腫瘤微環(huán)境與其對(duì)腫瘤治療的影響

蔡向濛

摘 要：腫瘤微環(huán)境是腫瘤治療研究中的重要因素。其與腫瘤本身構(gòu)成完整的生態(tài)系統(tǒng)，在影響免疫的同時(shí)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移。腫瘤微環(huán)境特殊的生物特征和多種生物因子為腫瘤的治療帶來(lái)了挑戰(zhàn)和機(jī)遇，現(xiàn)已成為腫瘤治療的研究熱點(diǎn)。本文就腫瘤的微環(huán)境與腫瘤的相互作用，微環(huán)境對(duì)腫瘤療法的影響展開(kāi)討論，并討論消除腫瘤屏障，改善腫瘤微環(huán)境促進(jìn)治療效果的潛在方法。

關(guān)鍵詞：腫瘤微環(huán)境；免疫療法；免疫抑制；腫瘤屏障；抗癌治療；檢查點(diǎn)阻斷；嵌合抗原受體T細(xì)胞

中圖分類(lèi)號(hào)：R730.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）07-0175-03

目前，對(duì)腫瘤的生物特征、治療方法的重心已由腫瘤本身變?yōu)槟[瘤和腫瘤細(xì)胞生活的內(nèi)環(huán)境，即腫瘤微環(huán)境（tumormicroenvironment， TME）。作為腫瘤細(xì)胞和相鄰組織之間的部位，腫瘤微環(huán)境具有多種特殊的理化環(huán)境：如低氧、低pH、高間質(zhì)液壓（interstitial fluid pressure， IFP）、血管高滲透等，這些特征對(duì)腫瘤保持自身存活、增殖并轉(zhuǎn)移有著重要影響，也是討論“微環(huán)境—腫瘤細(xì)胞相互作用”的重點(diǎn)。完整腫瘤微環(huán)境的組成包括細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）、可溶性分子，和細(xì)胞基質(zhì)細(xì)胞（stormal cells）[1]。其中研究最為集中、作用最為顯著的是巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞（dendriticcell，DC cells）、T 細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞及IL-10、促血管生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等細(xì)胞因子。這些因子影響了嵌合抗原受體T細(xì)胞（chimeric antigen receptor T cell， CAR-T）療法等免疫療法的效果，但同時(shí)其作為腫瘤細(xì)胞與周?chē)h(huán)境交流的靶點(diǎn)，也為將來(lái)的治療方法提供了新思路。

1 腫瘤微環(huán)境

隨著近年研究的深入，微環(huán)境影響腫瘤的免疫機(jī)制也逐漸明晰，大致可以分為調(diào)節(jié)腫瘤理化特征、構(gòu)造適宜腫瘤生存的環(huán)境，及促進(jìn)腫瘤擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，微環(huán)境利用了多種調(diào)控因子與內(nèi)在免疫系統(tǒng)的作用。這種腫瘤細(xì)胞與環(huán)境的信號(hào)交流（cross-talk）在微環(huán)境中起到了重要作用，有研究者將ECM、微血管和免疫系統(tǒng)的關(guān)系描述為復(fù)合進(jìn)化（co-evolution），以強(qiáng)調(diào)其相互作用[2]。

2 腫瘤微環(huán)境（TME）的理化特征

（1）腫瘤血管（tumor vasculature）。腫瘤組織的血管因其特殊的性質(zhì)，影響了多種微環(huán)境特征的形成，被認(rèn)為是腫瘤的關(guān)鍵性質(zhì)之一。TME中的血管與正常組織的血管相比生長(zhǎng)空間有限，但又因?yàn)槟[瘤快速的增長(zhǎng)需要氧氣與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送，產(chǎn)生了大量的血管。根據(jù)Rakesh Jain描繪的腫瘤結(jié)構(gòu)，腫瘤內(nèi)部的血管解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生變動(dòng)，總體排列雜亂，大量血管受到擠壓，產(chǎn)生了間質(zhì)高壓（IFP）的現(xiàn)象。同時(shí)，隨著腫瘤的體積膨脹，部分組織離開(kāi)了血管組織，加重了缺氧的現(xiàn)象。（2）酸性環(huán)境。微環(huán)境的缺氧特點(diǎn)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的葡萄糖分解只能進(jìn)行無(wú)氧代謝途徑，該途徑產(chǎn)生的乳酸降低了組織的pH。新近研究也指出腫瘤細(xì)胞使用細(xì)胞膜上的V-ATPase離子交換體將H+泵出胞體外部，從而避免酸中毒。（3）免疫細(xì)胞和生物因子。癌細(xì)胞中存在的豐富的免疫細(xì)胞的生物因子直接或間接地影響了TME的特性。當(dāng)腫瘤生長(zhǎng)到1mm3時(shí)，會(huì)產(chǎn)生血管活性因子（VEGR）促進(jìn)血管的生成。也有研究指出腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）可以參與相關(guān)細(xì)胞因子的生成。另外多種免疫細(xì)胞：包括調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs），髓源性抑制細(xì)胞（MDSC）都可分泌IL-10， IL-35， TGF-β1及FGL2 抑制T淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞（DCs）的免疫作用。臨床研究中TAM與腫瘤微環(huán)境的關(guān)系也有了較為集中的進(jìn)展。隨著對(duì)于炎癥的深入了解，慢性炎癥，或“陰性炎癥”對(duì)癌癥的誘導(dǎo)作用逐漸明顯，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)炎癥增強(qiáng)了腫瘤的遺傳不穩(wěn)定性。對(duì)于其具體機(jī)理，有猜測(cè)與病灶處聚集的TAM等免疫細(xì)胞有關(guān)。免疫細(xì)胞能在特別條件下通過(guò)活性氧和活性氮類(lèi)化合物產(chǎn)生高度活性的化合物，導(dǎo)致組織上皮細(xì)胞的突變。（4）腫瘤的適應(yīng)性。腫瘤不僅可以利用趨化因子使免疫細(xì)胞（K細(xì)胞、髓源抑制性細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等）和成纖維細(xì)胞（fibroblasts）等非免疫細(xì)胞創(chuàng)造適宜的微環(huán)境，也能利用細(xì)胞因子適應(yīng)逆境。腫瘤細(xì)胞利用缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-induciblefactor-1αHIF-1α）來(lái)適應(yīng)TME缺氧已被實(shí)驗(yàn)證明。HIF-1α可以穩(wěn)定VEGF的mRNA，增加其轉(zhuǎn)錄。實(shí)驗(yàn)還指出腫瘤缺氧導(dǎo)致HIF-1α高表達(dá)，得以在缺氧條件下存活的同時(shí)繼續(xù)無(wú)氧分解葡萄糖，降低pH。而酸性環(huán)境有利于囊泡對(duì)VEGF的攝取，促進(jìn)血管生成，從而加強(qiáng)上述過(guò)程。這一由各個(gè)理化特征相關(guān)聯(lián)而形成的正反饋鏈，再次證明了腫瘤與其微環(huán)境的整體性[3]。TME中的細(xì)胞和細(xì)胞因子圖1所示。

3 腫瘤微環(huán)境對(duì)治療的影響

傳統(tǒng)的腫瘤治療手段，無(wú)論是化療，放療，手術(shù)，或是腫瘤基因靶向療法，都難以在持久性和抗復(fù)發(fā)性上有太大的建樹(shù)，其治療效率也會(huì)從不同程度上受到TME的干擾[4]。

3.1 TME理化特征影響抗癌治療效果

腫瘤屏障。對(duì)于實(shí)體瘤的治療，腫瘤屏障是阻礙有效治療的一大因素，前文所述的TME特征都參與了腫瘤屏障的構(gòu)成。由于腫瘤血管的特殊性，試圖靜脈輸送藥物控制腫瘤的治療手段成效往往不高。間質(zhì)高壓（IFP）使得血液負(fù)載分子難以通過(guò)壓力差擴(kuò)散進(jìn)腫瘤細(xì)胞中，往往被致密的ECM阻攔或是被組織滲出液沖洗掉。

3.2 TME對(duì)免疫療法的影響

免疫療法是對(duì)于傳統(tǒng)抗癌手段的突破，也是當(dāng)下癌癥治療的新星。但是雖然與傳統(tǒng)療法相比免疫療法在特異性、持久性上都有較好的表現(xiàn)，但其治療效果仍然深受TME理化以及細(xì)胞因子環(huán)境的影響（根據(jù)新近研究仍認(rèn)為以抑制作用為主）。當(dāng)下的免疫療法大致可以分為兩類(lèi)：抗體療法和細(xì)胞療法，以下將從這兩個(gè)方面展開(kāi)討論[5]。

（1）抗體療法?？贵w療法（或稱(chēng)干預(yù)療法）在目前主要著眼于檢查點(diǎn)阻斷劑（Check Point Inhibitors），主要選擇的靶點(diǎn)是CTLA-4或PD-1/PD-L1。在人體正常的免疫活動(dòng)中，激活T細(xì)胞還需要T細(xì)胞膜表面的CD28與抗原提呈細(xì)胞（大多數(shù)是DC cells）表面的B7分子相結(jié)合產(chǎn)生的共刺激信號(hào)。鑒于TME中的Treg大量表達(dá)與CD28同源性強(qiáng)的CTLA-4，TME能抑制T-cells的共刺激信號(hào)，從而逃避自身免疫。所以該免疫療法使用anti-CTLA-4 antibody耗盡TME中的CT LA antigen，讓T-cells得以激活，針對(duì)該靶點(diǎn)的藥ipilimumab已被FDA批準(zhǔn)。針對(duì)另一個(gè)靶點(diǎn)，當(dāng)上皮細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等細(xì)胞接觸到Th 1免疫反應(yīng)產(chǎn)生的IFN-γ時(shí)，它們就可以上調(diào)表達(dá)PD-1的配體PD-L1。藥物只需阻斷PD-1/PD-L1免疫檢查點(diǎn)即可。但近來(lái)研究表明，對(duì)于一些低表達(dá)或不表達(dá)PD-1/PD-L1的腫瘤，該療法的效果有限。

（2）細(xì)胞療法。細(xì)胞療法，包括過(guò)繼免疫，是將人體自身的免疫細(xì)胞取出在體外培養(yǎng)后回輸入人體發(fā)揮免疫作用。做過(guò)的嘗試有將浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞（TIL）分離出來(lái)，加入淋巴因子IL-2激活淋巴細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷性，即LAK療法；同理，該類(lèi)型的還有CIK，CIK-DC療法；該療法在黑色素瘤中客觀反應(yīng)率高達(dá)50%-70%。但由于難以分離新鮮腫瘤組織，難以廣泛使用。且免疫檢查點(diǎn)，Treg等TME的抑制因素也影響了治療效果?，F(xiàn)在研究的熱點(diǎn)主要是嵌合抗原受體T細(xì)胞（Chimeric antigen receptor T cell， CAR-T）。由CAR（ScFv單鏈抗體與ITAM融合）修飾的T cells能跳過(guò)MHC，利用CAR與TCR的信號(hào)分子使T cells特異性活化，完成增殖和殺傷。雖然CAR-T特異性好，但是目前在實(shí)體瘤方面難有進(jìn)展。鑒于CAR-T目前在實(shí)體瘤和血液腫瘤中治療效果的差異大，有理由相信實(shí)體瘤的腫瘤屏障影響了CAR-T的療效。與血液腫瘤相比，實(shí)體瘤缺乏特異性靶點(diǎn)，腫瘤的免疫逃逸較難解決。并且，實(shí)體瘤腫瘤體積大，具有典型的TME理化特點(diǎn)，導(dǎo)致T cells難以趨化，也難以滲透致密的ECM進(jìn)入腫瘤發(fā)揮效用。

4 針對(duì)微環(huán)境改善治療手段

TME為腫瘤治療帶來(lái)諸多困難的同時(shí)也為將來(lái)藥物、治療方法的設(shè)計(jì)提供了良好的靶點(diǎn)和思路。其中常常被提及的就是聯(lián)合治療，即不再?gòu)?qiáng)調(diào)免疫療法一枝獨(dú)秀的地位，而是將其與傳統(tǒng)的治療手段結(jié)合起來(lái)，讓化療、放療，和手術(shù)破解腫瘤屏障，實(shí)現(xiàn)免疫療法的高效。早在1966年Stanley E. Order就提出先對(duì)實(shí)質(zhì)性腫瘤進(jìn)行小劑量輻射，讓腫瘤屏障的效果減弱；再使用單克隆抗體進(jìn)行免疫治療。事實(shí)上科學(xué)界也有大量實(shí)驗(yàn)把目光轉(zhuǎn)向了上文提到的VEGR，即血管活性因子。雖然試驗(yàn)中anti-VEGF antibody存活率提升效果不及預(yù)期，但將其作為潛在的輔助免疫療法的手段，即先用anti-VEGFantibody技術(shù)誘使血管正?；╲asculature normalization）再進(jìn)行免疫治療不失為一種有潛力的方法[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)細(xì)胞微環(huán)境的理解標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)于腫瘤的實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)又上了一個(gè)新臺(tái)階。與傳統(tǒng)的觀點(diǎn)不同，我們不能將腫瘤與它周?chē)摹吧鷳B(tài)系統(tǒng)”分隔開(kāi)，而是要意識(shí)到腫瘤及其基質(zhì)，和多種瘤內(nèi)細(xì)胞，細(xì)胞因子是一個(gè)整體。而腫瘤也不能簡(jiǎn)單地看做由于基因異常所致的組織增生物，而是要理解腫瘤如何利用微環(huán)境的特性躲避自身免疫，增殖并轉(zhuǎn)移。理解這些特征，其根本目的還是要補(bǔ)充、改良現(xiàn)有的治療手段：

（1）腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell，CSC）隨著人們對(duì)TME了解的深入吸引了越來(lái)越多的注意。CSCs與成纖維細(xì)胞，轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子（TGF）和TCM等TME中腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)細(xì)胞、因子的關(guān)聯(lián)還需要更深入的探究。深入了解腫瘤干細(xì)胞對(duì)于控制腫瘤轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)，提高患者長(zhǎng)期存活率有重要意義。（2）TME的特征為治療造成了阻礙，但也是雙刃劍。TME鮮明的特征為診斷提供了很大的機(jī)遇，如Hiratsuka et al. 發(fā)現(xiàn)肺部腫瘤在轉(zhuǎn)移前會(huì)上調(diào)表達(dá)基因金屬蛋白酶-9（MMP-9）。已有研究以此為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)納米材料，試圖實(shí)現(xiàn)腫瘤的精確定位。對(duì)于治療而言，無(wú)論是通過(guò)TME直接錨定腫瘤細(xì)胞，還是通過(guò)作用于TME間接抑制腫瘤細(xì)胞，微環(huán)境都提供了相當(dāng)多的可能。納米材料在利用TME特點(diǎn)方面，研究人員設(shè)計(jì)了納米粒子作為載體，將藥物加載與內(nèi)部或是修飾在表面，已報(bào)告有增強(qiáng)靶向性，延長(zhǎng)半衰期等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]F. Klemm， J.A. Joyce， Microenvironmental regulation of therapeutic response in cancer， Trends Cell Biol，2015（4）：198-213.

[2]C. Devaud， et al.， Immune modulation of the tumor microenvironment for enhancing cancer immunotherapy， Oncoimmunology，2013（8）：259-261.

[3]Junittila MR， de Sauvage FJ. Influence of tomour micro-environment heterogeneity on therapeutic response[J].Nature，2013，（7467）：346-354.

[4]Zhang Baihong， Yue Hongyun， The mechanism of immune microenvironment in cancer development， Modern Oncology，2015（06）：862-864.

[5]Hanahan， D. and Weinberg， R.A. Hallmarks of cancer： the next generation. Cell，2011（144）：646-674.

[6]Thomlinson R， Gray L.The histological structure of some human lung cancers and the posible implications for radiotherapy[J].Br J Cancer，1955（94）：539-549.