知识扩展--细胞因子在癌症中的作用

作者，Evil Genius

生活的屠刀又对我动手了，公司危机了。

遥想单细胞当年，有一家公司推出了送单细胞免费分析（具体哪家就不点名了，业内都知道），短期看是客户占了“便宜”，实际导致国内整体的分析水准严重下滑，客户不满的情绪“日益高涨”。

像我这样的生信，追求分析质量、提高分析服务的人员，在公司不是主流，没什么话语权，而且说实话，分析所带来的利润基本都是负的。

如今更加内卷，但都是向下卷，卷价格，导致行业寒冬，一方面没有很好的服务质量，因为那么比较“贵”的分析人员基本都优化了，另一方面公司也没有利润，只能降薪裁员，是个双输的局面，但是个人无力扭转局面。

以后的路，该怎么走，没人知道，走一步算一步吧。

===============================================================

今天我们扩充知识内容，分析课题，很多的内容需要我们日常总结，比如细胞类型的marker、配受体的生物学作用，基因在特定组织环境的功能等，今天我们来总结一下癌症中的细胞因子及其作用。

知识积累

细胞因子基本定义：细胞因子是免疫系统中的关键信使蛋白。

双重角色：在癌症中，特定细胞因子（如IFN-γ）能抑制肿瘤，而另一些（如炎症因子）则可能促进肿瘤发展。

研究焦点：重点在于研究它们在肿瘤微环境中的复杂作用网络。

细胞因子是免疫细胞用于协调免疫反应的细胞间通讯因子。细胞因子和趋化因子（即调控细胞运动的细胞因子）通常是不稳定的蛋白质，易于被蛋白酶降解。大多数细胞因子以自分泌或旁分泌方式发挥作用，尽管少数能长距离作用，包括向骨髓、肝脏或中枢神经系统传递信号。基于存在哪些细胞类型并表达相应受体，单一细胞因子可发挥多效性作用。因此，细胞因子能显著影响肿瘤中存在的多种细胞类型，并影响癌症的结局。

在癌症中的核心作用与治疗潜力：细胞因子能深刻影响肿瘤微环境中的各种细胞，从而影响癌症结局，这使其成为有吸引力的治疗靶点（通过阻断）或治疗药物本身（通过使用）。

当前认知与工具：目前对细胞因子网络的理解已非常详尽，拥有庞大的临床工具库，包括阻断抗体和小分子抑制剂，这些在自身免疫病等领域已成功应用。

细胞因子信号传导

主要通路（JAK-STAT）：

核心机制：大多数细胞因子通过其受体二聚化激活JAK，进而磷酸化并激活STAT。活化的STAT二聚体进入细胞核调控基因表达。

信号特点：反应强度与细胞因子浓度大致呈线性关系，而非信号放大效应。

核心谜团与治疗启示：细胞因子种类远多于JAK和STAT，暗示细胞通讯的多样性关键在于发出/接收信号的细胞类型，而非下游转录程序。因此，靶向单一JAK可同时阻断多个细胞因子的信号，是重要的治疗策略。

信号调控机制：

负反馈：SOCS蛋白是关键的负调控因子，能抑制JAK活性并促进其降解。

去磷酸化：磷酸酶（如PTPN2/PTPN1）通过使JAK和STAT去磷酸化来终止信号。抑制这些磷酸酶是增强抗肿瘤免疫的新兴策略。

其他重要信号通路：

TGF-β家族：通过SMAD蛋白传导信号。

TNF超家族：通过三聚体受体传导信号，可诱导细胞凋亡或激活NF-κB通路。

IL-1家族：通过MyD88激活NF-κB通路，其活性前体需要经过蛋白酶切割才能活化释放。

信号1、先天性炎症细胞因子IL-1β、TNF-α和IL-6

三种关键的先天性炎症细胞因子（IL-1β、TNF-α、IL-6）在癌症中的复杂作用

核心共性与促瘤机制：

来源：主要由髓系细胞产生，是慢性炎症的关键驱动因子。

作用：慢性炎症是明确的促瘤因素。三者均能通过直接激活NF-κB或STAT3等信号通路，为肿瘤细胞提供生长和生存信号，并影响肿瘤微环境（如刺激血管生成、招募免疫细胞）。

各因子的特点与治疗困境：

IL-1β：

证据：流行病学及实验研究（如CANTOS试验）强烈提示其在肿瘤发生和早期发展中起重要作用，阻断它可能对癌症预防/拦截有潜力。

困境：然而，在已确诊的晚期癌症的临床试验中，阻断IL-1β未能显示出疗效。

IL-6：

作用：通过gp130/STAT3通路广泛促瘤，并影响全身代谢。

困境：直接阻断IL-6/IL-6R在癌症治疗中收效甚微，暗示其主要作用可能也在肿瘤早期。

现用途：目前主要用于管理免疫治疗（如CAR-T）引发的细胞因子风暴。

TNF-α：

双重角色（争议所在）：

促瘤面：由髓系细胞产生，可促进炎症、血管生成和恶病质；也可能是导致免疫检查点抑制剂（ICB）相关不良反应的原因。

抗瘤面：在特定情况下（如由CD8+ T细胞产生），可诱导肿瘤细胞凋亡。

治疗探索：阻断TNF-α可用于治疗ICB相关肠炎，并且正在研究其与免疫疗法联用是否能增强抗肿瘤免疫力。

时机是关键：IL-1β和IL-6的案例表明，这些炎症因子在肿瘤起始和早期阶段可能扮演了更关键的角色，而在晚期已确立的肿瘤中，其作用可能被其他机制替代或变得复杂，导致单纯阻断效果不佳。

复杂性：针对这些细胞因子的治疗必须仔细权衡其促瘤与抗瘤的双重潜力（尤其TNF-α）。

信号2、The interferons and IL-12

IFN-γ

干扰素-γ是适应性抗肿瘤免疫中最重要的细胞因子。它通过结合由IFNGR1和IFNGR2组成的异源二聚体受体，激活JAK-STAT信号通路。IFN-γ由CD4+ T细胞、CD8+ T细胞和自然杀伤细胞等多种免疫细胞产生，其作用对象包括巨噬细胞、树突状细胞、其他先天免疫细胞以及上皮细胞。

在肿瘤免疫中，IFN-γ具有核心地位：

• 直接作用于肿瘤细胞，诱导癌细胞衰老并延缓肿瘤生长 • 通过上调肿瘤细胞表面的MHC-I表达，显著增强抗原递呈 • 激活巨噬细胞和交叉呈递的树突状细胞，促进抗肿瘤免疫 • 是免疫监视和免疫编辑的关键执行者，缺乏IFN-γ信号的小鼠肿瘤发生率显著升高

免疫检查点阻断疗法的疗效至少部分依赖于IFN-γ信号通路，对治疗无反应的肿瘤通常存在IFN信号通路突变。

然而，IFN-γ在肿瘤微环境中也具有双重作用：

• 上调PD-L1表达，可能削弱CD8+ T细胞效能 • 长时间暴露于IFN-γ可能诱导促肿瘤免疫程序或超进展

临床转化方面，虽然腹腔输注IFN-γ对部分卵巢癌患者显示一定效果，但全身给药方案大多未获成功。当前的研究重点是如何克服因IFN信号缺陷导致的免疫检查点阻断耐药。

IL-12：强大的免疫激活剂，但需局部递送

功能机制：

由激活的树突状细胞和巨噬细胞产生。

核心作用是强力诱导IFN-γ的产生：既能刺激NK细胞产生IFN-γ，也能促使CD4+ T细胞分化为Th1表型。

其抗肿瘤效果在很大程度上依赖于IFN-γ。

治疗潜力与挑战：

优势：局部递送少量IL-12即可在肿瘤部位引发持续且强效的IFN-γ反应，比直接使用IFN-γ更具优势。

挑战：全身性给药会导致严重毒性，早期临床试验结果不佳。

新策略：目前研究方向聚焦于局部递送，如使用工程化细胞、病毒、纳米颗粒等，旨在提高疗效并降低毒性。其与免疫检查点抑制剂的联合疗法也在探索中。

2. I型干扰素（IFN-α/β等）：抗病毒与抗肿瘤的双刃剑

功能机制：

通过IFNAR受体和STAT1信号通路发挥作用。

关键抗肿瘤机制：

促进树突状细胞有效激活CD8+ T细胞。

直接增强CD8+ T细胞的增殖与功能。

可以部分弥补IFN-γ信号缺陷。

临床现状与复杂性：

历史应用：IFN-α曾获批治疗某些白血病和黑色素瘤，但因副作用大且疗效不及新疗法，已较少用于实体瘤。

双重角色：与IFN-γ类似，I型干扰素同样具有“双刃剑”特性。作用于肿瘤细胞时，可能阻碍T细胞杀伤并导致免疫治疗耐药。其最终效果取决于作用的细胞类型和信号持续时间。

3. III型干扰素（IFN-λ）：黏膜屏障的潜在守护者

功能特点：

受体（IFNLR）主要在上皮细胞表达，因此在黏膜屏障的抗病毒防御中起核心作用。

抗肿瘤潜力：

研究相对较少，但初步证据显示其具有抗肿瘤活性。

潜在机制：过表达IFN-λ能上调肿瘤细胞MHC-I表达，增加T细胞浸润，抑制肿瘤生长和转移。

在乳腺癌中，其高水平与更好的预后相关。

目前仍需更多研究来明确其在癌症中的完整作用。

信号3、The IL-2 family

信号4、TGF-β（转化生长因子-β）在癌症中复杂作用

信号5、TNF superfamily and death ligands TRAIL, FASL, and TWEAK

具有免疫调节功能的成员

淋巴毒素 和 LIGHT：

主要功能：不主要诱导凋亡，而是激活NF-κB信号通路。

关键作用：在肿瘤微环境中能够促进三级淋巴结构的形成（与良好预后相关），并激活髓系细胞（如巨噬细胞）增强抗肿瘤免疫。

TNF超家族成员在癌症免疫中扮演着复杂多样的角色：

FASL、TRAIL、TWEAK 虽然核心功能是诱导细胞死亡，但其作用受到受体表达和下游信号通路的严格调控，甚至可能转化为促进生长的信号，体现了其双重性。

淋巴毒素和LIGHT 则主要通过调节免疫结构（三级淋巴结构）和激活免疫细胞来发挥抗肿瘤作用。

信号6、免疫调节性细胞因子IL-27、IL-10和IL-35

IL-27、IL-10和IL-35共同构成了一个复杂的免疫负反馈网络，旨在防止免疫应答过度激活。然而，在肿瘤微环境中，这些机制被癌细胞和抑制性免疫细胞（如Tregs）所利用，共同压制了有效的抗肿瘤免疫，从而促进了肿瘤的免疫逃逸和进展。

信号7、Th17相关细胞因子（IL-17, IL-23, IL-22）在癌症中复杂作用

Th17及相关细胞因子在癌症中扮演着“亦敌亦友”的复杂角色：

抗瘤潜力：在特定背景下（如某些黑色素瘤），Th17细胞本身可以展现出强大的直接抗肿瘤能力。

促瘤风险：然而，更常见的是，它们驱动的炎症反应（IL-17） 和直接促生长信号（IL-22） 在已建立的肿瘤微环境中会促进肿瘤进展。

关键因素：其最终效应取决于癌症类型、遗传背景（如KRAS突变） 以及局部微环境中其他信号的综合影响。

信号8、Th9细胞及相关细胞因子IL-9和IL-24

Th9细胞通过分泌IL-9和IL-24，形成了一种独特的抗肿瘤策略：

IL-9 侧重于“赋能” 免疫系统，通过增强T细胞来间接攻击肿瘤。

IL-24 则更像 “精确制导武器” ，能够直接杀伤肿瘤细胞。

这种直接杀伤（IL-24）与免疫增强（IL-9）相结合的机制，使Th9细胞及相关细胞因子成为癌症免疫治疗中一个非常有前景的探索方向。然而，如何将这种潜力转化为有效的临床疗法（例如通过改进递送方式或联合用药）仍是当前的挑战。

信号9、Th2细胞因子在癌症中作用

非主流通路：与Th1通路是当前癌症免疫疗法基石不同，Th2通路在癌症中的作用远未明确，且并非现有治疗药物的靶点。

双重性与背景依赖：Th2反应在癌症中是一把“双刃剑”。在特定组织（如肺、乳腺）的早期阶段，它可能通过TSLP等因子发挥保护性（抑癌）作用；但在其他情况下（如胰腺炎相关癌症），它驱动的炎症或通过招募特定细胞可能产生促进肿瘤的效果。

治疗潜力不确定：针对Th2通路（如阻断IL-4/13R）能否成为有效的癌症治疗策略，目前仍是一个悬而未决的问题，需要更多研究。

信号10、生长因子在癌症中作用

这些生长因子在癌症中主要扮演"帮凶" 的角色，被肿瘤利用来营造并维持一个免疫抑制性的肿瘤微环境，但它们也被用于临床支持治疗，存在潜在矛盾。

核心矛盾：G-CSF/GM-CSF等因子是重要的临床支持药物（对抗化疗副作用），但它们同时可能增强肿瘤的免疫抑制环境，与免疫治疗的目标相悖。

治疗困境：靶向这些通路（如M-CSF）面临毒性和系统复杂性（如细胞类型冗余）的挑战。

安全风险：FLT3L的例子表明，强效刺激髓系造血的生长因子在全身应用时可能带来继发性癌症（如白血病） 的重大风险。

信号11、趋化因子在癌症中作用

趋化因子通过精确调控不同免疫细胞在肿瘤组织中的迁移与定位，在抗肿瘤免疫和肿瘤进展中扮演着至关重要的 "交通指挥官" 角色。其作用高度依赖于所招募的细胞类型。

核心平衡：肿瘤微环境中的免疫状态，是抗肿瘤（如CXCR3轴）和促肿瘤（如CCR4, CCR2, CXCR2轴）的趋化因子网络相互角力的结果。

细胞因子阻断疗法的成功与挑战

当前在细胞因子阻断疗法领域已拥有前所未有的工具库，包括特异性抗体、小分子抑制剂和JAK-STAT通路抑制剂，但这些技术突破尚未转化为实体瘤治疗的显著成功。目前该领域呈现明显的两极分化：在血液肿瘤中，由于肿瘤细胞依赖特定细胞因子生存，靶向治疗取得突破；在免疫疗法副作用管理方面，细胞因子阻断已成为控制细胞因子释放综合征和免疫检查点抑制剂相关结肠炎的关键手段。然而，在实体瘤治疗中，单一细胞因子阻断策略普遍失效，这与自身免疫疾病领域的成功形成鲜明对比。这种困境源于肿瘤免疫的复杂性——启动抗肿瘤免疫远比抑制过度活跃的自身免疫更为困难，且促瘤性炎症通路存在代偿机制和狭窄的治疗窗。未来发展方向应聚焦多靶点联合阻断策略，针对炎症正向反馈环路开发协同治疗方案，同时谨慎探索STAT3等关键信号节点和JAK抑制剂的应用，但必须警惕其对干扰素通路等抗肿瘤免疫核心机制的潜在抑制作用。

Successes and challenges to using cytokines as drugs

将细胞因子直接作为药物应用于癌症治疗面临着有效性与毒性的双重挑战。目前仅有少数获批案例：G-CSF/GM-CSF用于管理化疗副作用，GM-CSF作为溶瘤病毒T-VEC和sipuleucel-T的组分，大剂量IL-2和IFN-α曾用于黑色素瘤但因其严重全身毒性且疗效有限，现已被免疫检查点疗法取代。IL-2的临床应用尤其凸显了其根本困境：它不仅激活抗癌的CD8+ T细胞，更优先扩增具有免疫抑制功能的调节性T细胞，从而削弱疗效。尽管蛋白质工程试图通过突变、PEG化或设计正交受体等策略来优化IL-2，以期选择性靶向CD8+ T细胞，但III期临床试验的失败表明其前景依然不明。

成功的曙光来自于对给药策略的深刻反思。IL-15-Fc融合蛋白通过局部（膀胱内）给药在膀胱癌治疗中获得成功，这揭示了细胞因子疗法的破局关键：局部递送能最大限度地提高肿瘤部位的药物浓度，同时规避全身毒性；延长半衰期（如Fc融合）能增强其稳定性与疗效；并且，疗法必须与肿瘤的免疫微环境特征相匹配——在已存在预存免疫（如膀胱癌）的肿瘤中，激活CD8+ T细胞和NK细胞是合理策略，而在早期病变中，像咪喹莫特那样通过激活树突状细胞来启动初始T细胞可能更为有效。未来细胞因子药物的开发，必将依赖于这三大支柱的协同推进。

生活很好，有你更好