白血病抑制因子（LIF）只作用于白血病嗎？
日期：2021-07-12 11:28:48
白血病抑制因子（LIF）屬于IL-6超家族的細胞因子。LIF的名字源于其在培養中抑制骨髓性白血病細胞增殖的能力[1]。隨著對LIF研究的深入，越來越多的證據表明，LIF不僅在白血病中發揮作用。那么，LIF究竟是什么？它又是如何發揮生物學功能的？除了白血病外，它還與哪些疾病有關？
1、LIF是如何發現的？
LIF從發現、克隆至今已經33年。19世紀80年代已發現了一些調節造血細胞增殖和分化的細胞因子，如粒細胞集落刺激因子（G-CSF）、巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF），Multi-CSF（IL-3）和干擾素-γ（IFN-γ）等。這些細胞因子的共同特點是：既能促進造血細胞的分化，又能刺激它們的增殖。也就是說這些細胞因子在促進白血病細胞分化的同時，也會大量增加白血病細胞的數量，這樣可能會加重白血病的病情，而不是治療白血病。所以，科學家試圖仍然需要找到一種只誘導白血病細胞分化，但不促進白血病細胞增殖的細胞因子來治療白血病。
1969年，在體外構建來自SL品系小鼠的自發性骨髓性白血病系時，研究人員發現，正常細胞的培養液能誘導M1白血病細胞系分化為成熟的巨噬細胞或粒細胞。研究人員將培養液中這些未知的誘導成分統稱為分化刺激因子，或D因子（D-factors）[2]。1981年[3]和1984年[4]科學家們分別從小鼠Krebs肉瘤細胞和小鼠L929成纖維細胞的培養液中發現了巨噬細胞和粒細胞誘導劑-2（MGI-2）和一種D因子。兩者都能誘導M1骨髓性白血病細胞而不刺激正常造血細胞的增殖。
緊接著在1987年，澳大利亞皇家墨爾本醫院沃爾特與伊麗莎醫學研究所(Walter and Eliza Hall Institute (WEHI), Royal Melbourne Hospital)的Donald Metcalf實驗室從小鼠Krebs肉瘤細胞培養液中分離出可以誘導小鼠M1髓系白血病細胞分化的蛋白，因該蛋白具有抑制M1髓系白血病細胞增殖的作用，因而被命名為白血病抑制因子。同時發現，該蛋白不能刺激正常髓系前體細胞的增殖。Donald Metcalf等認為LIF與前面所發現的MGI-2和D-因子是同一種物質，因他們最大的共同點是均可誘導小鼠M1髓系白血病細胞向巨噬細胞分化。至此，LIF蛋白被正式發現和命名，MIG-2和D-因子為其別名。隨后，Donald Metcalf實驗室分別于1987年和1988年克隆出表達小鼠LIF和人LIF的基因[5] [6]。
2、LIF的結構是什么？
如圖1所示，人和小鼠的LIF基因分別位于22q14和11A1-A2染色體上，長度分別為6.0和6.3kb，含有61/3、592/3和136個氨基酸的三個外顯子[7]，編碼區序列高度保守，同源性為78-94%。分子內的二硫鍵對維持LIF分子的結構和生物活性起著重要作用。LIF的分子量和電荷因糖基化程度不同而不同，分子量為38-64kDa，IP為8.6-9.2。LIF在體外的生物功能似乎與糖基化程度無關，但糖基化是否會影響LIF在體內的穩定性和功能還有待確定。人和小鼠的LIF在氨基酸水平上有78%的同源性，人的LIF對小鼠來源的細胞有類似的活性，而小鼠的LIF對人的細胞作用較弱。
Figure 1. The structure of human and mouse LIF gene
*圖片來源于參考文獻7。
3、LIF是如何發揮生物學功能的？
LIF可在不同的細胞中表達，包括活化的T細胞、單核細胞、膠質細胞、肝臟成纖維細胞、骨髓基質細胞、胚胎干細胞、胸腺上皮細胞和許多其他細胞。它是一種IL6類細胞因子，可通過抑制分化影響細胞生長。LIF的作用是通過一個高親和力的受體復合物介導的，該復合物由一個低親和力的LIFRβ（也稱為LIFR）和一個高親和力的亞單位gp130組成。LIFRβ是一個含有單次跨膜結構域的蛋白，是細胞因子受體中最長的，在其胞外段含有八個不同的結構域[8][9]。
LIF與LIFRβ結合后的復合物會與gpl30進一步非共價結合，形成親和力高的異質受體復合物（圖2）。在大多數細胞類型中，LIF、LIFRβ和gpl30高親和力復合物的形成是信號轉導所必須的。異質二聚體受體復合物本身沒有內在的酪氨酸激酶活性。但LIFRβ-gp130-LIF三聚體復合物的細胞質域會與Janus（JAK）激酶家族中至少三個成員相關聯，特別是JAK1、JAK2和TYK2。接著，被激活的JAK激酶通過磷酸化觸發至少三個信號途徑，包括STAT途徑、p21ras/MAP激酶途徑和PI-3激酶途徑。
Figure 2. Structure of the LIF receptor and activation of the JAK-STAT3 signaling pathway
*圖片來源于參考文獻10。
如圖2所示，可溶性細胞因子LIF與低親和力的LIFRβ-gp130（中間）結合，使它們二聚體化形成高親和力的LIFRβ-gp130-LIF復合物（左圖）。該復合物會募集細胞內的JAK激酶（Jak1），這些激酶相互自動磷酸化，進一步募集轉錄因子STAT3。磷酸化后的STAT3會二聚體化并進入細胞核。此外，LIFRβ-gp130-LIF復合物也能激活ERK和PI3K途徑。STAT3磷酸化后的二聚體會與包括SOCS3在內的各種基因啟動子結合，啟動其轉錄。SOCS3蛋白可以與LIFRβ-gp130-LIF復合物結合，阻斷JAK激酶的活性，從而抑制LIF介導的STAT3信號傳導途徑（右圖）。
4、LIF與疾病
白血病抑制因子（LIF）是一種具有多種生物功能的細胞因子，可參與誘導正常和骨髓性白血病細胞的造血分化及神經元細胞分化，調節腎臟發育過程中間質向上皮的轉化，除此之外，還可能在母胎界面的免疫耐受中發揮作用。白血病抑制因子，顧名思義，肯定是與白血病和骨髓性白血病脫不了干系。但除此之外，越來越多的研究指出LIF在癌癥中也有強大的功能，如胰腺癌和乳腺癌。
4.1、LIF與白血病
白血病是由造血細胞的增殖和分化過程失去控制導致的。科學家們一直在尋找能夠促進白血病細胞分化并同時抑制其增殖的細胞因子或藥物來治療白血病[11]。
盡管LIF被確定為骨髓性白血病分化誘導因子，但它對造血細胞的影響卻少得令人吃驚。LIF常常對造血系統中的腫瘤細胞顯示出抑制作用，并誘導這些腫瘤細胞的分化。在小鼠模型中，LIF抑制白血病M1細胞的增殖，并誘導其轉變為巨噬細胞表型，如表達Fc受體和獲得吞噬能力。LIF對單核細胞的分化也有超級誘導作用。LIF與GM-CSF、G-CSF或IL-6協同作用，抑制HL-60和U937細胞的生長并誘導其分化。LIF能增強IL-3對造血干細胞（巨核細胞的前體）的有絲分裂作用，并增加體內巨核細胞和血小板的數量。LIF還能促進成肌細胞的增殖。
4.2、LIF與癌癥
白血病抑制因子（LIF）是一種參與多個生理過程的細胞因子，包括調節細胞分化、新生和存活。目前， LIF（和LIFR）的表達已經在許多實體瘤中被注意到，包括乳腺癌、皮膚結直腸癌和鼻咽癌。LIF參與了癌癥生長和進展的一些關鍵過程，包括免疫耐受、PNI、化療和放射抗性、癌癥干細胞樣表型維持、EMT和TME發展（圖3）。
Figure 3. Cancer-promoting cellular functions of LIF
*圖片來源于參考文獻12。
如前所述，LIF是一種廣泛表達的細胞因子，具有不同的糖基化模式。而且LIF受體存在于許多不同的組織中，包括肝臟、中樞神經系統、巨噬細胞、骨骼、腎臟、胎盤、胚胎的ICM和子宮上皮。LIF可以通過一些反應使STAT3磷酸化。然后，磷酸化的STAT3形成二聚體并轉入細胞核并激活目的基因轉錄。LIF-JAK/STAT3是胰腺導管腺癌（PDAC）、CRC、卵巢癌和非小肺細胞癌（NSCLC）的一個公認的信號通路。此外，LIF還被證明可以激活其他信號通路，如YAP/TEAD和AKT/mTOR [13]。
以PDAC為例，有一些初步研究結果支持其在PDAC促進機制中的作用。在PDAC中，越來越多的研究表明，LIF作為CAFs分泌的自分泌因子，能夠自我刺激而不受TGF-β的影響。此外，它也是ECM重塑、TME成分的招募和胰腺癌細胞生長的旁分泌刺激因子[14] [15]。
5、LIF相關產品
Recombinant Human LIF, partial (Active) (CSB-MP012928HUd9)
Recombinant Human LIFR, partial (Active) (CSB-MP012929HUi9)
LIF Antibody (WB, ELISA) (CSB-PA004761)
LIFR Antibody (ELISA, WB, IHC, IF) (CSB-PA012929LA01HU)
Human LIF ELISA kit (CSB-E04651h)
LIF蛋白
Recombinant Human Leukemia inhibitory factor(LIF) (Active) （CSB-MP012928HUd9）
(Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized human LIF at 2 μg/ml can bind human LIFR (CSB-MP012929HUi9), the EC50 is 22.58-30.24 ng/ml.
參考文獻：
[1] Catalán, Victoria (2018). Obesity || Inflammatory and Oxidative Stress Markers in Skeletal Muscle of Obese Subjects. , (), 163–189.
[2] Ichikawa Y. Differentiation of a cell line of myeloid leukemia. J Cell Physiol. 1969; 74(3):223-34.
[3] Lipton JH, Sachs L. Characterization of macrophage- and granulocyte-inducing proteins for normal and leukemic myeloid cells produced by the Krebs ascites tumor. Biochim Biophys Acta. 1981; 673(4):552-69.
[4] Tomida M, Yamamoto-Yamaguchi Y, Hozumi M. Purification of a factor inducing differentiation of mouse myeloid leukemic M1 cells from conditioned medium of mouse fibroblast L929 cells. J Biol Chem. 1984; 259(17):10978-82.
[5] Gearing DP, Gough NM, King JA, et al. Molecular cloning and expression of cDNA encoding a murine myeloid leukaemia inhibitory factor (LIF). EMBO J. 1987; 6(13):3995-4002.
[6] Gough NM, Gearing DP, King JA, Willson TA, et al. Molecular cloning and expression of the human homologue of the murine gene encoding myeloid leukemia-inhibitory factor. Proc Natl Acad Sci U S A. 1988; 85(8):2623-7.
[7] Katherine A.Fitzgerald, Luke A.J.O'Neill, Andy J.H.Gearing, Robin E.Callard. The Cytokine FactsBook and Webfacts (Second Edition). 2001, Pages 346-350.
[8] Gearing DP, Thut CJ, VandeBos T, et al. Leukemia inhibitory factor receptor is structurally related to the IL-6 signal transducer, gp130 [J]. EMBO J. 1991 Oct; 10(10):2839-48.
[9] Nicola NA, Babon JJ. Leukemia inhibitory factor (LIF) [J]. Cytokine Growth Factor Rev. 2015 Oct; 26(5):533-44.
[10] Stewart, Colin L. (2018). Encyclopedia of Reproduction || Leukemia Inhibitory Factor. , (), 405–411.
[11] Hozumi M. Fundamentals of chemotherapy of myeloid leukemia by induction of leukemia cell differentiation. Adv Cancer Res. 1983; 38:121–169.
[12] Wrona E, Potemski P, Sclafani F, et al. Leukemia Inhibitory Factor: A Potential Biomarker and Therapeutic Target in Pancreatic Cancer [J]. Arch Immunol Ther Exp (Warsz). 2021. Feb 25; 69(1): 2.
[13] McLean K, Tan L, Bolland DE, et al. Leukemia inhibitory factor functions in parallel with interleukin-6 to promote ovarian cancer growth [J]. Oncogene. 2019 Feb; 38(9):1576-1584.
[14] Fu Y, Liu S, Zeng S, et al. The critical roles of activated stellate cells-mediated paracrine signaling, metabolism and onco-immunology in pancreatic ductal adenocarcinoma [J]. Mol Cancer. 2018 Feb 19; 17(1):62.
[15] Ligorio M, Sil S, Malagon-Lopez J, et al. Stromal Microenvironment Shapes the Intratumoral Architecture of Pancreatic Cancer [J]. Cell. 2019 Jun 27; 178(1): 160-175.e27.
