中性粒細胞與惡性腫瘤關(guān)系的研究進展

韓幫嶺 汪亦民 綜述 薛英威 審校

中性粒細胞(Neutrophil)是所有白細胞中數(shù)目最多的免疫細胞，并在炎癥反應中起關(guān)鍵作用。然而中性粒細胞在腫瘤中則扮演不同的角色，中性粒細胞以一種微環(huán)境相關(guān)的方式表現(xiàn)出促腫瘤或抗腫瘤的特性，其是否促進或限制腫瘤的生長和發(fā)展取決于中性粒細胞表面上大量的細胞因子受體，使其能夠?qū)Ω鞣N信號作出反應[1]。原發(fā)性腫瘤擴散轉(zhuǎn)移到遠處器官，是一個涉及多步驟的復雜生物學過程，包括原發(fā)腫瘤細胞脫落，癌細胞的轉(zhuǎn)移，侵入組織并形成轉(zhuǎn)移性結(jié)節(jié)，目前轉(zhuǎn)移仍然是癌癥患者死亡的主要原因[2]。原發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移前會影響遠處器官的微環(huán)境，從而為轉(zhuǎn)移前定植做準備，這些器官可以形成支持性的微環(huán)境而易于某些癌癥發(fā)生轉(zhuǎn)移，中性粒細胞已被證明是這一過程的重要組成部分[3-4]。中性粒細胞傳統(tǒng)上被認為是免疫系統(tǒng)的第一道防線，然而，在癌癥的動態(tài)發(fā)展過程中，部分中性粒細胞的功能經(jīng)常被修飾并促進腫瘤生長及轉(zhuǎn)移形成。中性粒細胞在轉(zhuǎn)移過程中對腫瘤細胞的發(fā)展和播散是否有積極或消極的影響，取決于微環(huán)境中細胞因子的情況。

1 中性粒細胞的發(fā)育和調(diào)控

中性粒細胞在骨髓中不斷產(chǎn)生，中性粒細胞發(fā)育的最后階段以核分裂和成熟中性粒細胞的釋放為特征[5]。成熟的中性粒細胞可在骨髓中保留4～7天，構(gòu)成體內(nèi)成熟中性粒細胞池的90%，而在循環(huán)中只有1%～5%的中性粒細胞，因此骨髓中大量的成熟中性粒細胞充當庫存，可以在需要時立即調(diào)用發(fā)揮其重要作用[6]。骨髓中的中性粒細胞的維持需要嚴格控制，中性粒細胞在骨髓中的保留通過CXCL12(SDF-1，基質(zhì)細胞衍生因子-1)與其受體CXCR4的相互作用來介導[7]。CXCR4在衰老中性粒細胞中表達上調(diào)，有助于將衰老的中性粒細胞轉(zhuǎn)移到骨髓中清除，而CXCR2表達下調(diào)則促使中性粒細胞遷移到炎癥部位。在腫瘤微環(huán)境中集落刺激因子(G-CSF和GM-CSF)通常過度表達，導致粒細胞生成增多和中性粒細胞從骨髓中釋放增加，影響了骨髓嗜中性粒細胞儲存和釋放的平衡[8]。

2 中性粒細胞在腫瘤發(fā)生過程中的分子機制

近年來一些研究探討了中性粒細胞功能在癌癥中如何被調(diào)節(jié)，并闡明了其微妙的平衡，中性粒細胞是否促進或限制腫瘤的生長和發(fā)展取決于中性粒細胞表面上大量的細胞因子受體，使其能夠?qū)Ω鞣N信號作出反應。根據(jù)細胞因子的作用，中性粒細胞可能具有抗腫瘤N1表型或促腫瘤N2表型，此外中性粒細胞可被確定為具有在N1和N2之間寬范圍的功能[9]。N1中性粒細胞具有細胞毒性作用，由高水平的超氧化物和過氧化氫介導破壞腫瘤細胞，此外N1中性粒細還具有免疫刺激特征促使腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、CC趨化因子3(CCL3)和細胞間黏附分子-1(ICAM-1)高水平表達[10]。與N1中性粒細胞相反，N2中性粒細胞不具有細胞毒性，且表達不同的高水平免疫調(diào)節(jié)因子：精氨酸酶(Arginase)、血管生成因子(VEGF和Bv8)和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP8和MMP9)等促進腫瘤的發(fā)生和進展[11]。

腫瘤組織中的中性粒細胞數(shù)量增加被認為是不良預后因素，雖然腫瘤分泌因子刺激的中性粒細胞具有抗腫瘤特性，但抗腫瘤N1表型可以被抑制，并且表現(xiàn)出替代的促腫瘤N2表型。Fridlender等研究表明在腫瘤微環(huán)境中轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)在改變中性粒細胞功能方面具有關(guān)鍵作用，阻斷TGF-β信號傳導使抗腫瘤N1型中性粒細胞大量積累，并抑制中性粒細胞向N2促腫瘤表型極化[12]。Novitskiy等發(fā)現(xiàn)在TGF-β受體缺陷的骨髓中，中性粒細胞維持抗腫瘤表型并限制腫瘤生長[13]。TGF-β不僅阻礙中性粒細胞的細胞毒性的表達，同時還誘導免疫抑制性N2中性粒細胞表型，是中性粒細胞引起惡性腫瘤不良預后過程的重要環(huán)節(jié)。

3 中性粒細胞在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中的作用

3.1 中性粒細胞的抗轉(zhuǎn)移作用

抗腫瘤中性粒細胞(N1)不僅限制腫瘤生長，還可抑制惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移。中性粒細胞抑制腫瘤細胞遷移能力的方式涉及許多不同的機制，包括炎癥、中性粒細胞的細胞毒性和刺激適應性免疫系統(tǒng)。

3.1.1 炎癥 腫瘤不僅誘導嗜中性粒細胞活化，還可促進釋放影響腫瘤遷移的炎癥因子，對于不同的癌細胞系已經(jīng)有類似的反應。Pylaeva等證明干擾素具有促抗腫瘤中性粒細胞極化的作用，并在基因和蛋白質(zhì)水平下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)的表達，已知VEGF和MMP9與腫瘤的生長和遷移關(guān)系密切，同時抑制鈣結(jié)合蛋白S100A8和S100A9(S100A8和S100A9)，S100A8和S100A9在多種惡性腫瘤中表達水平明顯上調(diào)且和不良的預后相關(guān)，因此，干擾素是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的有效抑制劑[14]。炎癥因子(如G-CSF、IFNγ、TNF-α)可促進抗腫瘤N1型中性粒細胞的生成，有研究對晚期前列腺患者和IV期黑色素瘤伴腦轉(zhuǎn)移的患者持續(xù)使用G-CSF治療取得較好的效果，生存率延長，表明中性粒細胞在炎癥反應中可能具有抗腫瘤和抗轉(zhuǎn)移作用[15]。

3.1.2 中性粒細胞的細胞毒性 中性粒細胞對腫瘤細胞的直接細胞毒性作用主要由中性粒細胞產(chǎn)生的各種抗微生物分子介導，如中性粒細胞產(chǎn)生的超氧化物H2O2和HOCl可以破壞腫瘤細胞，然而中性粒細胞直接的細胞毒性需要物理接觸，即直接的細胞-細胞接觸，此過程由中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)(NETs)介導誘捕腫瘤細胞[16]。中性粒細胞產(chǎn)生的另一種細胞毒性形式是抗體依賴的細胞介導的細胞毒性作用(Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)，是指具有殺傷活性的細胞通過其表面表達的Fc受體(FcR)識別包被于靶抗原上的Fc片段，直接殺傷靶細胞，輔助ADCC表達介導的幾種FcR包括FcγRⅠ(CD64)、FcγRⅡa(CD32)、FcγRⅢa(CD16a)和FcγRⅢb(CD16b)[17]。中性粒細胞的細胞毒性作用可針對性的識別和殺傷原位腫瘤細胞和循環(huán)腫瘤細胞，有效的抑制腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移。

3.1.3 刺激適應性免疫系統(tǒng) 研究發(fā)現(xiàn)活化的中性粒細胞可以多種方式與T細胞相互作用，通過表現(xiàn)出呈遞抗原為T細胞活化提供輔助信號，是激活有效抗腫瘤CD4+T細胞和CD8+T細胞反應所必需的[18]。Beauvillain等發(fā)現(xiàn)中性粒細胞可以有效地處理和呈現(xiàn)抗原到T細胞[19]，F(xiàn)ridlender等研究顯示N1中性粒細胞在原發(fā)腫瘤中表現(xiàn)出抗腫瘤活性需要T細胞，這種現(xiàn)象可以通過中性粒細胞具有腫瘤抗原呈遞刺激T細胞的能力來解釋[12]。嗜中性粒細胞能夠通過分泌細胞因子(包括TNF-α、組織蛋白酶G和嗜中性粒細胞彈性蛋白酶)募集和活化T細胞，這些細胞因子直接影響T細胞并促進其增殖和細胞因子的產(chǎn)生，是對適應性免疫抗腫瘤反應的整體刺激[20]。

3.2 中性粒細胞的促轉(zhuǎn)移作用

中性粒細胞是免疫系統(tǒng)的第一道防線，然而在惡性腫瘤的環(huán)境下，中性粒細胞的功能經(jīng)常被修飾以對宿主起消極作用并促進腫瘤生長以及轉(zhuǎn)移形成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)中性粒細胞可通過中性粒細胞衍生物的釋放和中性粒細胞胞外網(wǎng)狀陷阱(NETs)的形成促進腫瘤轉(zhuǎn)移。

3.2.1 中性粒細胞衍生物 研究發(fā)現(xiàn)中性粒細胞通過分泌降解細胞外基質(zhì)的相關(guān)蛋白酶(如彈性蛋白酶、組織蛋白酶G、蛋白酶-3和MMP9)對細胞外基質(zhì)(Extracellular matrix)降解以促進腫瘤細胞的侵襲和遠處轉(zhuǎn)移[21]。中性粒細胞彈性蛋白酶及其抑制劑α1-抗胰蛋白酶之間的相互作用對癌癥發(fā)展有著顯著影響，α1-抗胰蛋白酶的缺乏與肝癌、膀胱癌、惡性淋巴瘤和肺癌的風險增加有關(guān)，同時，彈性蛋白酶濃度升高會促進眾多癌癥的發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移[22]。中性粒細胞還釋放高水平的MMP9調(diào)節(jié)其他蛋白酶和細胞因子的活性，MMP9可降解α1抗胰蛋白酶，保護中性粒細胞彈性蛋白酶活性，進一步促進細胞外基質(zhì)重塑和腫瘤的遷移；MMP9的另一個重要作用是促進血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)釋放參與新生血管生成，因此，高水平MMP9有利于腫瘤的生長和促進腫瘤遠處轉(zhuǎn)移[23]。

3.2.2 中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng) 中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)(NETs)由核酸物質(zhì)組成，被認為是中性粒細胞生物學中的一個重要特征，NETs在腫瘤轉(zhuǎn)移方面的具體機制仍不清楚，但更多的研究結(jié)果表明其在促進腫瘤轉(zhuǎn)移方面的功能。NETs能夠捕獲循環(huán)腫瘤細胞，捕獲的腫瘤細胞一部分可被中性粒細胞產(chǎn)生的活性氧簇(ROS)類物質(zhì)破壞，還有一部分隨中性粒細胞保持在原位，從而支持腫瘤細胞早期黏附到遠處器官部位[24-25]。許多因素均可以誘發(fā)NETs，如手術(shù)應激、嚴重的術(shù)后感染和循環(huán)的腫瘤細胞。研究顯示術(shù)后NETs可在脈管系統(tǒng)內(nèi)被誘導，從而支持肝癌細胞的轉(zhuǎn)移性接種[26]。Cools-Lartigue等[24]在盲腸結(jié)扎和穿刺的敗血癥肺癌小鼠模型中發(fā)現(xiàn)了高水平NETs，與無感染對照組相比實驗組小鼠轉(zhuǎn)移風險明顯增加，這種效應可以通過NETs的降解酶脫氧核糖核酸酶I(DNase I)來消除。最近，Park等[27]在乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果，循環(huán)的乳腺癌細胞誘導NETs形成，用納米粒子包裹DNase I治療后有效降低了乳腺癌骨轉(zhuǎn)移風險。

4 小結(jié)與展望

中性粒細胞在致癌過程中表現(xiàn)出一系列的促腫瘤和抗腫瘤作用，與微環(huán)境中細胞因子的種類和數(shù)量密切相關(guān)。例如中性粒細胞在腫瘤發(fā)生過程中，炎癥因子IFN和TNF-α可激活中性粒細胞的抗腫瘤表型(N1)抑制腫瘤生長[28]；相反TGF-β則抑制中性粒細胞抗腫瘤表型，并且表現(xiàn)出替代的腫瘤促進表型(N2)，刺激中性粒細胞分泌或激活促血管生成因子支持新生血管形成，是腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的重要環(huán)節(jié)。中性粒細胞不僅調(diào)節(jié)原發(fā)性腫瘤生長還參與腫瘤轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)，這取決于中性粒細胞激活狀態(tài)，不同角色的中性粒細胞在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮不同作用?？鼓[瘤中性粒細胞則通過炎癥、中性粒細胞的細胞毒性和刺激適應性免疫系統(tǒng)抑制腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移，支持腫瘤的中性粒細胞通過不同機制促進轉(zhuǎn)移，包括中性粒細胞衍生物的釋放和中性粒細胞胞外網(wǎng)狀陷阱(NETs)的形成。研究不同角色的中性粒細胞在惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展以及轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮的不同作用，探討惡性腫瘤治療中性粒細胞水平潛在的治療靶點，加強中性粒細胞的抗腫瘤活性，同時限制其促腫瘤特性，為腫瘤臨床治療提供新的思路。