葛婷雯，崔久嵬

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院腫瘤中心，長春 130021)

·腫瘤與微環(huán)境檢測·

腫瘤與腫瘤炎癥微環(huán)境相互促進機制研究進展*

葛婷雯，崔久嵬

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院腫瘤中心，長春 130021)

腫瘤細胞影響下的腫瘤微環(huán)境以低氧、低pH、組織高壓為主要特點，這些特點通過不同的途徑影響了免疫細胞的功能，并促進了腫瘤炎癥微環(huán)境的形成。同時，腫瘤炎癥微環(huán)境中的抑制性免疫細胞(如TAMs等)和致癌炎癥介質(zhì)(如TNF-α、IL-6、TGF-β)可通過NF-κB和STAT3信號通路促使腫瘤細胞增殖并誘導(dǎo)腫瘤血管生成，促進腫瘤的免疫逃逸以及腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。正確認識腫瘤與腫瘤炎癥微環(huán)境相互促進的機制，可為腫瘤預(yù)防和治療提供有價值的靶點。

腫瘤；炎癥；腫瘤微環(huán)境；信號通路；調(diào)控因子

在腫瘤與宿主博弈的過程中，腫瘤細胞并非孤軍深入，而是編織了復(fù)雜的調(diào)控關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，即腫瘤微環(huán)境。在腫瘤細胞與微環(huán)境共同進化的過程中，腫瘤的發(fā)展促進了炎癥微環(huán)境的形成，而腫瘤炎癥微環(huán)境中的免疫細胞、細胞因子可激活相關(guān)信號通路,進一步促進腫瘤的進展。目前，針對腫瘤炎癥微環(huán)境的研究重點已經(jīng)從腫瘤微環(huán)境中浸潤免疫細胞的性質(zhì)轉(zhuǎn)移至炎癥-致癌通路、抑制性免疫細胞和調(diào)控因子在炎癥與腫瘤相互促進中發(fā)揮的主要作用上。本文重點討論在腫瘤細胞影響下，以低氧、低pH、組織高壓為特點的微環(huán)境如何影響免疫細胞，促進腫瘤炎癥微環(huán)境的形成；而腫瘤炎癥微環(huán)境又如何進一步促進腫瘤的發(fā)展；以及如何靶向作用于上述環(huán)節(jié)，為腫瘤治療提供新的策略。報道如下。

1 腫瘤促進腫瘤炎癥微環(huán)境的形成

腫瘤細胞可誘導(dǎo)血管新生，而腫瘤血管分布畸形導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境缺氧。腫瘤血管內(nèi)皮細胞不完整導(dǎo)致血管舒縮功能降低，血管內(nèi)阻力增大，血管高滲，組織高壓。另外，腫瘤細胞選擇有氧糖酵解供能，產(chǎn)生大量乳酸[1]。所以，腫瘤影響下的腫瘤微環(huán)境以低氧、低pH、組織高壓為主要特點，這些特點影響了免疫細胞的功能，并促進了腫瘤炎癥微環(huán)境的形成。

1.1低氧對腫瘤炎癥微環(huán)境的影響 低氧能夠影響樹突狀細胞表面的成熟標志、共刺激分子、趨化因子受體的表達及其活化T細胞的能力[2]。另外，低氧雖然不會改變NK細胞表面的識別受體的表達，但會抑制殺傷細胞活化性受體NKG2D以及NK細胞內(nèi)穿孔素和顆粒酶B的表達，這表明低氧能夠減弱NK細胞的殺傷功能[3]。此外,缺氧對于T細胞功能影響的機制目前仍不清楚[4]。目前對于缺氧影響T細胞功能的理解仍停留在缺氧敏感性基因，如脯氨酰羥化酶域蛋白(PHD)、Von Hippel-Lindau (VHL)、缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF1α)的調(diào)控上[4]。體外實驗表明，缺氧降低了T細胞的增殖，并且對T細胞的存活能力有一定的影響[5]。對荷瘤小鼠給予吸氧治療來降低腫瘤微環(huán)境中的缺氧程度，獲得氧氣后，可增強浸潤CD8+T細胞的功能，增加促炎細胞因子的產(chǎn)生，減少小鼠的腫瘤負荷并延長生存期[6]。所以，缺氧對T細胞和腫瘤細胞發(fā)揮功能非常重要。

1.2低pH對腫瘤炎癥微環(huán)境的影響 乳酸可通過影響多種免疫細胞功能，促進腫瘤免疫逃逸及疾病進展[7](圖1)。細胞毒性T細胞(CTL)糖酵解產(chǎn)生的乳酸可通過單羧酸轉(zhuǎn)運子(monocar-boxylate transporter, MCT)排出細胞，而腫瘤微環(huán)境中的高乳酸狀態(tài)抑制這一過程，使細胞毒性T細胞產(chǎn)生細胞因子(如IL-2、IL-6、IL-13、IFF-γ、TNF-β等)、穿孔素及粒酶的能力降低了95%，細胞毒性功能降低了50%[8]。微環(huán)境中乳酸過剩還可抑制單核巨噬細胞的遷移能力，并使其釋放的腫瘤壞死因子和IL-6減少。同時，在乳酸的作用下，巨噬細胞表型向M2型轉(zhuǎn)化，使其抗原提呈功能受抑，從而促進免疫逃逸的發(fā)生[9]。另外，乳酸對腫瘤細胞免疫逃逸的促進作用可能還涉及NK細胞。Husain等[10]研究發(fā)現(xiàn)，體外乳酸處理NK細胞可使其細胞分裂功能下降，并伴有NK細胞穿孔素及顆粒酶的表達下調(diào)。而將敲除乳酸脫氫酶的胰腺癌細胞系Pan02移植入小鼠體內(nèi)形成移植瘤后NK細胞的分裂功能增強，并且可伴隨對免疫有負調(diào)控作用的骨髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)含量下降。

1.3組織高壓對腫瘤炎癥微環(huán)境的影響 腫瘤微環(huán)境的另一個重要的特點就是組織高壓。雖然研究證實許多實體腫瘤內(nèi)和周圍存在淋巴管的新生，但功能性淋巴管缺乏。Saroussi等[11]研究發(fā)現(xiàn)，將有功能活性的淋巴管人工植入腫瘤后，可有效緩解腫瘤間質(zhì)的壓力水平。另外，腫瘤間質(zhì)壓力水平增高會影響抗腫瘤免疫細胞的功能，使得免疫細胞釋放大量的生長因子、細胞趨化因子和各種蛋白質(zhì)水解酶來參與調(diào)節(jié)。由于腫瘤的存在，這種組織高壓與免疫炎癥反應(yīng)也會持續(xù)產(chǎn)生，并促進腫瘤的增殖、侵襲、黏附、血管生成，使腫瘤成為了“永不愈合的傷口”。

2 腫瘤炎癥微環(huán)境對腫瘤的促進作用

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多因素、多步驟、多機制共同導(dǎo)致的結(jié)果，似乎單獨的炎癥或基因組改變不足以引發(fā)腫瘤并促進腫瘤的發(fā)展。研究表明，K-RAS癌基因誘導(dǎo)胰腺癌發(fā)生需要慢性胰腺炎的參與，并通過感染免疫損傷等外源性途徑和癌基因激活等內(nèi)源性途徑相互作用，共同引發(fā)腫瘤[12]。在外源性途徑和/或內(nèi)源性途徑介導(dǎo)下，轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、STAT3、HIF1α被激活，各種不同的細胞因子、趨化因子、前列腺素等炎性介質(zhì)大量產(chǎn)生, TAM、MDSC、肥大細胞、中性粒細胞等各種炎性細胞被招募，并進一步加重促炎反應(yīng)，最后通過影響細胞的增殖、存活，促進血管新生，抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)，促進腫瘤細胞浸潤及轉(zhuǎn)移，最終介導(dǎo)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展(圖2)。下文將詳細闡述TAM和幾個重要的細胞因子對腫瘤的促進作用。

注：MDSCs, 骨髓源性抑制細胞；CAFs，腫瘤相關(guān)成纖維細胞；MCT-1，單羧酸轉(zhuǎn)運子-1；MCT-4，單羧酸轉(zhuǎn)運子-4；GLUT-1，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1；LDH5，乳酸脫氫酶5；VEGF，血管內(nèi)皮生長因子。

圖1 乳酸對炎癥免疫的影響

圖2 腫瘤炎癥微環(huán)境對腫瘤的促進作用

2.1TAMs 巨噬細胞是腫瘤炎性微環(huán)境中浸潤的主要炎性細胞之一，其來源于骨髓CD34+祖細胞，按其活化途徑及功能可分為經(jīng)典活化途徑(M1型)和替代活化途徑(M2型)。在腫瘤炎性微環(huán)境中轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)的誘導(dǎo)下，腫瘤間質(zhì)中的巨噬細胞傾向于分化為M2型特征的TAMs。TAMs在STAT3活化時可直接通過釋放IL-10，或間接通過釋放IL-23上調(diào)Treg活性，從而抑制抗腫瘤免疫細胞的免疫應(yīng)答，介導(dǎo)腫瘤的免疫逃逸[13]。TAMs細胞分泌的TNF-α和IL-1可促進腫瘤細胞分泌血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)，同時其表達的精氨酸酶-1(Arginase-1, Arg-1)、環(huán)氧化酶-2 (Cyclooxygenase-2, COX-2)及誘導(dǎo)性一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase, iNOS)明顯升高，促進腫瘤細胞增殖和分化[14]。TAMs還能分泌基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metallopeptidase, MMP)，其可通過降解胞外基質(zhì)成分促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移[15]。

2.2IL-6 IL-6被認為是銜接炎癥與腫瘤最為核心的炎癥因子，在促進腫瘤血管生成過程中發(fā)揮重要作用。研究表明IL-6在腸癌和胃癌中的表達呈高水平，并與VEGF相關(guān)，此外，IL-6能誘導(dǎo)胃癌細胞系VEGF的表達并且呈劑量依賴性[16]。在宮頸癌中，IL-6能通過激活STAT3途徑促進新生血管形成。IL-6的分泌和STAT3的磷酸化可上調(diào)參與新生血管形成的介質(zhì)，例如VEGF、低氧誘導(dǎo)因子-1α(Hypoxia-inducible factor，HIF-1α)、VEGFR2共受體和neuropilin1 (NRP1)[17]。在卵巢癌移植瘤模型中，通過使用高親和力抗IL-6抗體司妥昔單抗(Siltuximab)，使腫瘤新生血管形成、TAMs浸潤和細胞因子的產(chǎn)生減少[18]。此外，在頭頸部腫瘤中，IL-6能通過JAK/STAT3/Snail信號途徑上調(diào)波形蛋白的表達，同時下調(diào)E-cadherin的表達，誘導(dǎo)腫瘤細胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial- Mesenchymal Transitions,EMT)的發(fā)生，可增強腫瘤細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移[19]。

2.3TGF-β TGF-β是腫瘤細胞EMT形成過程中重要的炎癥介質(zhì)，在促進腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移中起到重要作用。SMAD2、SMAD3和SMAD4通過TGF-β信號通路促進EMT活化，使上皮細胞相互緊密連接的形態(tài)發(fā)生改變，并伴有上皮細胞的標志性分子鈣黏蛋白、緊密鏈接蛋白-1等表達降低或喪失，利于腫瘤細胞進入血液或淋巴循環(huán)系統(tǒng)，促進腫瘤向靶組織轉(zhuǎn)移[20]。此外，TGF-β可以通過誘導(dǎo)腫瘤細胞產(chǎn)生促血管生成素-4，影響血管內(nèi)皮細胞與細胞之間的作用，從而降低肺毛細血管的完整性，促進腫瘤細胞-內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)運[21]。

2.4TNF-α TNF-α表達水平的高低與腫瘤血管的生成密切相關(guān)，高水平的TNF-α抑制新生血管形成，其抗血管形成作用與ανβ3和血管緊張素信號途徑下調(diào)有關(guān)[22]。在不同的小鼠腫瘤模型體內(nèi)低水平的TNF-α能夠促進腫瘤生長，誘導(dǎo)血管形成，并能誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)髓細胞表達內(nèi)皮細胞及髓系細胞的分子標記，促進新生血管形成的作用[23]。

3 靶向藥物的臨床應(yīng)用及檢測技術(shù)的進展

針對TAMs和MDSCs靶向藥物的研究目前較為廣泛，為確保使用的安全性，其藥物均來自獲得美國FDA批準的藥物庫。值得注意的是，許多藥物調(diào)節(jié)TAMs及MDSCs的功能常常是來自最初為其他治療而設(shè)計的藥物的脫靶效應(yīng)。其主要作用機制為：(1)抑制TAMs和MDSCs的招募和增殖；(2)耗盡TAMs和MDSCs；(3)還原它們的抗腫瘤免疫表型；(4)分化不成熟的髓系細胞；(5)通過藥物阻斷其促腫瘤因子的釋放[24]。對于治療前后的檢測與評價，TAMs目前可應(yīng)用核磁成像技術(shù)實現(xiàn)活體檢測，靜脈注射微小順磁性氧化鐵(ultra-small superparamagnetic iron oxide，USPIO)或全氟化碳(perfluorocarbons，PFCs)可標記檢測TAMs[25]，而MDSCs則通過流式細胞術(shù)檢測外周血MDSCs比例，以此評價療效或預(yù)后判斷[26]。

另外，針對NF-κB和STAT3信號通路，可通過抑制通路上的蛋白質(zhì)活性來阻斷腫瘤細胞的生長或增殖，從而減少腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移，使治療效果得以改善[27]。例如,非甾體抗炎藥和COX-2抑制劑除了可以抑制花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素外，還可以直接影響NF-κB的活性，COX-2抑制劑SC236可直接抑制RelA的核轉(zhuǎn)位[28]。舒林酸可以通過直接抑制IKKβ的活性抑制NF-κB細胞通路，增強腫瘤壞死因子(TNF)誘導(dǎo)的胃癌細胞系MKN45和宮頸癌細胞系Hela的凋亡[28]。同時，靶向腫瘤微環(huán)境中炎癥因子的新型生物制劑，也能夠?qū)崿F(xiàn)抗腫瘤作用。例如，靶向TNF-α的英夫利西單抗可使61%腎癌患者獲得部分緩解或疾病穩(wěn)定超過3個月[29]；靶向IL-6的單克隆抗體Siltuximab雖然對順鉑耐藥的卵巢癌沒有產(chǎn)生客觀應(yīng)答，但是能抑制IL-6依賴的炎性介質(zhì)產(chǎn)生(CCL2、CXCL12)、腫瘤血管新生和腫瘤相關(guān)的巨噬細胞的浸潤[30]。

4 小結(jié)及展望

相信隨著研究的不斷深入，腫瘤與腫瘤炎癥微環(huán)境相互促進作用的機制越來越明晰。腫瘤所致的低氧、低pH、組織高壓的微環(huán)境影響了免疫細胞的功能，并促進了腫瘤炎癥微環(huán)境的形成。同時，腫瘤炎癥微環(huán)境中的抑制性免疫細胞和致癌炎癥介質(zhì)又能夠進一步通過NF-κB和STAT3信號通路，促使腫瘤細胞增殖并誘導(dǎo)腫瘤血管生成，促進腫瘤的免疫逃逸，以及腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移。未來可通過阻斷關(guān)鍵的信號通路，引入有效、可控的炎性反應(yīng)來打破腫瘤免疫抑制，增強腫瘤特異性免疫應(yīng)答，從而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)，這將為精準腫瘤免疫治療提供新的策略。

[1]Strickland M, Stoll EA. Metabolic Reprogramming in Glioma[J].Front Cell Dev Biol,2017, 5:43.

[2]Mancino A, Schioppa T, Larghi P,etal.Divergent effects of hypoxia on dendritic cellfunctions[J]. Blood, 2008, 112(9):3723-3734.

[3]Sarkar S, Germeraad WT, Rouschop Km,etal. Hypoxia induced impairment of NK cell cytotoxicity against multiple myeloma can be overcome by IL-2 activation of the NK cells[J]. PLoS One, 2013, 8(5):e64835.

[4]Zhang Y, Ertl HC. Starved and asphyxiated: how can CD8(+) T cells within a tumor microenvironment prevent tumor progression[J]. Front Immunol, 2016, 7:32.

[5]McNamee EN, Korns Johnson D, Homann D,etal. Hypoxia and hypoxia-inducible factors as regulators of T cell development, differentiation, and function[J]. Immunol Res, 2013, 55(1-3):58-70.

[6]Hatfield SM, Kjaergaard J, Lukashev D,etal. Immunological mechanisms of the antitumor effects of supplemental oxygenation[J]. Sci Transl Med, 2015, 7(277):277ra30.

[7]Huber V, Camisaschi C, Berzi A,etal. Cancer acidity:An ultimate frontier of tumor immune escape and a novel target of immunomodulation[J]. Semin Cancer Biol, 2017,43:74-89.

[8]Fischer K, Hoffmann P, Voelkl S,etal. Inhibitory effect of tumor cell-derived lactic acid on human T cells[J]. Blood, 2007, 109(9):3812-3819.

[9]劉妍, 陳翀, 曹峰琦, 等.腫瘤微環(huán)境中乳酸對巨噬細胞表型極化和功能的影響[J]. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床, 2014, 34(6):740-745.

[10]Husain Z, Huang Y, Seth P,etal. Tumor-derived lactate modifies antitumor immune response:effect on myeloid-derived suppressor cells and NK cells[J]. J Immunol,2013, 191(3):1486-1495.

[11]Saroussi S, Nelson N. Vacuolar H+-ATPase-an enzyme for all seasons[J]. Pflugers Arch,2009,457(3):581-587.

[12]Guerra C, Schuhmacher AJ, Canamero M,etal. Chronic pancreatitis is essential for induction of pancreatic ductal adenocarcinoma by K-Ras oncogenes in adult mice[J]. Cancer Cell, 2007, 11(3):291-302.

[13]侯嘉杰，孫倍成.STAT3：慢性炎癥介導(dǎo)腫瘤發(fā)生和進展的關(guān)鍵節(jié)點[J]. 生物化學(xué)與生物物理進展, 2014, 41(1):69-78.

[14]Tsai CS, Chen FH, Wang CC,etal. Macrophages from irradiated tumors express higher levels of iNOS, arginase-I and COX-2, and promote tumor growth[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2007, 68(2):499-507.

[15]Lin EY, Pollard JW. Tumor-associated macrophages press the angiogenic switch in breast cancer[J]. Cancer Res, 2007, 67(11):5064-5066.

[16]Wang J, He W, Liu J,etal. Association of IL-6 polymorphisms with gastric cancer risk:evidences from a meta-analysis[J]. Cytokine, 2012, 59(1):176-183.

[17]Feurino LW, Zhang Y, Bharadwaj U,etal. IL-6 stimulates Th2 type cytokine secretion and upregulates VEGF and NRP-1 expression in pancreatic cancer cells[J]. Cancer Biol Ther, 2007, 6(7):1096-1000.

[18]Coward J, Kulbe H, Chakravarty P,etal. Interleukin-6 as a therapeutic target in human ovarian cancer[J]. Clin Cancer Res,2011, 17(18):6083-6096.

[19]Yadav A, Kumar B, Datta J,etal. IL-6 promotes head and neck tumor metastasis by inducing epithelial-mesenchymal transition via the JAK-STAT3-SNAIL signaling pathway[J]. Mol Cancer Res,2011, 9(12):1658-1667.

[20]Xu J, Lamouille S, Derynck R. TGF-beta-induced epithelial to mesenchymal transition[J]. Cell Res, 2009, 19(2):156-172.

[21]Padua D, Zhang XH, Wang Q,etal. TGFbeta primes breast tumors for lung metastasis seeding through angiopoietin-like 4[J]. Cell, 2008, 133(1):66-77.

[22]Weichselbaum RR, Kufe DW, Hellman S,etal. Radiation-induced tumour necrosis factor-alpha expression:clinical application of transcriptional and physical targeting of gene therapy[J]. Lancet Oncol, 2002, 3(11):665-671.

[23]Li B, Vincent A, Cates J,etal. Low levels of tumor necrosis factor alpha increase tumor growth by inducing an endothelial phenotype of monocytes recruited to the tumor site[J]. Cancer Res, 2009, 69(1):338-348.

[24]Szebeni GJ, Vizler C, Nagy LI,etal. Pro-tumoral inflammatory myeloid cells as emerging therapeutic targets[J]. Int J Mol Sci, 2016,17(11).pii:E1985.

[25]Makela AV, Gaudet JM, Foster PJ. Quantifying tumor associated macrophages in breast cancer:a comparison of iron and fluorine-based MRI cell tracking[J]. Sci Rep, 2017, 7:42109.

[26]張勇超，謝建國，韓廣森,等. 直腸癌患者外周血髓源抑制細胞的檢測及臨床意義[J].中華胃腸外科雜志, 2017, 20(7):798-802.

[27]Sawant RR, Jhaveri AM, Koshkaryev A,etal. The effect of dual ligand-targeted micelles on the delivery and efficacy of poorly soluble drug for cancer therapy[J].J Drug Target, 2013, 21(7):630-638.

[28]Sokolova O, Naumann M. NF-κB signaling in gastric cancer[J].Toxins (Basel), 2017, 9(4):119.

[29]Harrison ML, Obermueller E, Maisey NR,etal. Tumor necrosis factor alpha as a new target for renal cell carcinoma:two sequential phase II trials of infliximab at standard and high dose[J]. J Clin Oncol, 2007, 25(29):4542-4549.

[30]Coward J, Kulbe H, Chakravarty P,etal. Interleukin-6 as a therapeutic target in human ovarian cancer[J]. Clin Cancer Res, 2011, 17(18):6083-6096.

2017-07-19)

(本文編輯：許曉蒙)

10.13602/j.cnki.jcls.2017.11.08

吉林省科技廳重點實驗室建設(shè)項目(20170622011JC)；吉林省發(fā)展與改革委員會產(chǎn)業(yè)技研與開發(fā)專項(2017C022)；吉林省發(fā)展與改革委員會項目(2014N147)。

葛婷雯，1989年生，女，博士研究生，研究方向腫瘤發(fā)病機制及免疫治療研究。

崔久嵬，主任醫(yī)師，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail: cuijw@jlu.edu.cn。

R730.3

A