[文献]IL⁃13Rα2及IL⁃13在胶质瘤发生发展及治疗中的研究进展| 邹存义 吴安华-转化医学电子杂志

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本文作者：中国医科大学附属第一医院神经外科邹存义,吴安华；本文发表在2017年第7期《转化医学电子杂志》上；神外前沿转载此文已获该杂志授权；

摘要：

IL⁃13 为活化 Th2 细胞分泌的多功能细胞因子,在 炎症性疾病中具有重要作用. 其高亲和力受体IL⁃13Rα2,作为 诱导受体在恶性胶质瘤中高表达,与肿瘤不良预后相关. 胶质 瘤细胞中,IL⁃13Rα2 与 IL⁃13 结合通过其胞内尾端与 IL⁃4Rα相互作用,抑制 IL⁃4R 介导的 STAT6 信号通路,进而促进肿瘤 细胞的侵袭转移与增殖,抑制肿瘤细胞凋亡. 由于 IL⁃13Rα2在胶质瘤中特异性高表达,使其成为胶质瘤靶向治疗和免疫 治疗的理想位点,且已取得了突破性进展. IL⁃13Rα2 与 IL⁃13在胶质瘤中作用及机制的进一步明确,有利于为胶质瘤治疗 提供充分的依据. 

引言

胶质瘤是中枢神经系统常见的恶性肿瘤,且以高度恶性、快速进展、弥漫性浸润为主要特点,尽管治疗手段不断进步,但以手术为主的综合治疗后中位生存 期仅 14.6 个月[1] . 肿瘤分子生物学的发展揭示了多 种生物分子,包括细胞因子及其受体,其通过多种途 径促进肿瘤的发生发展,同时也为肿瘤的靶向治疗和 免疫治疗提供了充分的理论依据. 2 型辅助 T 淋巴细 胞(helper T lymphocyte 2, Th2)源性细胞因子 IL⁃13在炎性疾病、调节免疫反应及免疫微环境方面具有重 要作用. 其高亲和力诱导受体 IL⁃13Rα2 在胶质瘤中 高表达且与不良预后相关. 虽然尚未发现 IL⁃13Rα2下游明确的信号通路,但研究表明,IL⁃13Rα2 与IL⁃13结合后可促进胶质瘤细胞的增殖和侵袭,抑制胶质 瘤细胞凋亡. 同时,以 IL⁃13Rα2 为目标靶点的胶质 瘤靶向治疗与免疫治疗得到不断发展. 本文将对IL⁃13Rα2及 IL⁃13 在肿瘤发生发展及治疗中的研究 现状作一综述.

细胞因子 IL⁃13
IL⁃13 与 IL⁃4 主要由活化的 Th2 细胞、巨噬细胞、树突状细胞及自然杀伤细胞产生[2] ,在 Th2 细胞 介导的炎症反应中具有重要作用. IL⁃13 基因位于染 色体 5q31,具有独立的开放阅读框,包括 4 个外显子 和 3 个内含子,位于 IL⁃4 基因上游 12kb 处. IL⁃13 由132 个氨基酸构成,包括从成熟分泌蛋白切割的 20个氨基酸构成的信号序列. IL⁃13 与 IL⁃4 在氨基酸水 平上具有 25%的同源序列,都具有由 25 个氨基酸组 成的疏水性结构,且高度保守[3] ,所以在功能上二者 具有一定的相似性.

IL⁃13 为多效性细胞因子,可调节免疫反应及免 疫微环境,抑制炎性因子的产生[5] . 对于非造血细 胞,IL⁃13 可以促进平滑肌细胞增殖,诱导成纤维细胞 合成I型胶原纤维,刺激内皮细胞表达内皮细胞黏附 分子 1[6] ,同时可诱导上皮细胞相关细胞因子的表 达. IL⁃13 在遗传性过敏症、哮喘[7] 、纤维化[8-10] 及肿 瘤[11-12] 的发生发展中具有重要作用.

IL⁃13 受体及信号通路

IL⁃13 受体首先在人肾细胞癌中被发现高表达,之后关于其结构的研究在恶性胶质瘤[13] 、卡波氏肉 瘤、卵巢癌、胰腺癌中展开[14] . IL⁃4 和 IL⁃13 受体包 括I型 IL⁃4R(由 IL⁃4Rα、普通 γc 链组成)和II型IL⁃4R(由 IL⁃4Rα、IL⁃13Rα1 组成). IL⁃4 与 IL⁃4Rα 亚 基相互作用,亲和力较高(KD=20~300 pM),IL⁃13 与IL⁃13Rα1 亚基相互作用,亲和力较低(KD = 30 nM)[15] .细胞因子与效应细胞表面受体的结合能力决定了信 号传导通路的作用程度[16-17] . IL⁃13 与 IL⁃3Rα1 结合 后可募集 IL⁃4Rα 形成功能受体,激活 JAK1 或 JAK2 / TYK2,下游 STAT6 磷酸化形成二聚体,转移至细胞 核调节基因转录[18] . IL⁃13 还可以与高亲和力的膜受 体 IL⁃13Rα2 结合,但至今尚未发现下游明确的信号 通路.

IL⁃13Rα2 由 380 个氨基酸组成,编码基因位于Xq24,主要包括膜型、胞内型、分泌型三种形式,且可 相互转化,与 IL⁃13 结合调节其作用[19] . 干扰素 γ (interferon⁃γ, IFN⁃γ) 可快速动员存储的胞内型IL⁃13Rα2转移至胞膜,与 IL⁃13 结合降低其信号强 度[20] . 分泌性 IL⁃13Rα2 主要在鼠血清与尿液中发 现,其亲和力为膜型 IL⁃13Rα2 的 2 ~ 3 倍,在鼠体内,分泌型 IL⁃13Rα2 作为抑制蛋白调节 IL⁃13 信号反 应[21]. 尚未发现人类血清标本中存在分泌型IL⁃13Rα2[22] ,这也说明膜型 IL⁃13Rα2 在人体生物功 能中起重要作用[23] . 膜型 IL⁃13Rα2 由 17 个氨基酸 构成胞浆内尾端,其主要通过胞内尾端发挥作用调节IL⁃4R 介导的 STAT6 信号通路[24] . 

IL⁃13Rα2 及 IL⁃13 与胶质瘤

IL⁃13Rα2 在多种肿瘤中高表达,如恶性胶质瘤、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌、结肠癌等. 在胶质瘤中, IL⁃13Rα2的表达与胶质瘤级别呈正相关,高级别胶质 瘤 IL⁃13Rα2 表达量高,低级别或正常脑组织低表达 或不表达 IL⁃13Rα2[25] ,且 IL⁃13Rα2 高表达与不良预 后相关[26] . IL⁃13Rα2 启动子已被成功确认并克 隆[27] . 在胶质瘤细胞中,活化 T 细胞核因子(nuclear factor of activated T cell,NFAT) 和活化蛋白⁃1( activa⁃ tor protein⁃1,AP⁃1) 是 IL⁃13Rα2 表达的必需转录因 子,NFAT 或 AP⁃1 上调可促进 IL⁃13Rα2 表达,利用NFAT 或 AP⁃1 抑制剂可降低 IL⁃13Rα2 表达[28] . 在 支气管上皮细胞中发现 IL⁃4 与 IL⁃13 诱导 IL⁃13Rα2表达,其作为负反馈下调 IL⁃13 的信号作用[29] . 肿瘤 坏死因子 α(tumor necrosis factor⁃α, TNF⁃α)可促进IL⁃4与 IL⁃13 诱导的 IL⁃13Rα2 表达[30] .

在胰腺癌细胞中,IL⁃13Rα2 阳性表达的胰腺癌 细胞中,其启动子区组蛋白高度乙酰化,而在IL⁃13Rα2阴性细胞中组蛋白乙酰化水平却大大降低. 

对 IL⁃13Rα2 阴性细胞予以组蛋白去乙酰化酶(his⁃ tone deacetylase, HDAC)抑制剂,发现不但组蛋白乙 酰化水平提高,IL⁃13Rα2 表达量也明显增高[31] . 在 雌激素受体 α( estrogen receptor α, ERα) 阴性乳腺癌 中,ERα 转录激活因子 PNR 可通过结合 IL⁃3Rα2 启 动子促进 IL⁃13Rα2 的表达,进而促进肿瘤细胞侵袭 转移. 该作用通过 IL⁃13 刺激 IL⁃13Rα2 促进 ERK1 / 2磷酸化产生,而且因为 PNR 并未改变 IL⁃13Rα1 表达 量,所以认为此过程并非 IL⁃13 与 IL⁃13Rα1 起作 用[32] . 由此可见,IL⁃13Rα2 启动子区组蛋白乙酰化 修饰或某些肿瘤转录激活因子都与其表达情况密切 相关. 而胶质瘤中 IL⁃13Rα2 的高表达机制是否与此 类似,仍需要进一步研究.

IL⁃4 和 IL⁃13 皆可作用于II型 IL⁃4R. 在胶质母 细胞中,尽管其表达信号通路必须的蛋白分子,但 对 IL⁃4与 IL⁃13 却未能产生信号反应,原因在于IL⁃13Rα2作为高亲和力诱导受体,与 IL⁃13 结合抑制IL⁃13 介导的 STAT6 信号通路. 同时 IL⁃13Rα2 还可 以通过其胞内尾端与 IL⁃4Rα 胞内端相互作用抑制IL⁃4 介导的 STAT6 信号通路[33] . 基底样乳腺癌体内 实验表明,敲低 IL⁃13Rα2 可适当延缓原发肿瘤生长,明显减少肺转移发生,同时 IL⁃13 调节的 STAT6 信号 通路得以增强. 而且,敲低 IL⁃13Rα2 同时予以 IL⁃13刺激可通过 STAT6 依赖途径上调肿瘤转移抑制蛋白 肿瘤蛋白 63(TP63)[34] . 但有研究报道,在胶质瘤细 胞中 STAT6 的表达促进肿瘤细胞增殖与侵袭[35] . 那 么,IL⁃13 与 IL⁃13Rα2 作用会对胶质瘤细胞产生怎样 的生物学行为影响呢?

有研究[36] 报道,在卵巢癌细胞和胶质母细胞中 利用放射性同位素标记方法证明了 IL⁃13Rα2 与IL⁃13结合后内化转移至胞内,而非通过 STAT6 通路 发挥作用. 在胰腺癌、卵巢癌细胞中,在 IL⁃13 作用下 高表达 IL⁃13Rα2 细胞通过 ERK/AP⁃1 通路影响MMP⁃9、MMP⁃12、MMP⁃14 表达,从而促进肿瘤的侵 袭转移[37⁃38] . 结肠癌细胞可分泌免疫抑制性细胞因 子 IL⁃4 与 IL⁃13,诱导高亲和力受体 IL⁃13Ra2 表达. IL⁃13 通过 IL⁃13Ra2 激活肿瘤相关信号分子 PI3K、 ATK、SRC,促进结肠癌侵袭转移[39]. 以上提示, IL⁃13Rα2可以通过其自身下游信号通路促进肿瘤的 侵袭转移.

胶质瘤中,高表达 IL⁃13Rα2 促进胶质瘤细胞的 增殖、迁移与侵袭,而此效应通过激活 SRC/ PI3K/ ATK/ mTOR 通路得以实现. 研究发现,胶质瘤细胞SF295 和 U87 可表达细胞因子 IL⁃13 蛋白,而额外予 以 IL⁃13 刺激后,IL⁃13Rα2 高表达细胞增殖侵袭能力 明显增强,而相对低表达细胞增殖侵袭能力变化不明 显,SRC 抑制剂 PP2 可作用于 IL⁃13Rα2 高表达细胞 降低 SRC、ATK、mTOR 的磷酸化水平,抑制肿瘤细胞 的增殖与侵袭. 且胶质瘤标本分析显示,IL⁃13Rα2 mRNA 表达量与 SRC mRNA 表达呈正相关[40] .

花生四 烯 酸 15⁃脂 氧 合 酶 1 ( 15⁃lipoxygenase⁃1, 15⁃LOX⁃1)已被证实与胶质瘤、结肠癌、前列腺癌、胰 腺癌细胞凋亡有关. 有研究利用 siRNA 抑制胶质母 细胞 IL⁃13Rα2 表达,发现其可通过促进 15⁃LOX⁃1 表 达诱导细胞凋亡. 同时发现,过氧化物酶体增殖物激 活受体 γ( peroxisome proliferation⁃activated receptor⁃γ, PPARγ)在胶质瘤细胞系 A172 中表达,与细胞凋亡 相关,且其拮抗剂所产生效应与给予 IL⁃13 刺激作用 相似. 最终证明在胶质瘤中,IL⁃13 作用于 IL⁃13Rα2通过抑制 STAT6 磷酸化阻止 15⁃LOX⁃1 活化 PPARγ,抑制胶质瘤细胞凋亡,促进胶质瘤增殖生长[41] . 此 外,IL⁃13Rα2 还可以通过上调 STAT3 抑制肿瘤凋亡,但并非 IL⁃13Rα2 与 STAT3 直接作用[42] ,其具体机制 仍有待研究. 

靶向治疗

基于以上发现,针对 IL⁃13Rα2 的靶向治疗及免疫治疗得以展开. 杀伤 IL⁃13Rα2 高表达的胶质瘤细 胞不仅要减轻肿瘤负担,还要改变肿瘤微环境[43] . 配 体毒素融合嵌合体蛋白治疗方法并非起源于 IL⁃13,但针对 IL⁃13Rα2 的 IL⁃13 假单胞菌外毒素(PE)融合 嵌合蛋白( IL⁃13PE38QQR) 却具有巨大的应用潜力,因为胶质瘤细胞特异性高表达 IL⁃13Rα2. 动物实验 证明,IL⁃13PE38QQR 可以治愈 40%的胶质瘤动物模 型,但尚未进入临床实验阶段[44] .

IL⁃13 配体表达病毒,利用病毒表达 IL⁃13 配体(R5111) 结合于 IL⁃13Rα2,阻断其与 IL⁃13 结合产生 的不良作用,但因其可与正常脑组织表达的 IL⁃ 13Rα1 受体亦可结合,安全性与有效性无法保证[45] .

IL⁃13 标记脂质体,可携带药物至表达 IL⁃13Rα2的胶质瘤细胞发挥作用,但其主要缺点是常发生网状 内皮系统吸收[46] ,无法使肿瘤细胞成功摄取并利用 药物. 但 IL⁃13Rα2 靶向脂质体携带化疗药物,却可以 减轻化疗药物的毒副作用,仍有待于进一步开发. 

免疫治疗

免疫治疗方面,可利用针对 IL⁃13Rα2 的抗体占据其与 IL⁃13 的结合位点,阻止其发挥作用. 虽然IL⁃13Rα2单克隆抗体已在体内或体外得到制备,但其 与 IL⁃13Rα2 的亲和力却低于 IL⁃13PE 配体. 胶质瘤 载瘤鼠模型中颅内注射 IL⁃13PE 可延长模型动物的 生存期[47] ,这是唯一一次无动物毒性反应的研究,可 能因为抗体的完全有效结合抑制了肿瘤相关的下游 通路. 腹腔或静脉注射结合 PE 的抗体片段可以作用 于胶质瘤抑制其生长,但因抗体特异性使其效力受到 限制,只能针对肿瘤细胞某一亚群起作用[48] . 制备能 够针对胶质瘤多种特异性抗原的免疫抗体或许会带 来更佳的效果.

无法进行有效的肿瘤抗原提呈是肿瘤细胞产生 免疫逃逸的关键机制[49] . 收集患者免疫细胞,体外予 以肿瘤相关抗原刺激,使其具有抗原识别能力后回输 至体内是肿瘤免疫治疗常用的方法. IL⁃13Rα2、表皮 生长因子受体突变体III(epidermal growth factor receptor variantIII, EGFRvIII)、糖蛋白 100 是常用的 肿瘤相关抗原. IL⁃13Rα2 抗原因其在胶质瘤中高表 达,致敏树突状细胞后可覆盖更广泛的肿瘤细胞亚 群. 临床实验中多抗原序贯致敏树突状细胞的胶质 瘤免疫治疗取得可喜的成果[50] .

嵌合抗原受体修饰 T 淋巴细胞(chimeric antigen receptor T cell, CAR⁃T)是经人工改造产生的,可识别 特异抗原的毒性 T 细胞,在缺少免疫共刺激分子及主 要组织相容性抗原I的情况下可杀伤肿瘤细胞. 针对IL⁃13Rα2 的 CAR⁃T 细胞胶质瘤治疗已经开展. 到目前 为止,颅内注射是针对 IL⁃13Rα2 的 CAR⁃T 细胞治疗 胶质瘤的唯一有效给药途径,但其副作用无法准确评 估[ 51] . 有报道[ 52] 称,复发胶质母细胞瘤患者采用针对IL⁃13Rα2 的 CAR⁃T 细胞治疗后取得良好效果,治疗后 无毒副作用,肿瘤体积减小且脑脊液中免疫因子和免 疫细胞含量增加. 可见,针对 IL⁃13Rα2 的 CAR⁃T 细胞 胶质瘤治疗需要深一步的临床试验和总结. 

展望

详尽地揭示 IL⁃13Rα2 与 IL⁃13 在胶质瘤中的作用及其机制是制定有效胶质瘤治疗策略的必备条件.作为胶质瘤的特异性高表达受体,IL⁃13Rα2 的高表 达机制尚不清楚,其影响胶质瘤增殖、侵袭与凋亡的 明确机制尚不统一; 作为免疫调节因子,IL⁃13 作用 于胶质瘤细胞 IL⁃13Rα2,抑制 IL⁃13Rα1 介导的STAT6 信号通路,其对于胶质瘤免疫及肿瘤微环境是 否产生影响,又产生什么效应,都有待于进一步的研 究确定. 虽然针对 IL⁃13Rα2 的靶向治疗与免疫治疗 取得了一定突破,但其临床应用受毒副作用大、效果 不佳等不利因素限制,仍有待于进一步解决. 我们相 信,伴随肿瘤分子生物学的长足发展,IL⁃13Rα2 与IL⁃13在胶质瘤发生发展中的作用及机制将得到透彻阐述,而与之伴随的靶向免疫治疗也将得到全面的开发与广泛的应用. 

参考文献：略

往期报道

《转化医学电子杂志》，每月28日出版，本刊由第四军医大学出版社主办，第四军医大学唐都医院承办，杂志网址：http://www.ejotm.com

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