徐 槐 劉朝奇 金錦蓮 吳發(fā)明

(1. 三峽大學(xué) 第三臨床醫(yī)學(xué)院[國(guó)藥葛洲壩中心醫(yī)院] 消化內(nèi)科， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峽大學(xué) 腫瘤微環(huán)境與免疫治療湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 宜昌 443002)

大腸癌是嚴(yán)重威脅人類健康的惡性腫瘤之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年美國(guó)有大約15萬新增的結(jié)直腸癌患者，且近5萬患者死于結(jié)腸癌[1]。腸道的慢性炎癥及不均衡的飲食習(xí)慣導(dǎo)致某些基因異常表達(dá)與大腸癌的發(fā)生有著緊密聯(lián)系。其中，Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)家族中的重要成員TLR4的異常表達(dá)在大腸癌的發(fā)病過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[2]。

1 TLR4的生物學(xué)功能

TLRs是一類模式識(shí)別受體，能特異性地識(shí)別病原相關(guān)分子模式，在啟動(dòng)和調(diào)節(jié)天然免疫及獲得性免疫中扮演著重要的角色。從結(jié)構(gòu)上看，TLRs是一種跨膜受體，包括富含亮氨酸的胞外區(qū)( leucine-rich repeats，LRR)、跨膜區(qū)及胞內(nèi)的Toll/IL-1受體區(qū)(Toll/IL-1 receptor，TIR)三個(gè)結(jié)構(gòu)域。富含亮氨酸的胞外疏水域由19～25個(gè)富含亮氨酸的系列組成，主要參與識(shí)別微生物相關(guān)分子模式(microbial-associated molecular patterns，MAMPs)或病原體相關(guān)分子模式(athogen-ssociated olecular atterns，PAMPs)及內(nèi)源性配體(如核酸、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂蛋白)等信號(hào)分子?？缒^(qū)是連接LRR和TIR的媒介，TIR域則可與適配器蛋白如髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor88，MyD88)相互作用，激活下游信號(hào)通路，從而誘發(fā)一系列生物活動(dòng)。TLR4是TLRs家族中的重要成員，可介導(dǎo)多種信號(hào)通路參與包括大腸癌在內(nèi)的多種疾病的病理生理過程。

2 TLR4信號(hào)通路與大腸癌的關(guān)系

TLR4蛋白屬于I型跨膜蛋白，不僅在巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞中表達(dá)，且廣泛表達(dá)于胃癌、乳腺癌、宮頸癌及大腸癌等多種腫瘤細(xì)胞表面[3,4]。通過體外培養(yǎng)人結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，TLR4在結(jié)腸癌細(xì)胞表面高表達(dá)，當(dāng)給予TLR4相應(yīng)配體刺激后，可誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞分泌多種免疫抑制性介質(zhì)，如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、一氧化氮(nitric oxide，NO)及血管生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等，促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞株的生長(zhǎng)[5,6]。

2.1 TLR4/MyD88/NF-κB與大腸癌

研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)的TLR4，與多種腫瘤的生長(zhǎng)、浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Semlali等[7]發(fā)現(xiàn)，與正常組織及癌旁組織相比，大腸癌組織中TLR4的表達(dá)明顯升高，同時(shí)其異常表達(dá)不受性別和年齡的影響。核因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)是位于細(xì)胞質(zhì)中的一種轉(zhuǎn)錄因子，并可在大腸癌細(xì)胞中迅速活化，從而抑制蛋白質(zhì)X1(protein X1，PinX1)表達(dá)，最終促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)；而抑制NF-κB的表達(dá)則可誘導(dǎo)大腸癌細(xì)胞的凋亡[8-10]。研究證實(shí)TLR4、NF-κB及MyD88是同屬于依賴MyD88經(jīng)典信號(hào)通路上的三個(gè)重要因子，且在大腸癌的發(fā)展過程中備受關(guān)注。一方面，在體外實(shí)驗(yàn)中，穿心蓮內(nèi)酯(andrographolide)可阻遏大腸癌細(xì)胞SW260增殖并促進(jìn)SW260細(xì)胞凋亡，且明顯抑制TLR4、MyD88、NF-κB及基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9，MMP-9)的表達(dá)[11]。Lemieszek等[12]發(fā)現(xiàn)，抑制NF-κB/MMP-9通路的激活，可阻礙大腸癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。由此可推測(cè)，穿心蓮內(nèi)酯抑制大腸癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移可能是通過介導(dǎo)TLR4/MyD88/NF-κB/MMP-9通路的失活來實(shí)現(xiàn)的。MMP家族由能夠分解細(xì)胞外基質(zhì)的酶組成。由此可認(rèn)為，TLR4/MyD88/NF-κB信號(hào)通路可通過促進(jìn)MMP-9的分泌，降解和破壞基底膜進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)侵襲，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和擴(kuò)散。另一方面，在與結(jié)直腸炎相關(guān)的結(jié)直腸惡性腫瘤中，全反式維甲酸可以通過介導(dǎo)TLR4/NF-κB信號(hào)通路來調(diào)節(jié)TNF-α及一氧化氮合成酶2(nitric oxide synthase 2，NOS2)表達(dá)，從而參與大腸癌的發(fā)展[6]。其機(jī)制也可能與TLR4導(dǎo)致MyD88相關(guān)信號(hào)通路活化，最終激活NF-κB促使其進(jìn)入細(xì)胞核后啟動(dòng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

眾所周知，腫瘤的浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移必須以血管的建立及血液供應(yīng)為基礎(chǔ)，其中大腸癌大多是以淋巴結(jié)和血行兩種方式發(fā)生轉(zhuǎn)移。NF-κB可以吸引炎癥細(xì)胞并誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)因子及血管生長(zhǎng)因子，為腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)VEGF可促進(jìn)淋巴管的生成和淋巴轉(zhuǎn)移從而促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[5]。而TLR4的激活則可促使VEGF表達(dá)上調(diào)與NF-κB活化，故TLR4、MyD88及NF-κB的過表達(dá)與大腸癌的侵襲及浸潤(rùn)有關(guān)。

2.2 TLR4/COX2/PGE2與大腸癌

長(zhǎng)期以來，慢性炎癥被認(rèn)為是惡性腫瘤的易感因素之一，前列腺素(prostaglandin E2，PGE2)是一種獨(dú)特的炎性因子，在控制炎癥和誘導(dǎo)粘膜細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮著多重作用。環(huán)氧化酶2(cyclooxygenase 2，COX2)不僅是PGE2生物合成的限速酶，也是腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用的生物因子[13]。研究發(fā)現(xiàn)，純合子Smad3突變體的小鼠不僅更容易發(fā)生大腸癌，且COX2的表達(dá)也明顯增加[14]。此外，X線交叉互補(bǔ)蛋白(X-ray repair cross-complementing protein 5, XRCC5)也可以通過調(diào)節(jié)COX2的表達(dá)來影響腫瘤的生長(zhǎng)，COX2的表達(dá)也可能與腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲密切相關(guān)[15,16]。另一方面，TLR4與腫瘤的生物學(xué)行為密切相關(guān)，抑制TLR4的表達(dá)可以明顯的抵抗腫瘤的形成[17]。Hsu等[18]發(fā)現(xiàn)，TLR4基因敲除小鼠腸道粘膜的COX2和PGE2表達(dá)均明顯降低；給予PGE2口服后，腸道粘膜COX2的表達(dá)明顯增加并促進(jìn)其腸道腫瘤的發(fā)生；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)其腸道粘膜雙向調(diào)節(jié)蛋白(amphiregulin，AR)及表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的表達(dá)均不同程度增加。相關(guān)研究證實(shí)COX2的抑制劑類似物能夠抑制大腸癌細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移[19]。腸道慢性炎癥導(dǎo)致的大腸癌中TLR4的異常表達(dá)可顯著增加PGE2的表達(dá)，腸道粘膜細(xì)胞EGFR的磷酸化以及COX2的表達(dá)上調(diào)，從而正反饋促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖[18]。

2.3 TLR4/β-catenin與大腸癌

β-連環(huán)蛋白(β-catenin)作為一種多功能蛋白質(zhì)，由細(xì)胞質(zhì)向胞核轉(zhuǎn)移時(shí)，其相關(guān)信號(hào)通路被激活[20]。在胞質(zhì)內(nèi)，β-catenin可與胞膜黏附蛋白及α-catenin結(jié)合，參與細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)，維持細(xì)胞的黏附作用，防止細(xì)胞轉(zhuǎn)移。最近有研究發(fā)現(xiàn)，β-catenin信號(hào)通路的活化與大腸癌的發(fā)生過程有關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，白介素-37(interleukin-37，IL-37)可通過抑制β-catenin的表達(dá)和核轉(zhuǎn)移，阻礙大腸癌細(xì)胞的遷移及侵襲，而microRNA-27a則可以通過靶向抑制β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)大腸癌細(xì)胞的增殖及侵襲[21,22]。TLR4作為大腸癌發(fā)生發(fā)展過程中的重要信號(hào)因子，也參與了此信號(hào)通路的活化。Chen等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與梭桿菌陰性的大腸癌組織相比，梭桿菌陽性的大腸癌組織中的β-catenin信號(hào)通路被激活；用梭桿菌中提取的LPS刺激大腸癌細(xì)胞后，β-catenin和TLR4表達(dá)顯著增加；TLR4抑制劑預(yù)處理LPS刺激的大腸癌細(xì)胞后，β-catenin的表達(dá)明顯減少。因此，梭桿菌是通過誘導(dǎo)LPS產(chǎn)生，繼而激活TLR4/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來介導(dǎo)大腸癌的發(fā)生。

2.4 TLR4/HMGB1與大腸癌

高遷移性蛋白質(zhì)1(high-mobility group box 1，HMGB1)是一種在核小體的穩(wěn)定及基因轉(zhuǎn)錄過程中起重要作用的核蛋白，可以由免疫細(xì)胞產(chǎn)生，參與機(jī)體的炎癥反應(yīng)過程，也可以由HT-29、MCF-7等腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生，在腫瘤的發(fā)生過程中起重要作用。研究表明，HMGB1的異常表達(dá)與肺癌的發(fā)生存在著相關(guān)性，并可作為肺癌治療的一個(gè)遺傳標(biāo)志物[24]。同時(shí)，在胰腺癌細(xì)胞內(nèi)HMGB1的總量與患者總生存率有關(guān)，HMGB1可能是與胰腺癌患者預(yù)后有關(guān)的新型細(xì)胞因子[25]。Wu等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比，大腸癌患者血清中HMGB1的表達(dá)水平明顯增高，并在大腸癌遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移患者中表現(xiàn)得更加明顯，提示HMGB1的表達(dá)與大腸癌等惡性腫瘤的預(yù)后密切相關(guān)，可能是多種惡性腫瘤潛在的生物標(biāo)志物。此外，患者血清中HMGB1的水平與腫瘤組織中翻譯控制腫瘤蛋白(translationally controlled tumor protein，TCTP)表達(dá)正相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，將人大腸癌細(xì)胞LoVo接種裸鼠脾臟后，小鼠種移植瘤的重量和肝轉(zhuǎn)移的數(shù)量與TCTP在LoVo細(xì)胞中的表達(dá)正相關(guān)；進(jìn)一步通過免疫組化發(fā)現(xiàn)，HMGB1的染色密度與TCTP在原發(fā)腫瘤組織和轉(zhuǎn)移灶中的染色密度一致，而TCTP主要是通過HMGB1與其受體TLR4相結(jié)合后發(fā)揮作用[27]。因此，TLR4/HMGB1信號(hào)通路的活化在大腸癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移過程中可能存在重要的調(diào)節(jié)作用。

2.5 其它TLR4信號(hào)通路與大腸癌

目前關(guān)于TLR4相關(guān)信號(hào)通路與大腸癌關(guān)系的研究中，除了TLR4/MyD88/NF-κB及TLR4/COX2/PGE2信號(hào)通路以外，其它與TLR4相關(guān)的信號(hào)通路也受到了不少學(xué)者的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)在大腸癌細(xì)胞中，TLR4被其配體刺激后可以增加半乳糖蛋白1(galectin-1，Gal-1)的表達(dá)，并誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)相關(guān)細(xì)胞因子的產(chǎn)生；而沉默TLR4基因后，CRC細(xì)胞中Gal-1的表達(dá)及乳酸介導(dǎo)的EMT都受到明顯抑制[28]。Gal-1的過量表達(dá)與大腸癌浸潤(rùn)活性的增加有關(guān)，Gal-1介導(dǎo)的裂解素和金屬蛋白酶10 (metalloproteinase 10，ADAM10)及金屬蛋白酶17(metalloproteinase 17，ADAM17)的激活可增加大腸癌細(xì)胞的侵襲性。相反，抑制ADAM10或ADAM17則可以有效阻止乳酸的產(chǎn)生及大腸癌細(xì)胞的遷移能力。因此，TLR4/Gal-1信號(hào)通路可通過調(diào)節(jié)ADAM10和ADAM17的表達(dá)來參與大腸癌的轉(zhuǎn)移。

Singh等[29]發(fā)現(xiàn)，抵抗素與大腸癌細(xì)胞膜上的TLR4結(jié)合后，可促使蛋白激酶(extracellular signal-regulation kinase，ERK)激活，而ERK可以上調(diào)細(xì)胞因子信號(hào)抑制因子3(suppressor of cytokine signaling3，SOCS3)，并下調(diào)JAK激酶2/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(Janus kinase 2 /signal transducer and activator of transcription 3，JAK2/STAT3)，將細(xì)胞阻滯在G1期。Chung等[30]認(rèn)為，由TLR4誘導(dǎo)的糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase, GSK3β)和ERK磷酸化可獨(dú)立控制腫瘤細(xì)胞生存，從而使TLR4成為降低結(jié)腸癌患者耐藥性和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

3 展望

大腸癌是最常見的消化道惡性腫瘤之一。近些年來，我國(guó)大腸癌發(fā)病率和病死率都在不斷上升，其發(fā)病有年輕化趨勢(shì)。大腸癌的早期無明顯臨床癥狀及晚期多發(fā)轉(zhuǎn)移是造成患者死亡的重要原因，然而目前對(duì)其仍缺乏有效的治療手段。因此，積極尋找有效的方法早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療成為近年來研究的主要目標(biāo)。雖然TLR4相關(guān)信號(hào)通路與結(jié)腸癌關(guān)系的報(bào)道日益增多，但是對(duì)于兩者間關(guān)系的認(rèn)識(shí)仍不明確，尤其是在大腸癌發(fā)生發(fā)展過程中TLR4相關(guān)信號(hào)分子表達(dá)譜的改變，以及這種改變對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生的影響尚待進(jìn)一步研究。因此，TLR4相關(guān)信號(hào)通路作用機(jī)制的深入研究對(duì)結(jié)腸癌的早期診斷、治療以及預(yù)后判斷具有重要意義。