞因子[1-2]。LIF 在胚胎发育、神经系统发育、免疫反应、炎症反应等生理和病理过程中都发挥着重要作用，且在体内几乎所有组织类型中都有表达[3-5]。而在各种癌症中，LIF 的表达与癌症特性有关，如LIF 在直肠癌中表达上升，作为肿瘤蛋白53（tumor protein 53, p53）的重要负调节因子增加了肿瘤的化学抗性[6]；LIF 在胃癌中表达下调，与临床分期、淋巴结转移和较差的总生存期显著相关[7]。近年来，越来越多的研究发现LIF在肿瘤发生中发挥着重要作用。目前LIF 在肿瘤中的作用机制尚不清楚，并且可能因组织类型而异。本文总结了LIF 在癌症中的表达、功能和作用机制，探讨通过调节LIF 水平及其功能，挖掘其在癌症治疗中的潜在价值。

1 LIF简介

1.1 LIF及其受体

LIF 与IL-6、白介素-11（interleukin-11,IL-11）、睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor, CNTF）、抑瘤素M（oncostatin M, OSM）、心肌营养素-1（cardiotrophin 1, CT-1）、类心肌营养素样细胞因子（cardiotrophin-like cytokine,CLC）和白介素-27（interleukin-27, IL-27）等细胞因子组成IL-6 家族[8]。与该家族其他成员一样，LIF 以上上下下的构象形式存在于一个紧密的四螺旋束中，通过与细胞因子受体糖蛋白130（gp130）结合发挥作用。LIF 与其受体的信号传导复合物是由三聚体组成，包括LIF 与一分子gp130 结合及另一个LIF 受体（leukemia inhibitory factor receptor, LIFR）[9]。LIF 首先与LIFR 结合，后与gp130 形成高亲和力功能复合物，然后与下游通路形成信号传导。

1.2 LIF的生物学功能

LIF 是一种由多种不同细胞类型在体外分泌的糖蛋白，在成纤维细胞、淋巴细胞、单核细胞和星形胶质细胞中由各种诱导剂（如血清、白细胞介素-IP 和表皮生长因子诱导剂）诱导。由于广泛且可变的糖基化，LIF 的分子量范围为38～67 kDa，而非糖基化的分子量为20 kDa[1,10]。LIF在体外的生物学功能似乎与糖基化程度无关，但糖基化是否会影响LIF 在体内的稳定性和功能还有待研究[11]。

LIF是一种具有多样生物活性的多功能分子，是胚胎干细胞自我更新和维持干细胞状态所必需的因子之一。此外，LIF 可以影响干细胞向特定细胞系分化[12-13]。在成骨细胞的形成中，LIF 是人类破骨细胞衍生的耦合因子，在骨和关节微环境中局部产生，通过刺激成骨细胞分化和骨形成，对正常的骨重塑和生长起着至关重要的作用[13-14]。LIF在神经元发育的各个方面起着重要作用，包括表型确定、存活和调节神经元发育期间的成熟[15]。LIF 也影响着机体的免疫系统，在LIF 存在下分化的未成熟树突状细胞被证明在MHCII、CD40或CD86 分子的表达和抗原摄取功能方面显著增强[16]。LIF 在肿瘤的发生中扮演着十分重要的角色，已经成为一些肿瘤治疗的新靶点。

2 LIF在癌细胞中的表达与功能

2.1 LIF影响癌细胞侵袭

LIF 促进了癌细胞的侵袭。LIF 的表达水平和分泌水平在乳腺癌相关脂肪细胞中显著上调，并以旁分泌方式作用于邻近的乳腺癌细胞。脂肪细胞与乳腺癌细胞之间的相互作用依赖于LIF 和趋化因子（C-X-C motif chemokine ligands, CXCLs）间的正反馈循环，这促进了乳腺癌的侵袭和转移[17]。对人口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma,OSCC）细胞系和正常人真皮成纤维细胞（normal human dermal fibroblasts, NHDF）进行体外研究，发现OSCC 衍生的条件培养基刺激成纤维细胞产生LIF，而LIF 又参与癌细胞侵袭[18]。与正常组织相比，肿瘤组织中LIF 的mRNA 和蛋白表达水平显著升高。临床上，LIF 的过表达与侵袭性肿瘤特征呈正相关。对接受不同水平LIF 刺激的A549 细胞进行功能实验，发现LIF 处理增强了细胞侵袭[19]。在研究脊索瘤细胞的侵袭性特征时发现，LIF 的表达水平与脊索瘤患者样本的肿瘤大小和总生存期相关，采用重组LIF 处理显示LIF促进了癌细胞的侵袭性[20]。而在透明细胞肾细胞癌（clear cell renal cell carcinoma, ccRCC）患者中发现LIF 的mRNA 和蛋白表达水平显著升高，LIF 敲低则可以抑制ccRCC 细胞的侵袭[21]。在人胆管癌（cholangiocarcinoma, CCA）中敲低LIF同样发现可抑制癌细胞侵袭，且CCA 样品中的mRNA 和LIF 蛋白水平显著增加[22]。

2.2 LIF影响癌细胞增殖

与正常组织相比，非小细胞肿瘤组织中LIF的mRNA 和蛋白表达水平上调，并促进了癌细胞增殖[19]。在体外用重组LIF 对乳腺癌细胞处理实验表明，LIF 促进了乳腺癌细胞的增殖和锚定性生长，异位表达LIF 加强了细胞增殖能力，对LIF 进行敲弱抑制了细胞的生长[23]。而宫颈癌细胞SiHa 和CaSki 的体外实验表明LIF 抑制了癌细胞的增殖[24]。LBX2 反义RNA 1（LBX2-AS1）被鉴定为一种致癌长链非编码RNA（long noncoding RNA, lncRNA），能使miR-491-5p 海绵进一步上调细胞内的LIF 表达水平，随后激活的白血病抑制因子/信号转导子和转录激活因子3（leukemia inhibitory factor/signal transducers and activators of transcription 3, LIF/STAT3）信号传导促进胶质瘤的增殖和上皮间质的转化[25]。

2.3 LIF影响癌细胞迁移

非小细胞肺肿瘤组织中LIF 的mRNA 和蛋白表达水平显著升高，用重组LIF 处理促进了非小细胞肺癌的迁移[19]。经过LIF 处理的脊索瘤细胞也表现出了迁移效果，结果表明LIF 促进了癌细胞的迁移[20]。构建LIF-shRNA 转染786-o 和ACHN 肾癌细胞后，同样证实了LIF 具有促进肾癌细胞迁移的能力[21]。黑色素瘤细胞中的LIF 被转化生长因子β（transforming growth factor-beta,TGF-β）强烈上调，LIF 表达变化是TGF-β 介导的细胞迁移抑制所必需的，通过上调细胞内的LIF 可抑制细胞生长、防止细胞迁移和侵袭[2]。而在乳腺癌中发现LIF 激活了蛋白激酶B-雷帕霉素机械靶蛋白（protein kinase B-mechanistic target of rapamycin, AKT-mTOR）信号通路，从而促进了乳腺癌的发生和转移[23]。在研究口腔癌细胞和成纤维细胞的相互作用时发现，OSCC 可刺激成纤维细胞产生LIF，用抗LIF 中和抗体逆转了与成纤维细胞共培养的OSCC 细胞的迁移[18]。

2.4 LIF影响癌干细胞干性

使用LIF 处理软琼脂中的脊索瘤细胞，与在没有LIF 的培养基中生长的细胞相比，LIF给药的细胞形成肿瘤球的数量显著增加[20]。巢癌相关间充质干细胞（ovarian cancer-associated mesenchymal stem cells, CA-MSC）不仅表达高水平的IL-6，还表达LIF，实验表明CA-MSC 通过旁分泌IL-6 和LIF 激活卵巢癌细胞的信号转导子和转录激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3, STAT3）信号通路，增加肿瘤细胞的干细胞性[26]。从胃癌患者中分离出的少数癌细胞能够在表皮细胞生长因子（epidermal growth factor, EGF）、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibrobast growth factor, BFGF）、LIF 和肝素无血清培养基中形成球体细胞，并在免疫缺陷裸鼠皮下注射后形成异种移植瘤，说明LIF 可能参与胃癌细胞的球体细胞生成[27]。人胰腺癌细胞系在含有LIF 的癌干细胞（cancer stem cell, CSC）诱导培养基中培养后，也获得了球形细胞，表现出较高的致瘤潜力[28]。在共培养的条件下，癌相关成纤维细胞（cancer associated fibroblast, CAF）是LIF 的生产者，使用CAF 条件培养基和人类LIF 蛋白的处理显著促进了干细胞的形成，此外，结果表明，在存在CAF 分泌的LIF 的情况下，激活乳腺癌细胞中的LIFR 信号可以增加乳腺癌干细胞标记物CD24-/CD44+[29]。

2.5 LIF影响癌细胞化学抗性

使用LIF 处理加有紫杉醇和硼替佐米的脊索瘤细胞，发现LIF 增加了脊索瘤细胞对紫杉醇和硼替佐米的化学抗性[20]。使用LIF 处理胃癌（gastric cancer, GC）细胞系和患者来源的异种移植（patient-derivedxenografts, PDX）细胞，结果表明LIF 在GC 细胞系和PDX 细胞中降低了致瘤性和化疗抵抗[30]。髓母细胞瘤（medulloblastoma,MB）是最常见的小儿恶性脑肿瘤，在体外用IL-6 家族细胞因子（IL-6、OSM、LIF 或IL-11）处理的MB 细胞会增强的JAK 激酶/信号转导子和转录激活子3（janus kinase/signal transducers and activators of transcription 3, JAK-STAT3） 活性和细胞耐药性[31]。LIF 是人类结直肠癌细胞中p53 的重要负调节因子，LIF 的过表达主要以p53依赖性的方式增加培养的结直肠癌细胞和结直肠PDX 肿瘤的化学耐药性[6]。

2.6 LIF影响癌细胞免疫逃逸

癌症对免疫治疗的反应取决于CD8+T 细胞的浸润和肿瘤相关巨噬细胞的存在，而LIF 在调节CD8+T 细胞肿瘤浸润中起着关键作用。LIF 的阻断可以降低CD206、CD163 和趋化因子配体2（chemokine ligand 2, CCL2）的水平，并诱导肿瘤相关巨噬细胞中趋化因子CXC 配体9（chemokine CXC ligand 9, CXCL9）的表达，解除CXCL9 的表观遗传沉默，触发CD8+T 细胞肿瘤浸润。LIF 中和抗体抑制联合PD1 免疫检查点可促进肿瘤消退、免疫记忆和总生存率的提高[32]。另外，LIF通过介导LIFR-STAT3 信号通路直接激活巨噬细胞成为M2 型。药物顺铂诱导的缺氧诱导因子1（hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α）信号激活可直接驱动LIF 的转录，从而促进胃肿瘤对化疗药物的耐药性。阻断LIF 有效提高了肿瘤细胞的化疗敏感性，并进一步抑制了化疗下肿瘤的生长速率[33]。最近发现了一种新机制，即肝激酶B1（liver kinase B1, LkB1）突变肿瘤中的自分泌LIF信号通过在免疫微环境中重塑髓样细胞来促进肿瘤发生，通过基因靶向或中和抗体抑制LkB1 突变肿瘤中的LIF 信号传导，导致Arg1 间质巨噬细胞和SiglecF +Hi 嗜中性粒细胞的显著减少、抗原特异性T 细胞的扩增和肿瘤进展的抑制[34]。

3 LIF参与调控的信号通路

3.1 LIF-LIFR信号通路

LIF 与LIFR 和gp130 组成的膜受体复合物介导其信号传导。LIF 首先与LIFR 结合，而后与gp130 形成高亲和力功能复合物。LIFR 不具有内在酪氨酸激酶活性，但LIFR 和gp130 与Janus 激酶- 酪氨酸激酶（janus kinase-tyrosine kinases, JAK-Tyk）家族的细胞质酪氨酸激酶组成性相关，这有利于下游信号传导。LIF 是与LIFR结合的众多细胞因子中的一种，其对gp130 和LIFR 均具有高亲和力，一旦与任一亚基结合，LIF 就会诱导受体异二聚化，从而导致Janus 激酶1（janus kinase 1, JAK1）的激活。一旦JAK1被激活，就会磷酸化LIFR 和gp130 上的酪氨酸残基，从而为各种信号级联组件提供对接位点，包括STAT3 及含Src 同源2 结构域蛋白酪氨酸磷酸酶（src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase, SHP2）。由于SHP2 激活是细胞外调节蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinases1/2, ERK1/2）下游磷酸化所必需的，因此JAK 对SHP2 的激活通常被认为是丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases,MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）通路被激活的机制[35]。LIF/LIFR轴在各种细胞类型中表现出不同的作用，包括刺激或抑制细胞增殖、分化和存活。

LIF 及其受体LIFR 在许多实体癌中常过度表达，最新研究表明LIF/LIFR 轴有望成为癌症的临床治疗靶点[36]。LIF/LIFR 激活致癌信号通路，包括作为即时效应物的JAK/STAT3 和下游的MAPK、AKT、mTOR。LIF/LIFR 信号传导在肿瘤生长、进展、转移、干性和治疗耐药性中起着关键作用。

3.2 LIF/LIFR-JAK-STAT3信号通路

在对食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinoma, ESCC）细胞研究时发现，LIF 通过激活STAT3 信号通路抑制ESCC 细胞增殖，而JAK/STAT3 信号通路以LIF 依赖性方式受到抑制，导致STAT3 下游靶基因的表达[37]。LIF 还增加了肺癌细胞A549 细胞中的STAT3 磷酸化，STAT3抑制剂Stattic 减少了LIF 刺激后的A3 细胞迁移和侵袭[19]。LIF 在黑色素瘤细胞中被TGF-β 强烈上调，TGF-β 介导的LIF 表达以STAT3 依赖性方式导致细胞周期抑制剂p21 的转录激活[2]。使用类器官和小鼠模型将TGF-β 和IL-1 鉴定为促进CAF 异质性的肿瘤分泌配体，结果表明IL-1 诱导LIF 表达和激活下游JAK/STAT 以产生炎性，并证明TGF-β 通过下调受体蛋白IL-1R1 表达和促进分化为肌成纤维细胞来拮抗这一过程[38]。甲状腺髓样癌（medullary thyroid carcinoma, MTC）是一种内分泌系统肿瘤，激活的Ras 或Raf 在人类MTC 细胞系TT 和MZ-CRC-1 中的表达可以通过LIF 介导的自分泌/旁分泌环诱导生长停滞和跨膜受体酪氨酸激酶（rearranged during transfection,RET）下调。研究发现，重组人LIF 抑制了小鼠中人MTC 异种移植物，同时激活了JAK/STAT 通路并下调了小鼠肿瘤中的 RET 和转录因子E2F1（E2F transcription factor 1）的表达[39]。癌症相关脂肪细胞（cancer-associated adipocytes, CAAs）是由癌细胞转化的脂肪细胞，对促进乳腺癌的进展具有重要意义。LIF 是CAAs 分泌的一种促炎细胞因子，通过STAT3 信号通路促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭，研究表明癌旁脂肪组织中LIF 的上调与乳腺癌中STAT3 的激活呈正相关[17]。

3.3 LIF/LIFR-PI3K-AKT信号通路

LIF 对骨髓来源的间充质干细胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BMSCs）的功能和活力以及骨缺损修复起着重要作用。LIF 通过增强磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B, PI3KAKT）信号通路促进了BMSCs 的自我更新和分化及减弱的氧化应激。LIF 过表达可促进成骨，并通过PI3K-AKT 信号传导缓解氧化应激和细胞凋亡[40]。在研究LIF 在诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）培养中的作用时发现，LIF 增加了iPSCs 中AKT 和转录因子基因Tbx-3的表达水平，采用PI3K 抑制剂LY3 进行预处理，显著抑制了iPSCs 中LIF 诱导的P-AKT 和Tbx-3上调，表明PI3K-AKT 信号通路参与了该调节，LIF 通过PI3K-AKT 信号通路激活Tbx-3，从而调节iPSCs 的增殖[41]。在研究LIF 在胆管癌中的作用时发现，在LIF 刺激下，细胞凋亡减少，这与抗凋亡蛋白Mcl-1 和pAKT 上调有关，并通过PI3K 抑制消除。使用LIFR 沉默和Mcl-1 阻断恢复了药物诱导的细胞凋亡，表明LIF 通过PI3K/AKT 信号通路激活Mcl-1，从而保护胆管癌细胞免受药物诱导的凋亡[42]。Solamargine（SM）是一种传统的中草药衍生化合物，已被证实具有多种抗肿瘤特性，LIF 在肝细胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）组织中异常升高，并在HCC 细胞中被SM 下调，随后LIF 的过表达可以通过AKT 通路恢复SM 的抗肿瘤作用[43]。

4 治疗方法

LIF、LIFR 及其下游信号传导已在癌症中被广泛研究。LIF/LIFR 作为信号通路的上游蛋白分子，目前针对其开发了不同疗法。近年来胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）相关研究逐渐深入，PDAC 预后不佳主要是由于诊断效率低下和顽强的耐药性。腺癌的神经重塑会加快迁移，LIF 是作用于癌细胞基质细胞的关键旁分泌因子，支持PDAC 相关的神经重塑。LIF 阻断或遗传性LIFR 缺失可减缓肿瘤进展，并增强化疗疗效以延长PDAC 的生存期，同时LIF阻断抗体可降低肿瘤内神经密度[44-45]。另一项研究发现，通过中和抗体阻断LIF 是改善KRAS 驱动型胰腺癌治疗效果的一种有效方法[46]。胆汁酸是调节膜和核受体表达/活性的类固醇，包括法尼醇-X 受体（farnesol-x receptor, FXR）和G 蛋白胆汁酸激活受体1（G protein bile acids activate receptor 1, GPBAR1）。BAR502 是一种非胆汁酸甾体双FXR 和GPBAR1 配体，作为一种潜在的人LIFR 拮抗剂，可阻止LIFR 激活和信号传导，减少PDAC 细胞增殖并减缓细胞周期进程[47]。米非司酮是临床用于药物流产的一种黄体酮/糖皮质激素拮抗剂，也是有效的LIFR 拮抗剂，采用一定浓度的米非司酮处理PDAC 细胞可逆转LIF 诱导的细胞增殖、迁移和上皮间充质转化，表明米非司酮可以抑制LIFR 信号传导并逆转由LIF 诱导的STAT3 磷酸化[48]。

考虑到LIF/LIFR 信号通路的重要性，目前开发了一种阻断LIF 信号传导的人源化抗LIF 抗体（MSC-1），其效用正在I 期临床试验中进行测试[49]。最近一项研究检测了免疫对LIF 和LIFR的抗肿瘤作用，结果表明免疫介导的LIF 和LIFR阻断分别起到了延迟、阻止乳腺肿瘤生长的作用，与LIF 免疫疗法相比，LIFR 免疫疗法是抑制肿瘤生长更有效的方法[50]。目前确定了几种优先靶向LIF/LIFR 轴的小分子，EC330 的分子靶标显示出对LIF/LIFR 信号传导的抑制活性，有效抑制了LIF 在促进乳腺癌细胞增殖和迁移以及肿瘤生长方面的功能[51]。EC359 靶向LIFR，并与LIF 竞争与配体结合位点的结合，可以有效和选择性地降低胰腺癌中活化基质标志物的表达[52]。临床研究表明，LIF 在血浆中含量的升高与接受免疫检查点阻滞剂治疗癌症患者的不良临床结局相关，进一步证明了LIF 作为抗肿瘤免疫潜在抑制因子的作用，说明靶向LIF 或其通路可能是提高癌症免疫疗法与免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade, ICB）联用疗效的一种有效方法[53]。在研究癌症干细胞时发现，三氧化二砷（ATO）可通过下调CSC 相关基因和抑制致瘤能力，有效诱导分化，ATO 和5-FU/顺铂联合治疗显著增强了HCC 细胞的治疗效果，通过协同抑制LIF/JAK1/STAT3 和核因子-kB（nuclear factor-kappa B, NFkB）信号通路增强3-FU/顺铂的细胞毒性，这为HCC 的临床治疗提供了新见解[54]。放疗是食管癌治疗的重要手段，然而ESCC 治疗的失败通常归因于肿瘤细胞固有的放射阻力。在探讨2Gy 碳离子辐射对食管癌的治疗作用机制时发现，其通过下调ESCC 细胞中的LIF 调节STAT3 信号通路，从而抑制ESCC 细胞的增殖[37]。

5 小结

本文总结了LIF 在癌症中的表达、功能及其信号通路。LIF 是IL-6 细胞因子家族中最具多效性的成员，其受体由LIF 受体β 和gp130 组成，LIF 通过结合LIFR 进而通过各种信号通路对细胞产生影响，常见的信号转导机制包括JAK/STAT、PI3K-AKT 等通路，其中JAK/STAT 是主要的信号转导机制。目前针对信号通路已经开发了不同的药物与疗法，并取得了一定成效。癌症治疗之路任重道远，通过了解LIF 在癌细胞中的表达、作用及发生机制，或能为癌症治疗提供新的研究方向。