IL-22介導通路在結腸癌發病機制中作用的研究進展

寧玨，葉華，朱宇珍，鄭學寶，

(1廣東醫科大學第二臨床醫學院，廣東湛江524023；2廣東天然藥物研究與開發重點實驗室)

·綜述·

IL-22介導通路在結腸癌發病機制中作用的研究進展

寧玨1，葉華2，朱宇珍2，鄭學寶1，2

(1廣東醫科大學第二臨床醫學院，廣東湛江524023；2廣東天然藥物研究與開發重點實驗室)

IL-22是IL-10家族成員，由多種免疫細胞，如IL-22+CD4+T細胞(Th22)等所分泌的細胞因子，IL-22在黏膜屏障保護、組織修復、上皮細胞增生及再生中起重要作用。近年來研究發現，IL-22在腫瘤進展中的作用不可忽視。結腸癌是常見的惡性腫瘤之一，在世界范圍內，發病率及病死率表現出地區差異性。研究表明，IL-22在結腸癌組織及血清中呈現高表達，由其介導的相關通路已成為結腸癌防治的研究熱點，研究IL-22在結腸癌發病中的作用機制，可為預防和治療結腸癌提供新思路和靶點。

結腸癌；白細胞介素22；信號轉導蛋白和轉錄激活物；分裂原活化蛋白激酶；白細胞介素22結合蛋白

結直腸癌是常見的惡性腫瘤之一，高居男性惡性腫瘤病發率第三位，女性第二位[1]。目前普遍認為結腸癌的發生發展與遺傳、飲食、生活環境等因素有關。近年大量研究表明，免疫細胞、細胞因子等免疫介質的紊亂在腫瘤發生、發展及轉移過程起重要作用，免疫相關的發病機制在腫瘤病因研究中成為熱點。深入研究腫瘤的免疫調節機制、研制免疫治療藥物，成為腫瘤學研究的新方向。細胞因子IL-22在自身免疫疾病、腫瘤疾病中起關鍵作用。研究[2～5]表明，IL-22在結腸癌組織及血清中呈高表達，由其介導的相關通路已成為結腸癌防治的研究熱點，研究IL-22在結腸癌中的作用機制，可為預防和治療結腸癌提供新思路和靶點?，F就IL-22及其相關通路在介導結腸癌發病機制中的作用進展進行綜述，以期為開發研究以IL-22為靶點的生物制劑提供思路。

1 IL-22概述

IL-22是Dumoutier通過IL-9刺激小鼠BW5147淋巴瘤細胞產生的新型蛋白，由于其結構和功能類似于抑制免疫和抗炎的IL-10，與IL-10氨基酸同源性為22%，因此IL-22亦被命名為IL-10相關T細胞的可誘導因子(IL-TIF)。IL-22主要由Th1、Th17、Th22、自然殺傷T細胞(NKT)和固有淋巴細胞(ILCs)等免疫細胞產生[6]，在不同的疾病中，IL-22由成纖維細胞(Fb)、肥大細胞(Mc)、巨噬細胞和中性白細胞(Ne)等非淋巴性來源性細胞產生[7～9]。在人體內，IL-22的功能多種多樣，主要有保護和修復組織損傷、促進細胞再生及增生、抗微生物感染、促炎、促纖維化、抗細胞凋亡等作用[10～14]。

在生物體內，IL-22只有通過與其受體結合，才能發揮上述各種生物學效應。IL-22R是IL-22的受體，由IL-22R1和IL-10R2兩條鏈構成的異源二聚體。IL-22與IL-22R1有較高的親和力，但與IL-10R2無明顯的親和力，IL-22與IL-22R1結合后構象發生改變，IL-10R2才能與IL-22/IL-22R1復合物結合，發揮IL-22的作用。IL-22是否起作用，關鍵看IL-22R1鏈在細胞的表達有無，決定該細胞是否成為IL-22的靶細胞。研究發現部分器官如呼吸道、消化道、皮膚組織上皮細胞具有IL-22R1鏈，是IL-22的主要作用對象[15]。

IL-22結合蛋白(IL-22BP)是一種水溶性單鏈蛋白，由Ⅱ類因子受體家族成員克隆而來的一種新受體，與IL-22R1有34%的同源性，且比IL-22R1更易與IL-22結合。IL-22BP主要由樹突狀細胞(DC)產生，主要在胎盤、乳腺、消化系統、淋巴組織、肺、皮膚中表達。IL-22在腫瘤發生發展進程中起重要作用，腫瘤細胞可通過IL-22/IL-22R信號級聯反應存活及增生[16，17]。研究表明在眾多腫瘤模型中，升高的IL-22水平對腫瘤細胞有促進作用[18～20]，結腸癌患者及小鼠模型中均發現癌變組織中高表達IL-22因子，明顯高于癌旁及其他正常組織，結腸癌患者血清中IL-22水平明顯高于正常人[2～5]。

2 IL-22/STAT-3通路在介導結腸癌發病中的作用機制

STAT-3廣泛存在于哺乳類動物的組織及細胞中，活化的STAT-3從細胞核質轉移到細胞核中，實現對細胞凋亡、再生、遷移和轉移相關功能基因的調控。絡氨酸激酶-信號轉導蛋白和轉錄激活物(JAK-STAT)細胞信號轉導途徑的紊亂是腫瘤發生的重要途徑之一。STAT-3作為一種原癌基因，其特變株SATA-3C(A661及N663位的氨基酸被半胱氨酸代替)具有致癌性，能使細胞性狀發生改變。STAT-3在惡性腫瘤細胞中保持激活狀態，與腫瘤的侵襲、轉移關系密切[21]。STAT-3除了與腫瘤侵襲、轉移相關外，還能影響腫瘤血管形成。血管內皮生長因子(VEGF)是目前已知的刺激腫瘤血管生長最直接的作用因子，在腫瘤組織新血管的形成起重要作用。

與IL-10家族其他成員功能類似，IL-22能導致Jak1和Tyk2磷酸化。Jak1和Tyk2是公認的非受體型酪氨酸蛋白激酶家族成員，為激活各種信號通路，如白細胞介素、干擾素、生長因子等所必須的一種蛋白酶，磷酸化后可激活下游一系列信號通路，調節生命活動。在JAK缺乏的細胞中，IL-22誘導的STAT基因失活，腫瘤細胞的生長受到明顯抑制。L-22與靶細胞表面受體相結合，啟動絡氨酸激酶活化Jak1和Tyk2，進而磷酸化STAT3形成二聚體并轉移至細胞核內，激發下游的靶基因表達，如細胞周期調控基因和抗凋亡基因等，從而調節細胞行為，參與疾病的發生發展。在HCT-116細胞與IL-22(+)腫瘤浸潤白細胞共培養，加入STAT-3阻斷劑WP1066后，腫瘤細胞增殖減慢，凋亡加快，不加阻斷劑組腫瘤細胞生長速度明顯加快，說明IL-22通過激活STAT-3通路，提高腫瘤的增殖速率和抗凋亡能力，從而促進結腸癌的發生。體內實驗表明[13]，IL-22在結腸癌中高表達，其水平與腫瘤大小呈正相關，且磷酸化的STAT-3細胞及其下游基因Bcl-2、CyclinD1均比正常組織明顯上調，VEGF在腫瘤組織中呈高表達。CyclinD1是細胞周期家族的成員之一，能推動細胞從G1期進入S期，主要功能是促進細胞增殖，為公認的原癌基因之一，其過度表達可使細胞增殖失控而惡化。其他通過IL-22/STAT-3軸調節的因子，如抗菌肽S100A8和趨化因子Cxcl，與模型相比，均出現明顯下降。這表明在結腸癌中，IL-22可激活STAT-3通路，從而上調下游的各種信號分子，提高腫瘤細胞的增殖速率，加快細胞的遷移及提高其抗凋亡的能力，另一方面，IL-22還可通過激活STAT-3通路，上調VEGF的表達，增加腫瘤周圍血管的生成，為腫瘤細胞生長提供必要的血運支持。

3 IL-22/MAPK通路在介導結腸癌發病中的作用機制

分裂原活化蛋白激酶(MAPK)是一類存在于真核細胞中的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在不同信號通路中充當一種共同的信號轉導成分。其可介導胞外的信號刺激傳導入細胞內，調節細胞生長、發育、分化及遷移等。在哺乳類動物中，MAPKs家族主要有3大類：細胞外信號調節激酶(MEK-ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNKs)和p38激酶途徑。MAPK通路可促進細胞增殖和抗凋亡促進腫瘤發生發展。用ERK1/2阻斷劑可抑制結腸癌細胞細胞增殖的活性，使細胞周期停滯于S期，并抑制細胞的生長的作用。

研究表明，IL-22可活化MAPK通路，從而影響腫瘤的發生與發展。在腫瘤細胞內可觀察到IL-22引起ERK1/2的持續磷酸化，加入MEK阻斷劑后，ERK1/2的磷酸化被抑制，用電穿孔法轉染細胞后同樣得出該結論，該研究還證實IL-22能活化JNK、p38的MAPK通路。IL-22刺激SW480后，ERK1/2蛋白自刺激后10 min磷酸化水平最強，且持續了30 min，JNK蛋白于刺激后10 min磷酸化水平最強，且持續了30 min。證實在結腸癌細胞中，IL-22可激活ERK、JNK通路，從而調節腫瘤細胞的生物活動。用MEK-1抑制劑PD98059干擾后，ERK1/2磷酸化水平明顯下降，證明MEK-1是位于IL-22介導的ERK活化信號通路上游的調控子，且以IL-22作用于SW480細胞后，WST-1手段檢測到比對照組出現明顯的細胞增殖。以上實驗表明，在結腸癌細胞中，IL-22可能通過使ERK1/2蛋白、JNK蛋白磷酸化，活化MEK-ERK、JNK通路，刺激腫瘤細胞生長，提高其增殖速率及抑制細胞凋亡，從而促進結腸癌的發生發展。但目前IL-22/MAPK通路的分子機制尚未明確，需做進一步研究。

4 IL-22/IL-22BP通路在介導結腸癌發病中的作用機制

除了上述兩條通路以外，IL-22還可通過介導其他因子調節結腸癌的發展。IL-22BP是可溶性的細胞因子受體，能與細胞表面的受體(IL-22R1)競爭結合游離的細胞因子，且IL-22/IL-2BP的結合有高度穩定性，是與IL-22R1結合能力的20～1 000倍。在黑色素瘤細胞A375中同時轉染IL-22和IL-22BP與單獨轉染IL-22[22]，前者的IL-22表達下降，說明IL-22BP的主要作用是阻斷IL-22與IL-22R1結合，這一結論與Martin實驗結論相符[15]。Huber等[23]研究顯示，用氧化偶氮甲烷(A-OM)和葡聚糖硫酸鈉制造炎癥相關性結腸癌模型，與正常組相比，IL-22敲除(IL-22-/--)小鼠的結腸腫瘤數量和體積少，IL-22BP敲除(IL-22BP-/-)小鼠的結腸腫瘤數量和體積明顯增加。IL-22BP、IL-22雙敲除(IL-22BP-/-IL-22-/-)小鼠的腫瘤數量及評分與IL-22敲除小鼠類似，比IL-22BP敲除小鼠的腫瘤評分低。以上實驗表明，IL-22BP的作用依賴于IL-22，IL-22BP可與IL-22R1競爭性和IL-22結合，終止部分由IL-22活化下游的STAT-3、MAPK等通路，抑制腫瘤細胞增殖。研究[15，24]表明，IL-22BP受IL-18、維A酸、角蛋白8調節。L-22/IL-22BP軸可成為基因治療及免疫治療的靶點，在開發結腸癌新療法中有潛在意義。

綜上所述，IL-22在結腸癌發生、發展中起重要作用，但目前尚缺乏相關的臨床研究，限制了IL-22作為一個免疫因子的潛在靶向治療方向。更為深入地研究IL-22的生理、病理學行為，探索是否還存在其他介導結腸癌的通路，可為預防和治療結腸癌提供新思路和靶點。

[1] Denlinger CS, Engstrom PF. Colorectal cancer survivorship:movement matters[J]. Cancer Prev Res(Phlia), 2011,4(4):502-511.

[2] Kryczek I, Lin Y, Nagarsheth N， et al. IL-22+CD4+T cells promote colorectal cancer stemnes-s via STAT3 transcription factor activation and induction of the methyltransferase DOT1L[J]. Immunity, 2014,40(5):772-784.

[3] Sun D, Lin Y, Hong J, et al. Th22 cells control colon tumorigenesis through STAT3 and Pol-ycomb Repression complex 2 signalling[J]. Oncoimmunology, 2016,5(8):e1082704.

[4] 吳庭玉，劉云，梁中林，等.結直腸癌患者血中高表達白介素22與FOLFOX化療抵抗的相關性[J].實用臨床醫藥雜志,2014,18(16)：60-66.

[5] Huang YH, Cao YF, Jiang ZY, et al. Th22 cell accumulation is associated with colorectal ca-ncer development[J]. World J Gastroenterol, 2015,21(14):4216-4224.

[6] Rutz S, Eidenschenk C, Ouyang W. IL-22, not simply a Th1 7 cytokine[J]. Immunol Rev, 2013,252(1):116-132.

[7] Mashiko S, Bouquermouhs S, Rubio M, et al. Human mast cells are major IL-22 producers in patients with psoriasis and atopic dermatitis[J]. J Allergy Clin Immuol， 2015,136(2):351-359.

[8] Hanssin M, Silverpil E, Linden A, et al. Interleukin-22 produced by alveolar macrophages d-uring activation of the innate immune response[J]. Inflammation Res Off J Eur Histamine Res Soc, 2013,62(6):561-569.

[9] Zindl CL,Lai JF,Lee YK, et al. IL-22-producing neutrophils contribute to antimicrobial defense and resti-tution of cilinic epithelial integrity during colitis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013,110(31):12768-12773.

[10] Feng D, Kong X,Weng H, et al. Interleukin-22 promotes proliferation of liver stem/progenitor cells in mic-e and patients with chronic hepatitis B virus infection[J]. Gastroenterology, 2012,143(1):188-198.e7.

[11] McGee HM, Schmidit A, Booth J, et al. IL-22 promotes fibroblast-mediated wound repair i-n the skin[J]. J Investing Dermatol, 2013,133(5):1321-1329.

[12] Liang M, Wang J, Chu H, et al. Interleukin-22 inhibits bleomycin-induced pulmonary fibrosis[J]. Mediat Inflamm, 2013,2013:209179.

[13] Munoz M, Eidenschenk C,Ota N, et al. Interleukin-22 induces interleukin-18 expression from epithelial cells du-ring intestinal infection[J]. Immunity, 2015,42(2):321-331.

[14] Zhang Y, Cobleigh M, Jian QL, et al. A proinflammatory role for interleukin-22 in the immune response to h-epatitis B virus[j]. Gastroenterology, 2011,141(5):1897-1906.

[15] Martin JC, Bériou G, Heslan M, et al. Interleukin-22 binding protein(IL-22BP) is a constitut-eively expressed by a subset acid[J]. Mucosal Immunol, 2014,7(1):101-113.

[16] Xue J, Nguyen DT, Habtezion A, et al. Ary hydrocarbon receptor regulates pancreatic IL-22 produc-tion and protects mice from acute pancreatitis[J]. Gastroenterology, 2013,13(2):1670-1680.

[17] Ji Y, Yang X, Li J, et al. IL-22 promotes the migration and invasion of gastric cancer cells via IL-22R1/AKT/MMP-9 signaling[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2014,7(1):3694-3703.

[18] Qin S, Ma S, Huang X, et al. Th22 Cells are associated with hepatocellular carcinoma dev-elopment and progression[J]. Chin J Cancer Res, 2014,26(2):135-141.

[19] Zhao D, Long XD, Lu TF, et al. Metformin decreases IL-22 secretion to suppress tumor g-rowth in an orthotopic mous-e model of hepatocellular carcinoma[J]. Int J Cancer, 2015,136(11):2556-2565.

[20] Hidalgo M, Cascimu S, Kleef J, et al. Addressing the challenges of pancreatic cancer:future directions for improving outcomes[J]. Pancreatology, 2015,15(1):8-18.

[21] Uluer ET, Aydemir I, Inan S, et al. Effects of 5-fluorouracil and gemcitabine on breast cancer cell line(MCF-7) via the JAK-STAT pathway[J]. Acta Histochem, 2012,114(7):641-646.

[22] 姜培紅,元雄良治.白細胞介素22在皮膚黑素瘤細胞中的表達[J].臨床皮膚科雜志,2007,36(6):346-347.

[23] Huber S, Gogliani N, Zenewicz LA, et al. IL-22BP is regulate by the inflammasome and m-odulates tumorigenesis in the intestine[J]. Nature, 2012,491(7423):259-263.

[24] Misiorek JO, L?hdeniemi IA, Nystr?m JH, et al. Keratin 8-deletion induced colitis predisposes to murine colorectal cancer enforced by the inflammasome and IL-22pathway[J]. Carcinogenesis, 2016,37(8):777-786.

國家自然科學基金資助項目(81573932)；廣東省自然科學基金資助課題(2013B032500019)；湛江市財政競爭項目(2014A01014)；廣東省中醫藥局建設中醫藥強省科研課題(20151260)；廣東醫科大學博士啟動項目(B2013019)。

鄭學寶(E-mail:Xuebaozheng@sina.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.09.034

R735.35

A

1002-266X(2017)09-0097-03

2016-09-25)