盖晓东等CD4 CD25 FOXP3’调节性T细胞及其亚型在结直肠癌组织中分布和临床意义的研究第1期 CD4+CD25+FOXP3+调节性T细胞及其亚型在结直肠癌组织中分布和 临床意义的研究① 盖晓东赵丽微历春(北华大学基础医学院病理解剖教研室,吉林132013) 中国图书分类号 11730.3 文献标识码 A 文章编号 1000-484X(2010)01.0075.04 [摘要]目的:探讨CD4 CD25 FOXP3 调节性T细胞(Treg)及其亚型在结直肠癌组织(colorectal carcinoma,CRC)的分 布和临床病理特征的关系。方法:收集42例CRC新鲜手术标本,应用冰冻切片、免疫组织化学sP法检测肿瘤组织和癌旁组织 中FOXP3 阳性细胞数,分析其与临床病理特征的相关性;应用双重免疫组化检测FOXP3和ICOS表达,分析FOXP3 ICOS Treg和FOXP3 ICOS—Treg两种细胞亚型分布情况。结果:CRC患者肿瘤组织中FOXV3分布显著多于癌旁组织,差异显著 (P<0.001);中低分化组Treg细胞数明显高于高分化组(P<0.01);淋巴结转移组Treg细胞数明显高于无淋巴结转移组(P< 0.05);无远处转移组Treg细胞数明显高于有远处转移组(P<0.05);FOXP3 ICOS Treg细胞亚群在CRC组织中高表达,与癌 旁组织相比差异显著(P<0.01)。结论:CRC的发生发展与其癌组织局部微环境中Treg数量变化相关,Treg在CRC组织过量 表达可能是导致肿瘤免疫逃逸的重要因素之一;抑制CRC微环境中浸润性Treg细胞功能可提高肿瘤局部免疫治疗效果。 [关键词]结直肠癌;Treg;FOXP3;ICOS Distribution of CD4 CD25 FOXP3 regulatory T cells and their subsets in colorectal carcinoma and the cfinical significance GAIXiao—Dong,ZHAO Li—Wei, Chun.School ofBasic Medical Sciences,Beihua University,Jilin 132013,China [Abstract]Objective:To determine the distribution of CD4 CD25 FOXP3 regulatory T ceils(Treg)and Treg subsets in human col— nad to explore their correlation with conventional clinico—pathological f atuIe_s.Methods:Frozen sections and Immunohistochemistry(me)were used to detect FOXP3 Treg in fresh specimen collected from 42 patients iwth colorectal carcinoma.The number of FOXP3 Treg was evaluated in terms of its association with elinico—pathological feature in tumor and peri—cancer tissue.Double stain— ing was perfomred to determine the expression of ICOS mad FOXP3.Results:The number of FOXP3 Treg in the colorectal carcinoma(mean 24.1)was signiifcantly higher than that in peri—cancer tissue(mean 0.7).A higher number of tumor infiltrating FOXtY3 Tregs was found in the patient groups with poor diferentiation.1ymphatic metastasis and non-distnat metastasis as compared to the patient groups with well difemn— tiation,non—lymphatic metsatasis nad distant metastasis.The percentage ofFOXV3 ICOS Treg was higher in colorectal carcinoma(81%)than that in epri—cancer tissue(10%).Conclusion:Increased FOXP3 Treg may influence the occurrence and development of eolorectal carcinoma. Our data support the hypothesis that tumor iifnhrating FOXP3 Tregs attenuate the immune response against cancer and suggest that strategy to overcome FOXP3 Treg function may be beneficial in the treatment of human eoloreetal cancer. 1Key wordsJ Colorectla c ̄cinoma;Treg;FOXP3;ICOS 结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)目前仍然是导 探索新的治疗方法。 致人类死亡的恶性肿瘤之一。目前主要的治疗手段 研究表明,机体可通过多种免疫机制来杀伤 是采用包括手术在内的综合治疗,但是化疗药物在 CRC肿瘤细胞,而肿瘤细胞本身也可利用不同的方 杀伤癌细胞的同时,也杀伤正常细胞,了治疗的 式来逃逸这些防御机制。许多肿瘤抗原为自身抗 疗效。免疫系统对肿瘤存在特异性和非特异性应 原,肿瘤内浸润的FOXP3 调节性T细胞(Regulatory 答,其机制十分复杂,涉及多种免疫细胞及其分泌的 T cells,Treg)细胞能抑制T细胞对外来和自体抗原 产物。因此,研究CRC组织微环境下免疫细胞的分 的免疫应答,因而在维持对自身成分耐受的同时也 布情况,将有助于了解这种疾病的发病和转移机制, 会阻止机体对肿瘤细胞的免疫应答,从而导致了肿 瘤细胞的免疫逃避。 ①本文受吉林省教育厅项目(古教科合字[2008]第128号)资助 Treg代表一群独特的CD4 辅助性T细胞亚群, 作者简介:盖晓东(1962年一),女,博士,教授,硕士生导师,主要从 在控制自身免疫中发挥着重要作用。CD4 CD25 事肿瘤免疫学研究及肿瘤分子病理学研究,E-mail:gaixi— aodong@vah ).COlll,cn。 是其主要的分子表型。FOXP3属于叉头转录因子家 族成员之一,是控制Treg发育及其功能效应的关键 因素,也是Treg较特异且可靠的标记l1。J。最新研 究发现,根据人胸腺、扁桃体、淋巴结和外周血中 FOXP3 Treg细胞表面是否表达ICOS分子,可以将 其分成FOXP3 ICOS Treg和FOXP3 ICOS—Treg 两种细胞亚型l4j。 本研究通过酶标免疫组化法检测CRC肿瘤组 织和癌旁组织中Treg的分布,双重免疫组化法检测 Treg亚型的表达,探讨Treg在CRC组织的分布与临 床病理特征的相关性及其亚型的表达情况,为临床 CRC的免疫治疗提供理论基础和实验依据。 1材料与方法 1.1试剂、材料和主要仪器 1.1.1试剂小鼠抗人FOXP3单克隆抗体、小鼠 抗人ICOS单克隆抗体均为eBioscience公司产品;即 用型免疫组化超敏sP试剂盒、免疫组化双染试剂 盒、DAB显色试剂盒、多聚赖氨酸均为福州迈新生 物技术公司产品;OCT包埋剂为SHANDON公司产 品;其它均为国产分析纯。 1.1.2材料本实验共收集北华大学附属医院普 通外科2007年10月至2009年4月间结直肠癌手术 切除的新鲜标本42例,其中结肠癌19例,直肠癌23 例;年龄在36~79岁之间,平均年龄59.9±13岁; 男28例,女l4例。所有标本均经病理学诊断证实, 并有详细的临床资料。所有病伢均未行放、化疗及 生物免疫治疗。 每例标本均采集了结直肠癌患者的肿瘤组织 (避开坏死、炎症区域)、癌旁组织(取自相应肿块旁 3~5 cm肠组织)。标本离体后OCT包埋,迅速置于 一196 ̄C液氮中速冻,后转移至一85 ̄C超低温冰箱保 存备用。 1.1.3主要仪器恒温冷冻切片机(CM1900)为德 国Leica公司产品;超低温冰箱为13本SANYO产品; 显微镜(Olympus cx21)为日本Olympus产品;数码显 微镜(Motic DM.BA400)、图像采集系统(Motic Images Advanced 3.2)均为中国重庆Motic公司产品。 1.2方法 1.2.1免疫组化所有标本制成5 m厚冰冻切 片,按免疫组化sP试剂盒说明进行单染色法检测 FOXP3蛋白表达,双染色法检测FOXP3蛋白和ICOS 蛋白的表达,用PBS代替一抗作为阴性对照。Treg 细胞阳性标准:细胞形态完整,结构清晰,棕黄色颗 粒特异性定位于细胞核。FOXP3 ICOS Treg阳性 标准:黑色和红色颗粒同时特异定位于细胞核(黑 中国免疫学杂志2010年第26卷 色)与细胞膜(红色)。采用双盲法进行观察,随机对 每张切片选择10个高倍视野(400×)计数阳性细胞 数,求其平均值。 1.3 统计学方法 数据以 ±S表示,结果用 SPSS 12.0统计学软件进行t检验和7 检验,以 P<0.05为差异显著,有统计学意义;P<0.O1为差 异非常显著,有统计学意义。 2结果 2.1肿瘤组织病理学特征42例CRC肿瘤组织分 化程度根据恶性肿瘤的组织学分级标准(Breders分 级),全部病例分为高、中一低分化两组;临床分期根 据1986年中国全国大肠癌会议提出的Dukes分期 方法修正方案及2002年国际抗癌联盟(UICC)提出 的大肠癌TNM分期标准[5 ;原发肿瘤浸润深度参照 2002年国际抗癌联盟(UICC)标准(表1)。 2.2 CRC组织中Treg的分布FOXP3 Treg细胞形 态完整,结构清晰,DAB显色核呈棕黄色,散在分布 于肿瘤组织中,尤其在癌组织与正常组织交界处分 布密集。本实验42例CRC组织中均有FOXP3 表 达,其表达水平24.1±6.3显著高于癌旁组织0.7± 2.0,经统计学分析差异显著(P<0.001)(表2, 图1)。 2.3 CRC组织Treg分布与临床病理特征的关系 对CRC组织中Treg分布与临床病理特征进行分析, 结果表明:在中低分化组Treg细胞数(25.8 4-6.5)明 显高于高分化组(18.2±4.3),P<0.01;淋巴结转移 表1 42例CRC患者临床病理特征 Tab.1 Clinical characteristics of patients whose tllmol ̄Welt ̄ used in the 6ssue assay Note:4 case of Mucoid earcAnoma were not included in the group according to differentiation grade. 盖晓东等CD4 CD25 FOXP3 调节性T细胞及其亚型在结直肠癌组织中分布和l临床意义的研究第1 表2 CRC组织和癌旁组织FOXP3表达水平比较 Tab.2 Median density of the T-cell makers FOXP3 in col- orectal tumor tissues and peri-cancer IJsgue ! ! ! i! 2 Peri.callcertissue 42 0.7±2.0 <0.0o1 Colorectal tuitlor 42 24.1 4-6.3 图1免疫组化检测FOXP3 Tregs和FOXP3 ICOS Treg 在组织中表达 Hg.1 FOXP3 g and FOXP3+ICOS mg in CRC tallies FOXP3 staining in A.Peri-cancer tissue×400 B.Low magniifcation in CRC×100:C.High magniifcation in CRC× 400;D.Double staining of FOXP3×4OO(black color,nuclear)and ICOS(red color,membranous). 表3 CRC组织FOXP3表达与临床病理参数的关系 Tab.3 l expression and relationship witll clinical patho- lOgical parameters 组Treg细胞数(24.4±6.4)明显高于无淋巴结转移 组(18.9±7.5),P<0.05;无远处转移组Treg细胞 数(21.5±7.3)明显高于有远处转移组(11.2± 1.9),P<0.05。但与肿瘤浸润深度和临床分期相 关性无统计学意义(表3)。 2.4 CRC组织中Treg亚型的表达本实验采用双 重免疫组化法检测CRC组织中表达Treg亚型表达 情况。FOXI ̄ ICOS Treg细胞表现为黑色颗粒定位 于细胞核(FOXP3 ),红色颗粒定位于细胞膜 (ICOS )。结果:42例CRC组织中有34例可见到 FOXP3 ICOS Treg阳性细胞的表达,阳性率为 81%;10例表达FOXP3 癌旁组织中,仅有1例可见 到ICOS分子的弱表达,阳性率为10%,经统计学分 析差异显著(P<0.01),(图1)。 3讨论 肿瘤通过各种直接或间接的机制来逃避机体免 疫系统的监控。一系列的研究已经证明,Treg细胞 与肿瘤免疫逃避机制密切相关。在肺癌、乳腺癌、卵 巢癌以及出现淋巴结转移的黑色素瘤患者的外周血 淋巴细胞和肿瘤浸润淋巴细胞中,存在Treg比例增 高现象l6 J。Treg通过细胞与细胞直接接触或通过 细胞因子的释放,对效应性CD4 /CD8 T细胞活化 和增殖发挥抑制作用。其效应机制主要是抑制 CIM T细胞增生、抑制肿瘤特异性抗原激活的 CD4 效应细胞分泌IL-2[10,11 J,抑制CD8 IFN. 和 TNF.a产生,并在肿瘤微环境中能CTLs(Cyto— toxic T lymphocytes)细胞毒性颗粒释放,使肿瘤细胞 逃逸免疫杀伤l12,13]。 因此,在以细胞免疫为主的肿瘤免疫过程中, Treg处于关键环节,在机体免疫调节中起重要作用, 决定了免疫反应的最终走向是激活免疫还是诱导耐 受。本实验研究CRC患者肿瘤组织内浸润的Treg 细胞分布情况,发现CRC患者组织内Treg数量显著 高于癌旁对照组。对Treg细胞与临床病理参数关 系进行分析后发现:中一低分化患者癌组织中Treg数 量显著高于高分化者,肿瘤分化程度越低Treg数量 越多,恶性程度越高。这些结果提示Treg在CRC肿 瘤免疫中扮演重要角色,Treg可能影响了肿瘤的分 化,促进了肿瘤进展。Woo等l j首先报道了Treg表 达与肿瘤侵犯局部淋巴细胞有关。本实验也发现, 淋巴结转移阳性患者癌组织中Treg数量显著高于 无淋巴结转移者。提示随着肿瘤细胞浸润到局部淋 巴结,Treg介导的免疫抑制有增强趋势。另外,本实 验还显示一个值得注意的现象,Treg在局限性肿瘤 的浸润者TIL表达显著高于有远处转移者。提示 Treg在恶性肿瘤中的浸润可能是一个动态过程,作 为局限性肿瘤的最初反应,Treg数量增加,而肿瘤转 移扩散后Treg的数量相对减少。 根据ICOS分子的表达,将其分成FOXP3 I. COS Treg和FOXI ̄ ICOS—Treg两组细胞。 FOXP3 ICOS Treg细胞通过IL-10、 ̄F-13抑制CIM T 细胞增殖,而FOXP3 ICOS—Treg细胞仅通过TGF—J3 来发挥功能_4j。在人前列腺癌、黑色素瘤研究中发 现,TIL(Tumor-infiltrating lymphocytes,TIL)中多为 FOXP3+ICOShig Treg细胞群,而患者外周血及正常 ・78・ 中国免疫学杂志2010年第26卷 人群外周血以FOXP3 ICOSk Treg细胞群为主。 4 Ito T,Hanabuehi S,Wang Y H et a1.Two functional subsets of FOXP3 FOXP3 ICOS gh Treg细胞比FOXI ̄ ICOS  ̄w ̄HJ胞对 regulatory T cells in human thymus and periphery[J].Immunity,2008; 28:870.880. 效应T细胞有着更强的抑制作用。同时,这群细胞 5萧树乐,许国铭主编.中华胃肠病学[M].北京:人民卫生出版社, 20吣:4934舛. 还高表达Fas、F嬲L和Granzyme B,可能对Treg诱导 6 Woo E Y,Chu C S,Goletz T J et a1.Regulatory CD4 CD25 T cells in tumors from patients with early—stage non—small cell lung cancer nad late— CIM 和CD8 细胞凋亡中发挥重要的作用_1 , j。 stgae ovarina cancer[J].Cancer Res,2001;61:4766-4772. 7 Liyanag ̄U K,Moore T T,Joo H C et a/.Prevalence fo regulatory T cells is 目前在CRC组织中是否存在FOXP3 ICOS Treg和 increased in peripheral bleed and[Hlnor rrncroenviornment of patients with pancreas ol"breast adenocaer ̄[J].J hm ̄nol,20眩;169:2756-2761. FOXP3 ICOS—Treg两种细胞亚群尚不明确。本实 8 Curiel T J,Coukos G,Zou L et a1.Speciifc recruianent of regulatory T cells in ovarina carcinoma fosters immune privilege and predicts reduced 验采用双重酶标免疫组化技术同时检测CRC组织 sunivallJj.Nat, Med,2004;10:942.949. 中FOXP3和ICOS表达,结果发现FOXP3 ICOS 9 Viguier M,Lemaitre F,Verola O et a1.FOXP3 expressing CD4 CD25hish regulatory T cens are overrepresentdo in human metastatic Treg在CRC组织中的表达率明显高于癌旁组织中 melnaoma lymph nodes and inhibit the function of infiltrating T ceHs[J]. J Immunol,2004;173:1444—1453. 的表达率。提示表达ICOS分子的Treg可能具有更 10 WangHY,leeD A,Pe哩G et a1.Tumor-speciifc human CD4 regnla— tory T cells and their ligands:implications for imunotherapy[JJ.Immu一 强的免疫抑制功能。我们将在今后实验中,进一步 曲tv,2OO4;20:1O7.118. 深入研究FOXP3 ICOS Treg详细分子作用机制。 11 Wang H Y.Peng G.Guo Z et a/.Recognition of a new ARTCl peptide ligand uniquely expressed in tumor cells by antigen—speciifc CD4 regn- 以上结果显示CRC的发生发展与其癌组织局部 latory T cellslJj.J Imlnnnol,20o5;174:2661-2670. 12 Imai N.Ikeda H.Tawara I a/.Tumor pro! ̄'ession inhibits the induction 微环境中Treg数量变化有直接关系,ICOS的表达可能 of muhiofnctionalitv in adoptively trnasferred tumor-speciifc CD8 T ceHs】J I.Ear J Immunol,2OO9;39:241.253. 在调解Treg功能方面起重要作用,CRC患者的肿瘤微 13 P itt et M J.Behafior of immune players in the[1llnor [J].Current 0pinion in Oncology,2009;21:53—59. 环境可能通过某种机制促进了Treg的分化或增殖。 14 Miller A M.Lundberg K.Ozenci et a1.CIM C025hi曲T ceHs are en— riehedinthetumor and peripheral blood ofprostate cancer patientsl J!. 4参考文献 J Inlmunol,2006;177:7398. . 15 Strauss L.Bergmann C.Szczepanski M J et a/.Expression ofICOS on 1 Hori S,Nomura T,Sakaguchi S.Con trol of regulatory T cell development human melanoma-infihrating CIM CD25hi F0XP3 T regulatory cej1s: bv the transcription factor FOXP3[J].Science,2003;299:1057-1061. implications and impact on tumor-mediatdo imune suppression l J j J 2 Fontenot J D,Gavin M A,Rudensky A Y.FOXP3 programs the develop- Irmnunol,2o08;180(5):2967—2980. ment and fnuction of CD4 CIY25 regnlatory T ceUs[J].Nat Innnunol, 2003;4:330—336. 3 CD4 CD25 T rKhattri R,Cox T,Yasegulatayko S A eory cellslJj.t a1.An essential role for Scurfin in [收稿2009—06—20修回2009—07.30] Nat Immunol,2003;4:337—342. 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[收稿2(x)9一()7.25修回20o9一ll一02] (编辑许四平)