楊 柳，金 晶，羅 雪

(湖北恩施學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，湖北 恩施 445000 )

腫瘤細(xì)胞內(nèi)通過(guò)有氧糖酵解生成了大量乳酸，越來(lái)越多的研究者認(rèn)識(shí)到乳酸能夠參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。在腫瘤細(xì)胞中乳酸可作為一種信號(hào)因子和基因調(diào)節(jié)因子影響腫瘤細(xì)胞增殖與免疫應(yīng)答，乳酸對(duì)腫瘤微環(huán)境(tumor microenvirment,TME)的酸化導(dǎo)致免疫系統(tǒng)抑制，從而使得先天性和適應(yīng)性免疫細(xì)胞功能異常，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)，對(duì)乳酸在TME中對(duì)免疫細(xì)胞的影響進(jìn)行總結(jié)闡述。

1 概述

惡性腫瘤發(fā)病概率高、致死率強(qiáng)。盡管對(duì)惡性腫瘤的治療進(jìn)行了大量研究，但是由于具有易轉(zhuǎn)移特性和對(duì)現(xiàn)有治療的耐藥性，其仍然是引起死亡的第二大重要原因。隨著精準(zhǔn)醫(yī)療的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的研究者認(rèn)識(shí)到乳酸能夠參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展，在腫瘤細(xì)胞中乳酸可作為一種信號(hào)因子和基因調(diào)節(jié)因子影響腫瘤細(xì)胞增殖與免疫應(yīng)答。與正常細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸不同，在正常細(xì)胞中，乳酸是葡萄糖無(wú)氧氧化的終產(chǎn)物，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也可以產(chǎn)生乳酸，但是正常細(xì)胞中的乳酸會(huì)重新轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，或者通過(guò)乳酸循環(huán)進(jìn)入肝臟異生為糖而被機(jī)體很快代謝掉，而在癌癥發(fā)生過(guò)程中乳酸的產(chǎn)生量是保持不變的，其會(huì)不斷產(chǎn)生。究其原因是腫瘤細(xì)胞中普遍存在有“瓦伯格效應(yīng)”，其重要的特征就是即使在氧氣充足的條件下，癌細(xì)胞的能量代謝仍以糖酵解為主，產(chǎn)生大量的乳酸。而乳酸是導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境免疫抑制的關(guān)鍵因子，它直接和通過(guò)其對(duì)腫瘤微環(huán)境(TME)的酸化在癌癥生物學(xué)中起著重要作用。

免疫細(xì)胞是指參與免疫應(yīng)答或與免疫應(yīng)答相關(guān)的細(xì)胞，它主要分兩種類型：先天性免疫細(xì)胞和后天獲得性免疫細(xì)胞。先天性免疫細(xì)胞主要包括NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞及嗜酸性粒細(xì)胞等，在遇到對(duì)人體有害的細(xì)菌、病毒、病變和癌變的細(xì)胞時(shí)，就會(huì)主動(dòng)發(fā)出攻擊并消滅對(duì)方。后天獲得性免疫細(xì)胞包括T細(xì)胞、B細(xì)胞等，其屬于被動(dòng)反擊型，需要被活化，經(jīng)過(guò)采集情報(bào)等一系列復(fù)雜的過(guò)程之后才可以發(fā)揮作用，具有特定性與局限性。

2 乳酸對(duì)先天性免疫細(xì)胞的影響

2.1 對(duì)巨噬細(xì)胞的影響 巨噬細(xì)胞源自單核細(xì)胞，根據(jù)活化狀態(tài)和發(fā)揮功能的不同，巨噬細(xì)胞主要可分為M 1型和M 2型。M 1型巨噬細(xì)胞可以通過(guò)招募趨化因子(CXCL 10)和激活其他免疫效應(yīng)細(xì)胞來(lái)間接靶向癌細(xì)胞，參與正向免疫應(yīng)答,發(fā)揮免疫監(jiān)視的功能。M 2型巨噬細(xì)胞被廣泛認(rèn)為具有與M 1型巨噬細(xì)胞相反的功能，是促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵，其可以釋放各種細(xì)胞因子(IL-10、IL-13)和生長(zhǎng)因子(TGFβ)促進(jìn)免疫抑制、癌細(xì)胞侵襲/轉(zhuǎn)移(例如EGF、MMP等)和血管生成(如VEGF、TNFα等)。一系列研究表明，癌細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸在TME中具有誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M 2極化的功能。腫瘤細(xì)胞通過(guò)活躍的糖酵解代謝產(chǎn)生大量的丙酮酸，丙酮酸進(jìn)而在乳酸脫氫酶的催化下轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?。由于腫瘤內(nèi)乳酸的堆積，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞外液呈酸性，形成酸性的腫瘤微環(huán)境，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M 2極化，有利于腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中將T細(xì)胞與單核巨噬細(xì)胞(THP-1)共培養(yǎng)，用乳酸(15 mmol/L)進(jìn)行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)M 2型腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)分泌的細(xì)胞因子、如IFN-γ和IL-10、HIF-1a和PD-L1的表達(dá)顯著上調(diào)(<0.05)，M 1型巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子、TNF-a和IL-12表達(dá)下降(<0.05)。乳酸對(duì)巨噬細(xì)胞的影響是可逆的，當(dāng)酸度返回到正常生理水平時(shí)，可扭轉(zhuǎn)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞向M 2型極化。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的納米材料被報(bào)道可通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腫瘤治療。研究人員采用兩種方法對(duì)弱酸性的TME進(jìn)行破壞：利用無(wú)機(jī)納米材料直接消耗微環(huán)境中的 H+；通過(guò)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，減少乳酸的產(chǎn)生，切斷H+的來(lái)源?？傊?，納米材料可利用自身消耗 H+或者作為基因載體調(diào)節(jié)乳酸含量而改變TME的pH值，進(jìn)而幫助抑制腫瘤生長(zhǎng)。

2.2 對(duì)NK細(xì)胞的影響 自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell，NK)是機(jī)體重要的免疫細(xì)胞，具有良好的抗腫瘤作用。NK細(xì)胞在識(shí)別出病變細(xì)胞后，可以通過(guò)以下兩種機(jī)制來(lái)保護(hù)宿主，一是通過(guò)產(chǎn)生穿孔素、顆粒酶、細(xì)胞因子調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，如NK細(xì)胞可分泌促炎細(xì)胞因子IFN-γ、腫瘤壞死因子TNF和趨化因子CCL 3-5,它們刺激巨噬細(xì)胞吞噬和溶解，上調(diào)MHC I類在抗原呈遞細(xì)胞上的表達(dá)，招募額外的免疫效應(yīng)復(fù)合物，促進(jìn)細(xì)胞毒性。二是直接殺傷靶細(xì)胞。乳酸誘導(dǎo)的TME細(xì)胞外酸中毒可抑制NK細(xì)胞的抗腫瘤活性，對(duì)黑色素瘤小鼠模型的研究表明，將TME pH降低到5.8～7.0，降低了裂孔顆粒含量，如穿孔素和顆粒酶的釋放。 它還降低了IFN-γ和TNF-α的分泌，從而降低了對(duì)腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性反應(yīng)。

2.3 對(duì)中性粒細(xì)胞的影響 中性粒細(xì)胞在原發(fā)腫瘤免疫細(xì)胞浸潤(rùn)中占據(jù)相當(dāng)大的比例。 Meta分析表明，高密度的瘤內(nèi)中性粒細(xì)胞與不良生存獨(dú)立相關(guān)，而瘤周中性粒細(xì)胞和基質(zhì)中性粒細(xì)胞則不是。腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞(TANs)積極參與腫瘤進(jìn)展的各個(gè)步驟，并已被報(bào)道具有抗腫瘤和促腫瘤兩種截然不同的作用。一方面TANs通過(guò)直接的細(xì)胞毒性抑制腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移，但是另外一方面其還可以通過(guò)促進(jìn)血管生成、促進(jìn)腫瘤遷移和侵襲，發(fā)揮免疫抑制。與腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TANs)一樣，對(duì)腫瘤有不同作用的TANs可分為N 1型和N 2型，N1型中性粒細(xì)胞被認(rèn)為具有殺死腫瘤細(xì)胞的潛力，其機(jī)制是由于激活免疫因子如TNF-α、ICAM-1、FAS，使得免疫因子水平升高以及直接的抗體依賴性細(xì)胞毒性。 N 2型的特點(diǎn)是具有較高的精氨酸酶和促腫瘤因子(如CCL 2、CCL 5、組織蛋白酶G、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶)的表達(dá)，從而誘導(dǎo)TME的免疫抑制。有研究證據(jù)表明癌細(xì)胞分泌產(chǎn)生的乳酸引起的細(xì)胞外酸中毒是調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞凋亡和功能的關(guān)鍵因子，一方面乳酸分泌增加導(dǎo)致中性粒細(xì)胞凋亡延遲，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞向N 2型分化。另外調(diào)控細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因子caspase3在酸性的TME影響下，其激活也會(huì)減少。酸性TME中的TANs表達(dá)高水平的β2整合素和CD b/CD 18，它們通過(guò)T細(xì)胞抑制、血管生成因子的產(chǎn)生和蛋白酶的分泌等多種機(jī)制促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。

2.4 對(duì)樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)的影響 DC在啟動(dòng)特異性抗腫瘤T細(xì)胞應(yīng)答中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。DC活化相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要包括絲裂原活化蛋白激酶 p38(p38 MAPK)、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)等。ERK 信號(hào)通路的活化主要影響DC的存活和增殖，而p38 MAPK、JNK和NF-κB途徑的活化主要促進(jìn)DC的活化，包括上調(diào)表面共刺激因子CD80、CD86和MHCⅡ類分子的表達(dá)，及促進(jìn)炎性細(xì)胞因子的合成和釋放。李成銀等在研究中發(fā)現(xiàn)乳酸可通過(guò)抑制DC 的p38 MAPK和NF-κB信號(hào)通路的活化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其功能的調(diào)控，還可以通過(guò)抑制DC細(xì)胞共刺激因子CD 80、CD 86和MHC Ⅱ的表達(dá)，并下調(diào) TNF-α和IL-12的表達(dá)，從而抑制DC對(duì)T細(xì)胞活化增殖的促進(jìn)作用。乳酸對(duì)DC細(xì)胞的影響也是可逆的，當(dāng)用NaOH中和乳酸，使其達(dá)到pH 7.4，結(jié)果顯示乳酸對(duì)DC活化的抑制作用消失了。

2.5 對(duì)髓樣來(lái)源抑制性細(xì)胞(MDSCs)的影響 MDSCs是骨髓來(lái)源的一群異質(zhì)性細(xì)胞，被認(rèn)為具有顯著的阻止先天和適應(yīng)性免疫的能力。近期的研究表明，MDSCs在擺脫休眠、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞隱性轉(zhuǎn)移方面也起到了重要作用。在酸性TME中，MDSC活性通過(guò)乳酸誘導(dǎo)的HIF1α途徑增加，導(dǎo)致程序性死亡配體1(PD-L1)表達(dá)增加，髓系細(xì)胞死亡。 此外，MDSCs可以通過(guò)增加血管生成和增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞干細(xì)胞來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成。

3 乳酸及酸性的TME對(duì)適應(yīng)性免疫細(xì)胞的影響

3.1 對(duì)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)的影響 CTL發(fā)揮免疫作用的機(jī)制在于其在殺傷靶細(xì)胞的過(guò)程中可產(chǎn)生多種細(xì)胞毒介質(zhì)，這些介質(zhì)包括：穿孔素、絲氨酸酯醇、干擾素和腫瘤壞死因子等，從而促使靶細(xì)胞溶解和死亡。然而由癌細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸所引起的酸性TME對(duì)CTL有多種損害作用，包括趨化和呼吸活動(dòng)受損，其潛在的機(jī)制是乳酸減少CTL在TME中的招募，捕獲已經(jīng)存在的T細(xì)胞，通過(guò)損害趨化性，進(jìn)一步抑制TME中浸潤(rùn)C(jī)TL的功能。在病理TMEpH為6.0～6.5的荷瘤小鼠中，CTL細(xì)胞溶解活性和細(xì)胞因子分泌顯著降低。乳酸通過(guò)SMCT2轉(zhuǎn)運(yùn)體內(nèi)化后，CD4輔助T細(xì)胞和CTL要么抑制磷酸果糖激酶，要么下調(diào)己糖激酶-1活性，從而抑制糖酵解，降低細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。 因此，T細(xì)胞失去了對(duì)趨化因子的反應(yīng)性，不再在全身遷移。

3.2 對(duì)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Tregs)的影響 Tregs在癌癥免疫中，通過(guò)抑制抗腫瘤免疫來(lái)支持腫瘤的發(fā)展和進(jìn)展。與其他免疫細(xì)胞不同，Tregs在酸性TME中的活性和募集增加。 體外模擬酸性的腫瘤微環(huán)境，將細(xì)胞培養(yǎng)基調(diào)至 pH 6.7，培養(yǎng)72 h后檢測(cè)Treg細(xì)胞的增殖變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，較之pH 7.4的對(duì)照組，Treg細(xì)胞在酸性培養(yǎng)條件下增殖明顯，凋亡(早期凋亡+晚期凋亡)減少。酸性條件下，Treg細(xì)胞的氧化磷酸化(OXPHOS)相關(guān)基因pgc1a、cox5b表達(dá)顯著上調(diào)，OXPHOS是 Treg 維 持 功 能 的 主 要 代 謝 方 式，OXPHOS途徑的活化使Treg能夠適應(yīng)缺血、缺氧、酸性的腫瘤微環(huán)境并發(fā)揮免疫抑制功能，且酸性環(huán)境下，Treg細(xì)胞中Foxp 3表達(dá)顯著增多。Foxp 3是控制Treg細(xì)胞發(fā)育和功能的主要調(diào)節(jié)因子，實(shí)驗(yàn)表明，在體內(nèi)或體外誘導(dǎo)初始T細(xì)胞表達(dá)Foxp 3后可以出現(xiàn)Treg樣的免疫抑制作用。

4 總結(jié)與展望

腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展離不開(kāi)自身所處的腫瘤微環(huán)境，而這種微環(huán)境內(nèi)的免疫細(xì)胞及其調(diào)節(jié)方式對(duì)腫瘤的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。在腫瘤生長(zhǎng)的早期，由腫瘤細(xì)胞募集和激活的免疫細(xì)胞可形成抑瘤的炎性微環(huán)境，阻礙腫瘤的發(fā)展。但是隨著腫瘤細(xì)胞的不斷增殖和持續(xù)免疫激活反應(yīng)，TME發(fā)生動(dòng)態(tài)變化：免疫效應(yīng)細(xì)胞出現(xiàn)耗竭或重塑從而無(wú)法發(fā)揮正常功能。導(dǎo)致上述變化的重要原因是Warburg效應(yīng)是腫瘤細(xì)胞的重要代謝特征，而這一代謝過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量“代謝廢物”乳酸，它直接和通過(guò)其對(duì)TME的酸化發(fā)揮免疫抑制的作用,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖轉(zhuǎn)移。此外，酸性環(huán)境對(duì)正常細(xì)胞也是有毒的，它能夠促進(jìn)蛋白酶對(duì)ECM 的降解，通過(guò)釋放血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF) 增加血管生成，抑制腫瘤免疫抗原反應(yīng)等。目前乳酸在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮的作用越來(lái)越被重視，被認(rèn)為是腫瘤治療中一個(gè)極具有希望的新靶點(diǎn)。