癌癥相關(guān)性炎癥與腫瘤微環(huán)境相關(guān)研究進(jìn)展*

綜述 焦順昌 審校

腫瘤相關(guān)性炎癥是癌癥的關(guān)鍵特征之一［1-2］。白細(xì)胞介素（interleukin，IL）、趨化因子和淋巴因子等細(xì)胞因子參與炎癥過(guò)程的介導(dǎo)與調(diào)控［3-4］。各類細(xì)胞因子間以及其膜受體與可溶性受體間存在相互協(xié)同、抑制、拮抗等復(fù)雜關(guān)系，形成細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)。惡性腫瘤細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，在影響腫瘤生物學(xué)的各種因素中扮演著重要角色［5］。腫瘤組織是由腫瘤細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞以及其他非細(xì)胞成分共同構(gòu)成的復(fù)雜組織。腫瘤相關(guān)性炎癥可通過(guò)改變組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)，在構(gòu)建適宜腫瘤生長(zhǎng)的環(huán)境中發(fā)揮重要作用。腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）是腫瘤演化的關(guān)鍵因素，而癌癥引起的炎癥是TME的重要組成部分［6-7］。本文就炎癥、細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)與腫瘤微環(huán)境相關(guān)研究進(jìn)展予以綜述。

1 癌癥相關(guān)性炎癥

炎癥是機(jī)體應(yīng)對(duì)感染和組織損傷的適應(yīng)性反應(yīng)，以血管反應(yīng)、免疫細(xì)胞的募集和分子介質(zhì)的釋放為主要特征。炎癥反應(yīng)的主要目的是對(duì)抗病原體或有害刺激、修復(fù)損壞的組織以及恢復(fù)體內(nèi)平衡。若炎性刺激長(zhǎng)期存在或炎癥調(diào)控機(jī)制失控將導(dǎo)致一系列的疾病，如自身免疫疾病、組織纖維化以及癌癥［8］。癌癥與炎癥的相關(guān)研究在早期主要著眼于炎癥的促癌作用［9］，如在肝癌中炎癥可直接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖與存活，并通過(guò)影響免疫調(diào)控使得腫瘤逃逸免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。此外，炎癥還可以誘導(dǎo)血管生成以及基因組不穩(wěn)定性來(lái)促進(jìn)腫瘤發(fā)展［10］。近年來(lái)惡性實(shí)體瘤繼發(fā)性炎癥則已成為研究熱點(diǎn)［11］。癌癥可影響炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)并導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展或縮小?！澳[瘤源性炎癥”的分子信號(hào)與致癌性突變和腫瘤誘導(dǎo)因素等致癌關(guān)鍵步驟相關(guān)［7］。多數(shù)腫瘤可誘導(dǎo)炎性微環(huán)境且與腫瘤的異質(zhì)性無(wú)關(guān)。此外，缺氧是許多實(shí)體瘤共同的促腫瘤因素。腫瘤的高度增殖、血管缺陷、酸化及異常血管生存等因素，導(dǎo)致微環(huán)境缺氧進(jìn)而激活缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor，HIF-1），包括的HIF-1β和HIF-1α或HIF-2α等HIF-α亞型［12］。腫瘤釋放的生長(zhǎng)因子和腫瘤微環(huán)境通過(guò)激活磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphati?dylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）和絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路，促進(jìn)HIF-1α合成。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumorassociated macrophages，TAMs）在腫瘤低氧區(qū)域激活HIF-1α后誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞表達(dá)程序性死亡配體-1（programmed death-ligand-1，PD-L1），抑制細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞（cytotoxic lymphocyte，CTL）活性［13］。因此，HIF-1是多數(shù)進(jìn)展期腫瘤激活轉(zhuǎn)錄因子/信號(hào)通路和直接控制炎癥反應(yīng)的良好例證。IL-1和IL-6等細(xì)胞因子促進(jìn)癌變細(xì)胞的存活，克服癌基因誘導(dǎo)的衰老并促進(jìn)TME的重塑、腫瘤進(jìn)展和耐藥。抑癌基因p53的缺失可引起炎性細(xì)胞因子過(guò)表達(dá)，驅(qū)動(dòng)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移或協(xié)助克服致癌性轉(zhuǎn)化誘導(dǎo)的衰老［14-15］。

2 腫瘤微環(huán)境

TME即腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生和生活的內(nèi)環(huán)境，其中不僅包括了腫瘤細(xì)胞本身，還有其周圍的成纖維細(xì)胞、免疫和炎性細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞等各種細(xì)胞，同時(shí)也包括附近區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞間質(zhì)、微血管以及浸潤(rùn)在其中的生物分子。低氧、低pH以及高壓是TME最明顯的特征。腫瘤通過(guò)TME減弱抗腫瘤免疫反應(yīng)，維持增殖、逃避細(xì)胞凋亡以及保持炎性環(huán)境和血管生成等特征。將免疫監(jiān)視功能從腫瘤清除轉(zhuǎn)向腫瘤誘發(fā)是一個(gè)涉及多個(gè)信號(hào)通路的復(fù)雜過(guò)程，受周圍組織中腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞和其他非腫瘤細(xì)胞如上皮細(xì)胞或腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer associated fibroblasts，CAFs）表達(dá)的細(xì)胞因子的影響。癌癥免疫監(jiān)視的促腫瘤性免疫抑制過(guò)程依賴于募集CAFs、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophages，TAMs）、腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞（tumor-associated neu?trophils，TANs）、骨髓源性抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cells，Tregs）和其他改變TME中免疫細(xì)胞數(shù)量平衡的其他細(xì)胞。最終結(jié)果是增加炎癥和血管生成，以及中性粒細(xì)胞表型從N1向N2的轉(zhuǎn)換、巨噬細(xì)胞從M1向M2的轉(zhuǎn)換和T細(xì)胞從Th1向Th2的轉(zhuǎn)換，以及CTLs與抗原提呈細(xì)胞（antigen-presenting cells，APCs）的數(shù)量與活性的降低［16］。成熟樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）數(shù)量的大幅度減少使得有更多單核細(xì)胞前體可用以支持不斷增長(zhǎng)的TAM2和MDSCs細(xì)胞群。隨后，這些免疫細(xì)胞間建立的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)相互增強(qiáng)，且有助于在促腫瘤為主的TME中保持免疫細(xì)胞的數(shù)量。此外，似乎轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、HIF-1α、趨化因子和炎性細(xì)胞因子（特別是Th2誘導(dǎo)的細(xì)胞因子）都與腫瘤誘導(dǎo)的血管生成、炎癥和免疫抑制相關(guān)聯(lián)。而這種關(guān)系似乎在CAFs和調(diào)節(jié)性B細(xì)胞（regulatory B cells，Bregs）支持下，通過(guò)IL-4、IL-6、IL-10和TGF-β由Th2、TAM2、TAN2、Tregs和MDSCs相互強(qiáng)化來(lái)維持［17-18］。

3 癌癥相關(guān)性炎癥與腫瘤微環(huán)境的相互作用

3.1 促炎性細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)在腫瘤微環(huán)境中的作用

免疫細(xì)胞、癌細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞在TME中構(gòu)成了復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)彼此誘生、受體調(diào)節(jié)以及發(fā)揮生物效應(yīng)等方式相互影響［19］。細(xì)胞因子由成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等合成，依賴于TME調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、存活、分化、活化、遷移和死亡。免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子也是腫瘤炎性反應(yīng)的直接調(diào)節(jié)介質(zhì)，不同因子互相作用誘導(dǎo)免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞發(fā)生功能變化，形成動(dòng)態(tài)變化中的、復(fù)雜的TME，引發(fā)腫瘤惡性增殖及侵襲、轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為［20］。癌癥中常同時(shí)發(fā)生免疫刺激和免疫抑制，巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子（macrophage migration inhibito?ry factor，MIF）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis fac?tor-α，TNF-α）、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、和TGF-β等細(xì)胞因子同時(shí)增加。趨化因子通過(guò)向癌細(xì)胞發(fā)出信號(hào)和重構(gòu)局部微環(huán)境促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和侵襲，增加轉(zhuǎn)移性病灶；另一些淋巴因子下調(diào)，則增強(qiáng)CTL活性并抑制腫瘤細(xì)胞生存，進(jìn)而延緩腫瘤進(jìn)展［21］。此外，腫瘤特異性以及非組織學(xué)依賴的細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)反應(yīng)還可能是潛在的副腫瘤性全身性疾病的表現(xiàn)之一。既往研究表明，IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、和TGF-β等多種細(xì)胞因子上調(diào)炎癥反應(yīng)為癌癥進(jìn)展不可或缺的因素［22］。特別是部分細(xì)胞因子可以激活NF-κB和STAT家族轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而與腫瘤“分泌蛋白質(zhì)組”的其他成分將炎性環(huán)境、腫瘤和免疫細(xì)胞聯(lián)系起來(lái)，并通過(guò)對(duì)生存因素的控制和調(diào)節(jié)TME直接促進(jìn)腫瘤的形成與進(jìn)展。以IL-6為例，其作用與生長(zhǎng)因子相仿，對(duì)腫瘤細(xì)胞及TME均具有直接影響。目前已知的IL-6依賴性腫瘤包括肺癌、乳腺癌、胰腺癌、結(jié)腸癌、前列腺癌、胃癌，以及淋巴瘤、間皮瘤［23-26］。IL-6上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達(dá)，促進(jìn)血管生成［2］。VEGF 通過(guò)促進(jìn)Th17細(xì)胞的誘導(dǎo)和存活，調(diào)節(jié)Treg和Th17細(xì)胞之間的平衡［27］；因此，IL-6對(duì)IL-17和IL-22等促炎性和促腫瘤性細(xì)胞因子分泌的影響超過(guò)TGF-β和IL-10等免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子［28-29］。IL-6還能激活骨髓細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，刺激其向抑制表型分化［30］。此外，子宮頸成纖維細(xì)胞上IL-6依賴性趨化因子（C-C 基序）配體 20［chemokine（C-C motif）li?gand 20，CCL20］的表達(dá)促進(jìn)Th17的增殖以維持長(zhǎng)期的促腫瘤性微環(huán)境［31］。STAT3的表達(dá)作用于IL-6家族所有細(xì)胞因子的下游，廣泛涉及腫瘤發(fā)生［32］。IL-6/STAT3通路激活基因表達(dá)抗凋亡蛋白和增殖蛋白，如上皮細(xì)胞和癌細(xì)胞中的Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1等，使得腫瘤抗凋亡能力增強(qiáng)。臨床上IL-6表達(dá)水平和腫瘤的分期、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后息息相關(guān)。血漿中IL-6水平高的患者，往往預(yù)示著腫瘤偏晚期，并伴隨遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移［33］，而且預(yù)后比水平低的患者差［34，35］。由此可見(jiàn)，促炎性細(xì)胞因子是腫瘤微環(huán)境的關(guān)鍵調(diào)控因子，控制腫瘤細(xì)胞增殖，促進(jìn)炎癥、血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移。此外，IL-1β、IL-11、IL-17、IL-18、TNF等的相關(guān)研究也表明，網(wǎng)絡(luò)化的促炎性細(xì)胞因子是腫瘤微環(huán)境的關(guān)鍵調(diào)控因子，可以控制腫瘤細(xì)胞增殖，促進(jìn)炎癥、血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移［36］。

3.2 免疫編輯和免疫逃逸中的關(guān)鍵細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)

在分子水平，TGF-β、Th2細(xì)胞因子（包括IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-12和IL-13）、趨化因子（尤其是血管生成趨化因子）、VEGF、炎性因子和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）等均在腫瘤逃避免疫監(jiān)視的過(guò)程中扮演重要角色。

3.2.1 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF-β） TGF-β信號(hào)在致癌過(guò)程中被稱為“雙刃劍”，因其在正常上皮細(xì)胞或者腫瘤發(fā)生早期可抑制腫瘤；但隨著腫瘤的發(fā)展，TGF-β信號(hào)也可促進(jìn)晚期腫瘤進(jìn)展以及轉(zhuǎn)移［37］。TGF-β直接抑制自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK）、巨噬細(xì)胞和CTL的殺傷活性，并能抑制NK細(xì)胞和CTL的克隆增殖［38］。Nam等［39］利用細(xì)胞因子抗體芯片技術(shù)揭示了CD8+T細(xì)胞（一種細(xì)胞毒性T細(xì)胞的前體）在TME中被破壞，進(jìn)而促進(jìn)乳腺癌和結(jié)直腸癌細(xì)胞存活的機(jī)制。TGF-β信號(hào)似乎通過(guò)影響B(tài)細(xì)胞群組成在腫瘤免疫編輯中扮演重要角色。雖然B細(xì)胞已知可表達(dá)TGF-β受體且分泌TGF-β，但TGF-β的作用在調(diào)節(jié)B細(xì)胞功能，特別是在腫瘤免疫編輯方面尚不清楚［38］。TGF-β通過(guò)抑制T-bet和GATA3的轉(zhuǎn)錄活性而促進(jìn)T細(xì)胞群中Th2表型，影響Th1/Th2平衡并且在骨髓源性抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）的增殖中起著重要的作用，這也是其在癌癥免疫編輯中的主要作用之一。此外，TGF-β信號(hào)在血管生成中也起著重要的作用［40-42］。因此，作為對(duì)TGF-β信號(hào)的響應(yīng)，多種促血管生成趨化因子為主要的MDSCs表達(dá)的細(xì)胞因子。Ⅱ型TGF-β受體基缺陷（Tgfbr2）乳腺癌小鼠模型的MDSCs分泌譜，為分析TGF-β信號(hào)增強(qiáng)抑癌而不是促癌提供了重要參考，并強(qiáng)調(diào)了髓樣Gr-1+CD11b+細(xì)胞（MDSCs）和趨化因子在腫瘤進(jìn)展中的重要性［43-44］。Yang等［43］發(fā)現(xiàn)在Tgfbr2缺陷小鼠中的MDSCs被特別募集到TME，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞存活和轉(zhuǎn)移的增加；腫瘤大小與MDSCs的局部濃度成正比。同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室一項(xiàng)同期研究的RT-PCR分析顯示，來(lái)自Tgfbr2缺陷小鼠癌細(xì)胞GROα/Cxcl1、ENA-78/Cxcl5和COX2/Ptgs2的mRNA表達(dá)增加，抗體芯片技術(shù)確認(rèn)Tgfbr2缺陷小鼠的腫瘤分泌的趨化因子顯著增加，包括GROα/CXCL1、ENA-78/CXCL5、CXCL16、MIP-1γ/CCL9、MIP-3α/CCL20和“調(diào)節(jié)激活-正常T細(xì)胞表達(dá)和分泌蛋白”（RAN?TES/CCL5）［44］。

3.2.2 Th2炎性細(xì)胞因子 由Th2分泌的細(xì)胞因子主要包括IL-4、IL-5、IL-6及IL-10等，主要功能為刺激B細(xì)胞增殖并產(chǎn)生IgG，IgE抗體，在體液免疫過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。機(jī)體正常時(shí)，Th1和Th2細(xì)胞功能處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，但當(dāng)機(jī)體接觸抗原后，Th1和Th2細(xì)胞中某一亞群功能升高，另一亞群功能降低，該現(xiàn)象即為Th1/Th2漂移。由于Th1與Th2分泌的細(xì)胞因子不同，因此Th1/Th2漂移會(huì)引起體內(nèi)細(xì)胞因子濃度的變化。一項(xiàng)基于DC-CIK的免疫治療臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者中，已切除腫瘤的患者血漿中IL-4與IL-10濃度明顯低于未切除的患者，這表明晚期腫瘤患者Th表型更傾向于Th2，意味著IL-4與IL-10的濃度可能與腫瘤的進(jìn)展有關(guān)［45］。Qiao等［46］針對(duì)SMAD4（TGF-β信號(hào)的中介體）的抑癌基因研究發(fā)現(xiàn)，Smad4缺陷小鼠的T細(xì)胞傾向于Th2表型，IL-4、IL-5、IL-6、IL-13在T細(xì)胞上清液中含量較高。Smad4缺陷小鼠腸道組織病理學(xué)顯示，免疫球蛋白A異常堆積，IgA+漿細(xì)胞浸潤(rùn)且血清IgA水平大幅升高，與Smad4缺陷小鼠胃腸道中上皮癌進(jìn)展有關(guān)。此外，MDSCs也有助于維持Th2細(xì)胞因子的表達(dá)。肺轉(zhuǎn)移癌異種移植模型中，肺溶解產(chǎn)物的廣譜細(xì)胞因子抗體芯片分析顯示：與正常的肺相比較，轉(zhuǎn)移癌肺組織的MMP-9、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子/FGF2、IGF-1、IL-1β、MCP-1/CCL2、SDF-1/CXCL12和Th2細(xì)胞因子（IL-4、IL-5、IL-9、IL-10）顯著增高［47］。

3.2.3 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF） 血管生成因子VEGF-A也具有抑制免疫的功能［44，48］。VEGF-A實(shí)際上是第一個(gè)被確認(rèn)能抑制DCs成熟的細(xì)胞因子［44，49］。而VEGF信號(hào)更是一種與腫瘤促進(jìn)炎癥及血管生成相關(guān)的關(guān)鍵因素［50］。該研究應(yīng)用細(xì)胞因子抗體芯片技術(shù)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)的檢測(cè)表明，VEGF通過(guò)VEGFR2有促炎性細(xì)胞因子的釋放的自分泌效應(yīng)，可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞（非白細(xì)胞）中的IL-6、IL-8/CXCL8和GRO-α/CXCL1分泌增加；相反TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8/CXCL8等炎性細(xì)胞因子可以誘導(dǎo)VEGF的表達(dá)。另外，在TME中缺氧不僅會(huì)誘發(fā)免疫抑制還能夠誘發(fā)血管生成和炎癥。炎癥和血管生成細(xì)胞因子表達(dá)之間的協(xié)調(diào)和相互強(qiáng)化可通過(guò)低氧誘導(dǎo)和NF-κB信號(hào)通路連接VEGF和COX2［50-51］。此外，IL-8/CXCL8和其他促血管生成和或促炎因子（包括TNF、IL-1、IL-6和IL-8/CXCL8）的表達(dá)，通過(guò)HIF信號(hào)、過(guò)氧化氫的產(chǎn)生并NF-κB信號(hào)，由低氧條件調(diào)節(jié)。VEGF作為巨噬細(xì)胞的化學(xué)引誘物還會(huì)導(dǎo)致炎癥和免疫抑制，而TAM則是VEGF、MMPs和炎癥因子的重要來(lái)源，特別是M-CSF/CSF1可增加VEGF的表達(dá)，因此可以在炎癥/血管生成和免疫抑制之間建立一個(gè)正反饋環(huán)路［52］。細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrixc，ECM）蛋白酶，尤其是MMPs可以通過(guò)對(duì)TME和周圍組織的ECM蛋白的重構(gòu)促進(jìn)血管生成和炎癥，同時(shí)也可在ECM中釋放VEGF及其他血管生成因子。CAFs是TGF-β、VEGF、COX2和MMPs的豐富來(lái)源，因此在TME中是血管生成和炎癥的主要因素［53-54］。

4 結(jié)論

慢性炎癥在癌癥的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移以及耐藥過(guò)程中扮演重要角色；而癌癥的發(fā)生與惡化還和遺傳學(xué)改變的累積及調(diào)節(jié)過(guò)程失常相關(guān)。腫瘤相關(guān)性炎癥促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖與存活，并參與抑制抗腫瘤免疫。不同細(xì)胞因子互相作用誘導(dǎo)免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞發(fā)生功能變化，形成動(dòng)態(tài)變化中的、復(fù)雜的腫瘤免疫微環(huán)境，可能引起腫瘤惡性增殖、侵襲以及轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為。腫瘤微環(huán)境中的炎癥與包括肺癌、乳腺癌在內(nèi)多種癌癥的侵襲性和預(yù)后不良有關(guān)。盡管目前已取得了一些初步的研究成果，但仍需在細(xì)胞水平、動(dòng)物模型以及臨床相關(guān)研究工作中深入推進(jìn)，從而更好地完善理論框架，以明確其是否可用于評(píng)估TME和/或外周血中的免疫細(xì)胞的募集、分化、增殖和激活/極化?？傊瑸榘┌Y患者建立有效的抗腫瘤免疫反應(yīng)是抗腫瘤治療成功的關(guān)鍵。