崔雯瑄(綜述),馬 鳴(審校)

(河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院檢驗科,河北 石家莊 050011)

腫瘤免疫學(xué)是一個新興的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,為臨床腫瘤治療提供新的思路,不斷改善腫瘤患者的預(yù)后。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的革新和科研模式的創(chuàng)新,臨床免疫檢查點(diǎn)阻斷療法已在臨床上取得了顯著的療效[1]。高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1,HMGB1)和吲哚胺-2,3-雙加氧酶(indoleamine-2,3-dioxygenase,IDO)作為腫瘤免疫治療的潛在靶點(diǎn),受到廣泛關(guān)注。HMGB1和IDO在多種腫瘤組織和血清(血漿)中高表達(dá),在促進(jìn)腫瘤生長、侵襲和轉(zhuǎn)移的同時,介導(dǎo)機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)[2-3]。在此,本研究總結(jié)HMGB1和IDO作為潛在靶點(diǎn),在腫瘤免疫逃逸中的主要作用并對HMGB1和IDO之間的相互調(diào)控機(jī)制進(jìn)行探索。

1 HMGB1和IDO的結(jié)構(gòu)與功能

HMGB1是高遷移率族蛋白(high mobility group,HMG)家族成員之一,位于13q12染色體上,由214～216個氨基酸構(gòu)成,相對分子質(zhì)量約為25 000,因其在凝膠中遷移率高而得名。HMGB1含有2個同源L型結(jié)合區(qū)域(A盒和B盒)及帶負(fù)電荷的酸性C末端。A盒和B盒是DNA非特異性結(jié)合區(qū),B盒可與甲基化的CpG寡核苷酸形成免疫激活復(fù)合物,具有一定的促炎活性;而A盒可抑制B盒的促炎活性;酸性C末端是HMGB1與受體特異性結(jié)合的部位[4-5]。HMGB1是一種多功能蛋白。在核內(nèi),HMGB1主要調(diào)控基因的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄;在胞質(zhì)中,調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬和凋亡;在胞膜上,可誘導(dǎo)細(xì)胞遷移;在胞外,激活相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和調(diào)控機(jī)體免疫功能[6]。除此之外,HMGB1也與凝血功能紊亂密切相關(guān),胞外HMGB1通過Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)、核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)和降鈣素基因相關(guān)肽途徑激活并聚集血小板,促進(jìn)炎癥反應(yīng),導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷,進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞和單核細(xì)胞釋放組織因子(tissue factor,TF),激活外源性凝血途徑[7]。

IDO為單拷貝基因,位于第8號染色體,包括10個外顯子和9個內(nèi)含子,由403個氨基酸組成,相對分子質(zhì)量約為42 000[8]。IDO可誘導(dǎo)一些炎性細(xì)胞因子表達(dá),如白細(xì)胞介素6(interleukin-6,IL-6)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α),參與炎癥反應(yīng)及促進(jìn)血管生成。IDO還可以直接或間接參與各種疾病的發(fā)生發(fā)展,包括炎癥性疾病、精神性疾病及惡性腫瘤等[8]。除此之外,IDO還是肝外唯一催化色氨酸(tryptophan,Trp)沿犬尿氨酸(kynurenine,Kyn)途徑分解代謝的限速酶,Trp的消耗導(dǎo)致體液免疫功能降低,Kyn的積累誘導(dǎo)耐受性免疫反應(yīng),利于腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸,在機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)中有重要的作用[9]。

2 HMGB1和IDO在腫瘤組織中的影響

大量研究表明,HMGB1在肺癌[2]、乳腺癌[5]、宮頸癌[10]、食管癌[11]等腫瘤組織中高表達(dá),與腫瘤細(xì)胞增殖、遷移、凋亡、自噬及腫瘤組織血管形成密切相關(guān)。He等[12]驗證了HMGB1通過磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/AKT途徑上調(diào)低氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia inducible factor 1α,HIF-1α)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長、上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)促進(jìn)腫瘤組織血管形成、誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的表達(dá)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移。同時,HMGB1還可通過上調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤2基因(B-cell lymphoma,Bcl-2)家族成員的表達(dá)來抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡[13]。胞外的HMGB1若與晚期糖基化終產(chǎn)物(receptor for advanced glycation end products,RAGE)、TLR和腫瘤壞死因子受體1(tumor necrosis factor receptor 1,TNFR1)結(jié)合,激活NF-κB途徑,不僅促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和遷移,還可以介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[14]。除此之外,Chai等[15]通過超微結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)HMGB1耗盡后,腫瘤細(xì)胞內(nèi)的自噬體也會減少,說明HMGB1對腫瘤細(xì)胞自噬具有一定的調(diào)節(jié)作用。由此可見,HMGB1高表達(dá)在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

IDO在食管癌[16]、乳腺癌[17]、胃癌[18]、肺癌[19]等腫瘤組織中普遍高表達(dá)。IDO與腫瘤組織血管形成密切相關(guān),其機(jī)制主要是IDO高表達(dá),激活犬尿氨酸途徑,上調(diào)Tregs數(shù)量,Tregs可分泌血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA),使VEGFA水平升高,有利于腫瘤血管的形成[17,20]。除此之外,IDO通過犬尿氨酸途徑還可以使IL-6表達(dá)上調(diào),進(jìn)而激活轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transduction and activators of transcription 3,STAT3)通路促進(jìn)VEGF的表達(dá),促進(jìn)腫瘤血管生成[21]。因此,IDO在腫瘤組織中可促進(jìn)血管生成,利于腫瘤細(xì)胞的生長、侵襲和遷移。

有研究報道,HMGB1和IDO在腫瘤組織中高表達(dá)往往與患者臨床分期較晚、腫瘤較大、發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和預(yù)后較差密切相關(guān)[12,21-22]。因此,HMGB1和IDO可能是腫瘤患者篩查、治療及預(yù)測預(yù)后的重要靶點(diǎn)。

3 HMGB1和IDO影響機(jī)體免疫功能的主要作用機(jī)制

腫瘤形成抑制性腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)是對抗抗腫瘤免疫反應(yīng)的重要途徑。TME成分包括轉(zhuǎn)化的細(xì)胞外基質(zhì)、可溶性因子、免疫抑制細(xì)胞、表觀遺傳修飾和重新編程的成纖維細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等,抑制性TME有利于腫瘤的免疫逃逸[23]。HMGB1和IDO通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的功能,在TME形成過程中發(fā)揮重要的作用。

3.1HMGB1影響機(jī)體免疫功能的主要作用機(jī)制 HMGB1對機(jī)體免疫功能具有雙重調(diào)節(jié)作用。HMGB1可作為保護(hù)性因子,活化免疫細(xì)胞,增強(qiáng)機(jī)體免疫功能,發(fā)揮抗腫瘤作用;也可與TME中浸潤的未成熟樹突狀細(xì)胞表面的TIM-3結(jié)合,激發(fā)其免疫抑制的潛力,使這些細(xì)胞逐漸分化為髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs),發(fā)揮促腫瘤作用[24]。HMGB1對免疫細(xì)胞功能的作用可能與其含量、氧化還原狀態(tài)有關(guān)。低含量的HMGB1可活化免疫細(xì)胞,而高含量HMGB1則會抑制免疫細(xì)胞的功能[25]。凋亡細(xì)胞可產(chǎn)生活性氧,氧化HMGB1,減弱其免疫刺激信號,導(dǎo)致免疫耐受[26];受損或壞死細(xì)胞釋放還原狀態(tài)的HMGB1,發(fā)出組織損傷信號并啟動炎癥反應(yīng)[27]。

HMGB1參與抗腫瘤免疫反應(yīng)在機(jī)體腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用,主要作用機(jī)制有以下兩個方面:①低水平HMGB1可激活NF-κB通路誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DCs)成熟,呈遞抗原和釋放細(xì)胞因子,誘導(dǎo)T細(xì)胞分化和特異性的細(xì)胞毒性T細(xì)胞生成,激發(fā)免疫應(yīng)答,利于抗腫瘤免疫治療[28-29];②高水平的HMGB1可通過TLR4信號通路激活MDSCs,抑制T細(xì)胞功能[30];通過TLR-2/4和p38絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路促進(jìn)調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(B regulatory cells,Bregs)和Tregs的擴(kuò)增,抑制CD8+T細(xì)胞功能[31-32]。HMGB1水平與CD8+T細(xì)胞呈明顯負(fù)相關(guān),降低機(jī)體的抗腫瘤免疫應(yīng)答能力,利于腫瘤的免疫耐受和免疫逃逸。

3.2IDO影響機(jī)體免疫功能的主要作用機(jī)制 IDO也對機(jī)體免疫功能具有雙重調(diào)節(jié)作用,主要與其含量有關(guān),即生理水平的IDO可降解許多微生物生存依賴的必需氨基酸Trp,故學(xué)者認(rèn)為其主要與保護(hù)機(jī)體免受病原微生物感染的先天免疫機(jī)制有關(guān)[33],還有學(xué)者認(rèn)為,生理水平IDO具有激活免疫功能的作用,但具體機(jī)制還需深入研究[34];而過表達(dá)的IDO,則會促進(jìn)色氨酸沿犬尿氨酸途徑代謝,抑制T細(xì)胞的活化,從而抑制免疫功能,該作用是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸的重要機(jī)制之一[18,22]。此外,IDO在不同免疫細(xì)胞中,也發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用。例如:在DCs和巨噬細(xì)胞中,IDO可抑制DCs和巨噬細(xì)胞的抗原提呈能力,進(jìn)而抑制T細(xì)胞活化;而在NK細(xì)胞中,IDO則可明顯提高NK細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的殺傷效果,促進(jìn)機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)[35]。

IDO主要通過以下三條途徑,以直接或間接的方式參與機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng):①正常表達(dá)于NK細(xì)胞的IDO可維持NK細(xì)胞的正?；钚?增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能,可能和T細(xì)胞、NK細(xì)胞表面受體與靶細(xì)胞表面配體相互作用產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)[35],具體調(diào)節(jié)機(jī)制有待深入研究;②IDO通過犬尿氨酸途徑,產(chǎn)生的Kyn激活芳香烴受體(aromatic hydrocarbon receptor,AhR)信號通路和TLR-4-MyD88信號通路,誘導(dǎo)Bregs和Tregs分化,阻礙DCs成熟,抑制抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)[19];除此之外,犬尿氨酸途徑產(chǎn)生的Kyn等代謝產(chǎn)物也具有細(xì)胞毒性,可抑制T細(xì)胞、NK細(xì)胞的功能并將Bregs、Tregs募集到腫瘤微環(huán)境中,激活MDSCs,產(chǎn)生局部抑制性免疫反應(yīng)[36-37];③IDO活化還可以使抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cells,APCs)釋放抑制性因子,如IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β),形成抑制性TME,介導(dǎo)免疫耐受[38]。同時,在TME中,IDO過表達(dá)則CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞含量會明顯下降[39]。由此可見,IDO在抗腫瘤免疫中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

4 HMGB1與IDO的相互作用機(jī)制

4.1HMGB1和IDO在腫瘤中相互作用機(jī)制 HMGB1和IDO在多種腫瘤組織中高表達(dá),且在調(diào)控機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)方面具有相似或協(xié)同關(guān)系,目前無相關(guān)文獻(xiàn)闡明二者在腫瘤中的聯(lián)系,但過往研究結(jié)果提示二者之間可能存在相關(guān)調(diào)控機(jī)制。過表達(dá)的HMGB1通過激活NF-κB信號途徑促進(jìn)Hela細(xì)胞的侵襲和遷移[10],同樣,HIV-1 Tat蛋白通過NF-κB途徑提高IDO-1的表達(dá)活性,進(jìn)一步促進(jìn)了Hela細(xì)胞增殖和侵襲[40]。推測,過表達(dá)的HMGB1可能通過激活NF-κB途徑,上調(diào)IDO水平,促進(jìn)Hela細(xì)胞增殖、侵襲和遷移。除此之外,在食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)細(xì)胞中,二者也表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。Han等[11]發(fā)現(xiàn),在ESCC細(xì)胞中,過表達(dá)的HMGB1可通過與RAGE受體結(jié)合促進(jìn)p38 MAPK信號通路活化,進(jìn)而促進(jìn)ESCC細(xì)胞增殖、侵襲和對放射線的抵抗性。同樣,ESCC細(xì)胞過表達(dá)的p38 MAPK通路可以促進(jìn)其增殖活性并上調(diào)IDO蛋白表達(dá)水平[16]。由此推測,過表達(dá)的HMGB1可能通過p38 MAPK途徑促進(jìn)IDO的表達(dá),進(jìn)而激活ESCC細(xì)胞的增殖活性。因此,HMGB1對NF-κB和p38 MAPK等通路的激活作用,可能是HMGB1促進(jìn)IDO表達(dá)的主要機(jī)制之一。其具體調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

4.2HMGB1和IDO在其他疾病中的相互作用機(jī)制 一些研究表明,在炎癥反應(yīng)和抑郁癥中,HMGB1對IDO的表達(dá)存在一定的促進(jìn)作用。HMGB1可作為上游調(diào)節(jié)劑被活化的巨噬細(xì)胞釋放,與TLR-2/4結(jié)合,激活NF-κB、AP-1和IRF-5信號通路,促進(jìn)IDO表達(dá),參與分娩后的炎癥反應(yīng)[41]。Wang等[42]發(fā)現(xiàn)在抑郁行為模型小鼠體內(nèi)血清HMGB1濃度上調(diào)同時IDO水平也會上調(diào),二者水平呈顯著正相關(guān),可能與HMGB1促進(jìn)Trp沿Kyn途徑代謝有關(guān)。

5 HMGB1和IDO作為腫瘤免疫治療潛在靶點(diǎn)的研究進(jìn)展

近年來,腫瘤免疫治療已經(jīng)在腫瘤治療中顯示出廣闊的前景。大量臨床試驗數(shù)據(jù)證明了HMGB1和IDO的抑制劑在多種腫瘤的免疫治療中具有重要的作用。Jung等[14]首次發(fā)現(xiàn)了HMGB1與TNFR1相互作用可激活NF-κB信號通路,促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞增殖和侵襲,可通過使用HMGB1抑制劑來阻斷HMGB1/TNFR1/NF-κB信號通路抑制腫瘤細(xì)胞的增殖與侵襲,同時活化T細(xì)胞,增強(qiáng)機(jī)體免疫功能,精準(zhǔn)有效地抑制前列腺癌的進(jìn)展,克服了前列腺癌治療的局限性。HMGB1不僅可以作為治療靶點(diǎn),在乳腺癌的治療過程中,還可用于篩選對CDK4/6抑制劑敏感的患者以提高治療效果,由于HMGB1在對CDK4/6抑制劑敏感的乳腺癌細(xì)胞中高表達(dá),故血清HMGB1高水平患者接受CDK4/6抑制劑治療獲益會更大,HMGB1成為篩選對CDK4/6抑制劑敏感的患者的潛在標(biāo)志物[43]。

Tousif等[19]發(fā)現(xiàn),IDO高表達(dá)促進(jìn)Trp代謝產(chǎn)生Kyn,進(jìn)一步促進(jìn)Bregs的分化,抑制DCs抗原提呈能力,導(dǎo)致T細(xì)胞免疫耐受,故應(yīng)用IDO抑制劑可下調(diào)Bregs,增強(qiáng)機(jī)體的抗腫瘤免疫反應(yīng)。隨著免疫治療的不斷深入研究,其他療法聯(lián)合腫瘤靶點(diǎn)免疫治療法也逐漸在臨床上推廣使用。Wu等[44]報道,將光動力療法(photodynamic therapy,PDT)和檢查點(diǎn)阻斷免疫療法聯(lián)合運(yùn)用,NLG919@HA-Ce6發(fā)射穩(wěn)定的球形納米膠束選擇性殺死腫瘤細(xì)胞,IDO抑制劑激發(fā)免疫反應(yīng),二者聯(lián)合大幅提高了抗腫瘤免疫療效。

然而,HMGB1和IDO在抗腫瘤免疫反應(yīng)中,仍有很多作用機(jī)制未被發(fā)現(xiàn)或熟知。今后還需要更深入的研究以更好地理解腫瘤中HMGB1和IDO免疫抑制的確切機(jī)制和二者之間的調(diào)控作用。

6 展 望

本文主要匯總了HMGB1和IDO在腫瘤免疫逃逸中的作用,二者在促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展和調(diào)控腫瘤免疫逃逸中具有相同或相似的作用,因而推測HMGB1和IDO可能具有潛在的聯(lián)系,但現(xiàn)有的文獻(xiàn)證據(jù)不足以支持該推測,后續(xù)將在二者相互調(diào)控機(jī)制方面進(jìn)行深入探究。隨著研究的不斷深入,利用HMGB1和IDO對機(jī)體免疫反應(yīng)的雙重調(diào)控作用機(jī)制,可通過適量使用抑制劑控制其表達(dá)量來調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫耐受和免疫逃逸。以最大程度改善惡性腫瘤患者的預(yù)后。

除此之外,機(jī)體大部分蛋白質(zhì)都是與伴侶分子或其他蛋白質(zhì)一起發(fā)揮生物學(xué)作用,蛋白質(zhì)間的相互作用在生命活動中至關(guān)重要[45]?；贖MGB1和IDO之間的潛在關(guān)聯(lián)性,應(yīng)用HMGB1和IDO抑制劑進(jìn)行雙靶向治療比單獨(dú)抑制HMGB1或IDO的活性來進(jìn)行腫瘤免疫治療可能具有更好的效果[46]。

綜上所述,HMGB1和IDO有望成為腫瘤免疫治療的新靶點(diǎn),并且二者的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)值得更深入地研究。