IL-6在前列腺癌发生发展中的作用机制研究进展

陈伟康;吴静;方克伟

【摘 要】IL-6在前列腺癌发生、发展过程中发挥着重要作用，其机制是IL-6调节前列腺癌基因突变（ TMPRSS2-ERG基因融合）、前列腺癌相关miRNA（miR-34a、miR-21）表达、前列腺癌相关信号通路（JAK-STAT通路、PI3K-Akt通路、MAPK通路、STAT3／MYC信号通路）、前列腺癌肿瘤微环境。

【期刊名称】《山东医药》

【年(卷),期】2016(056)035

【总页数】4页(P111-114)

【关键词】前列腺癌;白细胞介素6;基因突变;微小RNA;JAK-STAT信号通路;PI3K-Akt信号通路;MAPK信号通路;STAT3/MYC信号通路;肿瘤微环境

【作 者】陈伟康;吴静;方克伟

【作者单位】昆明医科大学第二附属医院，昆明650000;昆明医科大学基础医学院;昆明医科大学第二附属医院，昆明650000

【正文语种】中 文

【中图分类】R737.25

IL-6是一种参与炎症反应、免疫应答的多功能细胞因子[1]。IL-6通过结合细胞表面的IL-6受体，参与细胞增殖、分化、转移。研究证实，前列腺癌细胞能够分泌IL-6。IL-6在前列腺癌患者血清中的表达水平明显升高，在激素抵抗性前列腺癌中的表达水平较激素依赖性前列腺癌高，在前列腺癌伴骨转移患者血清中的表达水平比未发生转移者高[2]。IL-6在前列腺癌发生、发展过程中发挥着重要作用。近年来大量研究证实，IL-6发挥这种作用的机制是IL-6调节前列腺癌基因突变(TMPRSS2-ERG基因融合)、前列腺癌相关miRNA(miR-34a、miR-21)表达、前列腺癌相关信号通路(JAK-STAT通路、PI3K-Akt通路、MAPK通路、STAT3/MYC信号通路)功能、前列腺癌肿瘤微环境。现综述如下。

Abeshouse等[3]通过对333例原发性前列腺癌样本转录组和基因组筛查发现，大量患者存在体细胞基因突变、基因缺失、基因拷贝数增加、染色体重排以及DNA甲基化等异常改变。在前列腺癌中，常见的基因改变包括ETS家族基因融合(ERG、ETV1、ETV4、FLI1)、PTEN缺失以及BRCA1、BRCA2突变[4]等。IL-6与前列腺癌基因的异常改变也有着非常重要的关系。

TMPRSS2-ERG融合基因被认为是前列腺癌发生、发展过程中最重要的基因突变之一[5]，TMPRSS2是雄激素调节基因，ERG基因是ETS核转录因子超家族成员之一，染色体易位使TMPRSS2基因的5′端和ERG基因的3′端发生融合,导致ERG基因过度表达，该基因在目前所报道的前列腺癌基因重排中发生频率最高。TMPRSS2-ERG过表达会使前列腺癌细胞发生上皮细胞间质转化(EMT)，细胞侵袭能力增强。IL-6在TMPRSS2-ERG阳性前列腺癌细胞中过度分泌，ERG与IL-6的过度表达关系密切，二者呈正相关。其可

能机制与前列腺素受体有重要关系，ERG的过度表达导致前列腺素受体EP2、EP3上调，EP2可以介导IL-6的生成，在DU145细胞中应用EP2受体拮抗剂后IL-6的分泌会显著减少[6]。

miRNA是一类长度大约为22个核苷酸左右的小分子非编码RNA，具有转录后基因表达的功能。任何miRNA的非正常水平上调或者下调都将引起各种靶基因的非正常表达，从而导致包括恶性肿瘤在内的疾病的发生。在细胞核内，基因组DNA转录成较长的pri-pre-microRNA，被Drosha酶切割成长度为70～100碱基并具发夹结构的pre-microRNA，再被核输出蛋白exportin-5转运到细胞质，在胞质中被Dicer酶切割为成熟的miRNA产物。成熟的单链miRNA与AGO蛋白结合形成miRNA诱导的沉默复合物，结合于靶mRNA的3′-UTR区，阻止所结合的mRNA的翻译或直接降解靶mRNA。每个miRNA可以多个靶mRNA，而特定靶mRNA也可同时被多个miRNA调节。

2.1 IL-6调节miR-34a表达 miR-34a在前列腺癌中表达下调[7]。miR-34a直接作用于下游靶基因(包括E2F3、CyclinD、CDK4、Bcl-2等)从而抑制细胞增殖、促进细胞凋亡。IL-6作为一种促炎细胞因子与前列腺癌细胞转移之间存在着一些新的反馈机制。Rokavec等[8]发现IL-6作用于JAK-STAT信号传导通路上的STAT分子，被磷酸化激活的STAT3会结合在miR-34a的基因组DNA上，抑制miR-34a的表达，IL-6激活STAT3需要的受体蛋白IL-6R又正巧受到miR-34a的，从而形成了一个IL-6R/STAT3/miR-34a的反馈环路。IL-6通过该反馈环路对miR-34a产生抑制，继而失去了对癌细胞增殖的能力，使前列腺癌细胞拥有了间质细胞表型，肿瘤细胞获得了更强的迁移及侵袭能力。

2.2 IL-6调节miR-21表达 miRNA-21在前列腺癌、乳腺癌、子宫颈癌、卵巢癌等多种癌症组织中表达上调,并且和前列腺癌的恶性程度及非雄激素依赖性的转化高度相关。前列腺癌肿瘤恶性程度越高则miR-21的表达量越高[9]。前列腺癌雄激素非依赖性细胞株DU145、PC3的miR-21表达水平高于雄激素依赖性细胞株LNCap。在前列腺癌PC3和LNCaP细胞株中，IL-6能诱导miR-21的高表达,其机制为IL-6通过配体非依赖性方式激活雌激素受体(AR)[10]，而AR可以作为转录因子直接促进miR-21的高表达[11]。因此IL-6浓度升高，miR-21也随之升高。IL-6通过作用于miR-21在翻译水平调节下游靶基因程序性细胞死亡因子4(PDCD4)，PDCD4与真核细胞翻译起始因子eIF4A的结合受到抑制，细胞核糖体复合物及蛋白质大量合成[12]，前列腺癌细胞大量增殖，癌细胞凋亡受到抑制。

3.1 IL-6调节JAK-STAT通路 IL-6是较强的促有丝原，结合其受体复合物中的gp130亚单位后引起受体分子的二聚化。这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而被激活。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化，这些磷酸化的酪氨酸残基与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”。STAT蛋白通过SH2结构域与此位点结合，并在激酶JAK的催化下发生酪氨酸残基磷酸化，活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与特定DNA片段结合，相关基因的表达。Sanford等[13]发现前列腺癌LNCap细胞株在IL-6刺激下C/EBPδ的表达增加，而IL-6/STAT3通路参与其中。在此过程中，pSTAT3与C/EBPδ基因启动子结合，产生抗凋亡作用，并且IL-6能促进C/EBPδ与活化的STAT3之间的正反馈调节，进一步促进细胞增殖。此外，STAT3还能促进原癌基因Pim1和Pim3的表达，其中Pim1能够抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，而Bcl-2会使前列腺癌细胞具有抵抗凋亡的特性。

3.2 IL-6调节PI3K-Akt通路 PI3K与具有磷酸化酪氨酸残基的IL-6/sIL-6R/gp130受体复合物相互作用，引起PI3K的二聚体构象改变而被激活，并在质膜上产生第二信使PIP3。PIP3与细胞内含PH结构域的信号蛋白Akt和PDK1结合，促使PDK1对Akt蛋白的Ser308位点产生磷酸化,导致Akt激活，活化的Akt通过磷酸化作用激活或抑制其下游的靶蛋白而发挥功能。NF-κB蛋白家族是一种多效性的转录因子，其p65亚基可反式激活很多基因，其下游基因CyclinD1和c-Myc可刺激细胞的生长和增殖，c-IAP1、c-IAP2、c-FLIP、Bcl-XL等下游基因则具有抗细胞凋亡的作用。在前列腺癌中IL-6通过PI3K-Akt途径激活NF-κB的表达，而且NF-κB可以反过来促进IL-6在前列腺癌组织中的进一步表达,形成正反馈环路[14]。IL-6还可以干扰雄激素应答,PI3K-Akt通路激活后,活化的Akt会通过蛋白酶体途径下调AR[15],同时Akt还可以通过Akt桥接蛋白抑制双氢睾酮诱导的AR转录活性，这也是前列腺癌患者后期对雄激素产生治疗抵抗的可能原因之一[16]。

3.3 IL-6调节MAPK通路 IL-6受体复合物上磷酸化的酪氨酸与位于胞膜上的Grb2的SH2结构域相结合，而Grb2的SH3结构域则同时与鸟苷酸交换因子SOS结合，后者使小分子鸟苷酸结合蛋白Ras的GDP解离而结合GTP，从而激活Ras。激活的Ras可以诱导下游MAPK级联磷酸化而活化。Shida等[17]发现IL-6参与的PC-3和DU145细胞雄激素非依赖性增殖受MAPK信号通路调节,尤其是p38-MAPK信号通路。p38-MAPK被激活后会发生核转位，对多种蛋白激酶和转录因子具有磷酸化激活的作用。

3.4 IL-6调节STAT3/MYC信号通路 抑癌基因PTEN编码的蛋白质是一种磷酸酶即PTEN，一般认为PTEN能通过负性调节PI3K/Akt信号通路诱导细胞发生G1期阻滞。PTEN基因单拷贝的缺失会导致蛋白质产物下降，肿瘤抑制作用减弱，前列腺癌细胞异常

增殖。PTEN和p53肿瘤抑制基因同时缺失经常在晚期前列腺癌中被发现[18]。Nowak等[19]证实，前列腺中PTEN/p53基因同时缺失会导致IL-6的分泌增加，并且IL-6介导了STAT3/MYC信号转导通路，通过激活癌基因MYC促进前列腺癌细胞的生长、转移。此项研究说明了IL-6可以通过STAT3促进前列腺癌细胞生长及肿瘤侵袭、转移。既往研究表明STAT3在包括前列腺癌在内的多种恶性肿瘤中扮演着致癌基因的角色，然而有研究者却在PTEN缺失的前列腺癌小鼠模型中发现了STAT3的抑癌作用。在基因水平抑制STAT3或IL-6的表达，可以加速癌细胞增殖并导致前列腺癌细胞转移。进一步研究发现，p19ARF是STAT3的一个下游靶目标，IL-6或STAT3在信号转导途径中的缺失会破坏ARF-Mdm2-p53轴，从而使前列腺癌细胞的失去抑制[20]，这一发现对既往靶向IL-6/STAT3信号通路的拮抗治疗方案提出了质疑性看法[21]。此外，研究人员还在人类前列腺癌细胞中发现了STAT3、CDKN2A的突变，并且STAT3和CDKN2A缺失突变在转移性前列腺癌发生的频率非常高。

肿瘤微环境是肿瘤在其发生、发展过程中所处的内环境，包括各种基质细胞和细胞外基质(ECM)。肿瘤微环境不仅构成复杂的网架结构支持并连接组织，还能够通过细胞分泌大量的生长因子、趋化因子和细胞因子，从而与微环境中其他成分产生相互作用。其中，肿瘤炎症微环境中的细胞因子IL-6与前列腺癌的增殖、分化关系密切。

4.1 IL-6在前列腺癌组织中的自分泌和旁分泌 在实体肿瘤如乳腺癌、肾细胞癌、膀胱癌、肝癌中，IL-6作为肿瘤微环境中重要组成部分，可以通过旁分泌、自分泌刺激肿瘤生长。在前列腺癌中，肿瘤细胞并不是IL-6水平提高的惟一原因，基质细胞中的成纤维细胞、炎性细胞、免疫细胞分泌的IL-6也可以通过旁分泌机制作用于肿瘤细胞。前列腺癌雄激素非依赖性细胞株DU-145和PC-3能大量分泌IL-6,而激素依赖性细胞株LNCaP分

泌量较少。外源性或旁分泌作用产生的IL-6能够显著抑制LNCaP细胞生长，并能观察到其神经内分泌化的改变。神经内分泌化细胞形态学上的变化包括胞体变小变圆,分布有分泌小泡、神经样分支化等特点，分子生物学上则表现为神经元特异性烯醇化酶、β-微管蛋白、嗜铬粒蛋白A等神经内分泌化标志物的水平显著增加。

4.2 IL-6调节骨髓来源的抑制性细胞(MDSC)聚集 MDSC是基质细胞中的免疫细胞，来自骨髓祖细胞和未成熟髓细胞，为树突状细胞、巨噬细胞和粒细胞的前体细胞。MDSC可通过表达Arg-1及iNOS等抑制适应性免疫应答，以及通过巨噬细胞产生的细胞因子来调节固有免疫应答，从而使肿瘤细胞逃避免疫监视。前列腺癌炎症微环境可以促进免疫抑制，MDSC可被包括IL-6、IL-1β、COX-2在内的多种因子招募并激活[22]。招募的MDSC会对这些因子形成正反馈并扩大促炎症效应。MDSC被招募到肿瘤组织，使癌细胞逃避免疫监视，癌细胞大量增殖、转移。MDSC水平在前列腺癌患者的外周血中明显升高，并与前列腺癌的病情发展阶段及化疗敏感性紧密相关。

4.3 IL-6调节EMT 肿瘤微环境中的MMP、TGF-β、EGF、VEGF是促使前列腺癌EMT的关键因素。EMT是上皮来源的恶性肿瘤细胞获得迁移能力的重要生物学过程，它使上皮细胞失去了细胞极性及基底膜连接，转换成能降解ECM，具有强侵袭特点的间质细胞表型。IL-6异常分泌的前列腺癌细胞会表现出EMT表型。Zhang等[23]发现IL-6可以通过PI3K-Akt途径促进NF-κB表达，NF-κB能调节与肿瘤转移有关的VEGF、ICAM-1、VCAM-1、MMP-9、趋化因子受体4等基因的表达，体外培养的LNCap细胞经过IL-6处理后VEGF明显高表达。IL-6也可以结合于gp130亚基而激活PI3K/Akt/mTORC1信号途径并作用于VEGF，促进肿瘤血管生成，使用mTORC1抑制剂后可以减少肿瘤新生血管的产生[24]。IL-6通过不同信号转导通路诱导EMT，从而使

前列腺癌微环境中E-钙黏着蛋白的表达受抑制，角蛋白细胞骨架转化为波形蛋白为主的细胞骨架，肿瘤更易于向远处侵袭、转移。

综上所述，IL-6通过不同机制在前列腺癌发生、发展过程中发挥着重要作用。尽管目前已有靶向抑制IL-6的治疗手段应用于临床中，但有研究表明阻断IL-6可能会促进前列腺癌的进一步发展和转移。这提示我们在将IL-6阻断剂应用于临床治疗的过程中需要更加谨慎。此外，关于IL-6在前列腺癌骨转移的破骨活性激活中的作用等诸多方面还值得我们进一步去探索。

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