NLRC4与结直肠癌的研究进展*

彭 莉，饶友威，周燕红

(1.湖北科技学院医学部,湖北 咸宁 437100;2.赤壁人民医院药剂科)

慢性炎症是癌症发生的高危因素，在癌症的各个阶段发挥作用，而炎症小体作为炎症反应的核心途径，同样在癌症的发生发展中扮演重要角色[1]。炎症小体是一种细胞内多聚体蛋白复合物，最近被证明可协调多种先天性和适应性免疫应答[2]。炎症小体4(nod like receptor C4，NLRC4)是NLR家族成员之一，又被称作IPAF，是目前研究较多的炎症小体[3]。在没有激活信号时，NLRC4通过抑制自身多聚化而不被激活，当出现病原微生物感染、应激或损伤时，LRRs结构域会识别相应的配体，导致自身构象改变，解除多聚化作用，激活炎症小体[4]。NLRC4激活后出现两种效应，一方面，NLRC4炎性小体可通过其CARD结构域或ASC募集并活化pro-caspase-1，产生有活性的caspase-1，并进一步将前体IL-1β和IL-18切割为成熟IL-1β和IL-18，参与机体免疫应答[5]。另一方面，活化的caspase-1引发细胞焦亡[6]。结直肠癌是一种发病率和致死率均比较高的癌症类型，多基因共同参与其发生发展，NLRC4可能通过多项机制调控结直肠癌病程进展。

1 NLRC4与结直肠癌的关系

炎性小体对肿瘤的发生具有双重作用，其作用类型随着肿瘤类别的不同而改变，但有报道[7]显示，NLRC4在结直肠癌中被认为是一种肿瘤抑制因子，可维持肿瘤发生的组织内稳定，在结直肠癌抑制中具有潜在调控作用。炎性小体成分的基因突变可能增加机体对癌症的易感性，据报道[8]，与野生型小鼠相比，NLRC4基因敲除小鼠模型对结肠炎和结肠癌的易感性增加，NLRC4-/-小鼠肿瘤数目增加，体积增大，浸润程度加重，提示NLRC4基因的缺乏可能参与了结直肠癌的进展。有研究者[9]采用生物信息学方法分析NLRC4在结直肠癌中的表达，结果表明NLRC4在结直肠癌组织的表达水平低于正常结直肠组织，且在不同临床分级中表达水平较正常对照组具有显著性差异，说明NLRC4基因的表达下调可能与结直肠癌有关。然而，另有研究[10]指出NLRC4-/-小鼠与野生型小鼠相比结直肠肿瘤负荷未见显著性差异，这可能由于数据来源、实验方法及实验条件的不同所致。因此，关于NLRC4与结直肠癌的关系需要进一步深入研究并阐明。

2 NLRC4参与结直肠癌的相关信号通路

2.1 NLRC4与caspase-1信号通路

Caspase-1是不同炎症小体的共同效应酶，是细胞焦亡的重要因素，参与多种肿瘤的抑制[11]。NLRC4作为caspase-1上游信号分子，其激活介导caspase-1的活化，同NLRC4-/-小鼠一致，caspase-1基因缺陷同样促进结直肠癌的形成[12]。据研究表明[8]，慢性炎症诱导的结肠肿瘤受NLRC4及caspase-1的双项调控，同NLRC4-/-小鼠相同，caspase-1基因缺陷小鼠同样促进肿瘤进展，在DSS-AOM诱导的结肠癌模型中，caspase-1-/-小鼠较WT小鼠相比，肿瘤数目增加，负荷加重，侵袭性增强，而caspase-1-/-小鼠肿瘤形成增加是由NLRC4炎症小体所介导，相关机制通过调控细胞增殖及凋亡途径来实现，因此，NLRC4可能通过调控caspase-1的表达在慢性炎症诱导的癌症中发挥中心作用。

2.2 NLRC4与IL-1β、IL-18信号通路

NLRC4的激活最终诱导IL-1β和IL-18细胞因子的成熟与释放，以此调节肿瘤微环境的稳定，在肿瘤调控中发挥关键作用。IL-1β是一种关键的多效性促炎细胞因子，已知可介导炎症急性反应，为先天性和适应性先天免疫反应提供联系，据推测，IL-1β可能通过调节机体免疫反应和急性炎症清除功能在肠道组织恶变抑制中发挥作用[13]。其次，IL-18在结直肠癌中的积极作用也不容忽视，据研究[14-15]报道，IL-18受体缺陷小鼠较对照组结肠炎患病率严重升高，恶化速度加快，最终引起结直肠癌的发生。而IL-18对结直肠癌的抑制作用在其他研究[16-17]中也得到验证，首先，炎症相关结肠癌小鼠模型证明，IL-18的产生一方面可促进结肠上皮细胞的再生和修复，保护肠道自身屏障功能的完整；另一方面，IL-18的分泌明显减弱炎症反应的发生，抑制肿瘤的恶化；其次，IL-18一方面通过促IFNγ释放抑制结直肠癌的发生，另一方面通过增加T细胞和NK细胞的数目降低结直肠癌肺转移率。此外，IL-18下游信号MyD88缺陷小鼠肿瘤负荷上升，其发生机理与DNA修复功能下降，促有丝分裂及血管生成基因表达增加相关[18]。说明NLRC4在结直肠癌中的作用可能与IL-1β、IL-18的释放相关联。

2.3 NLRC4与p53信号通路

p53作为一种肿瘤抑制因子，在调节细胞周期、DNA修复、细胞凋亡及代谢途径中发挥重要功能。研究[19]表明，在结直肠癌中，60%的患者均出现了p53基因突变，并与肿瘤侵袭性增强和耐药性增加相关。而研究[20]也已证实，NLRC4被认为参与p53下游凋亡信号通路，对肿瘤的形成发挥抑制功能。p53可激活NLRC4 mRNA的表达，且由酪氨酸磷酸酶TC-45过表达诱导，后者激活p53[21]。其次，NLRC4通过p53介导的凋亡来清除受损上皮细胞，限制其进一步异常增生并转化为恶性肿瘤[22]。因此，NLRC4诱导肿瘤细胞凋亡增加可能通过介导p53的活化来实现。

2.4 NLRC4与NAIP信号通路

NLR家族凋亡抑制蛋白(NAIP)同属于NLR家族及IAP家族，可与NLRC4组成炎症小体，是结直肠癌发生的关键调节因子。在结直肠癌小鼠模型中，与NLRC4-/-小鼠类似，NAIP-/-小鼠肿瘤患病率增加，负荷加重，NAIP通过促进肠上皮细胞致癌物的清除防止结肠癌的发生[23]。而NAIP的某些上皮固有功能可能通过NLRC4所介导，NLRC4的激活也需要NAIP5的存在，NLRC4与NAIP协同发挥作用，通过调控上皮细胞的屏障保护功能预防或抑制肿瘤的发生[24-25]。因此，NLRC4对结直肠癌的调控可能与NAIP相关信号通路的激活相关。

3 NLRC4参与结直肠癌的相关机制

3.1 介导细胞凋亡与增殖

在正常情况下，机体细胞凋亡与增殖处于一种动态平衡，但当某些因素将此平衡机制打破，细胞生长调控就会发生严重紊乱，最终导致疾病的发生，肿瘤便是机体细胞异常增殖所形成的新生物。因此，促肿瘤细胞凋亡，抑制细胞增殖成为抗癌治疗的重要机制之一。Hu等[8]通过AOM-DSS诱导结肠癌模型发现，caspase-1-/-和NLRC4-/-小鼠与野生型小鼠相比，疾病恶化程度加重，而肿瘤发生的增强并非通过调节结肠炎症来介导，而是通过调节结肠上皮细胞的增殖和凋亡来实现，因此，NLRC4介导的凋亡可能有助于清除癌前细胞，阻断癌变过程。

3.2 调控机体免疫防御

先天免疫系统通过介导组织修复、炎症和微生物清除等途径为抵御微生物入侵及内源性危险信号提供了首要防线。这在肠道黏膜中尤为重要，因为模式识别受体(PRR)在有共生微生物存在的情况下可以保护黏膜免受微生物侵袭，同时维持上皮屏障完整，并保持对共生细菌的耐受性，避免细菌侵入造成的永久性损伤及免疫破坏。研究[26]指出，炎症小体被认为是介导宿主对微生物病原体的防御和肠道内组织稳态的保护因子。已有证据[27]表明NLRC4在沙门氏菌的感染抑制中发挥重要作用，相关机制是通过NLRC4诱导肠巨噬细胞caspase-1激活和IL-1β分泌清除病原体来实现。此外，病原体模式识别受体(PRRs)的激活成为机体宿主保护的关键途径，在细胞应激条件下，免疫系统通过PRRs识别各种病原体感染并做出防御反应。Rakoff-Nahoum等人[28]发现PRRs可以维持肠道内环境稳定和抵御机体损伤，PRRs激活引起宿主防御信号通路的活化，而NLRC4是已确定的可活化此通路的炎症小体，NLRC4的激活诱导caspase-1的成熟与释放，活化后的caspase-1发生级联反应，分泌活性IL-Iβ、IL-18，IL-18进一步维持肠道微环境的稳定，可对肠道致病菌和共生菌做出识别，并进行特异性清除反应，避免肠道受损，抑制了癌症进展。

3.3 保护肠道上皮细胞

炎症性肠病(IBD)是炎性相关结直肠癌发生发展的重要危险因素，肿瘤上皮细胞屏障功能的丧失使微生物产物进入肿瘤组织成为可能，并通过模式识别受体触发固有层免疫细胞和结肠上皮细胞的激活产生细胞因子和趋化因子，进一步促进肿瘤的生长和免疫细胞的招募，上皮细胞免疫成分的破坏会影响肿瘤的发展。实验者对NLRC4基因缺乏小鼠用葡聚糖硫酸钠造成肠道上皮损伤，结果导致了更严重的疾病，表明NLRC4具有一定保护肠道的作用，这种保护机制可能是NLRC4介导的炎症小体激活引起IL-1β和IL-18的释放，两种细胞因子共同保护小鼠肠道黏膜免受攻击[29]。其次，研究者为了证实caspase-1在肠上皮细胞中的作用，建造caspase-1-/-及WT小鼠肠道组织损伤及结肠炎的实验模型，结果证实，caspase-1-/-与WT小鼠相比，出现严重的上皮组织损伤及炎症表现，小鼠在很短的时间内出现快速死亡，进一步说明caspase-1也在肠道上皮细胞保护中发挥关键作用，抑制了肠道组织恶变[30]。

4 NLRC4在结直肠癌治疗中的作用

结直肠癌是一种普遍的高发性肿瘤，治愈率低，死亡率高。结直肠癌的标准疗法包括手术切除及辅助放化疗、靶向治疗等，然而由于患者对治疗的耐受性及高复发风险使疗效受到限制。炎性小体是宿主防御机制至关重要的调节结构，NLRC4基因突变与结直肠癌的发生相联系，NLRC4可能成为结直肠癌治疗的靶点。经临床试验研究得出[31]，NLRC4的下游促分泌因子IL-18在晚期结直肠癌患者中单独使用时表现出良好的疗效，且未见明显的不良反应，这一发现进一步为结直肠癌的高效治疗提供了新的策略，为肿瘤靶向治疗提供了研究方向。另有研究者[32]将细菌鞭毛蛋白对TLR5、NAIP5及NLRC4的激活整合到肿瘤免疫疗法中，结果表达了鼠伤寒沙门菌鞭毛蛋白的B16黑色素瘤细胞和EL4胸腺瘤细胞在体内均无法建立肿瘤模式，且这两种肿瘤细胞还诱导了来自CD4和CD8 T细胞的有效抗肿瘤免疫，说明TLR5、NAIP5及NLRC4的激活在肿瘤细胞免疫治疗中是有益的，值得进一步在结直肠癌中进行研究并推广。

5 小结与展望

炎症小体在多种肿瘤中均起作用，且在不同的肿瘤类型中发挥不一样的功能，以上研究结果表明NLRC4对肠道组织可能具有一定的保护机制，研究从调节机体免疫应答、介导细胞凋亡与增殖、保护肠道黏膜完整性等角度阐释了NLRC4调控肠道肿瘤发生的可能机制。但也有报道说NLRC4对结直肠癌尚无影响，且具体作用机制仍不明确，因此，NLRC4对肿瘤的双重作用需要更多的体内、体外实验更深入的阐明，不仅以动物模型为标本，更要深入临床实践去探讨，明确NLRC4在有菌及无菌状态下如何被激活，其结构与功能之间有着怎样的联系，其抑癌或促癌的具体机制是什么，以此提高我们对炎性小体信号通路的了解，明确其在胃肠疾病中的发病机理，为未来关于炎症性肠病和胃肠道癌等疾病新的靶向药物研发提供可能依据。