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炎性微环境与肝癌的研究

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《肿瘤杂志》2015年第十一期

肝癌在世界范围内位居引起肿瘤相关死亡病因的第3位[1]。由于手术后的局部复发和转移,肝癌患者的5年生存率低于5%[2]。目前,其发病机制尚未完全明了。近年来,炎性反应与肿瘤间的关系越来越受到重视,在肿瘤中出现的炎性细胞和炎性介质也表明炎性反应与癌症的核心能力获得有关[3]。肝癌与炎性反应之间的关系成为学者关注的热点。90%的肝癌由慢性肝脏损害发展而来,因此它是一种肿瘤周围炎性微环境与肿瘤细胞之间相互作用引起的与炎性反应密切相关的肿瘤。肝癌基质环境由肝星状细胞、巨噬细胞和内皮细胞等构成,他们对肝癌的启动、进展和转移有重要的作用。同时,肿瘤细胞也对这些细胞产生影响,构造一个适合维持肿瘤生长的微环境。肝癌细胞与这些基质细胞相互作用,产生许多炎性因子[如:白细胞介素(interleukin,IL)-6、IL-8、IL-17和肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)等],与肿瘤基质环境共同构成了有利于肝癌细胞增殖的炎性微环境。本文主要对炎性微环境中各种细胞因子和炎性细胞与肝癌发生间关系的研究进展进行综述。

1炎性因子与肝癌发生和发展的关系

1.1IL在动物模型中,IL-6的表达与肝炎迅速进展为肝癌有关[5]。IL-8是单核细胞和淋巴细胞强有力的趋化因子,可以诱导肿瘤血管生成和转移的发生[6]。研究显示,缺乏IL-17,小鼠肝癌细胞的生长被抑制,而给予重组IL-17则可重新促进小鼠肝癌细胞的生长。IL-17促进肝癌细胞生长主要是通过抑制CD8+T细胞的抗肿瘤反应实现的。研究表明,IL-17A诱导肿瘤细胞产生趋化因子配体5,促进髓源性抑制细胞(myeloidderivedsuppressorcell,MDSC)在趋化因子配体5/趋化因子受体2依赖性的肿瘤部位浸润。IL-17A促进MDSC的抑制活性,增强肿瘤的免疫抑制。此外,作为一种正反馈,MDSC可诱导T细胞通过IL-1β和IL-23产生诱导分泌IL-17A的γδ-T细胞,IL-17A可提高MDSC产生IL-1β和IL-23的能力[7]。另外,IL-17还可以通过激活蛋白激酶B(proteinkinaseB,PKB,又称Akt)通路,由IL-6/Janus酪氨酸蛋白激酶(2Janusprotein-tyrosinekinase2,JAK2)/信号转录激活因子(3signaltransducerandactivatoroftranscription3,STAT3)直接作用于肝癌细胞,发挥促进肿瘤的作用[8]。IL-8和IL-17可通过活化血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)诱导新血管的生成。此外,它们还可以通过增强基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMP)-2和-9的活性而增加恶性肿瘤潜在的转移能力。肝癌组织中神经降压素(neurotensin,NTS)表达上调,同时伴随着肝癌组织中局部微环境炎性反应的上调和上皮-间质转化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT)发生的增多。90.91%的NTS(+)的肝癌组织中存在IL-8,且其表达水平与NTS蛋白的表达水平呈显著正相关,该现象提示在肝癌中NTS/IL-8信号通路的激活与肝癌局部微环境炎性反应加剧、EMT增多和预后不良有关。同时发现,肝癌组织中NTS和IL-8的表达水平共同上调者则VEGF和MMP-9的表达水平也上调[2]。在炎性微环境中,肝癌细胞通过p38丝裂原激活的蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinase,MAPK)、细胞外信号调节激酶l/(2extracellularsignal-regulatedkinasel/2,ERK1/2)和磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3kinase,PI3K)/Akt信号通路自动生成IL-8,其中p38MAPK是一个激活核因子-κB(nuclearfactorkappaB,NF-κB)信号通路和调节IL-8表达的核心因素[10]。IL-8的主要作用为(1)诱导EMT发生,增加肿瘤细胞的转移和浸润能力;(2)与JAK2/STAT3/锌指转录因子Snail信号通路相关。因此,肿瘤组织中浸润的巨噬细胞可以通过IL-8激活JAK2/STAT3/Snail信号通路从而诱导肝癌细胞发生EMT[11]。研究发现,根据肿瘤细胞分泌的IL-10水平将36例乙型肝炎诱发的肝癌患者分为低IL-10分泌组和高IL-10分泌组。在低IL-10分泌组肿瘤组织中,肿瘤浸润淋巴细胞(tumorinfiltratinglymphocytes,TILs)群中包括较多增殖能力强且产生干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)的细胞;而高IL-10分泌组肿瘤组织中TILs的增殖能力与肿瘤细胞分泌IL-10的水平呈负相关。在乙型肝炎病毒(hepatitisBvirus,HBV)诱导的肝癌中,肿瘤组织分泌低水平的IL-10,导致TILs的活性增强[12]。

1.2肿瘤生长因子-β(tumorgrowthfactor-β,TGF-β)和TNF-α在用二乙基亚硝胺诱导的小鼠肝癌模型中,TGF-β的表达水平上调。TGF-β可促进分化的Foxp3(+)CD4(+)T细胞在体外的增殖。然而,TGF-β受体特异性抑制剂Sm-16可阻断TGF-β通路,抑制肝癌的进展,下调Foxp3(+)CD4(+)T细胞的比例。在肝癌患者中,Foxp3(+)CD4(+)T细胞与TGF-β之间也存在关联,TGF-β的表达水平与肝癌的进展有关。TGF在肝癌的进展中是必须的,其通过介导Foxp3(+)CD4(+)T细胞极化而参与肝癌的进展过程[13]。肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor,HGF)是由巨噬细胞分泌的,其与恶性肿瘤的转移有关。TNF和HGF在肿瘤微环境中的过度表达与肝癌的低分化和微血管浸润有关。肝脏炎性微环境可促进肝癌病理分级的下降和肝癌微血管的侵犯[14]。TNF-α可显著诱导p38MAPK、ERK和Akt的磷酸化以及肝癌细胞分泌IL-8,IL-8在启动促进肿瘤生长及影响患者预后的炎性微环境中起着至关重要的作用[10]。骨髓间充质干细胞在炎性反应的影响下可促进肝癌转移。用IFN-γ和TNF-α预处理骨髓间充质干细胞后的上清液处理肝癌细胞可以模拟骨髓间充质干细胞对肝癌转移的促进作用。用上述上清液处理肝癌细胞,可导致EMT发生,EMT的发生与骨髓间充质干细胞受细胞因子刺激后产生TGF-β有关。联合应用IFN-γ和TNF-α可以上调骨髓间充质干细胞TGF-β的表达,促进肝癌的转移及肝癌细胞EMT的发生,肝癌中出现EMT者无瘤间期更短且整体存活率更低。由此推测,在肿瘤炎性微环境中的骨髓间充质干细胞可以通过TGF-β诱导的EMT促进肿瘤的转移[15]。

2炎性微环境中的细胞成分与肝癌发生和发展的关系

2.1肝星状细胞(hepatocellularstellatecell,HSC)肝脏微环境在肝癌形成、发展和复发中起着重要的作用,目前认为肝脏发生肝癌和复发的潜在的原因主要是肝纤维化和肝硬化,炎性环境中的成分变化可促进肝癌的发展。特别因活化的HSC在肝纤维化和肝硬化中发挥关键作用,被认为与导致肝癌发生的微环境有关。对143例肝癌患者的组织标本进行免疫组织化学检测发现,活化的HSC优先影响单核细胞群,将单核细胞群基因表达从促进炎性反应转变为抑制免疫反应发生。此外,活化的HSC和单核细胞在肝脏微环境中相互作用,增强肝癌细胞迁移和肿瘤球形成的能力,从而促进肿瘤的侵袭性。肝癌细胞微环境中活化的HSC细胞和单核细胞的相互作用,在促进肝癌演进的过程中发挥重要的作用[16]。通过基质重塑和血管生成形成一个有利于肿瘤生成的微环境,与此同时肝细胞表型向可移动细胞变化。肝细胞和活化的HSC之间通过可溶性介质相互作用,在肝癌的进展中起着重要的作用。肝细胞与活化的HSC间的相互作用,可能对肿瘤局部微环境产生很大的影响,特别是MMPs介导的细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)形成和血管生成,可促进肿瘤的生长和转移。肝细胞与活化的HSC相互作用可诱导MMP2活化,增强ECM的重塑。研究发现,除VEGF和MMPs的表达上调外,HSC还可能通过招募除内皮细胞外的其他细胞(特别是免疫细胞),诱导趋化因子的表达增强,建立肿瘤生存的微环境[6]。肝癌细胞和HSC之间的交互作用在调整肝癌细胞的生物学行为方面作用较大。研究表明,CD147是肝癌细胞和HSC相互作用的关键分子。肿瘤条件培养液和CD147可促进细胞的增殖,激活HSCLX-2,使LX-2细胞平滑肌肌动蛋白-α(smoothmuscleactin-α,α-SMA)、I型胶原和基质金属蛋白酶组织抑制剂-(1tissueinhibitorofmatrixmetalloproteinases-1,TIMP-1)的表达水平上调,从而使MMP2分泌增加。CD147可促进HSC的活化,是大鼠肝癌细胞和HSC相互作用的关键分子[17]。HSC重组ECM后造成的促炎性反应和促纤维化环境常可导致肝癌发生。给裸鼠模型联合注射肝癌HepG2细胞和HSCLX-2后发现,肿瘤细胞的生长能力增强,说明肝癌HepG2细胞和HSCLX-2在肿瘤的进展中有交互作用。血管生成素是肝癌介导的HSC活化作用中的新成员,可加速肝癌的发展。肝癌细胞介导的血管生成素的分泌可诱导甚至加重HSC的活化,促进ECM重塑活化。相反,血管生成素的拮抗剂可能影响肿瘤微环境,减少血管形成和减缓裸鼠肝癌模型体内的肿瘤生长[18]。在酸性培养环境下,通过ERK可引起HSC的活化,活化的HSC和HSC分泌的骨桥蛋白(osteopontin,OPN)可促进肝癌细胞在体内外的转移和迁移[19]。HSC在体内外通过上调VEGF的表达而促进血管的生成。研究发现,将小鼠肝癌H22细胞联合活化的HSC注射至小鼠肝叶形成肿瘤后,应用免疫组织化学法检测肿瘤组织中CD34和VEGF的表达,结果发现与单独注射H22细胞组比较,H22细胞联合活化HSC组形成的肿瘤有更强的细胞迁移和血管形成能力。且活化的HSC从肝癌原发肿瘤部位迁移至转移部位[20]。HSC是形成肝癌肿瘤微环境的关键成分。与单纯注射肝癌HepG2细胞的裸鼠相比,联合注射肝癌HepG2细胞和HSCLX-2的裸鼠,肿瘤生长速度更快、肿瘤直径和质量更大。由于肿瘤细胞增殖的增加和凋亡的减少,导致肿瘤细胞数量增加,肿瘤细胞与LX2细胞间的纤维连接增加,生成更多的肿瘤血管。因此,HSC对促进肝癌的生长有着重要的作用[21]。活化的HSC可促进肝癌细胞的生长,不仅可以提高肿瘤血管和淋巴管的生成,而且还可以显著增加荷瘤小鼠脾脏、骨髓和肿瘤组织中免疫抑制细胞Foxp3(+)CD4(+)T细胞和MDSC的数量。在体外实验中,与小鼠肝癌H22细胞共培养后,HSC可增加调节性T细胞和MDSCs的比例。HSC在肝癌微环境中,可通过增加免疫抑制细胞的数量而促进肝癌的进展[22]。对基质细胞衍生因子-1/趋化因子受体4轴在肝癌进展中作用的研究发现,基质细胞衍生因子-1和趋化因子受体4在HSCLX-2中的表达水平较高。肝癌HepG2细胞与HSCLX-2共培养或外源性给予基质细胞衍生因子-1后,肝癌细胞表现出发生EMT时,其迁移能力增强的特征;而敲除趋化因子受体4的肝癌HepG2细胞,其迁移能力减弱、EMT被抑制。因此,HSC可通过基质细胞衍生因子-1/趋化因子受体4轴促进肝癌细胞的侵袭能力。

2.2肿瘤相关巨噬细胞(tumorassociatedmacrophage,TAM)巨噬细胞是肿瘤组织中浸润白细胞的重要组成部分,在肝癌的进展中起着关键作用。TAM的选择激活与肝癌的发展有很大的相关性。T细胞免疫球蛋白分子3(Tcellimmunoglobulinmolecules3,Tim-3)在巨噬细胞中高表达,且在某些情况下可以调节巨噬细胞的功能。干扰巨噬细胞Tim-3的表达,可显著抑制巨噬细胞的选择激活,且在体外和小鼠体内都可抑制肝癌细胞的生长。阻断IL-6表达可在体外逆转Tim-3抑制肝癌细胞生长的效应。TAM对肝癌的发生、进展、血管生成、转移及耐药等发挥重要作用。TAM是肝癌组织中重要的免疫细胞亚群,可介导共抑制分子B7同源染色体3的表达,共抑制分子B7同源染色体3通过调节STAT3信号通路而介导TAM向M2型TAM极化,加速肝癌的发展[26]。在裸鼠肝癌原位模型中,注射M2型巨噬细胞的肝癌体积较大,是对照组的3.26倍。在体外实验中,与M2型巨噬细胞共培养的肝癌MHC97L细胞增殖迅速,且迁移能力也增强,二者分别增加了1.3倍和3.2倍。在肝癌患者中,由肝癌细胞诱导的M2型巨噬细胞源性的C-C类趋化因子22可以显著提高肿瘤的转移能力和血管浸润能力。M2型巨噬细胞和C-C类趋化因子22可以通过Snail途径激活和提高肝癌MHC97L细胞的EMT能力[27]。与巨噬细胞共培养后,肝癌细胞的转移和侵袭能力增强,并可上调Snail和N-Cadherin的表达,下调E-Cadherin的表达,且在巨噬细胞共培养体系中IL-8的表达水平上调[11]。

2.3内皮细胞内皮细胞在血管生成过程中有重要作用。当人脐静脉内皮细胞(humanumbilicalveinendothelialcells,HUVECs)中过表达微RNA-302c时,HUVECs细胞的迁移能力下降,内皮细胞-间充质细胞转换(endothelial-to-mesenchymaltransition,EndMT)标志的表达发生改变,血管内皮-钙黏蛋白的表达上调,β-catenin、成纤维细胞特异蛋白(1fibroblastspecificprotein1,FSP1)和α-SMA的表达下调。当肝癌细胞和过表达微RNA-302c的HUVECs共培养或联合注射裸鼠时,肝癌细胞的生长被抑制;当微RNA-302c被抑制时,则出现相反的结果。肝癌细胞分泌的VEGF、表皮生长因子(epidermalgrowthfactor,EGF)和血小板衍生生长因子(plateletderivedgrowthfactor,PDGF)可以将临近非肿瘤组织中的内皮细胞、血循环中的内皮细胞和骨髓的内皮祖细胞吸引到尚未形成血管的部位[29]。肝癌细胞尤其是邻近肿瘤坏死区域的肝癌细胞通常高表达VEGF,VEGF的表达水平上调可以促进新生血管的生成。从肝癌组织中分离获得的内皮细胞具有抗化疗和抗血管生成抑制剂的作用,且与肿瘤高转移有关[25]。混合注射HUVECs和肝癌MHCC97H细胞的裸鼠较单纯注射MHCC97H细胞者皮下成瘤能力更强;经检测发现,与细胞侵袭和转移有关的基因表达水平明显上调。体外实验中,相比用内皮细胞基底培养液培养的肝癌MHCC97H细胞,收集HUVECs条件培养液后加入肝癌MHCC97H细胞,发现其增殖、侵袭和转移能力增强,同时条件培养液激活了肝癌细胞的PI3K/Akt和ERK1/2通路。内皮细胞在加强肝癌细胞生存、侵袭和转移能力中发挥作用[32]。

3结语

炎性反应与肿瘤的发生关系密切。在肿瘤发生的过程中,多种炎性因子和细胞参与构成肿瘤发生的炎性微环境,其中各种细胞和细胞因子通过不同的作用机制与肿瘤细胞之间互相影响,为肿瘤细胞提供一个“合适的”炎性微环境,并参与肿瘤的发生、侵袭和转移过程。肝癌的发生和发展是多因素共同作用的结果,对炎性反应与肝癌间关系的研究也从单一因子的研究发展到对炎性反应和肿瘤发展过程中各个因子之间的联系和相互作用的研究,为进一步阐明肝癌发生的分子生物学机制和为肝癌的治疗提供新的靶点和新的方法。

作者:王凤梅 李超 贾文玲 杨雪莲 单位:甘肃省武威肿瘤医院 肝病科 胸外科

肿瘤杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次