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腫瘤免疫微環(huán)境中免疫細胞的“兩面性”

2024-05-23 點擊量：643

前言

免疫系統(tǒng)與腫瘤之間的關(guān)系是目前癌癥領(lǐng)域研究最多的課題之一。以前，人們認為癌癥僅腫瘤本身的作用；然而，現(xiàn)在我們知道它需要不同細胞和細胞因子的支持，即腫瘤微環(huán)境（TME）。在構(gòu)成TME的成分中，負責支持腫瘤的免疫細胞，在這種腫瘤環(huán)境中起著關(guān)鍵作用。雖然在正常情況下，免疫細胞可以在癌癥免疫監(jiān)測過程中識別和摧毀新生的腫瘤細胞，但在癌癥免疫編輯過程中，它們可能會受到腫瘤存在的不同因素的影響。免疫細胞可以充當監(jiān)護人（抗腫瘤免疫）或腫瘤的旁觀者或支持者（促腫瘤免疫），這一事實使它們成為TME中的一把“雙刃劍”。

腫瘤微環(huán)境

長期以來，幾乎所有的研究都只專注于單個腫瘤細胞，人們認為腫瘤是由增殖的癌細胞組成的組織腫塊；然而，在19世紀，Stephen Paget通過種子和土壤理論對TME的描述證實了腫瘤包含各種非癌細胞。在過去25年中，腫瘤作為一個復雜的器官進行了研究，表明整個腫瘤成分（腫瘤細胞）本身不是惡性的，但它們需要腫瘤基質(zhì)（非腫瘤細胞）的作用來促進腫瘤的發(fā)生，包括持續(xù)的炎癥。事實上，在其初始階段，腫瘤細胞能夠指導TME形成血管，以招募營養(yǎng)因子、細胞衍生囊泡和免疫細胞，從而促進許多癌癥特征的發(fā)展。

構(gòu)成TME和腫瘤細胞的腫瘤基質(zhì)包括基底膜、細胞外基質(zhì)（ECM）、成纖維細胞、各種癌癥相關(guān)成纖維細胞（CAF）、血管生血管細胞（AVC）、內(nèi)皮細胞、支持粘液細胞、膠質(zhì)細胞、平滑肌、上皮細胞、，脂肪細胞和浸潤性免疫細胞（IIC）。此外，TME還含有細胞因子、趨化因子、生長因子和抗體。

TME如何影響腫瘤發(fā)生、癌癥進展和轉(zhuǎn)移的研究越來越多。目前，已有的研究表明，腫瘤可以改變其微環(huán)境，而微環(huán)境可以影響腫瘤的生長和擴散。TME在調(diào)節(jié)癌癥患者的免疫反應中起著關(guān)鍵作用。腫瘤細胞及其微環(huán)境通常會產(chǎn)生大量免疫調(diào)節(jié)分子，這些分子會對免疫細胞的功能產(chǎn)生負面（抑制因子）或正面（激活因子）影響。因此，TME能夠根據(jù)TME的組成將免疫反應從腫瘤破壞性模式轉(zhuǎn)換為腫瘤促進模式。其中，TME中的免疫細胞、可溶性介質(zhì)（細胞因子、趨化因子、血管生成因子、淋巴管生成因子和生長因子）和細胞受體在免疫反應中起著關(guān)鍵作用。

TME中免疫細胞的雙重作用

免疫細胞包括不同的細胞群：白細胞分為粒細胞（中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞）、單核細胞和淋巴細胞（T淋巴細胞和B淋巴細胞），還有紅細胞、血小板、肥大細胞、樹突狀細胞（DC）和固有淋巴細胞（ILC）。所有這些細胞都來源于骨髓中的造血干細胞（HSC）。

在涉及的因素中，腫瘤源性細胞因子、趨化因子甚至代謝條件（pH、氧氣水平和營養(yǎng)素）都可以影響TME中的免疫細胞功能。根據(jù)TME的不同，免疫細胞將相應地分泌不同的因子，從而確定其抗腫瘤或促腫瘤作用。

粒細胞

多項研究表明，TME中的腫瘤相關(guān)中心粒細胞（TAN）促進腫瘤細胞的增殖、外滲和遷移。TAN可釋放顆粒成分，如彈性蛋白酶，以促進癌細胞的增殖和侵襲。TAN還通過分泌IL-1β和MPPs促進腫瘤細胞向轉(zhuǎn)移前龕的外滲，從而促進癌細胞的擴散。除了促腫瘤作用外，TAN還通過產(chǎn)生ROS和TRAIL來介導腫瘤細胞的細胞毒性。

具有抗腫瘤作用的中性粒細胞被稱為“N1”TAN，而具有促腫瘤作用的中性粒細胞被稱為“N2”TAN。研究表明，TME通過分泌各種細胞因子影響N1和N2亞群的平衡，例如，TGF-β、IL-6、G-CSF和IL-35可誘導TAN的促腫瘤極化，IFN-β和IL-12可誘導TAN的抗腫瘤極化。研究還表明，TAN與TME中的淋巴細胞相互作用并調(diào)節(jié)其功能。在4T1荷瘤小鼠中，N2 TAN抑制NK細胞介導的腫瘤細胞清除，從而促進腫瘤轉(zhuǎn)移。N2 TAN還通過分泌CCL17將Treg招募到TME中，從而促進腫瘤生長。相反，N1 TAN產(chǎn)生趨化因子，如CCL3、CXCL9、CXCL10，將CD8+T細胞招募到TME中，并分泌細胞因子（如IL-12、TNF-α和GM-CSF），以激活CD8+T細胞的細胞毒性，從而提供抗腫瘤作用。

肥大細胞

腫瘤相關(guān)肥大細胞（TAMC）在人類實體瘤中的預后價值尚不清楚，且存在爭議。然而，眾所周知，MCs通過釋放IL-1、IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ、TGF-β、MCP-3、MCP-4、白三烯B4（LTB4）和糜蛋白酶，可促進炎癥、抑制腫瘤細胞生長和誘導腫瘤細胞凋亡。此外，在肺癌小鼠模型中，前列腺素D2（PGD2）分泌與抑制血管生成和血管通透性相關(guān)。目前，已知它們與一些人類癌癥的良好預后相關(guān)，如非小細胞肺癌、乳腺癌和前列腺癌。

當作為促腫瘤細胞激活時，TAMC能夠促進：（1）腫瘤細胞的增殖和存活；（2）通過分泌血管生成成分，包括IL-8、TNF-α、TGF-β、神經(jīng)生長因子（NGF）、VEGF、成纖維細胞生長因子（FGF-2）和尿激酶型纖溶酶原激活劑（uPA），實現(xiàn)血管生成和淋巴管生成；（3）通過釋放MMP、類胰蛋白酶和糜蛋白酶促進侵襲和轉(zhuǎn)移；（4） TME免疫抑制。有趣的是，在這種情況下，腫瘤內(nèi)MCs與不良預后相關(guān)。它們具有促腫瘤活性，因為它們能夠通過表達顯著更高水平的免疫抑制分子PD-L1來破壞人類胃癌的抗腫瘤免疫，從而抑制T細胞免疫。因此，在CRC患者、胃癌、PDAC、乳腺癌、肺癌和前列腺癌患者中，MCs與較差的預后相關(guān)

巨噬細胞

腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAM）在功能上是異質(zhì)性的，分為兩個主要亞群，M1和M2巨噬細胞。在對脂多糖（LPS）、IFN-γ和GM-CSF的反應中，M1巨噬細胞經(jīng)歷經(jīng)典激活并優(yōu)先分泌抗菌分子和促炎細胞因子，包括活性氧（ROS）、一氧化氮（NO）和IL-6。M1巨噬細胞是抵抗微生物感染的第一道防線。M1巨噬細胞還保持強大的抗原呈遞能力，誘導強烈的Th1反應。

相反，M2巨噬細胞受IL-4、IL-13、IL-10和CSF-1的作用經(jīng)歷選擇性激活，并優(yōu)先分泌抗炎細胞因子，包括轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）、IL-10以及蛋白酶（如精氨酸酶-1和MPPs）。M2巨噬細胞在限制免疫反應、誘導血管生成和組織修復方面起著關(guān)鍵作用。因此，M2樣TAM的存在與促腫瘤活性相關(guān)，而M1樣TAM的存在與抗腫瘤活性相關(guān)。

TAM通過分泌促炎癥介質(zhì)，如TNF-α和ROS，創(chuàng)造有利于腫瘤啟動的誘變微環(huán)境。

在非小細胞肺癌患者中，免疫檢查點配體PD-L1的表達在腫瘤浸潤性免疫細胞中上調(diào)，其中富含M2樣TAM。機理研究表明，暴露于乳酸后，TAMs上PD-L1的表達上調(diào)。PD-L1與T細胞上PD-1的相互作用抑制了T細胞增殖并誘導T細胞凋亡，從而導致免疫耐受。同時，TAM通過表達PD-L1和分泌抗炎細胞因子IL-10抑制CD4+輔助性T細胞的擴增。

另外， TAM通過分泌趨化因子CCL22以招募Treg，通過分泌TGF-β，來增強Treg的功能。人類TAM還分泌表皮生長因子（EGF）以增強腫瘤細胞的侵襲性。TAM均上調(diào)MMP，MMP降解間質(zhì)膠原，上調(diào)膠原的合成和組裝，以重塑TME，有利于腫瘤細胞的侵襲。

樹突狀細胞

樹突狀細胞是最有效的抗原呈遞細胞（APCs），連接先天免疫和適應性免疫。DC在生理條件下具有表型和功能異質(zhì)性。作為對微生物感染的反應，細胞外微生物蛋白通常被成熟DC吞噬或內(nèi)吞，并通過II類主要組織相容性復合體（MHC）分子呈現(xiàn)給CD4+T細胞。相反，胞漿微生物蛋白通常通過I類MHC分子呈現(xiàn)給CD8+T細胞。滲透到TME中的DC包括處于不同發(fā)育階段的不同亞群。這些腫瘤相關(guān)樹突狀細胞根據(jù)樹突狀細胞亞群和腫瘤分期發(fā)揮免疫刺激或免疫抑制作用。

傳統(tǒng)DC（cDC）：cDC由兩個表型和功能不同的亞群組成。人cDC1表達CD11c、MHC-II、BDCA3、CD141、XCR1、CLEC9A和DNGR1。人cDC1表達toll樣受體（TLR）并分泌促炎性細胞因子，包括IL-12p70和IFN-α，以響應感染誘導Th1反應。cDC1刺激抗腫瘤免疫反應，cDC1特異性基因標記一直被用作癌癥患者的積極預后標志物，cDC1在腫瘤中的存在與良好的臨床結(jié)果相關(guān)。

cDC2更豐富，表達CD11c、MHC-II、BDCA1、CD172a（SIRPα）、CD115（CSF-1R）和CD11b。人cDC2產(chǎn)生各種細胞因子，如IL-10和IL-23，并將抗原呈遞給CD4+輔助性T細胞，從而激活效應性T細胞，包括Th2細胞和Th17細胞。cDC1啟動dLN不同區(qū)域的CD8+T細胞，而cDC2啟動dLN不同區(qū)域的CD4+T細胞。盡管cDC2激活的效應T細胞主要是導致免疫耐受的Treg但在人類和小鼠模型中，cDC2基因標記的表達與陽性預后相關(guān)。因此，cDC1和cDC2都有利于抗腫瘤免疫。

漿細胞樣DC（pDC）: 與分泌抗體的漿細胞具有相同形態(tài)的DC稱為pDC。人pDC為CD123+CD303+CD304+CD11c?, 在應對病毒感染時，pDC通過TLR識別病毒核酸，分泌I型干擾素IFN-α，并在抗病毒防御中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而腫瘤浸潤性pDC會導致IFN-α的減少并維持了體內(nèi)FoxP3+Tregs的擴增，促進了免疫耐受和腫瘤的進展。此外，黑色素瘤患者中的pDC表達吲哚胺2,3-雙加氧酶，可消耗色氨酸, 導致T細胞無能和免疫耐受。表明pDC可誘導免疫抑制性免疫反應。

除了免疫抑制作用外，一些研究表明pDC可誘導免疫刺激反應。CD123+pDC位于原發(fā)性黑色素瘤的瘤周區(qū)域，與CD8+T細胞密切接觸。功能分析顯示，人和小鼠pDC均能激發(fā)CD8+T細胞，導致其活化并分化為細胞溶解性和產(chǎn)生IFN-γ的效應T細胞，并使體內(nèi)腫瘤消退。

TME的人CD2^highpDC表達高水平的顆粒酶B、TRAIL和溶菌酶，限制腫瘤細胞的增殖并介導腫瘤細胞的接觸依賴性殺傷。此外，CD2^highPDC也能有效分泌IL-12p40，它能刺激幼稚T細胞，導致T細胞擴增和免疫反應。因此，pDC在腫瘤發(fā)展過程中既發(fā)揮促腫瘤作用，又發(fā)揮抗腫瘤作用。

單核細胞源性DC（MoDC）: 作為對感染的反應，循環(huán)單核細胞進入組織并分化為DC, 這些DC稱為MoDC或炎性DC（inf DC），在人類中表達CD1a、BDCA1、CD11c、MHC II和CD64。在某些癌癥的TME中觀察到MoDC，MODC能夠有效表達TNF-α和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）, iNOS介導產(chǎn)生的NO抑制T細胞增殖，表明MoDCs誘導免疫抑制反應。此外，在淋巴瘤小鼠模型中，過繼轉(zhuǎn)移的CD8+T細胞介導的抗腫瘤作用依賴于DC表達的一氧化氮合酶2（NOS2），提示MODC具有免疫刺激作用。因此，MoDC在腫瘤中的功能需要進一步研究。

NK細胞

NK細胞可以自發(fā)發(fā)揮作用，而無需事先致敏。此外，它們在細胞觸發(fā)時快速產(chǎn)生IFN-γ和TNF-α的能力，導致對致癌轉(zhuǎn)化的早期反應。因此，其對腫瘤細胞的即時干預，包括其促進炎癥發(fā)生的作用，與它們積極參與腫瘤的免疫監(jiān)測有關(guān)。

NK細胞通過其細胞毒性反應參與溶瘤作用，NK細胞的效應免疫反應涉及多種細胞因子（IFN-γ、IL-10、IL-5、IL-13、TNF-α和GM-CSF）和趨化因子（MIP-1α、MIP-1β、IL-8和CCL5）的分泌。值得注意的是，NK細胞表達的CD96、CD161和CD244等分子可以作為共受體，調(diào)節(jié)細胞溶解活性和細胞因子的產(chǎn)生，IFN-γ是NK最常見的細胞因子之一，是NK通過激活其表面受體NKG2D分泌的，在抗腫瘤活性中起著關(guān)鍵作用。

盡管NK細胞在抗腫瘤活性方面的貢獻眾所周知，但由于TME試圖逃避NK細胞監(jiān)測的影響，它們可以被調(diào)節(jié)并表現(xiàn)為促腫瘤表型。其作為促腫瘤細胞的作用機制與免疫編輯和免疫抑制有關(guān)。

一方面， TME對NK受體有影響，一項研究表明，中和TME恢復了NK細胞的細胞毒性活性，增強了NKG2D的表達；另一方面， TME通過耐受性免疫細胞（如Treg、MDSCs、TAMs）以及可溶性因子（如PGE2、TGF-β、IL-6等）誘導免疫抑制環(huán)境，這些都會導致NK細胞的功能障礙。在這種情況下，TME的免疫抑制作用會導致NK細胞以促腫瘤的方式發(fā)揮作用，有研究在一些CRC患者中報告此類情況。

B細胞

自20世紀70年代以來，人們普遍認為B細胞只具有促腫瘤功能，因為在一些小鼠模型中，B細胞抗體的行為可能有利于癌癥的發(fā)生和擴散。然而，近年來，進一步的研究顯示了其在抗腫瘤免疫中的作用。事實上，在對54個癌癥研究的分析中，有50%的研究報告對腫瘤浸潤性B細胞的預后影響呈陽性，其余9%為不良，41%中性。在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤中，TIL B細胞被認為是僅次于CD8+TIL的第二個最佳疾病預后預測因子。此外，TILs B細胞還能夠在癌癥環(huán)境中表現(xiàn)出抗原驅(qū)動的克隆擴增、類別轉(zhuǎn)換和親和力成熟。

TIL B細胞和腫瘤內(nèi)產(chǎn)生的抗體可通過以下機制促進抗腫瘤活性：（1）向CD4+和CD8+T細胞呈遞腫瘤源性抗原；（2）改變其抗原靶點對癌細胞的功能；（3）促進腫瘤細胞的調(diào)理作用，導致通過DC上的Fcγ受體攝取抗原，并增強DC的呈遞作用；（4）激活補體級聯(lián)；（5）通過ADCC，導致巨噬細胞和NK細胞活化；（6）通過ADCP發(fā)揮作用；（7）產(chǎn)生具有細胞毒性免疫應答的IFN-γ和IL-12；（8）通過顆粒酶B和TRAIL殺死腫瘤細胞。

在促腫瘤方面，B細胞可以通過IL-10的產(chǎn)生激活補體，從而誘導促腫瘤活性。促進癌癥生長和進展的機制之一是癌癥中免疫復合物的生成，免疫復合物可由抗腫瘤抗體生成。此外，巨噬細胞也可以被激活，并通過促炎介質(zhì)與先前由B細胞生成的免疫復合物結(jié)合，促進促腫瘤活性。

關(guān)于細胞因子的產(chǎn)生，B細胞衍生的免疫抑制細胞因子可以抑制CD8+CTL和NK細胞功能。這些細胞因子包括：IL-10、TGF-β、IL-35、IL-21和TNF-β。此外，Breg細胞還能夠產(chǎn)生腺苷，參與抑制T細胞活化。在最近的研究中，較高水平的Breg細胞表明，尿路上皮性膀胱癌和胃癌患者預后不良。

CD4+T細胞

Th細胞作為免疫反應的中央?yún)f(xié)調(diào)器，在細胞免疫反應的放大和調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用。關(guān)于腫瘤，Th細胞具有多方面的作用：（1）通過分泌細胞因子，如IFN-γ和TNF-α，幫助B、NK細胞和CD8+CTL；（2）支持體液和細胞毒性反應；以及（3）直接抗腫瘤活性。由于這些特點，它們在發(fā)展和維持有效的抗腫瘤免疫、調(diào)節(jié)針對癌癥的適應性免疫反應以及作為腫瘤免疫微環(huán)境中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子方面的基本作用毋庸置疑。此外，它們也是免疫治療的靶點，重點在于它們激活CD8+CTL反應的能力。

在促腫瘤方面，CD4+T細胞可能受TME的影響，產(chǎn)生支持腫瘤生存的促腫瘤功能的細胞因子。它們可能與其他類型的細胞聯(lián)合作用，如MDSCs、TAMs。此外，由于其可塑性可以轉(zhuǎn)化為Treg，Th1-Treg轉(zhuǎn)化是小鼠和人類肺癌的特征。

Th2細胞主要與促腫瘤活性有關(guān)。它們通過增強血管生成、抑制細胞介導免疫殺死腫瘤細胞發(fā)揮作用。Th2介導的免疫中有一些關(guān)鍵因素可以發(fā)揮促腫瘤作用，例如嗜酸性粒細胞（IL-10抑制CTL對腫瘤細胞的溶解）、IL-13（NKT細胞衍生的IL-13抑制CTL激活）；2型CD8+T細胞（分泌IL-10的Tc2細胞）、B細胞（通過IL-10分泌和免疫復合物的形成抑制CTL介導的腫瘤清除）。

調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）是另一種Th亞群，其特點是在同種狀態(tài)和炎癥中都具有免疫抑制活性和耐受功能。由于本質(zhì)上被認為是免疫抑制性的，它們本身并不像傳統(tǒng)T細胞那樣具有抗腫瘤活性。它們被認為是TME的支持，因為其可以通過IL-10和TGF-β的產(chǎn)生抑制TME中的抗腫瘤免疫效應器反應。

CD8+T細胞

CD8+T細胞是抗腫瘤免疫反應的主要效應細胞，通過MHC-I特異性識別APC呈遞的抗原肽后，原始CD8+T細胞被激活，然后分化為細胞毒性效應T細胞。它們通過細胞毒性作用執(zhí)行效應器功能，導致靶細胞死亡。與NK細胞類似，CD8+T細胞可以順序結(jié)合和攻擊多個靶細胞。因此，它們殺死腫瘤細胞的能力使它們在抗腫瘤免疫中起著關(guān)鍵作用。

在促腫瘤方面，CD8+T細胞有多個亞群（Tc1、Tc2、Tc9、Tc17、Tc22），但并非所有亞群都具有細胞毒性功能。Tc17細胞（以IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22產(chǎn)生和低水平顆粒酶B為特征）在不同的癌癥中表現(xiàn)出雙重作用，在食管鱗癌患者表現(xiàn)為抗腫瘤，而在HNSCC患者中表現(xiàn)為促腫瘤活性。此外，低Tc1/Tc2比率與涎腺腫瘤患者的不良預后相關(guān)。Tc22增加IL-22與促腫瘤活性呈正相關(guān)，因為它能夠誘導移植相關(guān)SSC患者的腫瘤生長。

TME影響和調(diào)節(jié)的另一個機制是“CD8+T細胞耗竭”。這一過程導致效應器功能逐漸喪失，從而產(chǎn)生缺陷激活的腫瘤特異性T細胞。這種效應器功能的缺失涉及TNF-α、IFN-γ的缺失[519]和免疫檢查點分子的高水平表達，。因此，由于存在免疫耐受和免疫抑制機制，腫瘤特異性耗竭的T細胞無法在晚期控制腫瘤進展。

小結(jié)

目前，眾所周知，免疫系統(tǒng)能夠通過其抗腫瘤免疫殺死腫瘤和轉(zhuǎn)化細胞。然而，通過一種稱為“癌癥免疫編輯”的過程，這種能力可能會受到損害，導致腫瘤細胞可以逃避免疫監(jiān)視，從而觸發(fā)腫瘤生長。在這個過程中，為了生存，腫瘤創(chuàng)造了免疫抑制性的微環(huán)境，使本來具有抗腫瘤作用的免疫細胞可以轉(zhuǎn)化為功能障礙、旁觀者甚至促腫瘤細胞

在這種情況下，TME和免疫細胞以雙向方式影響彼此的命運。因此，TME已成為癌癥生物學中最重要的研究領(lǐng)域之一。更好地理解免疫逃避過程以及免疫細胞與TME之間的關(guān)系，可能有助于我們開發(fā)藥物控制免疫細胞，終結(jié)腫瘤的免疫逃避。

參考文獻：

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