TIM-3及STAT3基因在結(jié)直腸腺癌中的研究進展

李福青 王 紅 蔣海濤 杜勝奇 鐘江利

(遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，遵義 563003)

1 TIM-3與結(jié)直腸腺癌

1.1TIM-3基因概述 T細胞免疫球蛋白黏蛋白(T-cell immunoglobulin mucin)基因家族在鼠類中包括TIM1～TIM8，但僅有3種位于人染色體5q33.2，即TIM1、TIM3及TIM4[1]。TIM基因家族編碼的膜蛋白Ⅰ即為TIM-3，由黏蛋白樣區(qū)、免疫球蛋白樣區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)組成。TIM-3首次出現(xiàn)于Th1細胞表面，也表達于多種免疫細胞，如CD8+T細胞、CD4+T細胞、調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)、樹突狀細胞(DC)、自然殺傷細胞(NK)、肥大細胞及巨噬細胞等[2，3]。細胞免疫激活需要2個信號，第2個激活信號需要抗原刺激T細胞表面上共刺激分子及呈遞細胞(APC)細胞表面上的共刺激物相互作用，程序性細胞死亡受體1(programmed cell death receptor 1，PD-1)和TIM-3是T細胞表面共刺激因子家族中最重要的負調(diào)節(jié)信號，導致CD8+T細胞無法分泌TNF-α、IFN-γ及IL-2，減弱、限制或終止T細胞免疫應(yīng)答[4-8]。腫瘤細胞的基本生物學特性為細胞增殖和遷移，TIM-3持續(xù)高表達可通過抑制細胞免疫反應(yīng)抑制腫瘤細胞免疫應(yīng)答，促進腫瘤細胞增殖和遷移。膀胱尿路上皮癌(bladder urothelial carcinoma、BUC)患者中，楊猛等[9]通過免疫組化法SP法研究得出TIM-3表達水平與BUC預后、臨床分期、病理分級等密切相關(guān)，因此腫瘤細胞持續(xù)高表達TIM-3與腫瘤生長、復發(fā)及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

1.2TIM-3與結(jié)直腸腺癌 全球范圍內(nèi)結(jié)直腸腺癌發(fā)病率及患病率呈逐年上升趨勢，且患者趨于年輕化，威脅人類生命健康。我國結(jié)直腸腺癌的患病率位居第三，在男性惡性腫瘤中僅次于肺癌、胃癌、肝癌位居第四，而在女性惡性腫瘤中位居第三。隨飲食結(jié)構(gòu)、生活方式的不同，農(nóng)村及城市結(jié)直腸腺癌發(fā)病率也不一致，在城市地區(qū)惡性腫瘤中，結(jié)直腸腺癌發(fā)病率僅次于肺癌位居第二，在農(nóng)村地區(qū)結(jié)直腸腺癌發(fā)病率僅次于胃癌、肺癌、食管癌、肝癌位居第五[10,11]。研究表明，TIM-3可表達于多種腫瘤細胞，如肺癌、肝癌、腎透明細胞癌、胃癌、結(jié)直腸腺癌及甲狀腺癌細胞等[12-16]。

在腫瘤微環(huán)境中，持續(xù)高表達TIM-3分子的糖基化側(cè)鏈及其配體半乳凝素9(galectin-9)結(jié)合后，一方面可促進髓源抑制細胞(CD11b+Gr-1+MDSC和CD4+FoXP3+Treg)增殖，抑制CD8+T細胞，促進腫瘤生長，另一方面特異性降低轉(zhuǎn)錄因子在T細胞中的表達，即TIM-3和BAT-3結(jié)合后導致細胞內(nèi)片段分離，并將抑制信號傳遞至細胞內(nèi)片段，削弱T細胞增殖，加速其衰竭并導致凋亡，抑制T細胞介導的免疫應(yīng)答[17-21]。結(jié)腸癌中TIM-3分子遠端的N-黏性末端可通過與癌胚抗原相關(guān)細胞黏附分子1(carcinoembryonic antigen associated cell adhesion molecule 1,CEACAM1)順式或反式結(jié)合，導致TIM-3與Bat3結(jié)合，從而上調(diào)TIM-3表達，削弱T細胞免疫反應(yīng)，促進腫瘤細胞增殖[22]。Huang等[23]通過小鼠直腸癌模型實驗證實CEAAM1 TIM-3細胞比例遠高于CD4細胞，同時，CEACAM1可通過調(diào)節(jié)TIMP-3表達誘導T細胞免疫耐受，削弱結(jié)直腸腺癌患者免疫系統(tǒng)的抗腫瘤能力。腫瘤患者免疫系統(tǒng)中固有免疫是第一道防線，Chiba等[24]研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸腺癌患者的浸潤性DC TIM-3持續(xù)高表達，與核酸競爭與高遷移率蛋白B1(high mobility protein B1，HMGB1)結(jié)構(gòu)域A盒競爭，阻礙核酸與HMGB1結(jié)合，因此抗原抗體復合物無法通過Toll樣受體(toll-like receptors、TLR)被識別，導致白細胞介素受體相關(guān)激酶，被阻斷，從而破壞HMGB1介導核酸發(fā)揮細胞固有免疫，導致腫瘤細胞凋亡后由核酸釋放的免疫原性降低，抑制核酸介導的先天性抗腫瘤免疫反應(yīng)。持續(xù)高表達TIM-3還可通過促進巨噬細胞M2型極化、抑制M1型極化減弱巨噬細胞吞噬和殺傷效應(yīng)抑制結(jié)直腸腺癌患者腫瘤細胞免疫應(yīng)答，導致結(jié)直腸腺細胞免疫逃逸，促進結(jié)直腸腺癌腫瘤細胞不斷增殖分化[25]。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，阻斷TIM-3可提高機體固有免疫，一定程度增強機體抗腫瘤能力。細胞免疫中，TIM-3持續(xù)表達與Gal-9結(jié)合后導致鈣離子內(nèi)流至Th1細胞胞內(nèi)區(qū)，降低Th1細胞中IL-12亞單位P40和P36的轉(zhuǎn)錄抑制分化，同時限制IL-12、IFN-γ、TNF-α分泌，直接或間接削弱CD8+T細胞、NK細胞毒性[27,28]。

1.3TIM-3與結(jié)直腸腺癌免疫治療 TIM-3主要通過抑制T細胞免疫應(yīng)答促進腫瘤細胞增殖，其作為腫瘤治療靶點的作用機制如下：①抑制IL-6、IL-27等炎癥因子釋放，利用TIM-3中和抗體處理肝癌HepG2和SMMC7721細胞，阻斷TIM-3信號通路后，以IL-6(100 ng/ml)刺激肝癌細胞系，中和抗體處理過后的IL-6分泌明顯減少，促進肝癌細胞增殖的作用明顯減弱；②使用疫苗和嵌合抗原受體T細胞激活免疫細胞；③TIM-3單克隆抗體直接作用或聯(lián)合其他檢查點的單抗發(fā)揮作用；④抑制TIM-3受體與其配體結(jié)合，將抗TIM-3抗體或抗Gal-9抗體應(yīng)用于鼻咽癌細胞，鼻咽癌細胞增殖受到抑制，解除鼻咽癌外核體對Th1細胞的免疫抑制，進而恢復T細胞的抗腫瘤效應(yīng)[29]。

2 STAT3基因與結(jié)直腸腺癌

2.1STAT3基因概述 STAT是由細胞因子和生長因子等肽類配體激活的細胞質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子，具有雙重功能，在細胞核的啟動子中傳遞細胞質(zhì)信號和調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，在調(diào)節(jié)正常細胞的分化、增殖和凋亡中起重要作用。STAT3共包括7種蛋白，分別為STAT1～STAT4、STAT5a、STAT5b及STAT6[30]。STAT3是STAT家族成員，是細胞內(nèi)重要的信號傳遞分子，接收信號并將其他信號傳遞至細胞核，調(diào)控下游基因轉(zhuǎn)錄。STAT3蛋白分子量約為89～92 kD，由750～795個氨基酸殘基組成，包括螺旋區(qū)、N 端氨基酸保守序列、SH2結(jié)構(gòu)域、DNA結(jié)合域連接區(qū)和C端轉(zhuǎn)錄活化區(qū)6個功能結(jié)構(gòu)域。STAT3主要由細胞因子(IL-6)和生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)及其受體促進相鄰JAKs聚集、JAK-STAT信號通路磷酸化和激活，酪氨酸殘基在SH2結(jié)構(gòu)域和受體中的磷酸化導致STAT3活化。STAT3與相應(yīng)的受體分離形成二聚體，從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運至細胞核，成為轉(zhuǎn)錄基因[31]。

2.2STAT3與結(jié)直腸腺癌 STAT3在細胞增殖及分化中起重要作用，是信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵激活蛋白。STAT3對腫瘤細胞增殖、分化和新生血管形成具有促進作用，是公認的促癌基因，在腫瘤信號轉(zhuǎn)導通路中起重要作用。STAT3在白血病、前列腺癌、多發(fā)性骨髓瘤、結(jié)直腸腺癌、乳腺癌及肝癌等實體腫瘤及血液組織中持續(xù)高表達，參與腫瘤的抗凋亡、增殖、分化、轉(zhuǎn)移、血管形成等過程。腫瘤細胞中，STAT3通過SH2結(jié)構(gòu)域與受體中磷酸化的酪氨酸殘基作用，不斷激活STAT3，同時c-Jun氨基末端激酶可直接磷酸化STAT3的727位絲氨酸位點，激活STAT3[32]。將肺癌小鼠的STAT3基因敲除后，發(fā)現(xiàn) STAT3 敲除的腫瘤細胞不僅大量分泌炎癥趨化因子，且MHC-Ⅰ抗原表達降低，NK細胞敏感性增強[33]。張國強等[34]通過免疫組化實驗證明持續(xù)高表達的STAT3基因參與結(jié)直腸腺癌發(fā)生發(fā)展，且與結(jié)直腸腺癌患者TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，STAT3的連續(xù)激活調(diào)節(jié)多種基因表達，包括負性免疫應(yīng)答因子(如IL-10、VEGF、TGF-β)和細胞增殖、凋亡和循環(huán)相關(guān)基因(Bcl-xL、CycCd1、Mcl-1、Survvin、cyclin等)。結(jié)直腸腺癌中，通過結(jié)合BH1、BH2和Bax持續(xù)激活STAT3，全國Bcl-xL和Bcl-2，形成2種同源聚合物和2種非均相聚合物，導致細胞增殖和凋亡失衡，促使STAT3不斷被激活[35]。c-myc基因和細胞周期蛋白D1(cyclin D1)通過SH2結(jié)構(gòu)域和Src表達上調(diào)，抑制結(jié)直腸腺癌細胞凋亡并促進其增殖，導致結(jié)直腸腺癌發(fā)生發(fā)展[36-40]。持續(xù)活化的STAT3在腫瘤細胞微環(huán)境中導致IL-12/IL-23失衡，IL-12分泌減少，同時IL-23通過調(diào)節(jié)T細胞提高腫瘤免疫抑制分子活性。研究表明，IL-6是STAT3的重要細胞活化因子[41]。IL-6與配體GP130結(jié)合激活JAK激酶，磷酸化STAT3，激活JAK2/STAT3信號通路，并在JAK激酶作用下促進結(jié)直腸腺癌細胞增殖。張曉芹等[42]通過免疫組化表明，結(jié)直腸腺癌細胞中STAT3表達與IL-6表達上調(diào)，且呈正相關(guān)，提示IL-6可能作為細胞活化因子誘導STAT3活化，促進信號轉(zhuǎn)導，參與結(jié)直腸腺癌發(fā)生發(fā)展。同時JAK2/STAT3信號通路也可通過VEGF促進腫瘤新生血管生成，導致結(jié)直腸腺癌細胞轉(zhuǎn)移。此外STAT3不僅可直接調(diào)控VEGF，同時持續(xù)活化的STAT3也可通過表達HIF-1α間接促進VEGF生成，促進結(jié)直腸腺癌細胞增殖[43-46]。

2.3STAT3與腫瘤治療 STAT3是腫瘤中多種信號通路的連接點，阻斷STAT3可阻斷腫瘤多種信號通路，抑制腫瘤細胞增殖。目前阻斷STAT3的方法有：①寡核苷酸、反義寡核苷酸主要通過將STAT3與STAT3 mRNA結(jié)合，誘騙寡核苷酸結(jié)合活性STAT3以減少STAT3和特異性反應(yīng)原基結(jié)合，阻斷STAT3信號通路的轉(zhuǎn)導，在肺癌A549細胞中，利用反義寡核苷酸轉(zhuǎn)染后，其增殖抑制率和細胞凋亡明顯上升[47，48]；②RNA干擾法，利用RNA干擾法沉默結(jié)直腸癌細胞系HT29 、SW1116細胞中的STAT3基因72 h后發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞凋亡率上升[49]；③抑制JAK激酶激活，細胞因子信號抑制劑(SOCS)通過結(jié)合或抑制JAK抑制STAT3磷酸化，活化的STAT蛋白抑制劑(PIAS-3)可與2種STAT3聚合物結(jié)合防止STAT3與DNA結(jié)合并誘導其連續(xù)激活，AG490可抑制JAK激酶活化，目前已廣泛應(yīng)用于腫瘤治療[50]；④顯性負性技術(shù)，野生型顯性負蛋白可降低STAT3和特異性反應(yīng)的原始結(jié)合阻斷STAT3信號通路，突變顯性負蛋白主要通過阻斷STAT3和DNA結(jié)合，下調(diào)抗凋亡基因表達，誘導腫瘤細胞凋亡，抑制腫瘤細胞生長；⑤干擾素誘導死亡相關(guān)基因19，結(jié)合STAT3抑制STAT3核轉(zhuǎn)位，抑制IL-6誘導的STAT3相關(guān)靶基因表達，抑制腫瘤細胞增殖，促進其凋亡。

3 TIM-3和STAT3 在腫瘤中的相關(guān)性

TIM-3和STAT3在腫瘤中的作用一直是國內(nèi)外研究重點。TIM-3可在腫瘤中調(diào)節(jié)STAT3信號通路而發(fā)揮作用，激活巨噬細胞和內(nèi)皮細胞NF-κB通路，參與腫瘤發(fā)生發(fā)展。NF-κB信號通路的激活可提高IL-6表達，促進STAT3激活，從而促進腫瘤細胞增殖與遷移[51，52]。IL-6作為炎癥因子，主要誘導T、B細胞分化及促進造血功能等，但IL-6亦可抑制免疫系統(tǒng)，刺激腫瘤細胞新生血管形成，參與腫瘤發(fā)生發(fā)展。IL-6可表達于結(jié)直腸腺癌細胞，持續(xù)高表達的IL-6誘導Th17表達，促發(fā)炎癥反應(yīng)進而誘導結(jié)直腸腺癌發(fā)生，IL-6促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的方式主要為激活STAT3表達，通過經(jīng)典途徑即IL-6R直接與配體gp130特異性結(jié)合和跨信號轉(zhuǎn)導途徑即IL-6不通過IL-6R與gp130特異性結(jié)合，直接與sIL-6R結(jié)合形成sIL-6R/IL-6復合物，刺激細胞膜上gp130形成同源二聚體，激活JAK激酶同時磷酸化STAT3，促使JAK2/STAT3信號通路激活，表達和轉(zhuǎn)錄靶基因，促進結(jié)直腸腺癌細胞增長及新生血管形成，減少腺癌細胞凋亡。IL-6促進肝癌細胞增殖依賴于TIM-3，STAT3作為IL-6的下游基因，持續(xù)高表達的TIM-3可使肝癌細胞株STAT3顯著激活，抑制STAT3可顯著抑制TIM-3表達，并下調(diào)IL-6表達，因此TIM-3可能通過活化STAT3參與IL-6/STAT3信號促進肝癌細胞增長。目前國內(nèi)外關(guān)于TIM-3激活I(lǐng)L-6/STAT3信號通路促進結(jié)直腸腺癌細胞增殖的研究較少，TIM-3作為IL-6的上游信號，是否可通過調(diào)控上游TIM-3抑制IL-6/STAT3信號通路在結(jié)直腸腺癌中發(fā)揮作用需進一步研究。

4 展望

綜上所述，STAT3及TIM-3基因?qū)δ[瘤的影響是近年研究熱點，STAT3及TIM-3基因在結(jié)直腸腺癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。TIM-3可通過激活I(lǐng)L-6/STAT3信號通路抑制腫瘤細胞凋亡，促進腫瘤細胞增殖，但目前關(guān)于TIM-3激活I(lǐng)L-6/STAT3信號通路促進腫瘤細胞增殖的研究較少，是否可通過調(diào)控上游TIM-3基因抑制IL-6/STAT3信號通路在腫瘤中的作用將成為結(jié)直腸腺癌新的研究方向。