腫瘤微環境異質性的研究進展

作者：徐洋 秦琪 趙紅 劉健鴻 張清媛

單位：哈爾濱醫科大學附屬腫瘤醫院

張清媛教授，哈爾濱醫科大學附屬腫瘤醫院副院長、腫瘤內科主任、博士研究生導師，中國臨床腫瘤學會（CSCO）常委，中國抗癌協會乳腺癌專業委員會委員，中國抗癌協會淋巴瘤專業委員會委員。

在腫瘤發生及發展過程中，腫瘤微環境起著至關重要的作用。

腫瘤微環境是由非腫瘤基質細胞構成，包括免疫細胞，成纖維細胞，內皮細胞和新生毛細血管系統等，其通過與腫瘤細胞之間的相互作用來影響腫瘤的發生髮展。

已有研究發現腫瘤微環境的異質性對腫瘤的療效和耐藥性產生巨大影響。

在微環境形成的過程中，抗腫瘤免疫反應中的固有免疫細胞（如效應T細胞、成熟的樹突狀細胞或自然殺傷（NK）細胞）可以識別和破壞腫瘤，使腫瘤細胞發生遺傳或表觀遺傳變異。

已有研究發現可通過產生突變或修復免疫微環境的方式提高免疫治療干預的結果，其中包括T細胞的過繼轉移和阻斷免疫靶點，增強抗腫瘤免疫力，從而抑制和殺傷腫瘤細胞。

免疫細胞異質性

腫瘤微環境中免疫細胞一般包括腫瘤浸潤淋巴細胞（TILs)、自然殺傷細胞（NK）細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞和骨髓來源性抑制細胞等。

研究證實腫瘤患者中免疫細胞大多失調和受損，而免疫功能受抑制有利於腫瘤細胞生存及發展。

TILs可作為預後因素，其最突出特點是特異、高效的殺傷腫瘤活性和低IL-2依賴性。

腫瘤中不同的免疫細胞與微環境的變化對腫瘤的預後具有明顯的差異性。

腫瘤微環境中免疫細胞相互作用，通過調節性T細胞CD8+T細胞的數量越多作為抗腫瘤活性的調節能力越強。

CD8+T細胞和成熟樹突狀細胞富集程度與腫瘤患者的生存率密切相關，其中CD8+T細胞數目越多的患者，其5年生存率越高。

同一患者所患同種類型腫瘤中其原發部位CD8+T細胞數量較轉移灶中CD8+T細胞的數量更多。

我們可以認為CD4+T和CD8+T細胞是免疫細胞中抗腫瘤的主力細胞，可作為抗腫瘤免疫激活信號從而減少轉移的發生。

調節性T細胞（Tregs）是T細胞亞群中能控制體內自身免疫反應性細胞群，腫瘤浸潤調節T細胞的富集預示著患者存在早期復發，預後不良和低生存率的風險。

骨髓衍生細胞包括骨髓來源的抑制細胞（MDSCs）、巨噬細胞和樹突狀細胞（DCs）。

MDCS在腫瘤抑制微環境中扮演重要角色。

MDSCs是具有異質性的幼稚髓樣細胞，由MDSCs由單核細胞的MDSCs（MMDSCs）和粒細胞MDSCs（PMN-MDSCs）組成。

MDSC生物標記在人類定義為D11+CD33+HLA-DRlow和Lin1/low，CD11+CD33+HLA-DRlow可顯著抑制T細胞活性，標記物在肺癌外周血中的比例升高，可作為肺癌早期診斷的重要標記物。

MDSCs在肺癌進展和肺癌患者的低生存率中扮演著重要的角色，儘管MDSC浸潤的異質性在不同肺癌細胞類型和肺癌階段仍不清楚。

腫瘤微環境中的腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）巨噬細胞也起源於骨髓祖樣，亦表現出異質性，其與腫瘤進展和腫瘤藥物反應有關。

根據巨噬細胞激活後功能分為M1和M2型分別為經典激活型和替代激活型，而活化的M1細胞能提高腫瘤殺傷以及適應性抗腫瘤免疫反應的能力。

其中CD68+HLA-DR+M1巨噬細胞較D68+CD163+M2巨噬細胞的總生存率高。

活化的成纖維細胞稱為癌相關成纖維細胞（CAFs）來源於上皮或內皮間質轉化（EMT或EndMT），間充質幹細胞（MSCs）的招募和癌周靜息CAFs的激活。

CAFs的特異性標記物包括α-平滑肌肌動蛋白（α-SAM）、成纖維細胞激活蛋白（FAP）、Thy-1等。

CAFs可分泌促血管生長因子和基質金屬蛋白酶促腫瘤血管生成，分泌趨化因子調節免疫系統。

其中促血管生長因子鹼性成纖維細胞生長因子（bFGF）有刺激內皮細胞和調節內皮細胞整合素的作用，同時可分泌蛋白酶，促進血管生成，而導致腫瘤預後不良和腫瘤進展。

免疫細胞基因異質性

隨著組學技術的發展，對腫瘤微環境中免疫細胞基因異質性也有了進一步的理解。

例如大量的炎症介質，如組織蛋白酶K，cox-2，MMP-9，PDGF-β，uPA，VEGFA，HGF，VEGF在瘤內基質細胞過表達，促進細胞侵襲，縮短癌症患者生存期。

骨髓細胞和中性粒細胞中的嗜中性粒細胞彈性蛋白酶和PPAR-γ的上調與肺癌患者的不良預後相關。

這些上調的配體在免疫細胞和腫瘤細胞間相互作用，對腫瘤發展起重要作用。

有研究發現，配體表達的上調在癌症發展中可能扮演重要角色。

例如，在肺癌模型分析了單核細胞，中性粒細胞和巨噬細胞的基因異質性，發現，腫瘤相關巨噬細胞中的61個可上調的配體，如IFNB1，THBS1，CCL4，IL1beta，PDGFA等、單核細胞中的32個配體，如INHBA，SPP1，IL1A，IL23A IFNB1等和中性粒細胞中的25個配體，如IL23A，TNF，IL1A，CXCL10，HBEGF等與正常細胞相比均可增加腫瘤細胞間質的異質性。

免疫因子的異質性

腫瘤細胞微環境之間的相互作用和聯繫是雙向的，主要是通過一個複雜的免疫因子網絡，如細胞因子、趨化因子和許多生長因子。

腫瘤微環境中一些重要免疫因子的異質性可導致腫瘤預後的多樣性。

如腫瘤微環境中抑制性細胞因子白介素（IL）-10，轉化生長因子（TGF）-β，IL-8，IL-17和趨化因子CXCL12的濃度與腫瘤不良預後成正比，研究發現在IL-17A缺乏的小鼠肺黑色素瘤模型上，過繼轉移腫瘤中的特異性T細胞可促進腫瘤特異性CD8+T細胞激活的作用，從而產生對抗腫瘤的作用。

此外促炎細胞因子如IL-2、IL-6、TNF-α、IL-12、IFN-γ、HLA-DR和IL-23可促進相關免疫細胞的募集和增殖，從而獲得抗腫瘤作用並延長總生存率。

IL-27在腫瘤微環境中發揮腫瘤殺傷和免疫抑制的雙刃劍作用，一方面IL-27在腫瘤微環境中通過調節NK和NKT細胞的募集和激活抑制腫瘤生長，另一方面還可通過調節Treg的遷移促進腫瘤生長。

TGF-β是一種多功能細胞因子，可調節細胞增殖、分化、免疫抑制活性的轉移。

TGF-β抑制促炎細胞因子的產生，如IL-12，IL-2和IFN-γ，上調IL-10。

此外，在肺癌微環境中，IL-8和MIF富集與腫瘤晚期的患者總生存期短有關，相反，IL-12-IFN-γ-HLA-DR軸可提高患者的生存率，T細胞中IL-12可增加IFN-γ的表達去刺激局部免疫反應進程，IFN-γ的增加可刺激HLA-DR的表達並促進非特異性免疫反應的發生（括號已刪除）。

在這種反饋循環中，TGF-β、攝護腺素E2（PGE2）和IL-4被抑制，TH1、CD8+T細胞和NK細胞被招募。

在進展期中下調IL-12-IFN-γ-HLA-DR軸。

血管內皮細胞異質性

腫瘤血管內皮細胞的異質性表現在不同腫瘤的不同發展階段和不同生長部位，甚至表現在同一條脈管中的不同區域。

腫瘤血管異質性的出現是內皮細胞與其血管周圍微環境相互作用的結果，而腫瘤微環境所表現出的異質性也與血管異質性密切相關。

微環境中的腫瘤細胞對血供的要求，免疫細胞、間質細胞對促進/抑制血管生成基因的調控都可以影響腫瘤血管的異質性。

腫瘤毛細血管內皮細胞(TdMECs)對促血管相關蛋白高表達，主要包括生長因子受體類的血管內皮生長因子(VEGF)受體-VEGFR家族（VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3）和結合素類的跨膜異二聚體糖蛋白，還高表達包括細胞黏附分子Muc-18、ICAM-1、CD44、神經細胞黏附分子NCAM，以及細胞存活因子IAP、bcl-2家族。

VEGF是目前發現的最重要的促血管生長因子，可特異性作用於VEGFR，促進血管內皮細胞增殖、遷移、成管，為新生腫瘤血管創造有利條件。

小結與展望

腫瘤的發生和發展不僅依賴於基因突變，還與腫瘤微環境的異質性有關。

腫瘤微環境異質性的動態改變取決於免疫細胞，免疫介質和它們的基因和蛋白質譜。

所有抗瘤/促瘤因素組成起腫瘤微環境中的免疫網絡，決定了腫瘤的起始，發展和結局。

在腫瘤微環境中的基因，蛋白質和細胞之間的一系列聯繫，成為診斷和治療的目標，可以在腫瘤微環境異質性的基礎上開發靶向治療。

理解微環境的內在成分，使我們能夠描述完整的免疫微環境，包括異構性、細胞間的交流與互動。

由於表觀基因差異和微環境的影響，相同基因背景的細胞也存在異質性，而在病理檢查中無法檢測出這種異質性，無法提供臨床用藥指導，這往往是部分藥物治療失敗的原因。

腫瘤的發展是複雜而又動態的發展，與癌細胞自身突變及其與腫瘤微環境的相互協調。

腫瘤異質性在治療耐藥中的免疫細胞與腫瘤之間起重要作用。

常規治療手段殺傷腫瘤的同時往往連同自身細胞受損，我們將努力探索和改善微環境，提高機體防禦功能比殺傷腫瘤細胞更有效，未來「帶瘤生存」值得我們探索。

節選自：實用腫瘤學雜誌2017 年第31卷第3期