综述：白细胞介素-1β与癌症免疫应答

《Seminars in Immunology》：Interleukin-1β and cancer immune response

本综述系统阐述了IL-1β在肿瘤微环境（TME）中的双重作用机制，重点解析了其通过caspase-1激活、NLRP3炎症小体信号通路（涉及NF-κB、AP-1等转录因子）调控免疫细胞（如巨噬细胞、DC细胞）及癌细胞行为的分子机理，为靶向IL-1β的癌症治疗策略提供了重要理论依据。

　　

Abstract

IL-1β属于IL-1家族，其特殊性在于需要被caspase-1切割才能具有活性。一旦被加工，IL-1β被分泌出来并与靶细胞上的IL-1R1结合，导致特定基因的转录。在肿瘤内部，IL-1β由多种细胞类型（如免疫细胞、成纤维细胞或癌细胞）产生和分泌，并对免疫细胞、血管生成、癌细胞增殖、迁移和转移具有多效性作用。因此，根据癌症类型、治疗方法或肿瘤微环境（TME）的不同，IL-1β对癌症进展具有相反的作用，从而引发了是诱导还是抑制IL-1β的问题。本文将分析IL-1β在不同类型癌症中对TME中的癌细胞和免疫细胞的影响。

Introduction

IL-1α和IL-1β与在许多细胞类型（如上皮细胞或免疫细胞）表面表达的IL-1受体1（IL-1R1）结合。一旦激活，IL-1R1与IL-1R3（也称为IL-1RAcP - 白细胞介素-1受体辅助蛋白）异源二聚化。这使得接头蛋白Myd88（髓样分化初级反应蛋白88）能够通过存在于IL-1Rs胞内结构域和Myd88 C端结构域上的TIR结构域进行募集。然后，MyD88与IRAK4、IRAK1和/或IRAK2结合。IRAK4进而磷酸化IRAK1和IRAK2，使它们能够与肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6）结合，TRAF6作为一个平台招募并激活转化生长因子β激活激酶1（TAK1）。TAK1将激活p38和JNK（c-Jun N末端激酶），导致转录因子AP-1的激活，或者激活IKK（核因子κB激酶）复合物，该复合物由IKKα、IKKβ和IKKγ组成。IKK复合物催化IκB的磷酸化及其随后的降解，使NF-κB（即p50/p65）得以从细胞质易位到细胞核并激活NF-κB依赖性基因。p38/JNK和NF-κB的激活导致靶基因的转录，这些基因参与若干生物学过程，具体取决于被IL-1刺激的细胞类型。

该信号可以在不同水平受到调节。诱骗受体IL-1R2的表达，它能结合IL-1，但由于缺乏胞内TIR结构域而不能触发任何激活信号。IL-1受体拮抗剂（IL-1RA），它取代IL-1的位置，而不触发激活信号。

IL-1α和IL-1β的表达和活性受到不同的调节。IL1A/Il1a在许多细胞类型中组成型表达，包括肾、肝、肺、内皮细胞、星形胶质细胞和胃肠道上皮。然而，这种表达可以被促炎介质诱导，如Toll样受体（TLRs）或IL-1R1的触发。IL1B/Il1b更多地被描述为在髓系细胞中表达，并且需要信号才能表达。IL-1α和IL-1β都以前体蛋白形式合成，即pro-IL-1α和pro-IL-1β。Pro-IL-1α已经具有活性，其被切割成IL-1α（通过钙蛋白酶或中性粒细胞弹性蛋白酶或颗粒酶B）可以增强其活性。而Pro-IL-1β需要被切割才能成熟。Pro-IL-1α/IL-1α定位于细胞内（在细胞质中，也在细胞核中，得益于核定位信号（NLS））和细胞表面。它具有细胞内和细胞外作用。在细胞核中，它作为转录因子调节正常细胞的细胞分化，以及癌细胞的肿瘤形成。当细胞发生细胞死亡时，其定位可能改变：在凋亡信号下，IL-1α易位到细胞核内，而在坏死期间，IL-1α被释放到细胞外空间作为“警报素”发挥作用。因此，释放的和膜结合的IL-1α激活IL-1R1。相反，IL-1β仅被描述为通过IL-1R1具有细胞外作用。

尽管IL-1β和IL-1α都结合IL-1R1，但它们具有不同的表达和激活过程。这可以解释它们在许多疾病，即癌症中，不同的生物学和生理学效应。

IL-1β可以由多种细胞类型产生和分泌，例如免疫细胞、成纤维细胞或癌细胞。然而，IL-1β产生的机制在免疫细胞中，特别是在髓系细胞（如巨噬细胞）中得到了最广泛的研究。如上所述，IL-1β的产生需要两个信号，即“启动”和切割。

“启动”涉及Il1b/IL1B基因的转录，主要由TLRs的激活（即脂多糖（LPS））诱导，但也由肿瘤坏死因子（TNF）α通过TNF受体（TNFR）或IL-1β本身诱导。TLRs和IL-1R1通过它们的胞内结构域招募相同的接头蛋白Myd88，Myd88进而激活白细胞介素-1受体相关激酶1/4（IRAK1/4）和TNFR相关因子6（TRAF6）通路。TNFR招募TNFR1相关死亡域（TRADD），后者激活TRAF2/5和受体相互作用蛋白1（RIP1）通路。所有这些信号级联都能够激活NF-κB。缺氧诱导因子1（HIF1）被证明可以调节Il1b/IL1B转录。其他经典转录因子也被证明在髓系细胞中诱导Il1b/IL1B表达，例如CCAAT/增强子结合蛋白（C/EBP-）β、干扰素反应因子4或8（IRF4/8）和PU.1或蛋白激酶C（PKC）/激活蛋白-1（AP-1），直接或通过Myd88。STAT1通路也被证明在巨噬细胞中是实现IL-1β产生所必需的。

在转录/翻译之后，pro-IL-1β作为无活性的31 kDa蛋白质产生，需要被蛋白酶切割成17 kDa的IL-1β才能变得有活性。

在中性粒细胞中，组织蛋白酶G或弹性蛋白酶的切割已被描述，但它产生低活性的IL-1β。 Caspases是能够提供完全活性IL-1β的主要蛋白酶。虽然caspase-8已被证明在体外和特定条件下切割IL-1β，但参与IL-1β成熟的最重要的酶仍然是caspase-1，据报道它通过多种来源被激活。

Caspase-1的激活通过募集到称为炎症小体的多蛋白复合物而发生。这些细胞内复合物都由一个受体和一个接头组成，允许募集和激活促炎caspases。

炎症小体分为三个主要家族：核苷酸结合域（NOD）样受体（NLRs）、黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）样受体（ALRs）和pyrin。这些家族的特征在于构成炎症小体受体的特定结构域。它们通过宿主危险信号、病毒或细菌信号被激活，导致炎症caspases的募集，有时通过它们与接头蛋白的结合。当被激活时，caspases触发前体白细胞介素切割成成熟的白细胞介素。

NLRs识别多种称为病原体相关分子模式（PAMPs）的刺激。NLR家族的特征在于存在几个特定的结构域。所有这些蛋白质都有一个中央NACHT结构域，负责通过ATP依赖性寡聚化来激活复合物。在C端，富含亮氨酸结构域（LRR）参与配体检测和复合物自我调节。N端是pyrin结构域（PYD）或caspase募集结构域（CARD），参与蛋白质-蛋白质相互作用以进行信号转导。因此，激活的受体可以募集pro-caspases（通过CARD）或接头蛋白（通过PYD），后者又将募集pro-caspase（通过CARD-CARD相互作用）。根据N端结构域的组成，NLR受体分为四个家族，有许多成员。然而，NLRP3是最重要的受体，负责在无菌条件下激活caspase-1。

在其激活之前，Nlrp3/NLRP3的表达受NF-κB激活的控制，就像Il1b/IL1B一样。NLRP3被多种刺激以及三种非排他性途径激活，并可能存在串扰。第一种是由细胞外ATP与其受体P2X7结合诱导的细胞内K⁺外流。第二种涉及晶体结构的吞噬和随后的溶酶体损伤。溶酶体内容物，特别是组织蛋白酶B，随后将通过直接相互作用激活NLRP3。第三种途径涉及活性氧（ROS）合成的增加。所有这些步骤将汇聚到NLRP3激活、ASC（含CARD的凋亡相关斑点样蛋白）和pro-caspase-1的募集，以及最终IL-1β和IL-18的成熟。

已经描述了几种可能共存或不共存的途径来触发IL-1β的分泌。这些机制可能取决于实验设置、细胞模型和/或激活剂。IL-1β通过囊泡（自噬溶酶体、微泡或外泌体）或通过膜通透性（gasdermin D（GSDMD）孔、膜破裂）释放。

Pro-IL-1β和IL-1β定位于细胞质中，一部分被隔离在 identified 为内体/溶酶体的囊泡中。一部分溶酶体IL-1β被靶向降解，而一部分被保存用于后续的胞吐和分泌，通过与质膜融合。这种拯救是由于自噬，这是一个将受损细胞器或蛋白质封装在称为自噬体的双膜结构中的过程。自噬体通常与溶酶体融合以降解其内容物。在这种情况下，IL-1β可以定位在自噬体的两层之间，并可能受到溶酶体酸性pH的保护，这可能解释了为什么IL-1β不被降解。自噬体也可以与含有IL-1β的内体融合，进行胞吐并将IL-1β释放到细胞外。含有IL-1β的多泡体可以与溶酶体融合以降解其内容物，或者也可以与质膜融合形成并释放外泌体。

一旦被切割，IL-1β表现出整体正电荷，使其能够与质膜中带负电荷的磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2）共定位。然后，从质膜脱落微泡使得IL-1β能够被释放到细胞外。IL-1β及其前体pro-IL-1β被释放到囊泡中引发了关于其稳定性和检测的问题。实际上，IL-1β的半衰期非常短，其包装到囊泡中可以使它抵抗降解并在远处发挥作用。

除了切割pro-IL-1β，激活的caspase-1也可以触发焦亡细胞死亡。焦亡的特征是炎症caspase激活（caspase-1和/或caspase-11/4/5）和通过膜透化释放LDH。后一事件由gasdermin D（GSDMD）被caspase-1、-11或-5切割介导，这使得GSDMD的N端片段寡聚化成环状结构以形成膜孔。这些孔使得成熟的IL-1β（前体太大）能够出去，钠和水能够进来。如果激活信号和GSDMD孔的数量少，膜融合可以修补这些孔。相反，如果信号和GSDMD孔的数量多，钠和水的进入将诱导膜破裂，允许细胞质内容物（如pro-IL-1β和IL-1β）的释放。

Section snippets

Composition of the TME

TME由多种细胞类型组成。这里我们将简要描述参与肿瘤免疫反应的主要细胞，即髓系细胞（巨噬细胞、DCs、MDSCs、中性粒细胞）、淋巴细胞和癌症相关成纤维细胞（CAFs）。

Pro-and anti-tumor effects of IL-1β

IL-1β已被证明在许多生理事件中发挥作用。它可以调节基因表达和细胞因子产生，调节细胞粘附和迁移、血管生成或免疫反应。然而，对癌症进程的影响是复杂的，并且已经描述了IL-1β的积极和消极功能。这些观察到的差异使得IL-1β成为一个可能的目标，可能需要根据癌症类型和抗肿瘤治疗加以考虑。

Therapeutic tools

IL-1β似乎通常通过作用于癌细胞增殖和侵袭、新生血管生成或肿瘤浸润免疫细胞来促进癌症。然而，根据癌症类型或阶段、肿瘤微环境中发现的主要免疫细胞类型以及使用的抗癌治疗，抑制IL-1β可能对患者有益，也可能无益。

Conclusions

我们在此强调了IL-1β在癌症中，更具体地说在TME中的细胞上的多效性作用。虽然它主要具有促肿瘤作用，但一些研究表明它也可能参与抗肿瘤免疫反应。这些相反作用的确切解释尚不清楚。产生细胞的类型、产生的IL-1β水平、TME的组成（免疫细胞或成纤维细胞）、癌症的阶段和使用的抗癌治疗可能参与其中。

Funding

该团队得到了国家抗癌联盟、癌症研究协会（ARC）和国家癌症研究所（INCa）PLBIO2020–104和PLBIO23–124–2023–163的支持。

CRediT authorship contribution statement

Fran?ois Ghiringhelli: 资金获取，写作-审阅编辑。Cédric Rébé: 资金获取，写作-原稿。

Declaration of Competing Interest

作者声明没有利益冲突。