肿瘤微环境在结肠炎相关的结直肠癌中的作用研究进展

徐晟瑶，赵丽

（中国药科大学 基础医学与临床药学学院，江苏南京 211300）

结肠炎相关的结直肠癌是由慢性结肠炎发展而来，可导致10%～15%的患者死亡[1]。众所周知，慢性炎症对于肿瘤的发生是高风险因素，患有克罗恩病或者溃疡性结肠炎的炎症性肠病的患者发展成结肠炎相关的结直肠癌的概率是其他健康患者的2～3倍[2]。在炎性微环境中，炎性细胞因子将引起相应抑癌基因突变以及转录因子和信号通路的激活，比如DNA的损伤以及重要基因（p53、scr、K-ras、β-catenin以及APC等）的突变，从而引起相应转录因子和信号传导通路的改变，促进肠上皮细胞的异常增殖，促进肿瘤的发生[3-4]。

免疫细胞作为结肠炎相关的结直肠癌肿瘤炎症微环境的重要组成部分，对肿瘤的发生和发展有着复杂且多样的作用。巨噬细胞在肿瘤微环境中将会产生活性氧和活性氮，从而促进结肠炎相关的结直肠癌的发生与发展；而CD8+T细胞可防止与结肠炎相关的结直肠癌的发生与发展[5]。肠道菌群对于维持肠道稳态以及保护人类免受病原体的侵害起着重要作用，肠道菌群的失衡是导致结肠炎发生的一个重要原因，在结肠炎相关的结直肠癌发展进程中，肠道菌群的变化是结肠炎相关的结直肠癌恶化的一个重要诱因[6]。

本综述将聚焦细胞因子和趋化因子、免疫细胞以及肠道菌群等对结肠炎相关的结直肠癌中发生发展不同阶段的作用，为预防和治疗结肠炎相关的结直肠癌提供相应的思路。

1 炎症细胞因子

1.1 促癌细胞因子

某些炎性细胞因子，如白介素1β（Interleukin 1β，IL-1β）、白介素6（IL-6）、白介素17（IL-17）以及肿瘤坏死因子α（Tumor Necrosis Factor α，TNF-α）、核因子-κB（Nuclear Factor κB，NF-κB）、生长转化因子-β（Transforming Growth Factor β，TGF-β），在结肠炎以及结肠炎相关的结直肠癌中都是高表达，能够促进结肠炎相关的结直肠癌的发生，加快肿瘤发展进程。

白介素家族来源于巨噬细胞和单核细胞，白介素1家族主要以IL-1β的形式在胃肠道黏膜细胞中表达，促进胃肠道炎症；近期有文献报道，可以通过削弱巨噬细胞依赖的IL-6的分泌从而阻断IL-1β的激活，进而减少结肠炎相关的结直肠癌的发生[7]。张晓坤教授的相关研究表明，截短维生素A受体α（truncated Retinoid X Receptor-alpha，tRXRα） 可以与胞浆内肿瘤坏死因子受体相关因子6（TNF Receptor Associated Factor 6，TRAF6）蛋白结合，并促进TRAF6蛋白泛素化，从而激活IL-6/STAT3（Signal Transducer and Activator of Transcription 3，信号转导子和转录激活子3）信号通路，促进结肠炎相关的结直肠癌的发生[8]。IL-6也可通过增强血管上皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）的表达促进结直肠癌细胞中的肿瘤血管生成[9]。IL-17是促进结肠炎的重要因子，可激活负责免疫反应的STAT3，在T细胞的募集中发挥重要作用；同时IL-17会诱导小鼠免疫细胞Th17（滤泡辅助性T细胞）的凋亡，破坏Treg（调节性T细胞）/Th17的平衡，促进结肠炎相关的结直肠癌的发生发展[10-11]。通过IL-17-STEAP4（6-Transmembrane Epithelial Antigens of the Prostate 4，6-前列腺跨膜上皮抗原4）-XIAP（X-Linked Inhibitor of Apoptosis Protein，X连 锁 凋亡抑制蛋白）轴，诱导炎症反应中铜的吸收来促进结肠炎相关的结直肠癌的发展[12]。IL-8主要参与三条信号通路的转导：IL-8通过激活磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositide 3-Kinases，PI3K），促进底物蛋白激酶B（Akt）的磷酸化，在调节细胞存活、迁移及血管生成中起着关键作用；其余信号通路包括丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase，MAPK）级联信号通路以及迁移相关的磷脂酶C（Phospholipase C，PLC）依赖的蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）信号通路。此外，非受体酪氨酸激酶Src和FAK的活化也有助于IL-8介导的癌细胞增殖、存活和化学抗性，Rho-GTPases也参与IL-8诱导的癌细胞迁移和侵袭[13]。IL-4产生于免疫细胞Th2中，对T细胞、B细胞具有广泛的作用。在结肠炎相关的结直肠癌中，IL-4与STAT6的异常激活相关，可促进结直肠癌肿瘤细胞的转移。同时，上游miR-195/NOTCH轴调节的IL-4的分泌可激活M2样肿瘤相关巨噬细胞的募集和极化来促进肿瘤细胞的快速生长[14]。IL-22也是一类重要的具有促瘤作用的白介素家族因子，其主要信号转导靶标是STAT1、STAT3、STAT5，他们可以通过JAK激酶1（Janus Kinase 1，JAK1）和酪氨酸激酶2（Tyrosine Kinase 2，TYK2）的磷酸化而被激活，IL-22还诱导MAPK、NF-κB以及PI3K-Akt-mTOR（mammalian Target Of Rapamycin，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）信号通路的激活。

TNF-α是一类由单核细胞和巨噬细胞分泌的促炎因子，其表达升高与肠上皮细胞的增殖、炎症反应和结肠炎相关的结直肠癌发生发展息息相关。TNF-α可诱导细胞产生过多活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS），引起DNA损伤和抑癌基因突变，诱导内皮细胞增殖，促进VEGF的表达进而促进结肠炎相关的结直肠癌的血管生成；也可刺激TGF-β诱导的上皮间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT），通过诱导相关金属基质蛋白酶的表达促进肿瘤的侵袭转移[15]。一项重要的研究发现，NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-like Receptor Thermal Protein Domain Associated Protein 3，NLRP3）炎症小体在肠癌患者阳性组织中过度表达，且NLRP3炎症小体的这种高表达与较短的寿命和较差的预后相关，其过度表达是结直肠癌细胞EMT的先决条件[16]。

1.2 抑癌细胞因子

在炎性结直肠癌发生发展过程中，部分白介素家族也有抗肿瘤活性。IL-10是一类参与细胞免疫应答的重要白介素家族之一，可参与免疫细胞Th1向Th2转变过程，可以抑制炎症反应以及维持胃肠道稳态。相关报道证实，IL-10缺陷小鼠可在肠道感染时自发形成结肠炎相关的结直肠癌，而外源性施加IL-10可预防这一过程[17]。IL-2在结肠炎相关的结直肠癌的进展之前也起着重要的抑癌作用。IL-2作为重要的细胞因子，可以通过激活T细胞和NK细胞来诱导T细胞介导的免疫反应，并参与调节性T细胞的发展；NK细胞是消除结直肠癌细胞而无需事先免疫的关键抗肿瘤主要效应物，而与炎症相关的结直肠癌患者NK细胞的表型和功能异常改变导致免疫反应受限，并与低存活率相关[18]。

1.3 双向细胞因子

某些细胞因子在结直肠癌发生发展过程中具有双向作用，既可以促进结肠炎相关的结直肠癌的发展，又可以抑制与结肠炎相关的结直肠癌的发展。IL-33在促进结肠炎相关的结直肠癌进程中具有重要作用，其可以通过募集CD11b+GR1+、CD11b+F4/80+骨髓细胞以及巨噬细胞进而重塑肿瘤微环境[19]，并激活上皮下肌成纤维细胞（Subepithelial Myofibroblasts，SEMFs）和肥大细胞，改变Tregs的表型，从而促进结肠炎相关的结直肠癌的发展[20]。IL-33可影响内皮细胞以促进血管生成，并激活NANOG、NOTCH3和OCT3/4等基因以增强结直肠癌肿瘤细胞的干性[21]。随着对IL-33研究的深入，发现IL-33也可抑制结肠炎相关的结直肠癌的进展。有研究证实，IL-33可激活肠间质细胞中的NF-κB信号通路并诱导非造血细胞中γ干扰素（Interferon-γ，IFN-γ）基因的表达，从而促进结肠炎相关的结直肠癌[22]。IL-33的受体ST2可以减少Treg的浸润并增加CD8+T细胞，从而抑制与结肠炎相关的结直肠癌[23]。

2 免疫细胞

2.1 先天免疫细胞

先天免疫细胞（如巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞）可通过模式识别受体（Pattern Recognition Receptor，PRR）启动快速固有免疫反应，以调节宿主-微生物相互作用以及细胞因子的产生。

2.1.1 巨噬细胞

巨噬细胞是分泌促炎因子的主要细胞之一，促进巨噬细胞自噬可抑制含有NLRP3的炎性小体的NOD样受体家族pyrin结构域的启动和激活，从而抑制促炎性细胞因子（如IL-1β和IL-18）的成熟，进而抑制结肠炎[24]。但是在与结肠炎相关的结直肠癌中，促进肠上皮巨噬细胞的自噬可以通过降解NLRP3炎症小体以及抑制M2受体极化从而预防肿瘤发生[25-27]。而与肿瘤细胞相关的巨噬细胞（Tumor-Associated Macrophage，TAM）中，促进其自噬对于结肠炎相关的结直肠癌的发展是复杂的：一方面，诱导TAM的自噬可抑制结直肠癌细胞对放疗的耐受并诱导细胞凋亡，表明诱导TAM自噬可以提高放疗敏感性[28]；但另一方面，组织蛋白酶S（Cathepsin S，Cat S）介导的TAM自噬诱导TAM的M2型极化，导致结肠癌的发展[29]。

2.1.2 其他先天免疫细胞

其他免疫细胞，如中性粒细胞和NK细胞，在结肠炎相关的结直肠癌中也发挥重要作用。诱导与肿瘤相关的中性粒细胞（Tumor-Associated Neutrophil，TAN）的自噬会诱导结直肠癌细胞产生促转移的肿瘤抑制素M（Oncostatin-M，OSM）和金属基质蛋白酶9（Matrix Metalloproteinases 9，MMP9），促进结肠炎相关的结直肠癌的侵袭转移[30]。先前的研究表明，缺氧诱导的自噬通过选择性降解促凋亡蛋白颗粒酶B（Granzyme，Gz-B），降低癌细胞对NK介导的凋亡的敏感性。体内数据证实了在癌细胞中通过NK细胞靶向自噬促进癌细胞清除从而抑制肿瘤发展进程，在黑色素瘤和肾细胞癌中也观察到类似的结果[31]。树突状细胞（Dendritic Cell，DC）是先天免疫系统中专业抗原呈递细胞，可以使抗原特异性T细胞产生重要的免疫应答，对于肿瘤的检测及复发具有重要意义[32]。DC对于炎症反应及结肠炎相关的结直肠癌的发生发展同样起着重要的作用，在结肠炎模型中，自噬缺陷型DC与溶酶体异常和细胞骨架不良有关，并且与细胞黏附增加和迁移减少相关，从而加重了结肠炎[33]。

2.2 适应性免疫细胞

2.2.1 抗原呈递细胞

与先天性免疫反应类似，适应性免疫反应，尤其是细胞免疫反应，在结肠炎相关的结直肠癌的发生发展中也起着至关重要的作用。适应性免疫系统包括抗原呈递细胞（Antigen-Presenting Cell，APC）识别致病或肿瘤相关肽及其在主要组织相容性复合体（Major Histocompatibility Complex，MHC）分 子 上的呈现，包括专业APC（如巨噬细胞、B细胞）和其他非专业APC。为此，MHCⅠ类分子由CD8+T细胞上的T细胞受体（T Cell Receptor，TCR）识别，而MHCⅡ类分子则由CD4+T细胞上的TCR识别。

2.2.2 效应T细胞

T细胞被激活并分化为多种效应T细胞，包括Th细胞（Th1、Th2、Th17细胞）、Tregs和细胞毒性T细胞。Th1、Th2和Th17细胞可产生促炎性细胞因子，如 IL-2、INF-γ、IL-5、IL-13和 IL-17A；而Tregs产生抗炎细胞因子，如IL-10和TGF-β；细胞毒性T细胞则释放穿孔素和颗粒酶，导致感染或恶性细胞的凋亡[34-35]。具有自噬缺陷（例如VPS34缺失）的免疫T细胞线粒体功能缺失，会促进细胞内ROS水平的增加，增加了促凋亡基因BCL-2家族中相关基因的表达以及效应T细胞的凋亡，同时VPS34敲除导致的自噬障碍的免疫T细胞其外周平衡也遭到了破坏[36]。此外，ATG5和Beclin1部分缺失的免疫T细胞将导致其对TCR刺激的敏感性下降，CD4+T细胞和CD8+T细胞增殖效率低下且免疫功能受损[37-38]。适应性免疫细胞的自噬可以调节与炎症相关的疾病，例如结肠炎和结肠炎相关的结直肠癌。抑制鞘氨醇-1-磷酸受体 4（Sphingosine-1-Phosphate Receptor 4，S1PR4）可通过CD8+T细胞扩增减少结肠炎相关的结直肠癌肿瘤生长并改善化疗效果[39]。IL-37通过SIGIRR介导的细胞毒性T细胞功能障碍促进结肠炎相关的癌变[40]，并且据相关报道，抑制ID减少了Kyn/AhR介导的Treg分化，并且可能是预防和治疗炎症相关结肠癌的有效策略[41]。

综上可知，维持T细胞的稳态，消除病原微生物，维持促炎性T细胞和抗炎性T细胞之间的平衡并维持免疫监视，可共同抑制结肠炎甚至结肠炎相关的结直肠癌的发展。

3 肠道菌群

肠道菌群作为肠道微环境的重要组成部分，对促进食物吸收、调节胃肠道免疫反应及调节代谢具有重要作用[42]。由于结肠炎相关的结直肠癌直接暴露于肠道菌群中，肠道微生物在结肠炎相关的结直肠癌中的作用得到广泛关注与研究。

研究表明，肠道菌群在调节患者对抗肿瘤药物，特别是化疗与免疫疗法的调节中具有重要作用。肠道菌群对药物吸收及药效、激活免疫应激反应等方面起调节作用从而影响肿瘤治疗[43]。在过去的几十年中，已经确定了肠道菌群失调和结肠炎相关的结直肠癌之间的许多关联，最近的研究提供了因果关系的机制证据[44]。有相关研究检测分析人类结肠腺癌样本和附近正常结肠组织的微生物群落发现，大肠癌组织的微生物多样性降低，包括某些细菌属的减少，如梭状芽孢杆菌和类杆菌[45]。肠道菌群中某些菌种，如丙酸杆菌等，可产生短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs）物质，如丙酸盐、丁酸盐等，这些物质除了可以作为能源物质参与代谢外，还被证明是免疫系统激活、细胞增殖和死亡以及脂肪合成的分子信号，参与维持肠上皮细胞完整性[46]。

同时，某些特定的肠道菌群菌属对肿瘤的发生发展起重要的促进作用。pks+大肠杆菌是目前研究最广泛的基因毒素产生菌之一。pks+产生一种叫做大肠杆菌素的环调节蛋白毒素，这种毒素在体外会导致DNA双链断裂、染色体畸变和细胞周期停滞[47-48]。在DEJEA等的研究中，pks+大肠杆菌与肠毒性脆弱类 杆 菌（EnterotoxigenicBacteroidesfragilis，ETBF）协同作用，导致大肠癌小鼠模型的DNA损伤增加和肿瘤形成[49]。调节肠道微生物代谢亦可影响结肠炎相关的结直肠癌的发生发展，吴茱萸碱（Evodiamine，EVO）对结肠炎相关的结直肠癌的保护性治疗作用是通过调节肠道菌群代谢物和结肠上皮信号通路来抑制肠道炎症-癌症的发展[50]。

4 其他

随着对结肠炎相关的结直肠癌研究的深入，其他肠道炎症微环境的作用也开始得到重视并展开相关研究。研究发现，肠上皮细胞的糖皮质激素受体（Glucocorticoid Receptor，GR）而非整个肠组织的GR可促进结肠炎相关的结直肠癌[51]；在对与肿瘤相关成纤维细胞（Cancer Associated Fibroblasts，CAF）的研究中，高表达黑色素瘤细胞黏附分子（Melanoma Cell Adhesion Molecule，MCAM）的CAF可通过促进巨噬细胞的极化促进结肠癌的发展[52]。高表达瞬时受体电位香草酸亚型4（Tansient Receptor Potential Vanilloid 4，TRPV4）的血管内皮细胞有助于小鼠结肠炎相关的结直肠癌的发生发展[53]。

针对miRNA在结肠炎相关的结直肠癌中的作用已有诸多报道，如miRNA-21可通过STAT3以及抑制PDPC4/TNF-α发挥其促癌作用[54]，而miRNA-45则通过白介素20受体IL-20 RA介导的JAK1通路调节STAT3，在结肠癌中充当肿瘤抑制因子[55]。

5 结语

总之，细胞因子和趋化因子、免疫细胞以及肠道菌群等在结肠炎相关的结直肠癌的发生发展中有着重要的作用，但具体所发挥的抑癌或促癌作用取决于肿瘤发生发展的不同阶段以及肿瘤微环境。结肠炎相关的结直肠癌的发生发展分为多个阶段并且受到肿瘤微环境的调控，仅仅将某种免疫细胞、某种炎性因子作为靶点是远远不够的，必须将结肠炎相关的结直肠癌的发展阶段以及微环境整个考虑在内，探究其作为靶点的意义。鉴于肿瘤微环境中细胞因子以及趋化因子、免疫细胞以及肠道菌群的物种多样性和功能多样性，针对某个特定靶点的药物开发研究转变到临床实践需要很长的时间。