CXCL8及其同源受体在黑色素瘤进展和转移中的作用

摘要

趋化因子是分泌的低分子量趋化蛋白（8-11kDa），调节白细胞向炎症部位的转运。迄今为止，已有50多种趋化因子和20多种趋化素受体[1]. 趋化因子具有保守的半胱氨酸残基，在其结构构象和功能中发挥重要作用。从结构上讲，趋化因子根据其保守的两个N-末端半胱氨酸残基的位置分为四个家族（CXC、CC、C和CX_三C）[1,2]. CXC成员在第一和第二半胱氨酸残基之间含有一个氨基酸，CC趋化因子有相邻的半胱氨酸残留，C亚家族只有一个半胱氨酸和CX_三趋化因子在前两个半胱氨酸之间有三个氨基酸。趋化因子通过结合G蛋白偶联受体（GPCR）的特定家族发挥其生物功能，GPCR通常被称为趋化因子受体。趋化因子受体具有七个疏水性跨膜结构域、三个细胞外环和三个细胞内环，并具有一个细胞外N末端和一个细胞内C末端（包含丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点）。迄今为止，共有7个CXC受体，10个CC受体，C和CX各有一个受体_三已鉴定出C趋化因子[1,2]. CXCL8是最有效、最具特征的人类CXC趋化因子，其在炎症、感染和其他疾病状态中的作用已被深入研究。CXCL8的小鼠同源物尚未确定，但已表明CXCL8在中性粒细胞募集中的作用是由CXCL6在小鼠中执行的[三]. 在CXCL8之前，CXCL1（Gro）被发现为黑色素瘤生长刺激活性（MGSA）[4,5].

CXCL8以类似的高亲和力与两个受体CXCR1和CXCR2结合，并启动下游信号事件来调节细胞反应。CXCR1和CXCR2是第一个被定义的趋化因子受体亚型，是已知的唯一在CXC基序（ELR阳性）的第一个半胱氨酸（包括CXCL8）之前具有谷氨酸-亮氨酸-精氨酸（简称ELR）特定氨基酸序列（或基序）的趋化素哺乳动物受体。CXCR1与CXCL8和CXCL6相互作用，而CXCR2与CXCL1、CXCL2、CXCL3、上皮细胞衍生中性粒细胞引诱剂78（CXCL5）、CXCL6和中性粒细胞活化肽-2（CXCL7）相互作用[6].

恶性黑色素瘤是一种由黑色素细胞引起的恶性肿瘤，通常发生在皮肤上，与紫外线照射有关。黑色素瘤是美国第六大常见癌症，根据美国癌症协会的估计，2009年将发现约68720例新的黑色素瘤病例，8650例因这种恶性肿瘤死亡[7]. 患黑色素瘤的几率随年龄增长而增加，但黑色素瘤影响所有年龄组，是年轻人最常见的癌症之一。大多数情况下，良性痣可以发展为放射状生长期黑色素瘤，进一步发展为具有转移潜能的更具侵袭性的垂直生长期[8,9]. 黑色素瘤组织和衍生细胞系已被证明表达多种趋化因子，包括CXCL8及其受体CXCR1和CXCR2[9,10]. 在这篇综述中，我们将讨论CXCL8及其受体在黑色素瘤进展和转移中的多方面作用。

CXCL8及其受体在黑色素瘤肿瘤进展中的作用

尽管趋化因子最初被确定为白细胞的趋化因子，但现在人们已经充分认识到，任何类型的细胞都可以表达趋化因子和趋化因子受体。此外，已有研究表明，趋化因子及其受体之间的相互作用在调节肿瘤发展的各个阶段，包括肿瘤生长、进展和转移中起着重要作用(图1). 就黑色素瘤而言，一些报道强烈支持这样的观点，即肿瘤细胞利用趋化因子和趋化因子受体的表达来刺激免疫反应，诱导肿瘤血管生成和肿瘤生长，改变肿瘤微环境并促进转移到次要部位[1]. CXCL8是第一个被报道诱导黑色素瘤细胞趋化性和触觉迁移的趋化因子[11]. CXCL8作为一种自分泌/旁分泌生长因子，通过激活CXCR1和CXCR2影响黑色素瘤进展过程[11–13]. CXCL8及其受体CXCR1和CXCR2在黑色素瘤中的表达与疾病进展呈正相关[14,15]. 紫外线-B辐射也被证明可以刺激CXCL8的产生，而CXCL8又反过来促进转移性黑色素瘤细胞的迁移在体外[16]. 黑色素瘤细胞中CXCR1和CXCR2的过度表达赋予了基于小鼠增殖、迁移和肿瘤生长增强的黑色素瘤细胞攻击性表型[13]. 此外，敲除或使用拮抗剂或中和这些受体会影响细胞增殖、存活和迁移，这强烈表明这些受体参与了黑色素瘤的进展[17]. 最近的一项研究进一步证明CXCR2在肿瘤-宿主微环境中的作用[18]. 研究表明，将人黑色素瘤细胞注射到CXCR2基因敲除的裸鼠体内后，黑色素瘤肿瘤的生长受到显著抑制。总之，这些研究清楚地表明CXCL8及其受体在黑色素瘤进展中的重要作用。

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图1

CXCL8及其受体在黑色素瘤进展和转移的不同阶段

CXCL8由恶性细胞产生，并通过与CXCR1和/或CXCR2的相互作用促进其增殖、存活和迁移。此外，肿瘤衍生CXCL8调节白细胞浸润和新生血管，调节肿瘤进展和转移的微环境。趋化因子可以刺激特异性受体，从而改变肿瘤细胞的粘附能力，使其迁移/侵入循环并向特定器官外渗，从而导致远处转移。

CXCL8及其受体在黑色素瘤血管生成中的作用

CXCL8及其受体可以通过促进血管生成直接或间接影响肿瘤生长。CXCL8诱导血管生成活性的能力取决于内皮细胞对其受体的表达。最近的研究表明，CXCR1在人微血管内皮细胞上高度表达，而CXCR2在人脐静脉内皮细胞上中度表达，而人脐血管内皮细胞表达低水平的CXCR1和CXCR2[19]. CXCR1和CXCR2的中和抗体消除了CXCL8诱导的内皮细胞迁移，表明这两种受体对CXCL8介导的血管生成反应至关重要[19,20]. 其他研究也强调了CXCR1和CXCR2在血管生成中的重要性[9,13,18,21]. 在CXCL8的这两个高亲和力受体中，CXCR2在介导趋化因子诱导的血管生成中的重要性被证明是CXCL8诱导新血管生成的基础[22,23]. CXCL8刺激内皮细胞增殖和毛细血管形成在体外并且这两种效应都可以被CXCL8单克隆抗体阻断[24,25]. 此外，有报道称，CXCL8的高水平与黑色素瘤裸鼠异种移植模型中肿瘤的血管生成、进展和转移直接相关[26,27]. 在最近的一项研究中，Bcl的调制_x升在肿瘤细胞中，通过上调CXCL8的表达来调节血管生成[28]. 内皮素-1也被证明可以诱导人类黑色素瘤细胞株中CXCL8的分泌，这意味着它在黑色素瘤进展中的作用[29]. 除其他机制外，CXCL8通过上调肿瘤和内皮细胞中基质金属蛋白酶（MMP）-2和MMP-9发挥其血管生成活性[20,26,30]. 基质金属蛋白酶降解细胞外基质是内皮细胞迁移、组织化和血管生成所必需的[31,32]. 已有研究表明，CXCL8可直接增强表达CXCR1和CXCR2的内皮细胞的内皮细胞增殖、存活和MMP表达，表明它可能在血管生成过程中起重要作用[24]. 有趣的是，最近的一项研究报告称，CXCL8通过作用于其同源受体CXCR2上调内皮细胞中VEGF的表达，从而以自分泌方式促进VEGF受体的激活[33]. 在另一项研究中，已经观察到CXCL8的N末端截断通过尚未定义的机制增强其血管生成活性[34].

CXCL8及其受体与黑色素瘤转移

肿瘤细胞增殖和迁移（侵袭）是转移过程的重要组成部分。CXCL8及其受体通过多种机制参与黑色素瘤的进展，包括促进肿瘤细胞生长和迁移[11,13,35,36]. 此前的一项研究表明，CXCL8的表达与裸鼠体内人黑色素瘤细胞的转移行为之间存在相关性[14]. 此外，在裸鼠模型中，紫外线-B辐射诱导CXCL8 mRNA和蛋白的表达，并增强黑色素瘤细胞的肿瘤发生和转移[37]. 研究还表明，与非转移型相比，转移型黑色素瘤细胞表达较高水平的CXCL8蛋白[37,38]. 转移性黑色素瘤和肝细胞癌患者血清CXCL8水平升高也与肿瘤负担和不良预后相关[15,39]. CXCL8在不同阶段黑色素瘤的肿瘤标本中在放射生长期（黑色素瘤）有差异表达就地)以及垂直生长期（侵袭性）原发性恶性黑色素瘤和皮下、肌肉和淋巴结转移。虽然放射生长期肿瘤没有显示CXCL8的任何染色，但50%的垂直生长期肿瘤呈阳性，并显示出不同的染色模式。有趣的是，在皮肤、肌肉和淋巴结的转移性病变中观察到强烈的CXCL8免疫反应性[8,9]. 在另一项研究中也证实了类似的结果，该研究显示CXCL8表达与肿瘤深度之间存在相关性[40]. 这些数据表明CXCL8的表达与人类皮肤黑色素瘤的转移有关。此外，在人类黑色素瘤标本中报告了两种推测的CXCL8受体之一的伴随上调。对来自不同克拉克水平的人类黑色素瘤标本中的CXCR1的分析表明，它在所有克拉克水平中普遍表达。相反，CXCR2主要由高级别黑色素瘤和转移瘤表达，这表明CXCL8和CXCR2的表达与晚期病变和转移瘤的血管密度有关[9]. 更具体地说，CXCL8的作用可以由CXCR1和CXCR2介导，CXCR1是CXCL8选择性受体[22].体内使用敲除模型进行的小鼠研究表明，CXCR2在黑色素瘤肺转移中起着主要作用[18]. 总之，CXCL8及其受体的异常表达可能是黑色素瘤的共同特征。从其受体的功能意义来看，我们可以推测CXCL8及其受体（CXCR1/CXCR2）的表达在决定发展中的黑色素瘤的命运及其转移到某些首选器官部位的能力方面起着关键作用。鉴于它们的重要作用，它们是治疗人类黑色素瘤的潜在靶点。

CXCL8受体在黑色素瘤治疗中的作用

越来越多的证据表明CXCL8在恶性黑色素瘤中组成性表达，并作为自分泌/旁分泌生长、侵袭性和血管生成因子发挥作用[14,17,41,42]. 其同源受体CXCR1和CXCR2在黑色素瘤进展中的重要作用也已明确[13]. 因此，CXCL8–CXCR1/CXCR2信号轴在黑色素瘤发病机制中的多重功能暗示强调了其作为癌症治疗靶点的重要性。趋化因子抗体作为一种治疗恶性黑色素瘤的方法显示出一定的前景。早期研究表明，CXCR1和CXCR2的中和抗体抑制黑色素瘤细胞增殖和侵袭潜能[17]. CXCL8的人源化抗体也被证明可以抑制黑色素瘤的生长、血管生成和转移[43,44]. 针对其他趋化因子的中和抗体也显示出类似的结果，这表明黑色素瘤可能利用不同的趋化因子配体来支持生长[45]. 因此，所有这些发现都强调靶向CXCL8受体，而不是仅靶向CXCL8受体。此外，据报道，17β-雌二醇、孕酮和二氢睾酮通过以受体依赖的方式抑制CXCL8的生成，从而抑制黑色素瘤的生长[46]. CXCL8受体拮抗剂也在考虑用于黑色素瘤治疗。与CXCR1有亲和力的小分子抑制剂，如repertaxin，或与CXCR2有亲和力者，如SB-225002或SB-332235，已被用于治疗炎症疾病[47–49]. 最近的一项研究表明，CXCR2/1特异性抑制剂SCH-479833和SCH-527123通过降低肿瘤细胞增殖、存活和侵袭抑制人类黑色素瘤生长的潜力[21]. 同样，SCH-527123也被证明在动物模型中抑制中性粒细胞募集、粘液生成和杯状细胞增生[50]. 因此，有希望在未来的黑色素瘤治疗中利用这些拮抗剂。

结论和未来展望

尽管经过几十年的研究，晚期黑色素瘤患者的治疗仍然令人失望。这清楚地表明迫切需要新的有效治疗措施来限制黑色素瘤的生长和转移。实验研究得出的越来越多的证据表明，CXCL8及其受体CXCR1和CXCR2在黑色素瘤进展和转移中起着关键作用。更好地了解CXCL8及其受体在黑色素瘤发生和转移中的作用，可能会为其管理和治疗带来新的方法。这也表明，在黑色素瘤样本中测量CXCL8及其受体的表达有可能成为相对肿瘤侵袭性的生物标志物。了解CXCR1和/或CXCR2在CXCL8介导的黑色素瘤转移调节中的激活调节机制，对于预测测量和设计新靶向分子治疗的有效策略具有重要意义。

脚注

参与者信息

西玛·辛格，美国阿拉巴马州南阿拉巴马大学米切尔癌症研究所肿瘤科学系。

阿杰·辛格，美国阿拉巴马州南阿拉巴马大学米切尔癌症研究所肿瘤科学系。

博纳·夏尔马，美国内布拉斯加州大学医学中心病理与微生物学系。

Laurie B Owen，美国阿拉巴马州南阿拉巴马大学米切尔癌症研究所肿瘤科学系。

Rakesh K Singh，内布拉斯加州大学医学中心病理学和微生物学系，地址：985900 Nebraska Medical Center，Omaha，NE 68198-5900，USA。

参考文献