Toll樣受體信號(hào)通路作為結(jié)直腸癌潛在治療靶點(diǎn)的研究進(jìn)展

劉恒辰 張新宇

全球每年約有125萬人被診斷為結(jié)直腸癌(CRC)，并有超過60萬人死于該疾病[1]。CRC的標(biāo)準(zhǔn)治療方式包括手術(shù)切除、放射治療和以氟吡嘧啶、奧沙利鉑和伊利替康為主的化療。盡管在癌癥治療方面取得了進(jìn)步，但其5年生存率仍為60%[2]。因此，仍需其他的輔助途徑來控制結(jié)直腸癌的發(fā)展。Toll樣受體(TLRs)屬于模式識(shí)別受體(PRRs)家族，其主要表達(dá)于固有免疫細(xì)胞表面并調(diào)節(jié)固有免疫應(yīng)答及適應(yīng)性免疫應(yīng)答。TLRs信號(hào)通路的異常激活可導(dǎo)致慢性炎癥性疾病的發(fā)展[3]。大量數(shù)據(jù)表明，TLRs信號(hào)通路參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展，如哮喘、動(dòng)脈粥樣硬化、自身免疫性疾病、糖尿病、Crohn病和潰瘍性結(jié)腸炎等[4]。有研究表明TLRs信號(hào)通路可在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中體現(xiàn)抗腫瘤與促腫瘤的雙重作用[5]。而TLRs激動(dòng)劑則具有強(qiáng)大的抗腫瘤作用，并已逐漸將其應(yīng)用于臨床抗腫瘤疫苗中。

1 TLRs信號(hào)通路的研究進(jìn)展

TLRs是I型跨膜糖蛋白，其特征在于富含亮氨酸重復(fù)序列(LRRS)的胞外域，和一個(gè)稱為Toll/IL-1受體結(jié)構(gòu)域(TIR)的細(xì)胞質(zhì)尾[6]。TLRs信號(hào)通路被激活后在兩個(gè)LRR結(jié)構(gòu)域之間形成一個(gè)橋，TIR-TIR相互作用并發(fā)生受體二聚化，進(jìn)而激活下游信號(hào)通路表達(dá)。細(xì)胞表面TLRs包括TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6和TLR10，細(xì)胞內(nèi)TLRs包括TLR3、TLR7、TLR8、TLR9、TLR11、TLR12和TLR13[3]。TLRs識(shí)別高度保守的分子結(jié)構(gòu)，稱為病原體相關(guān)分子模式(PAMPS)，是機(jī)體抵抗感染性疾病的第一道屏障。PAMPs包括各種細(xì)菌細(xì)胞壁成分，如脂多糖(LPS)、肽聚糖(PGN)、脂肽、鞭毛蛋白、細(xì)菌DNA和病毒雙鏈RNA(dsRNA)等。TRLs通過識(shí)別不同PAMPs引起特異性免疫應(yīng)答，目前發(fā)現(xiàn)的配體蛋白有四種：MyD88、TIRAP、TRIF和TRAM[7]。除了PAMPS，TLRs的損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)為細(xì)胞自身死亡和釋放內(nèi)源性分子，如高遷移率族蛋白B1(HMGB1)、熱休克蛋白(HSPs)、纖維連接蛋白、纖維蛋白原、肝素和單鏈RNA等[8]。

早期研究表明TRLs主要分布于免疫細(xì)胞中，近年來研究發(fā)現(xiàn)TLRs也在腫瘤組織中表達(dá)，對癌癥的治療具有潛在作用。雖然TLRs激活的抗癌機(jī)制尚不清楚，但近來研究已經(jīng)顯示了它們可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[9]。胃腸道上皮細(xì)胞內(nèi)TLRs的表達(dá)對調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞增殖、屏障穩(wěn)態(tài)和凋亡反應(yīng)起著關(guān)鍵作用，為機(jī)體抵御病原體和腫瘤病變提供了第一道防線[10]。炎癥性腸病減弱了TLRs信號(hào)通路在胃腸道中的表達(dá)，促進(jìn)機(jī)體發(fā)展成為CRC[11]。TLRs信號(hào)通路異常激活可導(dǎo)致NF-κB信號(hào)通路的激活和IL-1β、TNFα、IL-6等炎性因子的過度表達(dá)。腫瘤可以通過DAMPs異常激活TLRs信號(hào)通路，并與TLRs結(jié)合[12]。TLRs信號(hào)通路還可以通過調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和整合素增加腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，加速CRC的進(jìn)展[13]。

此外TLRs激動(dòng)劑具有強(qiáng)大的抗腫瘤作用，其主要表現(xiàn)在刺激抗原呈遞細(xì)胞(APC)進(jìn)而刺激腫瘤特異性T細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞(CTL)應(yīng)答[14]。在腫瘤局部應(yīng)用其特異性表達(dá)的TLRs激動(dòng)劑可以提高免疫治療的療效[14]。隨著TLRs激動(dòng)劑逐漸應(yīng)用于臨床治療CRC，一些生物技術(shù)公司也著手生產(chǎn)新的藥物制劑。然而，將它們作為單一療法或聯(lián)合放化療的應(yīng)用尚處于早期臨床開發(fā)階段，仍需要進(jìn)一步的研究。

2 TLRs信號(hào)通路與CRC

2.1 TLR2/4

TLR2和TLR4與他們的配體結(jié)合形成二聚體復(fù)合物，并在細(xì)胞中激活相應(yīng)的配體蛋白[15]。據(jù)報(bào)道TLR2的表達(dá)可能參與了散發(fā)性結(jié)直腸癌的發(fā)生[16]。TLR4通路的激活可導(dǎo)致活性氧簇(ROS)、活性氮簇(RNS)生成增多，進(jìn)而啟動(dòng)氧化應(yīng)激機(jī)制[17]。也有研究表明，表達(dá)于人結(jié)腸癌中的TLR4可誘導(dǎo)免疫抑制因子和細(xì)胞凋亡抗性，過度表達(dá)的TLR4多提示其預(yù)后不良[18]。

有證據(jù)表明[19]，TLR2和TLR4的單個(gè)核苷酸多態(tài)性(SNPs)與結(jié)腸癌的生存率相關(guān)。因此，TLR2與TLR4的表達(dá)影響著結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。TLR4在促進(jìn)抗腫瘤T細(xì)胞釋放中起到關(guān)鍵作用[20]。此外，益生菌的混合物可以通過增加大鼠TLR2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮抗癌作用[21]，TLR2基因缺陷小鼠具有更高的腫瘤易感性[22]，充分說明了TLR2對結(jié)腸炎相關(guān)癌癥的發(fā)展起保護(hù)作用。

2.1.1 OM-174 OM-174是對TLR2/4具有雙重作用的類脂類似物。在第一階段臨床試驗(yàn)中，給予常規(guī)腫瘤治療無效的患者每周兩次的OM-174靜點(diǎn)，其藥物耐受性表現(xiàn)良好，最常見的并發(fā)癥是寒戰(zhàn)(70%)、發(fā)熱(41%)、惡心(23%)、嘔吐(23%)、疲勞(23%)、腹瀉(17%)和頭痛(17%)[23]。

2.1.2 減毒分枝桿菌(BCG) 死亡的膿鏈球菌、粘質(zhì)沙雷氏菌(Coly毒素)和減毒分枝桿菌(BCG)的混合物現(xiàn)已應(yīng)用于癌癥的臨床治療。這種混合物是TLR2和TLR4共同的激動(dòng)劑。在電離輻射之前將HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞暴露于BCG中，可以增加腫瘤細(xì)胞的死亡和自噬誘導(dǎo)[24]。BCG在結(jié)直腸癌患者中的第一、二階段臨床試驗(yàn)已完成。在第三階段試驗(yàn)中，BCG在Ⅱ期和Ⅲ期結(jié)腸癌患者中用以免疫調(diào)節(jié)佐劑。結(jié)果顯示Ⅱ期結(jié)腸癌患者的無復(fù)發(fā)間隔時(shí)間、無復(fù)發(fā)生存率和總生存率均有明顯提高，但在Ⅲ期結(jié)腸癌患者中并未有明顯獲益[25]。

2.1.3 Cadi-05 Cadi-05是由經(jīng)高壓滅菌的分枝桿菌組成的TLR2激動(dòng)劑，現(xiàn)已被證實(shí)其在體內(nèi)激活抗癌免疫反應(yīng)[26]。目前已開展聯(lián)合Cadi-05治療的第二階段臨床試驗(yàn)，與Cadi-05相似的IMM-101也是由滅活細(xì)菌組成，其聯(lián)合放射治療結(jié)直腸癌的臨床試驗(yàn)也已經(jīng)開展。

2.1.4 脂多糖(LPS) LPS 是TLR2/4的天然配體。大量的研究證實(shí)，LPS作為單一療法或聯(lián)合其他抗癌藥物可以抑制小鼠模型的腫瘤生長[27]。早期的臨床試驗(yàn)證實(shí)低劑量的LPS聯(lián)合非甾體類抗炎藥(NSAID)可以明顯抑制結(jié)直腸腫瘤的生長。然而近期發(fā)現(xiàn)，LPS也可以通過調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)、抑制α-連環(huán)蛋白來增強(qiáng)CRC細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性[28]。

2.2 TLR3

TLR3作為TLRs家族中一種特殊的蛋白，其通過TLR3-Unc93b-TRIF-TRAF3途徑介導(dǎo)免疫缺陷相關(guān)疾病(除TLR3外均由MyD88-IRAK4途徑介導(dǎo))，并進(jìn)一步參與免疫相關(guān)腫瘤的發(fā)展。TLR3單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與癌癥的易感性相關(guān)，因此可以作為評估患癌風(fēng)險(xiǎn)的潛在生物學(xué)標(biāo)志[29]。

TLR3在高、低分化腺癌和息肉病的正常結(jié)腸黏膜中表達(dá)較高，提示TLR3可能促進(jìn)正常組織息肉的形成，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生[29]。然而，在另一項(xiàng)腸息肉與結(jié)直腸癌TLRs表達(dá)相關(guān)性的研究中，并未發(fā)現(xiàn)TLR3表達(dá)有何差異[30]。同時(shí)還有研究發(fā)現(xiàn)低表達(dá)的TLR3提高了KRAS突變型結(jié)直腸癌體內(nèi)腸道病毒的抗癌活性[31]。因此，還需要進(jìn)一步研究來確定TLR3激動(dòng)劑在結(jié)直腸癌中的作用。

2.3 TLR5

TLR5在抗腫瘤的免疫治療中起著非常重要的作用，鞭毛蛋白是TLR5的天然激動(dòng)劑，在多種腫瘤模型中發(fā)揮抗腫瘤作用。有研究發(fā)現(xiàn)在人結(jié)直腸腫瘤的小鼠異種移植模型中，瘤周鞭毛蛋白通過激活TLR5來抑制腫瘤生長，促進(jìn)腫瘤壞死[32]。TLR5激動(dòng)劑恩替莫德(CBLB502)可以保護(hù)肝臟細(xì)胞、抗細(xì)胞突變，由于TLR5主要在腸道、膀胱、肝臟中表達(dá)，全身應(yīng)用其激動(dòng)劑的安全性大大提高。此外TLR5介導(dǎo)的信號(hào)通路減少致休克炎性因子的釋放如TNF-α、IL-1β和IL-2等，進(jìn)一步降低了TLR5激動(dòng)劑的毒性，現(xiàn)已聯(lián)合應(yīng)用于第一階段結(jié)直腸癌放射治療中[33]。

2.4 TLR7

TLR7在漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞(pDC)中表達(dá)，pDC可以分泌大量INF-1來提高CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞活性。研究發(fā)現(xiàn)，CRC患者TLR7表達(dá)水平明顯降低[30]，因此TLR7低水平表達(dá)提示著結(jié)直腸組織的癌變趨勢。而且TLR7多態(tài)性對利妥昔單抗治療轉(zhuǎn)移性CRC具有預(yù)測價(jià)值，TLR7激動(dòng)劑咪喹莫特可以抑制結(jié)腸癌模型中的腫瘤生長，并對pDCs具有腫瘤殺傷活性[34]。此外，在結(jié)腸癌模型中還發(fā)現(xiàn)了852A(TLR7激動(dòng)劑)和 3M-011(TLR7/8激動(dòng)劑)的抗癌作用，將他們聯(lián)合環(huán)磷酰胺治療，可以增加化療效果[35]。

2.5 TLR9

越來越多的證據(jù)表明TLR9在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。TLR9在結(jié)直腸癌患者的增生性和絨毛性息肉中的表達(dá)降低，這表明其在大腸粘膜中的表達(dá)具有潛在的預(yù)防惡性腫瘤的作用。TLR9可以識(shí)別細(xì)菌、病毒和免疫球蛋白中，包含未甲基化CpG序列的DNA片段(CpG ODN)[36]。

CpG-7909(ProMune)是臨床研究中的第一個(gè)TLR9激動(dòng)劑，然而它在抗腫瘤的治療中并未有明顯作用。隨后實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CpG-1826可以抑制小鼠肝轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌的生長，但隨著其應(yīng)用劑量增加，肝脾腫大的副作用也隨之發(fā)生。Done等通過協(xié)同α-GalCer附載的腫瘤細(xì)胞與CpG-1826發(fā)明了新的抗腫瘤疫苗。它不但可以抑制結(jié)腸癌小鼠的腫瘤生長，還能誘導(dǎo)機(jī)體對腫瘤的長期記憶性免疫[37]。

MGN1703是臨床研究的另一種CpG ODN化合物，在第一階段臨床試驗(yàn)中，無藥物相關(guān)的不良反應(yīng)發(fā)生，充分顯示了其抗腫瘤及免疫耐受作用[38]。此外，在第二階段試驗(yàn)中，經(jīng)MGN1703治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者的無進(jìn)展生存期與癌癥病情的控制均得到了很好的改善，目前正在第三階段的臨床試驗(yàn)中。另一種新的TLR9激動(dòng)劑C792在臨床研究中也表現(xiàn)出明顯的抗腫瘤療效[39]。

3 MYD88抑制劑

MYD88是TLRs信號(hào)通路中重要的銜接分子之一。除TLR3外，所有TLRs的激活均由MyD88依賴性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)。MyD88可以募集白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶(IRAK)，使其磷酸化后活化轉(zhuǎn)化生長因子激酶-1(TAK1)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并磷酸化NF-κB抑制劑，促進(jìn)細(xì)胞核對促炎細(xì)胞因子的表達(dá)[40]。

基于Myd88分子結(jié)構(gòu)，合成了一種新化合物(TJ-M2010-5)，其可以與MyD88結(jié)合來干擾TLRs信號(hào)通路。TJ-M2010-5在氧化偶氮甲烷/葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎相關(guān)的癌癥模型中減少了結(jié)腸炎的發(fā)生，從而降低癌變率。此外，TJ-M2015-5還可以減緩細(xì)胞增殖、加速細(xì)胞凋亡，抑制小鼠結(jié)腸組織中細(xì)胞因子、趨化因子和免疫細(xì)胞的生成[41]。

4 TLRs作為CRC預(yù)后的生物標(biāo)志物

目前，許多學(xué)者研究了TLRs表達(dá)與CRC預(yù)后的關(guān)系，Paarnio等[42]發(fā)現(xiàn)在近端結(jié)腸癌中，TLR4強(qiáng)表達(dá)者5年生存率比弱表達(dá)者高36.9%，而TLR2表達(dá)水平與預(yù)后無關(guān)。Eiró等[43]對104例CRC患者TLRs水平進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TLR9的表達(dá)與腫瘤學(xué)組織學(xué)分期直接相關(guān)，TLR4在成纖維細(xì)胞中的高表達(dá)可以減少腫瘤的復(fù)發(fā)。然而，Cammarota等[44]發(fā)現(xiàn)在腺癌患者細(xì)胞基質(zhì)中TLR4的高表達(dá)預(yù)示著疾病預(yù)后不佳。此外，TCR4和MyD88在CRC中的高表達(dá)與肝轉(zhuǎn)移、無病生存期和總生存期顯著相關(guān)?？傮w而言，還需要更多的研究來證明TLRs表達(dá)與CRC預(yù)后的關(guān)系。

5 小結(jié)與展望

CRC的發(fā)病率與死亡率居各種腫瘤之首，TLRs信號(hào)通路在結(jié)直腸上皮的固有免疫與適應(yīng)性免疫反應(yīng)中具有重要作用。靶向這一途徑的藥物如BCG、MPL等已被FDA批準(zhǔn)在不同疾病中。尤其BCG已經(jīng)在第一、二階段臨床試驗(yàn)中使用。最近研究表明OM-174在標(biāo)準(zhǔn)治療難以治療的CRC中表現(xiàn)出良好的耐受性。越來越多的實(shí)驗(yàn)證實(shí)TLRs信號(hào)通路對結(jié)直腸癌的治療作用，但其具體機(jī)制仍然需要學(xué)者們進(jìn)一步研究。