干扰素对肿瘤的抑制作用

熊 辉， 付丽萍， 周 琳

1华中科技大学同济医学院临床医学2011级，武汉 430030

2华中科技大学同济医学院基础医学院解剖学系，武汉 430030

1957年两位英国科学家Alick Isaacs和Jean Lindenman在进行流感病毒实验时发现，向鸡胚中注射灭活流感病毒后，鸡胚细胞生成了一种分泌性物质，这种物质具有“干扰”流感病毒感染的作用，由此，他们将这种物质称为干扰素（interferon，IFN）。

1 干扰素的分子结构和一般特性

1．1 干扰素的分类及表达

根据氨基酸序列和特异性识别受体的不同，IFN可分为Ⅰ型、Ⅱ型和新发现的Ⅲ型。Ⅰ型干扰素包括IFN－α、IFN－β、IFN－δ、IFN－κ、IFN－ω和IFN－τ。IFN－α有13种亚型，IFN－β有1种亚型。Ⅱ型干扰素只有1种类型：IFN－γ。Ⅲ型干扰素即IFN－λ，包括IFN－λ1、IFN－λ2和IFN－λ3，也可分别叫作白介素（interleukin，IL）－29、IL－28A 和IL－28B，近期还有新报道的IFN－λ4，可能为个体的移码突变引起。IFN－α主要由B淋巴细胞产生，巨噬细胞和NK细胞也可以产生；IFN－β主要来源于成纤维细胞和上皮细胞，部分来源于巨噬细胞；IFN－γ主要由T淋巴细胞产生，在一定条件下也可以由NK细胞产生。IFN－λ则主要来源于浆细胞样树突细胞（plasmacytoid dendritic cells，pDC）［1］，此外在血液、脑、前列腺、肺、卵巢、胰腺、垂体、胎盘、睾丸等组织也可以检测到IFN－λmRNA的低水平表达［2］。

肿瘤细胞及组织可以自发或在某种因子刺激诱导下表达IFN。人颅咽管瘤组织中有IFN－α及其受体IFN－αR的表达［3］。皮肤鳞状细胞癌、基底细胞癌、角化棘皮瘤及脂溢性角化的组织中均能检测到IFN－γmRNA的表达［4］。人类肺癌和DU145前列腺癌的细胞在聚肌苷酸（polyinosine－polycytidylic acid，poly I：C）的刺激下可以产生大剂量IFN－β；用病毒双链RNA模拟物作用于小鼠黑色素瘤细胞，可以诱导内源性IFN－β产生［5］；人端粒酶逆转录酶的启动子可以驱动肺癌和大肠癌组织特异性表达IFN－β［6］；还有实验证明IFN－γ在原发转移性肾母细胞瘤中的表达高于原发未转移的瘤细胞中的表达［7］。

1．2 干扰素的理化性质

IFN的相对分子质量小，为20～100kD，不能通过普通透析膜，但可以通过滤器，4℃可保存较长时间，－20℃可长期保存其活性。Ⅰ型IFN耐热，56℃、30min不被灭活，在pH 2～10范围内也很稳定；但Ⅱ型IFN不耐酸也不耐热，在pH 2时不稳定，在56℃、30min会被破坏。

目前应用于临床的IFN包括天然IFN和利用DNA重组技术生产的基因工程IFN，两者具有类似的生物学活性。由于IFN的分子量较小，容易通过肾脏的滤过膜被快速代谢，因而半衰期较短。为了维持IFN疗效，临床上常采取多次注射给药，不仅不方便，而且治疗效果也不持久。目前有研究报道将没有活性的聚乙二醇与IFN连接，形成一种长效IFN。这种长效IFN可以长时间在体内发挥作用，达到1周给药1次的目的。

2 干扰素的抗肿瘤作用及机制

2．1 干扰素抑制肿瘤细胞增殖

恶性肿瘤是由于细胞生长失控，无限增殖而形成，IFN可以通过抑制肿瘤细胞的增殖来抑制肿瘤的进展。IFN－α明显抑制人肝癌细胞系BEL－7402的增殖［8］，IFN－β能抑制前列腺癌细胞的增殖［9］。有实验研究IFN－γ对不同卵巢癌细胞的作用，结果显示IFN－γ能够抑制全部8个卵巢癌细胞系及14个原代培养的癌细胞系中的11个的细胞增殖［10］。IFN能够调节cmy－c、pRb、周期蛋白D3和cdc25A等基因的表达，从而引起细胞周期阻滞。IFN－α下调C－myc表达，使肿瘤细胞从G0期到G1期的转变停滞［11］。携带人IFN－γ基因的腺病毒感染鼻咽癌细胞后，可以通过诱导G1期阻滞发挥抗肿瘤细胞增殖作用［12］。IFN－λ能够上调p21受体的表达和Rb去磷酸化使其发生G1期阻滞或凋亡［13］。

2．2 干扰素促进肿瘤细胞凋亡

IFN可以通过促进肿瘤细胞的凋亡而发挥抗肿瘤作用。IFN－α可以诱导人鼻咽癌细胞株CNE2凋亡，用IFN－α处理CNE2细胞株，AnnexinⅤ／PI双染流式细胞术检测到细胞的早期凋亡率为23．12%，较未处理组明显升高；此外，IFN－α还可以诱导骨巨细胞瘤、骨髓瘤、黑色素瘤等肿瘤细胞株的凋亡［14］。将携带IFN－β基因的腺病毒载体感染小鼠大肠癌细胞，其分泌的IFN－β能够通过激活半胱天冬酶途径和释放细胞色素C诱导肿瘤细胞凋亡，抑制大肠癌细胞的生长［6］。研究还发现，无论是体外还是体内的结肠癌细胞都对IFN－γ的促凋亡作用特别敏感［15］。将携带IFN－λ基因的腺病毒载体感染人食管癌细胞，其细胞质内细胞色素C、Caspase－9以及Bax蛋白表达增加，提示IFN－λ能够通过线粒体介导的凋亡通路使肿瘤细胞发生凋亡［16］。Yasuhiro等［17］研究发现，IFN－λ可以通过促进STAT1的磷酸化来抑制人肺癌细胞HCC827的生长和促进肿瘤细胞凋亡。

2．3 干扰素抑制癌基因表达

癌基因存在于细胞内或病毒内，其表达升高可引起癌变，IFN可以通过抑制某些癌基因的表达发挥抗肿瘤作用。IFN－α处理后，myc家族癌基因C－myc mRNA水平降为原来的1／5～1／7，并且随剂量增加作用加强。IFN－α通过抑制C－myc的表达，可阻止细胞从G0期向S期转变，从而起到抗肿瘤作用。此外，IFN－γ还可下调neu／HER－2癌基因在前列腺癌细胞中的表达［18］。

2．4 干扰素的免疫调节作用

干扰素对免疫调控具有双向性。IFN具有强的免疫调节作用，它可以通过激活自然杀伤（natural kill，NK）细胞杀伤癌变细胞，还可以通过调节趋化因子影响中性粒细胞迁移以及通过调节细胞因子分泌起到抗肿瘤作用。用IFN－γ、TNF－α刺激单核细胞后，再将单核细胞与NK细胞共培养，结果显示IFN－γ上调人单核细胞表面Ⅰ类主要组织相容性复合体链相关分子（MICs）的表达，IFN－γ通过上调人单核细胞表面MICs介导NK细胞的活化。另外利用抗MIC抗体封闭或用细胞小室阻断细胞接触，可以明显地抑制NK细胞的活化［19］。在荷瘤小鼠实验中，内源性IFN－β通过调节趋化因子受体CXCR2和它的配体CXCL1来调控中性粒细胞的迁移，促进中性粒细胞迁移到肿瘤部位，从而起到抗肿瘤的效 果［20］。Burkart 等［21］利 用 乳 腺 肿 瘤 形 成 的PyVmT模型，证明USP18（UBP43）基因缺乏的乳腺上皮细胞（mammary epithelial cells，MECS）分泌的T细胞趋化因子CXCL10显著升高 ，这种趋化因子能够诱导CD4＋T细胞的Th1表达升高。利用IFN－λ处理USP18缺陷MECS其CXCL10的分泌增加，当基因敲除IFN－λ的特异性受体时，MECS肿瘤的生长大大提高，所有的这些表明IFN－λ可能通过调节免疫系统来抑制肿瘤细胞的生长。Numasaki等［22］利用携带有IL－28基因的逆转录病毒来感染荷瘤小鼠，其可以增强IFN－γ产生和脾脏的细胞毒性T细胞的活性，从而达到抗肿瘤作用。IFN－γ具有抗炎和对免疫应答的负向调节作用，其通过影响NK细胞受体及其配体的表达，负向调节NK细胞和CTL细胞的效应功能。IFN－γ可诱导调节性T细胞的产生，并作为调节性T细胞早期短时分泌的重要介质，抑制初始T细胞的活性和增殖、控制T细胞的效应功能和诱导T细胞的凋亡［23］

2．5 干扰素抑制肿瘤新生血管形成及肿瘤转移

有实验将具有肺转移能力的人MHCC97L肝癌组织种植于BALB／c雄性裸鼠肝脏，建立人肝癌裸鼠原位模型，然后以不同剂量组合的阿司匹林与IFN－α作用于荷瘤裸鼠，测量肿瘤体积及肺转移率，结果显示小剂量IFN－α合并小剂量阿司匹林治疗组治疗效果比单用阿司匹林治疗组更为明显，而且使肿瘤的肺转移率由空白对照组的66．7%降为0。IFN－α抑制肿瘤转移的主要机制是抑制 MMP－2与VEGF的活性和表达［24］。将携带IL－28基因的逆转录病毒载体感染小鼠MCA205细胞，其分泌的IFN－λ2／3能有效抑制肺转移瘤的形成［22］。

肿瘤新生血管为不断浸润生长的肿瘤提供营养，IFN有抑制肿瘤血管形成的作用。如：内源性IFN－β下调趋化因子受体CXCR2，CXCR2受体信号传导的阻断促进中性粒细胞迁移到肿瘤，延缓肿瘤的生长，减少肿瘤血管生成，起到抑制肿瘤的作用［20］。IFN－γ可直接抑制人表皮微血管内皮细胞和人毛细血管内皮细胞的增殖和迁移。Majewski等［25］研究发现，直接在荷瘤小鼠中使用IFN－γ后，皮下种植瘤内的血管生成减少，肿瘤生长受抑制。IFN－γ还可以抑制血管内皮生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）尤其是碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）的基因转录，从而抑制血管形成［26］。

此外，IFN能通过抑制基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的表达抑制肿瘤转移。MMPs可以破坏阻止肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，并能促进肿瘤血管生长，IFN－γ能抑制MMPs的表达从而抑制肿瘤转移［27］。

3 干扰素抗肿瘤的临床应用及展望

在细胞因子家族中，IFN－α应用于肿瘤临床治疗时间最长。IFN－α制剂已在40多个国家得到广泛使用，用于治疗14种以上类型的肿瘤，包括一些血源性恶性肿瘤，如毛细胞白血病、慢性骨髓白血病，一些B细胞和T细胞淋巴瘤及某些实性肿瘤，如黑色素瘤、肾癌、Kaposi肉瘤。IFN－α治疗白血病，有效率达到80%［28］。单用IFN－α治疗毛细胞白血病有效率可达80%，完全缓解率30%。利用携带人的IFN－γ腺病毒载体治疗淋巴瘤的二期临床实验中，B淋巴瘤对于IFN－γ反应率较高，提示其对于B淋巴瘤的治疗有着较好的作用［29］。

干扰素与某些抗癌药联合使用可以提高这些药物的抗癌活性，或提高癌细胞对抗癌药物的敏感性。IFN－α和索拉菲尼（一类口服的多激酶抑制剂）被广泛用于治疗晚期肝癌。当两者联合使用时能增强抗肿瘤的效果，能有效抑制肝癌细胞系的细胞活力，阻滞细胞周期进程及引起细胞凋亡。与此同时，裸鼠成瘤的实验证实了IFN－α和索拉菲尼在体内也具有联合抑制肝癌生长和促进肝癌细胞凋亡的作用［30］。IFN－β则通过提高胸苷磷酸化酶（TP）的活性，促进5－氟尿嘧啶 （5－FU）转换成的其活性代谢物FdUMP，表明IFN－β和5－FU的组合在抗人类肾细胞癌方面具有潜在的临床应用价值［31］。IFN－λ结合抗肿瘤药物顺铂（CDDP）和5－FU的使用能够诱导食管癌细胞G1期阻滞从而抑制肿瘤细胞的生长［13］。在临床上，通过全身用药、传统IFN的局部用药和联合用药等方式对黑色素瘤、肾癌、Kaposi肉瘤、细胞性白血病等有着良好的疗效。但是，在用IFN治疗肿瘤的同时，它所带来的毒副作用不容忽视，主要表现为肌痛、发热、发冷、头痛、恶心、疲乏为主的流感样症状，外周血白细胞和血小板暂时性减少等骨髓抑制症状，另外还有神经精神症状，甲状腺功能障碍等，IFN的不当使用还会引起系统性红斑狼疮、慢性类风湿性关节炎，甚至过敏性休克。另外单用IFNα－2b或IFNα－2a治疗多发性骨髓瘤，其疗效不是很理想，有效率仅只有20%～30%［32］。

有研究证实IFN－λ在小鼠和人的癌细胞，如黑色素瘤、食管癌、神经内分泌肿瘤都有抗肿瘤效果［33］。IFN－λ1和抗肿瘤药物联合使用时，对正常细胞的生长抑制作用比单独使用CDDP、5－FU或IFN－α时要小［13］。IFN－α的许多副作用，可能来自无处不在的IFN－α受体的表达，但IFN－λ特异性受体亚单位IL－28Rα只在有限数量的正常细胞和一些人类肿瘤细胞株表达［34］。由于IFN－λ具有选择性的受体分布［35］，因此，IFN－λ的抗肿瘤作用具有选择性，在用于临床抗肿瘤治疗时可能具有更小的毒性。这为IFN家族抗肿瘤治疗提供了新的方向。

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