综述：解锁IL-18：癌症免疫中的一个隐藏关键

本综述系统探讨了白细胞介素-18（IL-18）在癌症免疫中的双重角色，详细阐述了其通过NLRP3炎症小体（NLRP3 inflammasome）的活化机制、依赖MYD88/NF-κB的信号通路及其对T细胞（如TH1、CD8+ T细胞）和NK细胞的调控作用，同时强调了其天然抑制剂IL-18BP对功能的影响，为靶向IL-18的癌症治疗策略（如免疫检查点抑制剂联合疗法）提供了新的理论依据与转化方向。

　　

IL-18的生产

IL-18是IL-1家族细胞因子中的一员，其编码基因IL18位于人类11号染色体，与家族其他成员集中于2号染色体不同，具有组成型表达特性，即在未受刺激的髓系细胞、外周血单核细胞（PBMCs）、内皮细胞、角质形成细胞及胃肠道上皮细胞中均可检测其mRNA与无活性的前体蛋白（pro-IL-18）。这种表达模式依赖于PU.1转录因子结合位点与GC富集的启动子区域。

具有生物活性的IL-18的形成需经 caspase-1 的蛋白水解切割。caspase-1的激活依赖经典炎症小体，如由NOD样受体（NLRs）、AIM2样受体或TRIM蛋白家族成员组装而成的复合体，它们通过CARD或PYD结构域介导炎症小体形成。其中，NLRP3炎症小体被研究得最为广泛。NLRP3可感知细胞应激或危险信号，其激活分为两步： priming 阶段涉及TLRs、TNF或IL-1β等信号通过NF-κB通路诱导NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18的转录； oligomerization/activation 阶段则由多种刺激物（如晶体颗粒、病原体、细胞外ATP等）触发，导致细胞内钾离子浓度降低，进而激活NLRP3。

细胞外ATP（eATP）通过其受体P2RX7是NLRP3最强效的激活剂之一。P2RX7介导的钾外流和钙内流共同促进炎症小体组装，其C末端结构域对激活至关重要，且该受体不易脱敏，能持续激活信号。此外，非经典炎症小体（如caspase-4/5）也可切割pro-IL-18生成活性形式，但会切割IL-1β产生无活性的片段。IL-18的成熟还存在不依赖炎症小体的机制，例如通过Fas/FasL通路激活caspase-8，或经弹性蛋白酶、组织蛋白酶和颗粒酶B等蛋白酶处理。

IL-18的信号传导

IL-18的信号传导与IL-1β相似。其首先与受体α亚基（IL-18Rα）结合，进而招募β亚基（IL-18Rβ）以激活MYD88/NF-κB通路。值得注意的是，IL-18Rβ的表达仅限于T细胞、自然杀伤（NK）细胞和树突状细胞，因此仅这些细胞能通过IL-18刺激产生IFN-γ。

IL-18对其天然抑制剂——IL-18结合蛋白（IL-18BP）的亲和力高于对其受体。IL-18BP作为诱饵受体，大量组成型分泌，并通过与IL-18结合阻断其与受体相互作用，从而抑制其活性。IFN-γ可上调IL-18BP的表达，形成负反馈循环。体液中游离的、具有生物活性的IL-18水平相比总IL-18水平更具临床相关性，目前已有商业化的检测游离IL-18的ELISA方法。

IL-18在癌症进展中的作用

IL-18：一种抗肿瘤细胞因子

大量临床前研究表明IL-18是抑制肿瘤生长的关键因子。在IL-18缺陷（Il18?/?）或IL-18受体缺陷（Il18r1?/?）小鼠中，肿瘤生长增强。在AOM/DSS诱导的结肠癌模型中，Nlrp3?/?小鼠因IL-18水平降低导致IFN-γ和STAT1激活受损，提示NLRP3炎症小体依赖的IL-18生产对抵抗结直肠肿瘤发生具有保护作用。全身性给予重组IL-18能减轻疾病严重程度，并增强NK细胞、CD4? T细胞和CD8? T细胞的细胞毒性活性及其IFN-γ production，从而强化抗肿瘤免疫。IL-18还能抑制MC38结肠癌细胞的肝转移，其机制与促进NK细胞活化和FasL依赖的细胞毒作用有关。在胰腺癌、黑色素瘤模型中，IL-18给药可延缓肿瘤生长，其机制与促进T细胞和NK细胞的活化、细胞毒性以及记忆T细胞反应的强诱导有关。

在癌症患者中，非小细胞肺癌（NSCLC）、结肠癌、黑色素瘤、甲状腺癌和食管癌患者的血浆或肿瘤组织中IL-18水平降低，且低水平与转移存在、预后不良及急性髓系白血病风险增加相关。较高的IL-18水平则与CD8? T细胞和NK细胞的浸润和活性增加相关。然而，由于IL-18BP在卵巢癌、NSCLC和前列腺癌患者中高水平表达，大部分循环IL-18处于被结合的无活性状态，因此游离IL-18的水平可能成为新的免疫检查点生物标志物。

IL-18：一种促肿瘤细胞因子

尽管有证据支持其抗肿瘤作用，但 elevated IL-18 levels 也被关联到肿瘤进展。黑色素瘤细胞表达具有生物活性的IL-18，可增强ROS依赖的FasL表达并抑制免疫系统。阻断IL-18能恢复NK细胞对肿瘤细胞的敏感性。在 murine 胰腺癌模型中，IL-18通过IL-18R信号传导直接诱导CD8? T细胞耗竭，发挥促肿瘤作用。TCGA分析显示，在胰腺癌患者中，NLRP3/IL-18轴与较短生存期相关。高IL-18水平还会通过上调NK细胞上的PD-1介导促转移效应。此外，IL-18还被证明可通过调节VCAM-1增加黑色素瘤的迁移和侵袭，并在胃癌中通过VEGF/ERK1/2/IL-18环路促进迁移。

IL-18及其伙伴在肿瘤轨迹中的作用

IL-18在癌症中的作用是双面的，其效应取决于其所处的肿瘤微环境（TME）。IL-18可诱导Th1或Th2免疫反应，这直接取决于IL-18Rα和IL-18Rβ的表达水平以及共存的细胞因子（如IL-12或IL-2）。在缺乏IL-12或IL-15时，IL-18不能诱导IFN-γ production，因为这些细胞因子可上调IL-18Rβ的表达。而当与IL-2共存时，IL-18反而促进Th2型反应和调节性T细胞（Treg）的免疫抑制功能，从而损害抗肿瘤免疫。

IL-18BP作为关键调节因子，其表达受IFN-γ上调，进一步增加了复杂性。因此，探究IL-18的作用不能仅测量其总mRNA或蛋白水平，而应关注其游离、具有生物活性的部分。此外，IL-18的剂量和细胞来源也对其免疫抑制功能的调节至关重要。

鉴于IL-18、其受体与抑制剂在TME中并存，增强IL-18抗肿瘤活性的策略需专注于提高其生物活性形式而非单纯中和IL-18BP。全身给予重组人IL-18（rIL-18）患者耐受性良好，但其单药治疗转移性黑色素瘤的II期临床试验因疗效有限而中止。目前的研究转向联合疗法，例如rIL-18联合抗CD20抗体治疗淋巴瘤（NCT01768338），或使用经IFN-α2b和IFN-γ自体刺激的 monocytes 腹腔给药治疗复发性卵巢癌，该疗法显示出抗肿瘤活性和可接受的耐受性。另一种极具前景的策略是使用可分泌IL-18的第四代抗CD19 CAR-T细胞（huCART19-IL-18），在治疗复发/难治性非霍奇金淋巴瘤或慢性淋巴细胞白血病的临床试验（NCT04684563）中显示出显著疗效且安全性良好。这些成果支持了对病变细胞的局部给药而非全身给药的思路，开发器官特异性的给药方式是未来的关键挑战。

提高IL-18水平及/或效能的策略

由于IL-18的促瘤作用与T细胞和NK细胞耗竭相关，免疫检查点抑制剂（ICI）被用于恢复免疫细胞功能并抵消IL-18的促瘤效应。在αPD-L1免疫治疗后，多发性骨髓瘤、NSCLC、肾细胞癌和黑色素瘤患者血清中的IL-18水平升高，这与产生IFN-γ的抗肿瘤效应细胞的重新激活和细胞毒性有关。

为克服IL-18与IL-18BP共诱导的问题，研究人员设计了一种抗诱饵细胞因子（DR-18），并在同系小鼠移植模型中证明了其 impressive 的抗肿瘤功效。其人类版本目前正作为单药或与抗PD-1抗体联合用于晚期实体瘤的临床试验（NCT04757042）。在此基础上，进一步开发了将IL-18与抗PD-1抗体偶联的免疫细胞因子BTP567，它可抵抗IL-18BP并选择性靶向浸润的PD-1? CD8? T细胞以增强其细胞毒性。另一种探索性策略是使用编码DR-18和IL-12的合成mRNA，旨在肿瘤部位瞬时表达这些细胞因子，该概念验证了局部联合细胞因子mRNA用于癌症免疫治疗的潜力，并再次凸显了局部给药相对于全身给药的重要性。

近年来，基于eATP/P2X7/NLRP3轴 alternative 机制被探索用于提高IL-18水平。肿瘤微环境中高水平的eATP可通过激活嘌呤受体P2RX7（其在多种肿瘤中表达）来最强效地诱导NLRP3炎症小体。使用中和抗体阻断参与ATP降解的 ectonucleotidases（如CD73和CD39）可通过P2RX7/NLRP3信号级联增强抗肿瘤免疫应答，从而在黑色素瘤、纤维肉瘤、结肠癌和前列腺癌小鼠模型中减缓肿瘤进展。类似地，药理学的P2RX7正向变构调节剂（如HEI3090）可显著抑制肺癌和黑色素瘤小鼠模型的肿瘤生长，其抗肿瘤效应由树突状细胞来源的IL-18介导，该因子增强了免疫反应，特别是CD4? T细胞和NK细胞的IFN-γ production。值得注意的是，IL-18能增强αPD-1免疫检查点抑制剂和化疗药物的效果，导致更 robust 的肿瘤消退。通过HEI3090激活P2RX7/IL-18通路使肺部和黑色素瘤肿瘤对免疫治疗更敏感，实现了80%的治愈率并对肿瘤再攻击提供保护，这突显了IL-18在促进持久记忆T细胞反应中的作用。支持这一点的是，树突状细胞释放的IL-18以及在T细胞活化过程中IL-18R/MyD88/IFN-γ轴的参与与记忆T细胞群体的扩增有关。有趣的是，IL-18还能不依赖TCR激活而刺激IFN-γ分泌。这些发现共同强调了IL-18在增强抗肿瘤免疫中细胞毒性T细胞活性和记忆形成方面的核心作用。

IL-18，一个用于患者筛选的合适生物标志物？

鉴于IL-18强大的激活免疫效应细胞、增强其细胞毒性功能以及改善免疫治疗反应的能力，其作为预测患者预后和免疫治疗获益程度的潜在生物标志物受到了关注。这在当前缺乏可靠标志物预测免疫检查点抑制剂（ICI）疗效的背景下尤具相关性。

尽管许多研究探讨了IL-18作为免疫治疗生物标志物的潜力，但尚无报告关注其 active free IL-18（即未与IL-18BP结合）的水平。事实上，IL-18BP在生理状态下即高水平存在，并在 several cancers 中进一步升高，从而更加抑制IL-18 signaling。值得注意的是，分析IL18 mRNA既不合适也无意义，因为其是组成型表达，且需经蛋白水解切割后才合成并释放为活性细胞因子。

基于此前研究，一项涉及195名NSCLC患者的辅助研究评估了免疫治疗前后血浆中游离活性IL-18、IL-18BP以及无活性的IL-18/IL-18BP复合物的水平，旨在评估这些IL-18相关化合物相较于已获认可的ICI反应生物标志物——中性粒细胞与淋巴细胞比值（NLR）的预测价值。研究表明，无活性IL-18的血浆水平 combined with 循环中性粒细胞浓度可有效区分ICI无反应者与有更好总生存期的患者，或能指导快速的治疗强化决策。该研究还显示，推算出的游离IL-18水平 tend to 区分 true tumor progression 与 pseudo progression。这一结果若在更大队列中得到验证将具有重要意义，因为一个简单的血液检测 function 可能就足以区分应继续治疗的 pseudo-progressors 和需停止治疗 true progressors。

结论

IL-18在癌症进展中的确切作用值得进一步研究，以确定是否所有癌症类型都能受益于IL-18介导的免疫-肿瘤细胞相互作用的增强。尽管如此，IL-18因其刺激抗肿瘤免疫应答（特别是激活NK细胞和细胞毒性T淋巴细胞）的能力而成为癌症治疗中一种有前景的细胞因子。临床前研究已证明其显著的抗肿瘤效果，早期临床试验也证实重组IL-18耐受性良好，但其全身给药单药治疗的临床疗效仍然有限。

然而，IL-18的治疗潜力受到负向调控机制（尤其是IL-18BP的存在）的阻碍。将 resistant to IL-18BP 的重组IL-18变体与常规免疫疗法联合 local administration 的新策略或可克服肿瘤耐药。这些未来策略将受益于能够 timely and localized 在肿瘤部位甚至肿瘤内部递送细胞因子的新型生物材料的开发，以及 dual specificity 策略（如将ICI与稳定的IL-18相结合）的应用，从而实现两种互补治疗机制的协同作用，有效解锁IL-18，并增强其在癌症免疫中的强大作用。