馮 剛,高 忠,李 輝,張雅娟

(1.吉化集團(tuán)公司總醫(yī)院 檢驗科,吉林 吉林 132022;2.吉林省醫(yī)院,吉林 長春 130021)

IL-23在腫瘤免疫中的作用

馮 剛1,高 忠1,李 輝2,張雅娟1

(1.吉化集團(tuán)公司總醫(yī)院 檢驗科,吉林 吉林 132022;2.吉林省醫(yī)院,吉林 長春 130021)

IL-23主要來源于活化的單核巨噬細(xì)胞和B細(xì)胞。它具有多種生物學(xué)功能,能促進(jìn)T細(xì)胞尤其是CD4 T細(xì)胞增殖,促進(jìn)T細(xì)胞、抗原提呈細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ與IL-12,對樹突狀細(xì)胞的共刺激功能起調(diào)節(jié)作用,腫瘤免疫中發(fā)揮的重要作用,具有抗腫瘤和抗轉(zhuǎn)移活性。

1 IL-23的產(chǎn)生及分子結(jié)構(gòu)

活化的樹突細(xì)胞(DC)、巨噬細(xì)胞(Mφ)、T細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞都能產(chǎn)生大量的p19,并且內(nèi)皮細(xì)胞和造血細(xì)胞包括B細(xì)胞、T細(xì)胞、Mφ和DC都能表達(dá)p19 mRNA,Th1細(xì)胞比Th2細(xì)胞表達(dá)更多的p19mRNA。但是,在這些細(xì)胞中,只有活化的DC和Mφ同時伴隨產(chǎn)生IL-12 p40[1],并與p19組成IL-23,分泌到細(xì)胞外。與IL-12相似,人和小鼠的IL-23最主要也是由活化的DC產(chǎn)生[2]。

IL-23是由p19和IL-12的p40亞單位通過二硫鍵相連組成的異二聚體。人和小鼠的p19 cDNA分別編碼189和196個氨基酸,與之相一致的成熟蛋白質(zhì)分子量分別為1817和1918 kDa。這兩種蛋白質(zhì)都含有5個半胱氨酸殘基,不含有N-糖基化位點,有數(shù)個潛在的O-糖基化位點。它的分子結(jié)構(gòu)與IL-6、G-CSF、IL-12 p35相似,并且它的大部分功能和IL-12 p35、IL-6、G-CSF 密切相關(guān)。Morelli等[3]通過構(gòu)建細(xì)菌感染動物模型發(fā)現(xiàn),當(dāng)IL-12 p40單獨存在(即IL-12 p35-/-)時,p40具有抗感染功能,而p19本身沒有生物學(xué)活性,只有與IL-12 p40結(jié)合在一起時才具備一定的生物學(xué)功能。

2 IL-23作用于T細(xì)胞

IL-23能刺激人類T細(xì)胞引起STAT4的磷酸化。IL-12和IL-23都能影響T細(xì)胞的增殖,但兩者又有明顯區(qū)別。在小鼠,IL-12只能誘導(dǎo)擴增初始型T細(xì)胞,對記憶T細(xì)胞無效,而IL-23剛好相反;在人類,IL-12能同時促進(jìn)初始型T細(xì)胞和記憶T細(xì)胞的擴增,而IL-23則只對記憶T細(xì)胞有擴增作用[1]。人IL-23誘導(dǎo)IFN-γ產(chǎn)生的活性也主要是針對記憶T細(xì)胞,對初始型T細(xì)胞IFN-γ的產(chǎn)生影響很弱,比如它能誘導(dǎo)激活的CD4記憶T細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ;而IL-12既能誘導(dǎo)初始型T細(xì)胞又能誘導(dǎo)記憶T細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ,并且IL-23刺激記憶T細(xì)胞產(chǎn)生 IFN-γ的能力也明顯小于IL-12。除了直接作用于T細(xì)胞外,IL-23還能通過DC來活化和調(diào)節(jié)T細(xì)胞依賴的免疫應(yīng)答[4]。

最近的研究又發(fā)現(xiàn)了Th17可能與腫瘤也有密切的關(guān)系。Langow sky等人[5]報道,IL-17、IL-23在人體腫瘤中得到大量的增生,而實驗中IL-23缺乏的小鼠腫瘤發(fā)病率較低。動物腫瘤模型研究證明,IL-17可以促進(jìn)子宮頸癌在無胸腺的裸鼠中形成,并促進(jìn)腫瘤血管的生成。也有研究小組將多種腫瘤細(xì)胞接種于小鼠,發(fā)現(xiàn)IL-17可通過誘導(dǎo)抗原提呈細(xì)胞分泌IL-12等細(xì)胞因子,促進(jìn)Th1細(xì)胞和CTL的活化,從而抑制了腫瘤的生長。

IL-23在Th17細(xì)胞數(shù)量擴增與維持過程中以及之后參與免疫應(yīng)答的過程中是必需的。有研究發(fā)現(xiàn)缺乏 IL-23的小鼠體內(nèi)幾乎沒有 Th17細(xì)胞的存在[6],這提示了在缺乏IL-23時即使Th17細(xì)胞能正常產(chǎn)生,但如果沒有IL-23這種細(xì)胞因子的支持它們是不能正常擴增或生存的。另外,Mangan等人[7]研究發(fā)現(xiàn),在小鼠感染檸檬酸桿菌(Citrobacter.Rodentium)后誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞應(yīng)答中,如果缺乏IL-23則機體不能完全清除炎癥反應(yīng),細(xì)菌清除率也明顯被削弱。說明IL-23在完整的有效的Th17細(xì)胞保護(hù)性免疫應(yīng)答過程中是必不可少的。IL-23在Th17細(xì)胞分化過程中具體的作用機制也被認(rèn)為與STAT-3有關(guān)[8],因為IL-23可以介導(dǎo)STAT-3的磷酸化過程,使STAT-3激活從而促進(jìn)IL-17的分泌。

3 IL-23對DC的作用

IL-23和IL-12對小鼠DC的影響既有相似之處又相互區(qū)別。Belladonna等[4]構(gòu)建了單鏈IL-23及IL-12與Ig的融合蛋白即IL-23-Ig和IL-12-Ig,再將10 ng/ml的IL-23-Ig和IL-12-Ig分別作用于新鮮提取的小鼠DC 2 h,用ELISA法檢測培養(yǎng)上清中IL-12 p70的生成。24 h后,發(fā)現(xiàn)該DC中有較高的IL-12p70產(chǎn)生。但是,IL-12只是選擇性地作用于CD8 DC,而IL-23的作用則比IL-12更為復(fù)雜,它既作用于CD8-DC,又作用于CD8 DC。10 ng/ml IL-23-Ig能通過對CD8-DC和CD8+DC的聯(lián)合作用誘導(dǎo)持續(xù)的IL-12 p70的生成,并且他們認(rèn)為IL-23-Ig對DC的部分輔佐作用就是由這一內(nèi)源性途徑產(chǎn)生的IL-12介導(dǎo)。此外,他們還進(jìn)一步研究了IL-23-Ig對脾臟DC其它細(xì)胞因子及膜表面分子的表達(dá)和抗原提呈功能的影響,發(fā)現(xiàn)IL-23-Ig和IL-12-Ig不影響DC表達(dá)TNF-α,對CD40、CD80和MHC-Ⅱ分子的表達(dá)也無影響,但0.1-10 ng/ml IL-23-Ig和IL-12-Ig皆可誘導(dǎo)IFN-γ的產(chǎn)生。當(dāng)IL-23-Ig作用于單個CD8-DC和CD8+DC時,它能促進(jìn)DC對腫瘤抗原肽的提呈。

4 IL-23在抗腫瘤免疫中的作用

慢性炎癥與惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。二者在多方面具相似性,如免疫細(xì)胞浸潤,基質(zhì)金屬蛋白酶活性升高,血管生成和脈管系統(tǒng)密度提高。依賴腫瘤浸潤性T細(xì)胞或內(nèi)皮淋巴細(xì)胞細(xì)胞毒性的免疫系統(tǒng)監(jiān)督功能,是抑制早期惡性腫瘤使其消失的關(guān)鍵步驟。

4.1 IL-23的抗腫瘤免疫效應(yīng)

IL-23具有與IL-12不同的抗腫瘤機制,IL-23通過強化DC等抗原遞呈細(xì)胞的作用增強機體的先天和過繼性免疫反應(yīng)。Lo等[9-10]采用IL-23基因轉(zhuǎn)染小鼠CT26結(jié)腸腺癌細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn),IL-23轉(zhuǎn)導(dǎo)的CT26腫瘤瘤體最初增長較快,然后開始縮小。對IL-23抗癌機制的進(jìn)一步研究提示,CD8+T細(xì)胞是IL-23介導(dǎo)的抗腫瘤免疫細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞應(yīng)答的關(guān)鍵。在CD8+T細(xì)胞缺失小鼠體內(nèi),過繼性免疫保護(hù)效應(yīng)完全喪失。體內(nèi)腫瘤增大早期就有CD8+T細(xì)胞的廣泛浸潤,隨著浸潤的CD8+T細(xì)胞進(jìn)一步增多,腫瘤逐漸變小,最后大部分腫瘤消失。Overwijk等[11]將IL-23作為腫瘤疫苗佐劑檢測抗腫瘤免疫活性的研究發(fā)現(xiàn),IL-23本身對腫瘤的生長及腫瘤特異性T細(xì)胞的增殖并無影響。利用gp100多肽疫苗治療小鼠黑色素瘤,全身性應(yīng)用IL-23可顯著增強了疫苗誘導(dǎo)的在腫瘤區(qū)域內(nèi)CD8+T細(xì)胞數(shù)量的增加及抗癌效應(yīng)功能。而腫瘤區(qū)域內(nèi)IL-23的局部高表達(dá)并沒有強化抗腫瘤作用。IL-23作為腫瘤疫苗佐劑協(xié)同抗腫瘤的機制在于增加效應(yīng)T細(xì)胞的數(shù)量的同時更強化了CD8+T細(xì)胞抗癌效應(yīng)功能。Oniki等[12]對免疫原性較差的B16F10黑色素瘤抗腫瘤治療進(jìn)行研究,IL-23及IL-27抗腫瘤活性不同,主要表現(xiàn)在IL-23轉(zhuǎn)染B16F10腫瘤細(xì)胞,在治療后的前20天內(nèi)觀察腫瘤生長曲線與對照組相比無明顯改變,20天后腫瘤生長開始受到抑制并有消退。相反IL-27轉(zhuǎn)染B16F10在治療初期即出現(xiàn)腫瘤生長抑制。體外實驗證實B16/IL-23的抗腫瘤效應(yīng)主要是由CD8+T細(xì)胞及IFN-γ的作用,而B16/IL-27則主要是由于NK細(xì)胞的作用且不依賴IFN-γ的分泌水平,在IL-18和 IL-12協(xié)同作用時 B16/IL-23和B16/IL-27抗腫瘤作用更強。同時研究還發(fā)現(xiàn),B16/IL-23疫苗對腫瘤的再接種有明顯的保護(hù)作用。由于IL-23能激活抗原遞呈細(xì)胞,增強抗原的有效遞呈,促進(jìn)Th1免疫應(yīng)答與細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞活性,利用IL-23基因修飾的DC疫苗可望成為一種有潛能的臨床治療性疫苗。

Kaiga等[17]通過電穿孔法給MCA205纖維肉瘤的小鼠注入含有IL-23的DNA質(zhì)粒使小鼠體內(nèi)產(chǎn)生高劑量的IL-23,結(jié)果表明,腫瘤明顯受到抑制,與IL-12相比血清中產(chǎn)生的IFN-γ濃度很低,因而毒性小。

4.2 IL-23抗腫瘤和抗轉(zhuǎn)移活性的研究

動物實驗發(fā)現(xiàn),IL-23具有與IL-12相當(dāng)?shù)目鼓[瘤和抗轉(zhuǎn)移活性。有兩個研究小組均用逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)染小鼠CT26結(jié)腸腺癌,使之釋放單鏈IL-23(scIL-23)增加其抗腫瘤活性。小鼠模型中,scIL-23轉(zhuǎn)導(dǎo)的CT26腫瘤細(xì)胞先迅速生長,然后開始縮小,最后大部分腫瘤消失[13-14]。其中一個小組同時對比IL-12的作用,CT26/sc IL-12在大部分動物中未出現(xiàn)可觸知的腫瘤,并且所有腫瘤在18 d內(nèi)迅速消失。而且局部表達(dá) IL-23能顯著減少B16F1黑色素瘤和CT26結(jié)腸腺癌的肺轉(zhuǎn)移,這說明IL-23能對抗不同器官起源的腫瘤轉(zhuǎn)移。因此IL-23和IL-12一樣,能有效對抗腫瘤性疾病,但可能通過與IL-12不同的抗腫瘤機制[13]。

對IL-23抗CT26結(jié)腸腺癌機制的進(jìn)一步研究中,選擇性缺失不同淋巴細(xì)胞亞群,結(jié)果明顯提示CD8+T細(xì)胞而不是CD4+T細(xì)胞在IL-23介導(dǎo)的抗腫瘤活性中起關(guān)鍵作用。在SCID小鼠和缺少CD8+T細(xì)胞小鼠中,保護(hù)效應(yīng)完全喪失。免疫組化分析證實當(dāng)腫瘤開始回縮時有CD8+T細(xì)胞浸潤,并且在后期腫瘤縮小時浸潤的CD8+T細(xì)胞進(jìn)一步增多。而CD4+T細(xì)胞可能抑制 IL-23誘導(dǎo)的抗腫瘤活性。事實上NK細(xì)胞缺乏也不影響CT26/scIL-23生長率或腫瘤清除率,至少說明CT26腫瘤模型中IL-23的抗腫瘤活性同樣不需要NK細(xì)胞[13]。這些證據(jù)表明表達(dá)IL-23的結(jié)腸腺癌瘤苗的抗腫瘤效應(yīng)依賴于T細(xì)胞[14]。而最近文獻(xiàn)報道,在食道癌裸鼠模型中,IL-23瘤苗亦有抗腫瘤效果,推測IL-23在T細(xì)胞缺乏的情況下可能作用于NK細(xì)胞影響腫瘤生長[15]。因此,與IL-12等其它因子相似,IL-23抗腫瘤所必需的免疫效應(yīng)細(xì)胞與采用的腫瘤模型有關(guān)。

進(jìn)一步的抗腫瘤研究表明,含scIL-23的結(jié)腸腺癌細(xì)胞培養(yǎng)上清不能誘導(dǎo)IFN-γ產(chǎn)生,而scIL-12的上清強烈刺激IFN-γ分泌[13]。由于IL-12刺激產(chǎn)生的IFN-γ能引起嚴(yán)重的副作用,影響其應(yīng)用,而IL-23與之不同,因此可能存在著廣闊的應(yīng)用前景。

4.3 IL-23促進(jìn)腫瘤產(chǎn)生和生長

研究表明[16]在多種腫瘤中 IL-23兩個亞基的mRNA表達(dá)顯著上調(diào)。在對基因缺失小鼠的研究中發(fā)現(xiàn),IL-12 p35-/-小鼠出現(xiàn)腫瘤較早,而IL-23p19缺失和這兩種細(xì)胞因子全部缺失(p40-/-)的小鼠均能抵抗腫瘤產(chǎn)生,提示IL-23可能會提高腫瘤發(fā)病率。IL-17在野生型小鼠和IL212p35-/-小鼠增生皮膚組織中高表達(dá),但在 IL-23p19-/-和 IL-12p40-/-小鼠中很難檢測到。同時,G-CSF以及粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在IL-23p19-/-和IL-12p40-/-小鼠真皮組織也有所下降,從而提示,IL-23的缺失導(dǎo)致了大量炎癥因子的顯著下降和與腫瘤發(fā)生相關(guān)的多種細(xì)胞的消失。

研究發(fā)現(xiàn)[16],IL-12p35和IL-12p40缺失的小鼠腫瘤發(fā)病率顯著提高,表示宿主對新生腫瘤的免疫排斥能力降低,而IL-23p19缺失的小鼠能夠抵抗腫瘤,提示IL-23缺失不會損傷宿主免疫功能。同時阻斷IL-23信號通路也能削弱腫瘤生長,提示CD8+T細(xì)胞在抑制腫瘤生長中發(fā)揮重要作用。使用IL-23p19抗體能降低腫瘤發(fā)生風(fēng)險,也能使腫瘤細(xì)胞迅速消失。而使用IL-12p40抗體以及IL-12和IL-23基因缺失能顯著提高腫瘤發(fā)病率,并能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞迅速繁殖,腫瘤轉(zhuǎn)移能力增強。

IL-23不僅能幫助炎性介質(zhì)和血管生成,還能保護(hù)腫瘤免于免疫系統(tǒng)的抵抗。IL-23誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)過程如血管生成和巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的浸潤是細(xì)菌感染的有效防御機制。但是這個調(diào)節(jié)通路似乎對于腫瘤的預(yù)防并不合適,反而為腫瘤提供了一個保護(hù)性環(huán)境,從而暗示IL-23p19抗體在腫瘤治療中或許會發(fā)揮重要作用。IL-23拮抗IL-12和IFN-γ,刺激炎癥產(chǎn)生,有利于腫瘤的生存。[18]

5 結(jié)語

IL-23是一種廣泛參與體內(nèi)免疫過程,是對多種免疫細(xì)胞的分化發(fā)育、增殖及炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)起重要作用的細(xì)胞因子,尤其是它在腫瘤免疫中發(fā)揮的作用越來越受到人們的重視,隨著IL-23的精確的分子結(jié)構(gòu)、確切的基因定位、受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制研究,為將IL-23應(yīng)用于腫瘤免疫打下基礎(chǔ)。

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2009-06-16)