郭旭雪綜述 聶漢祥審校

5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil，5-FU)是第一代氟化嘧啶類抗代謝藥，通過多種途徑抑制腫瘤細(xì)胞核酸復(fù)制，發(fā)揮廣譜的抗腫瘤作用，臨床上用于治療消化道腫瘤、乳腺癌、卵巢癌、宮頸癌和肺癌等惡性疾病[1]。目前，研究顯示5-FU除抑制腫瘤細(xì)胞增殖外，對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)的功能亦有影響，本文對(duì)其進(jìn)行綜述如下。

1 5-氟尿嘧啶概述

1.1 5-FU的直接細(xì)胞毒效應(yīng)機(jī)制 細(xì)胞的增殖依賴脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)的復(fù)制合成，而一磷酸脫氧胸苷(dTMP)是DNA合成的主要原料之一，對(duì)DNA的正常合成至關(guān)重要。5-FU作為抗代謝類抗腫瘤藥物，必須在體內(nèi)經(jīng)核糖基化和磷?；壬镛D(zhuǎn)化作用后，才具有細(xì)胞毒性。

5-FU在尿苷激酶作用下轉(zhuǎn)化為具有抗腫瘤活性的一磷酸氟代脫氧尿苷(5-FdUMP)，后者與5,10-次甲基四氫葉酸及胸腺嘧啶核苷酸合成酶(thymidylate synthase，TS)共價(jià)結(jié)合形成三元復(fù)合物，抑制TS活性，阻斷一磷酸脫氧尿苷(dUMP)甲基化為dTMP，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)DNA合成原料缺乏，癌細(xì)胞增殖受到抑制[2]。5-FU是一種不典型的細(xì)胞周期特異性藥物，主要作用于細(xì)胞周期的S期，其在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的活性代謝產(chǎn)物三磷酸氟代脫氧尿苷(5-FdUTP)和三磷酸氟尿嘧啶(FUTP)可以分別摻入DNA和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)，影響細(xì)胞功能，因此對(duì)各個(gè)細(xì)胞周期的細(xì)胞也有作用。此外，mRNA聚合酶可以識(shí)別與三磷酸尿嘧啶(UTP)結(jié)構(gòu)相似的5-FdUTP，合成錯(cuò)誤的RNA，阻斷mRNA正確翻譯和蛋白質(zhì)合成。

5-FU誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過程伴隨Caspase-3的活化，Caspase-3最主要的作用底物是聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)，該酶與DNA修復(fù)和基因完整性監(jiān)護(hù)有關(guān)。Harbuzariu等[3]探討瘦素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是否影響5-FU對(duì)胰腺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)瘦素通過降低促凋亡因子Caspase-3和Bax，激活并增加抗凋亡因子(RIP和Bcl-XL)表達(dá)來(lái)抑制5-FU對(duì)細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)作用，而這一過程主要依賴Notch信號(hào)途徑。提示Caspase-3的活化參與5-FU誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡作用。

1.2 5-FU的臨床應(yīng)用 5-FU是目前廣泛應(yīng)用于臨床的氟代嘧啶類抗腫瘤化療藥，在消化道腫瘤及其他實(shí)體瘤的治療中占有重要地位。但由于5-FU存在對(duì)腫瘤靶細(xì)胞選擇性較低，體內(nèi)半衰期短(約20 min)，治療劑量與中毒劑量接近及骨髓抑制等問題，因此臨床上經(jīng)常使用5-FU與其他化療劑、免疫調(diào)節(jié)劑或疫苗聯(lián)合治療來(lái)提高5-FU的臨床效果。

2 5-FU對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)影響

5-FU非選擇性作用于機(jī)體正常組織和腫瘤組織，既可以殺傷腫瘤細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤作用，也可以迅速耗盡循環(huán)髓系和淋巴祖細(xì)胞，降低機(jī)體免疫反應(yīng)[4-6]。然而，目前認(rèn)為5-FU可以直接或間接影響CD8+T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(natural killer cells，NK cells)、骨髓來(lái)源抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)、炎性樹突狀細(xì)胞(inflammatroy dendritic cells，iDCs)和外周血單個(gè)核細(xì)胞等免疫細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答[7]。

2.1 5-FU對(duì)CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞免疫功能的影響 CD8+T細(xì)胞在機(jī)體抗感染和抗腫瘤免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用，可以特異性識(shí)別抗原提呈細(xì)胞呈遞的外來(lái)抗原或異體抗原并發(fā)生活化，發(fā)揮殺傷靶細(xì)胞的功能[8]。Fas屬于腫瘤壞死因子受體超家族成員，F(xiàn)as和其配體FasL共同參與CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的靶細(xì)胞殺傷效應(yīng)[9]?；罨男?yīng)CD8+T細(xì)胞表面高表達(dá)FasL，與靶細(xì)胞表面Fas結(jié)合后觸發(fā)靶細(xì)胞凋亡程序，導(dǎo)致靶細(xì)胞死亡。5-FU可以上調(diào)腫瘤細(xì)胞表面Fas表達(dá)水平，促進(jìn)Fas/FasL途徑介導(dǎo)的CD8+T細(xì)胞特異性細(xì)胞毒作用，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，進(jìn)而提高荷瘤宿主的抗腫瘤免疫反應(yīng)[7]。Khallouf等[10]研究胰腺癌小鼠原位移植模型發(fā)現(xiàn)，5-FU聯(lián)合干擾素-α治療后小鼠腫瘤體積明顯減小，以中和抗體抑制CD8+T細(xì)胞后其抗腫瘤效應(yīng)明顯減弱，同時(shí)發(fā)現(xiàn)5-FU聯(lián)合干擾素-α治療后小鼠胰腺癌細(xì)胞主要組織相容復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)I表達(dá)水平升高，提示5-FU的抗腫瘤效應(yīng)與CD8+T細(xì)胞密切相關(guān)，而5-FU誘導(dǎo)的癌細(xì)胞MHC-I分子表達(dá)上調(diào)可能是其增強(qiáng)免疫效應(yīng)CD8+T細(xì)胞活化的關(guān)鍵。5-FU還可以抑制CD8+T細(xì)胞增殖，抑制CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞IFN-γ、IL-2的表達(dá)水平，進(jìn)而抑制機(jī)體免疫應(yīng)答[11-12]。

NK細(xì)胞與抗病毒感染、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)有關(guān)，能夠識(shí)別靶細(xì)胞、殺傷自體或異體有害性介質(zhì)。5-FU可以抑制NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性效應(yīng)[7]。自然殺傷細(xì)胞活化受體2D(natural killer cells 2D，NKG2D)屬于C型凝集素樣超家族，通過與靶細(xì)胞表面NKG2D配體結(jié)合傳遞活化信號(hào)，激活免疫效應(yīng)NK細(xì)胞對(duì)靶細(xì)胞的殺傷效應(yīng)。5-FU可以上調(diào)腫瘤細(xì)胞表面NAG2D配體的表達(dá)水平，促進(jìn)NK細(xì)胞NKG2D/NKG2D配體途徑介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用。因此，5-FU可以增強(qiáng)荷瘤宿主NK細(xì)胞的抗腫瘤作用[7]。

2.2 5-FU對(duì)髓源抑制性細(xì)胞數(shù)量的影響 髓源抑制性細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)主要由髓系前體細(xì)胞和未成熟髓樣細(xì)胞組成，是一群具有免疫抑制功能的異質(zhì)性細(xì)胞群體，在抑制固有免疫和獲得性免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用[13-15]。寄生蟲感染、慢性炎性反應(yīng)和腫瘤等疾病環(huán)境可以刺激機(jī)體產(chǎn)生大量MDSCs，并使其向淋巴器官、外周血及腫瘤組織聚集，發(fā)揮負(fù)向免疫調(diào)控功能[16-18]。MDSCs主要通過表達(dá)高水平精氨酸酶1(arginase-1，ARG-1)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthese，iNOS)、一氧化氮(nitric oxide，NO)和活性氧/活性氮(reactive oxygen species/reactive nitrogen species，ROS/RNS)等活性因子，誘導(dǎo)產(chǎn)生調(diào)節(jié)性T細(xì)胞來(lái)抑制T細(xì)胞和NK細(xì)胞的活性及功能，進(jìn)而抑制機(jī)體免疫應(yīng)答[14,16-19]。另外，MDSCs可以通過產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、基質(zhì)金屬蛋白酶9、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β和白介素-1受體拮抗劑等介質(zhì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[18-19]。

目前認(rèn)為5-FU可以選擇性誘導(dǎo)機(jī)體MDSCs數(shù)量減少[18,20-22]。Qu等[20]研究腹腔B16黑色素瘤模型小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5-FU組荷瘤小鼠腹腔MDSCs數(shù)量明顯降低，而巨噬細(xì)胞體外抗腫瘤作用不受明顯影響，提示5-FU可以選擇性誘導(dǎo)MDSCs數(shù)量減少，部分恢復(fù)小鼠抗腫瘤免疫應(yīng)答的能力。研究發(fā)現(xiàn)5-FU在體內(nèi)和體外均選擇性、直接誘導(dǎo)MDSCs凋亡，其機(jī)制可能與MDSCs胸腺嘧啶核苷酸合成酶的低表達(dá)有關(guān)[21]。另外，5-FU還可以影響CD4+T和CD8+T細(xì)胞與MDSCs的比例[23-24]。Abedi-Valugerdi等[23]研究EL4-luc2淋巴瘤模型小鼠，發(fā)現(xiàn)小劑量5-FU(50 mg/kg)可減少小鼠脾臟MDSCs和外周血中性粒細(xì)胞數(shù)量，同時(shí)也可以增加脾臟CD4+T和CD8+T細(xì)胞與MDSCs的比例，而這種作用在隱匿性淋巴瘤小鼠和晚期淋巴瘤小鼠中均存在。因此，5-FU可以減輕腫瘤誘導(dǎo)的免疫抑制并一定程度地恢復(fù)機(jī)體免疫應(yīng)答能力。

2.3 5-FU對(duì)炎性樹突狀細(xì)胞數(shù)量和功能的影響 炎性樹突狀細(xì)胞(inflammatroy dendritic cells，iDCs)是由單核細(xì)胞在炎性反應(yīng)或感染環(huán)境下分化而來(lái)的一群特殊樹突狀細(xì)胞亞群，參與寄生蟲感染、病毒感染、過敏性哮喘和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等多種疾病的發(fā)病[25-27]。iDCs可以表達(dá)Ly6C、CD11b、CD11c、CD103和FcεRI等多種標(biāo)志分子，其中前三者特異性較高[28]。Poncini等[27]研究克氏錐蟲(Trypanosoma cruzi)急性感染模型小鼠，發(fā)現(xiàn)感染小鼠引流淋巴結(jié)和脾臟有Ly6C+樹突狀細(xì)胞募集，并通過過繼轉(zhuǎn)移CD11c-GFP轉(zhuǎn)基因小鼠骨髓Ly6C+單核細(xì)胞證實(shí)其為單核細(xì)胞來(lái)源。因此，感染小鼠Ly6C+樹突狀細(xì)胞即為L(zhǎng)y6C+iDCs。該研究小組在感染后第3天以5-FU(50 mg/kg)單次腹腔注射感染小鼠，發(fā)現(xiàn)5-FU治療組小鼠脾臟減小，脾細(xì)胞計(jì)數(shù)下降，骨髓和血液Ly6C+細(xì)胞明顯降低，而脾B細(xì)胞、T細(xì)胞、總髓樣細(xì)胞、單核細(xì)胞和粒細(xì)胞不受影響；同時(shí)發(fā)現(xiàn)5-FU治療組小鼠CD11b+Ly6C+CD11c+iDCs明顯減少，脾細(xì)胞培養(yǎng)上清液TNF-α和IFN-γ表達(dá)水平下降，脾細(xì)胞iNOS mRNA和iNOS蛋白表達(dá)水平以及NO分泌水平降低。提示5-FU可以選擇性誘導(dǎo)克氏錐蟲感染小鼠iDCs數(shù)量減少，抑制其對(duì)寄生蟲增殖和抗寄生蟲特異性反應(yīng)的負(fù)向免疫調(diào)控作用。

2.4 5-FU對(duì)外周血單個(gè)核細(xì)胞的影響 5-FU可以抑制外周血單個(gè)核細(xì)胞活化和增殖，導(dǎo)致機(jī)體免疫功能受損。Eisenthal等[29]以細(xì)胞周期各階段細(xì)胞百分率、細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變以及Th1和Th2細(xì)胞因子分泌水平評(píng)估5-FU對(duì)健康人有絲分裂原活化的淋巴細(xì)胞的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5-FU可以增加活化的淋巴細(xì)胞DNA的合成，增加S期細(xì)胞百分率，同時(shí)可以導(dǎo)致CD4+細(xì)胞百分率增加和CD56+細(xì)胞百分率降低，細(xì)胞因子分泌模式由Th2向Th1轉(zhuǎn)變。因此，5-FU除了促進(jìn)活化淋巴細(xì)胞DNA合成，也可以對(duì)各淋巴細(xì)胞亞群產(chǎn)生選擇性作用。

5-FU可以引起動(dòng)物模型的外周血單核細(xì)胞數(shù)量減少后反彈性增加，這可能與骨髓微環(huán)境的調(diào)控有關(guān)。Li等[30]研究發(fā)現(xiàn)5-FU可以誘導(dǎo)小鼠骨髓抑制和循環(huán)中的細(xì)胞減少，同時(shí)骨髓中與小鼠造血干細(xì)胞和血小板增殖有關(guān)的信號(hào)通路下調(diào)，由于5-FU的半衰期較短，不在活性細(xì)胞周期中的骨髓細(xì)胞可以逃過5-FU的細(xì)胞毒性損傷，成為以后通過再生修復(fù)骨髓損傷的來(lái)源。因此，骨髓微環(huán)境對(duì)5-FU注射后的干細(xì)胞和血小板反彈起著重要作用。

2.5 5-FU發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的劑量選擇 5-FU的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)與其劑量有關(guān)，不同劑量下作用效果不同[31-32]。Abedi-Valugerdi等[31]研究淋巴瘤模型小鼠，發(fā)現(xiàn)單次腹腔注射5-FU(17 mg/kg)組荷瘤小鼠腫瘤體積未減小，其外周血中性粒細(xì)胞、脾臟MDSCs和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞等免疫抑制性細(xì)胞及骨髓髓樣細(xì)胞數(shù)量與未治療組荷瘤小鼠相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該實(shí)驗(yàn)小組以較高劑量5-FU(50或100 mg/kg)單次腹腔注射荷瘤小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)治療組荷瘤小鼠腫瘤組織明顯消退，白細(xì)胞總數(shù)、循環(huán)中性粒細(xì)胞、骨髓髓樣細(xì)胞、脾臟MDSCs、CD19+B細(xì)胞和CD4+Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞數(shù)量明顯減少，而CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞數(shù)量不受影響。Namdar等[32]研究發(fā)現(xiàn)5-FU濃度低于200 μmol/L時(shí)，其對(duì)體外骨髓來(lái)源樹突狀細(xì)胞CD11c、MHC-II和CD80等表面成熟標(biāo)志表達(dá)水平及抗原提呈功能不產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)作用，亦不影響樹突狀細(xì)胞培養(yǎng)上清液細(xì)胞因子IL-12p70和IL-10分泌水平。因此，5-FU的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)與其劑量密切相關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)和展望

5-FU是廣泛應(yīng)用于臨床的抗代謝類化療藥，主要通過干擾腫瘤細(xì)胞DNA的復(fù)制合成發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。隨著藥物化學(xué)研究的深入進(jìn)展，5-FU對(duì)機(jī)體免疫功能的調(diào)節(jié)作用逐漸被揭示，但具體作用通路及分子機(jī)制尚不清楚。因此，仍需進(jìn)一步探討，以便為新藥的研發(fā)提供理論依據(jù)，最終更好地服務(wù)于臨床。