TLR2和TLR4信號在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

楊慶利 冷 靜

(廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西高發(fā)傳染病中西醫(yī)結(jié)合轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點實驗室，南寧 530200)

一般認(rèn)為，Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)通過識別病原生物的病原相關(guān)分子模式介導(dǎo)天然免疫應(yīng)答，在抗病原生物感染中發(fā)揮重要作用，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，直接影響腫瘤患者預(yù)后[1]。但TLRs信號對不同腫瘤發(fā)生的影響不同，其機(jī)制涉及多個環(huán)節(jié)。本文重點分析與腫瘤密切相關(guān)的TLR2和TLR4信號的作用及機(jī)制。

1 TLR2和TLR4信號活化抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展

1.1通過活化T細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤作用 研究發(fā)現(xiàn)，某些特殊的TLR2和TLR4激動劑可通過活化T細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)，如丹參多糖可促進(jìn)T細(xì)胞TLR1、TLR2和TLR4基因表達(dá)，通過活化TLRs-MAPK-NF-κB信號途徑調(diào)控T細(xì)胞功能，并以劑量依賴的方式促進(jìn)癌癥患者T細(xì)胞增殖并顯著提高細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)的抗腫瘤作用[2]。在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(dentritic cell，DCs)、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages,TAMs)、T細(xì)胞、骨髓來源抑制性細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)等均表達(dá)TLR4。TLR4配體可通過MyD88依賴性途徑促進(jìn)DCs成熟，誘導(dǎo)Th1抗腫瘤免疫應(yīng)答[3]。

研究者從合成化合物庫中發(fā)現(xiàn)了一種新型小鼠和人TLR1/TLR2受體激動劑Diprovocim，可通過活化TLR1/TLR2-MAPK-NF-κB信號途徑促進(jìn)C57BL/6J小鼠腹膜巨噬細(xì)胞、骨髓來源樹狀突細(xì)胞、人PMA誘導(dǎo)分化的THP-1髓樣細(xì)胞和外周血單個核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)產(chǎn)生TNF，且其活化TLR1/TLR2的效率高于Pam3CSK4。Diprovocim還可作為佐劑增強特異性抗體和CTL應(yīng)答，并與PD-L1抗體協(xié)同高效抑制B16黑色素瘤在C57BL/6J小鼠體內(nèi)生長，機(jī)制為Diprovocim通過活化APCs 的TLR1/TLR2信號誘導(dǎo)抗原遞呈/協(xié)同刺激分子和細(xì)胞因子表達(dá)，促進(jìn)抗原特異性CD4+和CD8+T細(xì)胞增殖與活化，同時清除腫瘤微環(huán)境中的主要免疫抑制因素[4]。ZOM等[5]對TLR2配體Pam3CSK4進(jìn)行改造制備出TLR2新型配體Amplivant(AV)，AV與合成的長鏈多肽聯(lián)合作為腫瘤疫苗有效誘導(dǎo)小鼠DCs成熟，高效啟動T細(xì)胞抗腫瘤免疫過程。AKAZAWA等[6]基于TLR2配體Pam2Cys(P2C)的基本結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行改造，制備出TLR2新型配體P2CSR11和P2CSK11，使其通過長陽離子多肽部分與接受輻射的腫瘤細(xì)胞結(jié)合，制備出結(jié)合P2CSR11和P2CSK11的模擬細(xì)菌的腫瘤細(xì)胞(bacteria-mimicking tumor cells,BMTC)，該BMTC在體外可被DCs有效吞噬并誘導(dǎo)抗原交叉遞呈，并作為腫瘤疫苗在小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)有效的腫瘤特異性CTL反應(yīng)，抑制腫瘤生長。SHER等[7]針對人乳頭瘤病毒(human papillomavirus,HPV)E6和E7致癌蛋白制備了無致癌活性的重組脂化HPV16 E6和E7突變體(rlipo-E6mE7m)，該脂化突變體可作為治療性疫苗通過TLR2活化APC，誘導(dǎo)E6和E7特異性T細(xì)胞增殖和CTL反應(yīng)，抑制C57BL/6荷瘤小鼠TC-1腫瘤生長。綜上所述，TLR2信號活化可通過增強腫瘤特異性T細(xì)胞的毒性發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)?；谠摾碚?，研究者制備出分別融合TLR2胞內(nèi)TIR區(qū)且靶向CD19和間皮素的特殊CAR-T細(xì)胞1928zT2和m28zT2，其在體外和體內(nèi)均顯示出良好的抗CD19+白血病細(xì)胞和表達(dá)間皮素的實體腫瘤效應(yīng)[8]。

1.2通過促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗腫瘤作用 研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌NCU116 的胞外多糖可上調(diào)TLR2表達(dá)，并通過TLR2信號活化的、c-Jun依賴的、并由Fas/FsaL介導(dǎo)的途徑促進(jìn)小鼠結(jié)直腸癌上皮細(xì)胞系CT26凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，但具有細(xì)胞(系)選擇性[9]。ERIKSSON等[10]發(fā)現(xiàn)，TLR1和TLR2在急性髓性白血病CD34+CD38-原始細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，該TLR1/2受體復(fù)合物可被其Pam3CSK4活化，使人AML細(xì)胞發(fā)生p38 MAPK依賴性Caspase-3活化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和依賴于NF-κB的髓樣分化，但均不依賴于p53。Pam3CSK4-TLR1/2信號所引發(fā)的抗白血病效應(yīng)具有選擇性，表現(xiàn)為抑制小鼠和人白血病細(xì)胞增殖，而對正常造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞影響較小。

1.3其他抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制 研究發(fā)現(xiàn)，某些特殊類型的TLR2/4激動劑具有活化NK細(xì)胞的作用。如光棘球海膽卵多糖可在體內(nèi)通過TLR2和TLR4活化裸鼠和C57BL/6J小鼠脾臟CD3-NK1.1+細(xì)胞和NK細(xì)胞，可促進(jìn)Lewis肺癌(LLC)荷瘤C57BL/6J小鼠NK1.1+細(xì)胞增殖及IL-2和IFN-γ分泌，通過促進(jìn)NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒效應(yīng)抑制腫瘤生長，還可通過活化NK細(xì)胞TLR2和TLR4信號的方式顯著抑制人非小細(xì)胞肺癌H460荷瘤裸鼠腫瘤生長[11]。

研究發(fā)現(xiàn)，TLR2信號活化還可中和/抑制活性氧產(chǎn)物(reactive oxygen species,ROS)，預(yù)防ROS引起的DNA損傷，抑制肝細(xì)胞癌發(fā)生。該作用通過“ROS感應(yīng)機(jī)制”即ASK1/p38 MAPK/NF-κB途徑，誘導(dǎo)突變的衰老細(xì)胞死亡。同時，中和ROS反應(yīng)可抑制未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)和UPR-JNK途徑活化，不利于細(xì)胞存活[12]。

除此之外，卡介苗治療膀胱癌的機(jī)制與TLR2信號活化并促進(jìn)抗菌肽產(chǎn)生有關(guān)，通過卡介苗與TLR2結(jié)合誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞ERK1/2磷酸化促進(jìn)c-Jun、p65和Pol 等與AMP啟動子結(jié)合[13]。DING等[14]發(fā)現(xiàn)，新型TLR受體激動劑——“與麥芽糖結(jié)合蛋白融合的重組幽門螺桿菌中性粒細(xì)胞活化蛋白(rMBP-NAP)” 在小鼠模型中具有抗腫瘤功能，且rMBP-NAP可促進(jìn)肺癌患者PBMCs TLR2表達(dá)，并促進(jìn)其產(chǎn)生IFN-γ、IL-2、TNF-α和IL-12，可能與TLR2信號活化有關(guān)，對肺癌具有潛在治療價值。

2 TLR2和TLR4信號活化促進(jìn)腫瘤發(fā)生、發(fā)展

2.1促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的TLR2和TLR4信號可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移相關(guān)基因表達(dá) 研究發(fā)現(xiàn)，TLR2和TLR4表達(dá)水平與胃癌、結(jié)直腸癌、胰腺導(dǎo)管腺癌、乳腺癌和口腔鱗狀細(xì)胞癌等轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，其表達(dá)對預(yù)測腫瘤預(yù)后具有重要價值[15-18]。25-羥基膽固醇(25-Hydroxycholesterol，25-HC)在體外可以劑量依賴方式促進(jìn)AGS胃癌細(xì)胞系TLR2 mRNA表達(dá)，并通過活化TLR2/NF-κB途徑促進(jìn)細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶類(metrix metalloproteinases,MMPs)表達(dá)，促進(jìn)胃癌細(xì)胞在體外和體內(nèi)的遷移[15]。另外，TLR4在乳腺癌組織表達(dá)上升，LPS刺激可活化乳腺癌細(xì)胞PI3K/Akt/GSK3β信號途徑，促進(jìn)β-catenin靶基因表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移[19]。在LPS刺激下與宮頸癌進(jìn)展和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的異黏蛋白在TLR4陽性的乳腺癌細(xì)胞中大量表達(dá)[3]。這些特殊基因均由TLR2和TLR4信號活化誘導(dǎo)表達(dá)，可促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。

2.2HMGB1活化TLR2和TLR4信號抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答 研究發(fā)現(xiàn)，由外泌體或壞死細(xì)胞釋放的損傷相關(guān)分子模式，如高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)、熱休克蛋白(heat shock proteins,HSPs)家族等均可被TLRs識別，參與免疫應(yīng)答過程[20]。小鼠腫瘤細(xì)胞釋放的自噬體可通過其膜結(jié)合的HMGB1活化B細(xì)胞TLR2信號，通過MyD88/NF-κB途徑促進(jìn)IL-10產(chǎn)生，使脾臟B細(xì)胞分化為可產(chǎn)生IL-10的調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(IL-10+B regs)，抑制CD4+和CD8+T細(xì)胞應(yīng)答和抗腫瘤免疫反應(yīng)。而TLR4信號不參與HMGB1 誘導(dǎo)IL-10+Bregs產(chǎn)生[21]。YE等[22]對肝細(xì)胞癌的研究表明，腫瘤細(xì)胞外泌體來源的HMGB1可活化TLR2/4-MAPK信號途徑，促進(jìn)B細(xì)胞增殖活化并表達(dá)TIM-1蛋白，活化的TIM-1+Bregs的表型為CD5highCD24-CD27-/+CD38+/high，分泌免疫抑制性細(xì)胞因子IL-10，抑制CD8+T細(xì)胞活性，引發(fā)肝細(xì)胞癌患者抗腫瘤免疫耐受。CHEN等[23]發(fā)現(xiàn)，死亡細(xì)胞來源的HMGB1通過活化TLR2受體，在體內(nèi)和體外促進(jìn)CD133+胰腺癌干細(xì)胞自我更新，維持細(xì)胞干性，Wnt/β-catenin信號對該HMGB1-TLR2介導(dǎo)的CD133+胰腺癌細(xì)胞干細(xì)胞具有促進(jìn)作用，而TLR4則對HMGB1-TLR2信號起對抗作用。死亡的胰腺癌細(xì)胞通過其釋放的HMGB1在體外和體內(nèi)明顯促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，由TLR2信號介導(dǎo)，導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞表型上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和PI3K/Akt活化[24]。人胃癌細(xì)胞系HSC44PE釋放的HMGB1可通過TLR2/4、IRAK4和NF-κB途徑促進(jìn)基質(zhì)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β、IL-6和IL-8等促炎細(xì)胞因子，而IL-8可趨化中性粒細(xì)胞，通過釋放ROS和細(xì)胞因子調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和血管生成，使腫瘤細(xì)胞在此微環(huán)境下獲得轉(zhuǎn)移能力[25]。

HMGB1還可通過活化TLR4信號促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)產(chǎn)生大量IL-10，抑制腫瘤微環(huán)境中依賴于CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤免疫應(yīng)答。肝癌細(xì)胞TLR4高表達(dá)與腫瘤組織中CD4+CD25highFOXP3+Treg數(shù)呈正相關(guān)。中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的TLR4結(jié)合HMGB1后通過IKK-β/α、NF-κB信號活化途徑促進(jìn)VEGF產(chǎn)生，導(dǎo)致腫瘤組織血管生成。另外，作為腫瘤基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)TLR4的間葉干細(xì)胞(TLR4+MSCs)活化后抑制NK細(xì)胞NKG2D受體表達(dá)、NK細(xì)胞增殖和細(xì)胞毒性[3]。研究發(fā)現(xiàn)，雙環(huán)倍半萜烯類化合物β-石竹烯可抑制HMGB1-TLR4-NF-κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，但其在抗腫瘤免疫應(yīng)答中的效應(yīng)尚不明確[26]。

2.3其他促進(jìn)腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制 研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外HSP70和HSP70-肽復(fù)合物可與TLR2和TLR4蛋白直接特異結(jié)合，穩(wěn)定并上調(diào)TLR2和TLR4表達(dá)，并通過活化JNK1/2/MAPK信號途徑促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)及肝癌細(xì)胞系HepG2增殖[16]。HSP70還可通過TLR4促進(jìn)NF-κB表達(dá)并促進(jìn)肝癌細(xì)胞系H22增殖[3]。肽聚糖刺激肺癌A549細(xì)胞可通過TLR2信號活化促進(jìn)FOXP3和VEGF表達(dá)，通過抑制局部免疫應(yīng)答參與肺癌細(xì)胞免疫逃逸[27]。研究發(fā)現(xiàn)，TLR2 配體Pam2CSK4雖可誘導(dǎo)腫瘤抗原特異性CTL反應(yīng)，但其還可通過以下機(jī)制抑制抗腫瘤T細(xì)胞應(yīng)答，即Pam2CSK4-TLR2信號誘導(dǎo)M-MDSCs分化為成熟的巨噬細(xì)胞，并在特異性抗原存在情況下促進(jìn)DCs對CD8+T細(xì)胞的活化，成熟的巨噬細(xì)胞在活化的CD8+T細(xì)胞分泌的IFN-γ刺激下產(chǎn)生iNOS/NO，抗腫瘤CTL反應(yīng)[28]。

3 小結(jié)

TLR2和TLR4激動劑的來源、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)具有多樣性，其信號活化后的效應(yīng)具有多重性，不僅活化抗腫瘤免疫效應(yīng)，還通過多種機(jī)制促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。TLR2和TLR4對某些腫瘤發(fā)生的作用相反，如肉類攝入可能活化腸黏膜上皮細(xì)胞包括TLR2在內(nèi)的TLRs信號，通過NF-κB介導(dǎo)促炎癥反應(yīng)，并與結(jié)直腸癌發(fā)生密切相關(guān)，而粗纖維類食物攝入可能活化TLR4信號，通過上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-10和環(huán)氧酶2防止結(jié)直腸癌發(fā)生[29]。

TLR2和TLR4信號活化對腫瘤發(fā)生、發(fā)展的影響廣泛，調(diào)控和協(xié)同機(jī)制復(fù)雜，眾多環(huán)節(jié)尚不明確。研究發(fā)現(xiàn)，TLR2-MyD88信號活化增強CD8+T細(xì)胞反應(yīng)受體4-1BB等協(xié)同刺激受體信號調(diào)控，4-1BB與TLR1/TLR2信號協(xié)同可促進(jìn)CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤免疫作用[30]。PALANI等[31]發(fā)現(xiàn)，在口腔鱗狀細(xì)胞癌和癌前病變標(biāo)本中，TLR2和腺苷酸受體A2a共同表達(dá)，且TLR2配體可刺激TLR2高表達(dá)細(xì)胞A2a，在TLR2高表達(dá)的口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中，TLR2/1、TLR2/6和A2a在相應(yīng)激動劑的協(xié)同作用下可有效活化ERK1/2，導(dǎo)致c-FOS積累、細(xì)胞增殖和Caspase-3活性降低，促進(jìn)口腔鱗狀細(xì)胞癌發(fā)展[31]。而血液循環(huán)中單核細(xì)胞TLR4信號活化導(dǎo)致其向腫瘤部位聚集成為TAMs，并通過TLR4/NF-κB途徑促進(jìn)MMP9、TNF-α、VEGF等表達(dá)，但機(jī)制尚不明確。另外，HMGB1作為TLR4的配體通過活化TLR4抑制CD4+CD25-常規(guī)T細(xì)胞增殖，但卻促進(jìn)CD4+CTL細(xì)胞活化，但CD4+CTL細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的作用尚不明確[3]。綜上所述，免疫活性細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞TLR2和TLR4信號活化的效應(yīng)明顯不同，二者在腫瘤微環(huán)境中功能狀態(tài)的相互影響和調(diào)控機(jī)制等仍需深入研究。該領(lǐng)域的研究進(jìn)展對以TLR2和TLR4信號通路為靶點的新型抗腫瘤藥物研發(fā)具有重要價值。