中性粒細(xì)胞與腫瘤：是敵是友？*

商安全 綜述,李 冬 審校

(同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院檢驗科，上海 200065)

腫瘤微環(huán)境是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，除了包含癌細(xì)胞還包括免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK)、T細(xì)胞和B細(xì)胞等[1]。腫瘤微環(huán)境對患者的治療反應(yīng)和總體預(yù)后有顯著影響。中性粒細(xì)胞在多種腫瘤類型的免疫浸潤中占相當(dāng)大的比例，包括肺癌、乳腺癌和胃癌、黑色素瘤、腎細(xì)胞癌和其他腫瘤。中性粒細(xì)胞作為腫瘤微環(huán)境中的一個關(guān)鍵因子，在腫瘤的進(jìn)展過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用[2]。然而，中性粒細(xì)胞在腫瘤中的作用一直是一個有爭議的問題。各種研究的結(jié)果表明腫瘤相關(guān)的中性粒細(xì)胞(TANS)具有多種抗腫瘤特性，包括對腫瘤細(xì)胞的直接細(xì)胞毒性和轉(zhuǎn)移瘤的抑制。相反，許多其他研究的發(fā)現(xiàn)表明，TANs能夠通過促進(jìn)血管生成開關(guān)、刺激腫瘤細(xì)胞運(yùn)動、遷移和侵襲，以及作為“免疫抑制開關(guān)”的一部分調(diào)節(jié)其他免疫細(xì)胞來支持腫瘤的進(jìn)展。

中性粒細(xì)胞起源于髓系細(xì)胞，是構(gòu)成白細(xì)胞的重要細(xì)胞部分，是先天性免疫應(yīng)答的主要應(yīng)答細(xì)胞類型，中性粒細(xì)胞是急性炎性反應(yīng)的標(biāo)志，是多形核細(xì)胞[3]。在傳統(tǒng)免疫學(xué)的基礎(chǔ)上，中性粒細(xì)胞主要負(fù)責(zé)宿主的防御、免疫調(diào)節(jié)和組織損傷[4]。盡管傳統(tǒng)上考慮中性粒細(xì)胞具有抗菌功能，但越來越明顯的是腫瘤相關(guān)性中性粒細(xì)胞(TAN)在腫瘤生物學(xué)中起著重要的作用。在許多腫瘤模型中，嗜中性粒細(xì)胞構(gòu)成了炎性細(xì)胞浸潤的重要部分。像所有其他白細(xì)胞一樣，它們在特定趨化因子，細(xì)胞因子和細(xì)胞黏附分子的影響下進(jìn)入組織。腫瘤微環(huán)境已被證明負(fù)責(zé)其在腫瘤中的募集。本文發(fā)現(xiàn)，TAN是嗜中性粒細(xì)胞的獨特種群，其轉(zhuǎn)錄組譜與幼稚嗜中性粒細(xì)胞和髓樣來源的抑制細(xì)胞的粒細(xì)胞級分明顯不同。最近的研究證明了中性粒細(xì)胞的表型異質(zhì)性和功能多樣性[3]。研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞在包括腫瘤在內(nèi)的慢性炎癥性疾病中起著關(guān)鍵作用。與傳統(tǒng)觀念的中性粒細(xì)胞相比，它們的功能更為復(fù)雜[5]。且中性粒細(xì)胞可以更長的時間存活，特別是在腫瘤微環(huán)境中[6]。腫瘤微環(huán)境中有一些促炎因子可延長中性粒細(xì)胞的存活時間，如干擾素γ(IFN-γ)，并在不同條件下激活腫瘤相關(guān)的中性粒細(xì)胞，從而導(dǎo)致中性粒細(xì)胞具有抗腫瘤和促腫瘤的雙重活性[7]。目前，越來越多的證據(jù)表明中性粒細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中起著至關(guān)重要的作用。然而，這些作用在不同腫瘤類型中的性質(zhì)仍有爭議。同時，中性粒細(xì)胞的群體呈現(xiàn)表型異質(zhì)性和功能多樣性。然而，關(guān)于腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞的極化狀態(tài)的研究未見報道，中性粒細(xì)胞促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的詳細(xì)機(jī)制仍不清楚。

研究已經(jīng)證明了腫瘤介導(dǎo)的信號，如轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)誘導(dǎo)形成能夠支持腫瘤生長并抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答的促腫瘤(N2)表型的形成。但是，也有研究表明TAN也可以具有抗腫瘤(N1)表型。本文綜述了腫瘤微環(huán)境中性粒細(xì)胞的募集、功能和調(diào)節(jié)等方面的研究進(jìn)展。還將討論在腫瘤患者中使用中性粒細(xì)胞作為預(yù)后標(biāo)志物、治療靶點和潛在生物標(biāo)志物的臨床價值。

1 中性粒細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境

中性粒細(xì)胞是最普遍的先天免疫細(xì)胞類型，是第一個到達(dá)炎癥部位的細(xì)胞。中性粒細(xì)胞在傷口處的動態(tài)行為已在斑馬魚等生物模型中得到證實，在斑馬魚中可以看到中性粒細(xì)胞的動態(tài)行為。在這些模型中，中性粒細(xì)胞通常是最先到達(dá)傷口和癌變部位的早期細(xì)胞。例如，在斑馬魚腫瘤模型中，早期腫瘤的發(fā)生可以被成像，斑馬魚皮膚黑素細(xì)胞或表皮細(xì)胞中癌基因RasG12V的表達(dá)可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞的早期聚集[8]，從而推動細(xì)胞增殖和上皮向間質(zhì)的轉(zhuǎn)變[9]。早期的炎癥病變組織將中性粒細(xì)胞招募到傷口和轉(zhuǎn)化的細(xì)胞中，它們具有共同的機(jī)制，包括損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)和特異度趨化因子的參與[10]。在傷口和腫瘤中產(chǎn)生的第一個趨化因子之一是白細(xì)胞介素-8(IL-8)。斑馬魚模型顯示，IL-8通過CXCR1/CXCR2受體招募中性粒細(xì)胞，對組織損傷和腫瘤都有作用[11-12]。此外，在一些乳腺癌模型中，抑制CXCR2可減少腫瘤中性粒細(xì)胞的招募，并提高化療的療效[13]。這些結(jié)果表明，中性粒細(xì)胞對腫瘤的招募可通過介導(dǎo)傷口愈合的途徑靶向治療，對患者的預(yù)后有有益的影響。事實上，中性粒細(xì)胞通過花生四烯5-脂氧合酶基因(Alox5)[14]和中性粒細(xì)胞生成轉(zhuǎn)鐵蛋白[15]參與了轉(zhuǎn)移。然而，一些中性粒細(xì)胞在腫瘤中可能具有抗腫瘤作用，在保留抗腫瘤中性粒細(xì)胞功能的同時，特異度靶向腫瘤前中性粒細(xì)胞的能力是未來的挑戰(zhàn)。

中性粒細(xì)胞向腫瘤部位的遷移時，還需要CXCR2及其配體CXCL1-3和CXCL5-8之間的相互作用[13-14]。在腫瘤中，CXCR2軸是向腫瘤部位募集中性粒細(xì)胞的主要參與者。腫瘤內(nèi)的多種細(xì)胞類型產(chǎn)生CXCR2趨化因子，包括腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞和與腫瘤組織相關(guān)的成纖維細(xì)胞[13,15-18]。一旦需要中性粒細(xì)胞遷移，這些參與者就會釋放CXCR2趨化因子進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。然后，中性粒細(xì)胞將通過正趨化梯度，向更高濃度的CXCR2配體遷移。中性粒細(xì)胞表面CXCR2的表達(dá)和CXCR2配體的產(chǎn)生對于這種趨化運(yùn)動都是至關(guān)重要的[19]。抑制中性粒細(xì)胞CXCR2的表達(dá)將導(dǎo)致中性粒細(xì)胞在骨髓中滯留[20]。此外，CXCR2配體的抑制也導(dǎo)致中性粒細(xì)胞遷移顯著減少[16]。

2 中性粒細(xì)胞的極化狀態(tài)：N1-N2極化

中性粒細(xì)胞是對進(jìn)入炎癥部位或炎癥的趨化刺激信號作出反應(yīng)的壽命短暫的細(xì)胞，且對不同刺激有著不同的反應(yīng)[21]。根據(jù)腫瘤微環(huán)境中腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的分類(M1抗腫瘤巨噬細(xì)胞，M2促腫瘤巨噬細(xì)胞)，中性粒細(xì)胞被分為兩種極化狀態(tài)，即抗腫瘤中性粒細(xì)胞和促腫瘤中性粒細(xì)胞[3,7]。2009年，F(xiàn)RIDLENDER等[7]首次提出了抗腫瘤中性粒細(xì)胞和促腫瘤中性粒細(xì)胞的界限，分別稱為N1和N2。研究發(fā)現(xiàn)，在G-CSF或TGF-β等調(diào)節(jié)因子作用下，中性粒細(xì)胞轉(zhuǎn)化為N2表型[3,7]。TGF-β是腫瘤細(xì)胞過度表達(dá)的免疫抑制性細(xì)胞因子，它使中性粒細(xì)胞極化成一種促腫瘤發(fā)生表型，中性粒細(xì)胞的耗竭導(dǎo)致小鼠模型中腫瘤生長的少量減少[7,20]。然而，使用TGF-β受體抑制劑SM16阻斷TGF-β，導(dǎo)致具有抗腫瘤表型的中性粒細(xì)胞聚集。在這種情況下，中性粒細(xì)胞耗竭導(dǎo)致腫瘤生長增加。除了TGF-β阻斷后的增加，N1中性粒細(xì)胞極化被認(rèn)為是由1型干擾素(IFN)誘導(dǎo)的[20]。因此，從N1到N2的表型轉(zhuǎn)換可能提示TGF-β和1型IFN細(xì)胞因子之間的拮抗信號通路。中性粒細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的功能似乎是不同的。然而，與M1和M2不同的是，目前還沒有合適的標(biāo)記物來指示腫瘤中的N1型、N2型中性粒細(xì)胞和腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞，表明這些亞群可能代表具有不同激活狀態(tài)的中性粒細(xì)胞[7,20]。總之，這些結(jié)果表明中性粒細(xì)胞極化可能是由腫瘤微環(huán)境驅(qū)動的。最近研究表明，與晚期腫瘤的中性粒細(xì)胞相比，早期腫瘤小鼠的中性粒細(xì)胞具有更高的自發(fā)遷移水平，這表明腫瘤微環(huán)境介導(dǎo)了表型轉(zhuǎn)換。此外，中性粒細(xì)胞本身可以通過其他細(xì)胞類型直接或間接地影響腫瘤微環(huán)境。

3 中性粒細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的作用

3.1中性粒細(xì)胞的促癌作用 腫瘤相關(guān)的中性粒細(xì)胞通常被認(rèn)為是多種腫瘤類型中的促腫瘤因子[3]。研究發(fā)現(xiàn)，外周血中中性粒細(xì)胞的數(shù)量增加與腫瘤患者的總體生存率下降相關(guān)[22]。此外，中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞比率(NLR)越高，提示這些患者的預(yù)后越差[23-26]。也有關(guān)于中性粒細(xì)胞建立惡性腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移前定位的研究[27]。這些研究表明，在多種腫瘤類型中，中性粒細(xì)胞通過以下多種機(jī)制，具有促腫瘤功能。

3.2ROS的產(chǎn)生 中性粒細(xì)胞在不同環(huán)境下既能殺死腫瘤細(xì)胞又能促進(jìn)腫瘤生長[28-30]。最有名的嗜中性粒細(xì)胞定向殺傷腫瘤細(xì)胞的例子是活性氧ROS的產(chǎn)生，但ROS在腫瘤微環(huán)境中的作用和作用尚不清楚。最近，ROS介導(dǎo)的細(xì)胞殺傷作用被證明依賴于腫瘤細(xì)胞TRPM2的表達(dá)，TRPM2是一種依賴于過氧化氫的Ca2+通道，激活后會導(dǎo)致鈣離子致命地流入細(xì)胞，TANS還可以通過過氧化氫生成抑制肺轉(zhuǎn)移種子[31-33]。中性粒細(xì)胞釋放ROS可被認(rèn)為是腫瘤患者潛在的治療靶點。

3.3腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子和趨化因子 除了ROS外，腫瘤微環(huán)境中的促炎性中性粒細(xì)胞分泌趨化因子，如CCL2(單核細(xì)胞趨化蛋白-1，MCP1)和CCL17，它們分別招募單核細(xì)胞和T調(diào)節(jié)細(xì)胞[34-37]。已知T調(diào)節(jié)細(xì)胞抑制其他炎性T細(xì)胞群，導(dǎo)致腫瘤生長增加[38-40]。單核細(xì)胞募集在腫瘤進(jìn)展中的作用尚不清楚，因為單核細(xì)胞募集可誘導(dǎo)或抑制腫瘤生長，這取決于它們在腫瘤微環(huán)境中的極化狀態(tài)[41-42]。

表1 中性粒細(xì)胞在人類腫瘤中產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子

表2 中性粒細(xì)胞在小鼠模型中產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子

表1和表2總結(jié)了中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子和趨化因子及其在腫瘤微環(huán)境中的作用。在這些研究的基礎(chǔ)上，中性粒細(xì)胞分泌因子的主要作用是促腫瘤。例如，在乳腺癌中，當(dāng)與人乳腺癌細(xì)胞株共同培養(yǎng)時，中性粒細(xì)胞釋放腫瘤調(diào)節(jié)蛋白M(OSM，IL-6等)，通過誘導(dǎo)VEGF表達(dá)促進(jìn)腫瘤血管生成和轉(zhuǎn)移，并增加癌細(xì)胞的浸潤，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[17,24]。腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞分泌細(xì)胞因子和生長因子也可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞外滲和轉(zhuǎn)移[43-44]。IL-8的分泌導(dǎo)致更多的中性粒細(xì)胞進(jìn)入腫瘤部位，導(dǎo)致PMN在腫瘤內(nèi)被限制和固定。局限性中性粒細(xì)胞分泌IL-8可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞外滲，這是由于與中性粒細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)黏附分子ICAM-1相互作用增強(qiáng)所致，由中性粒細(xì)胞分泌，并具有多種促炎和血管生成作用，包括誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞黏附和趨化，增加內(nèi)皮細(xì)胞趨化因子的產(chǎn)生[45]，和刺激VEGF的產(chǎn)生[46]。由肝星狀細(xì)胞HSCs在肝細(xì)胞癌中產(chǎn)生，已被證明能促進(jìn)原發(fā)性中性粒細(xì)胞的募集。然而，這些中性粒細(xì)胞的耗竭導(dǎo)致表達(dá)TGF-β的HSCs的減少，表明TGF-β可能存在一個反饋環(huán)[47]。促炎性中性粒細(xì)胞也可以通過在腫瘤微環(huán)境中協(xié)調(diào)其他免疫細(xì)胞的募集和功能來抑制腫瘤生長。尤其是，中性粒細(xì)胞能夠向T細(xì)胞呈遞抗原，以刺激適應(yīng)性免疫反應(yīng)和IFN-γ的產(chǎn)生[48-50]。

最后，中性粒細(xì)胞分泌炎性分子也可以減輕腫瘤負(fù)擔(dān)[51-52]。2009年，F(xiàn)RIDLENDER等[7]發(fā)現(xiàn)在小鼠N1細(xì)胞中腫瘤壞死因子α(TNF-α)的表達(dá)增加。這種表達(dá)通過促進(jìn)中性粒細(xì)胞釋放超氧化物釋放而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡[53-54]。此外，TNF-α，雖然不是單獨的，但能夠上調(diào)多種腫瘤類型中中性粒細(xì)胞的Met表達(dá)和促進(jìn)抗腫瘤活性[32]。然而，這種細(xì)胞因子在腫瘤微環(huán)境中的作用尚不清楚，因為TNF-α也被發(fā)現(xiàn)能刺激黑色素瘤的外滲和轉(zhuǎn)移[55]。對小鼠N1-RNA表達(dá)譜的隨訪分析表明，TAN-s在腫瘤發(fā)展過程中不改變TNF-α的表達(dá)。因此，這種細(xì)胞因子在不同中性粒細(xì)胞極化狀態(tài)中的作用需要進(jìn)一步研究[56]。

3.4中性粒細(xì)胞釋放酶 中性粒細(xì)胞可以在促進(jìn)腫瘤生長的腫瘤中發(fā)揮免疫抑制作用，主要是通過抑制其他免疫細(xì)胞向腫瘤微環(huán)境的募集。尤其是，中性粒細(xì)胞可以釋放氧自由基(ROS)[33]，以及精氨酸酶1等抑制T細(xì)胞對腫瘤微環(huán)境反應(yīng)的酶。截止目前，來自中性粒細(xì)胞研究最多的腫瘤蛋白酶包括甘膽酸(CG)、NE和基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)。CG是一種絲氨酸蛋白酶，存在于中性粒細(xì)胞初級顆粒中，抑制CG可減少乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移，提示CG可作為潛在的治療靶點[55,57-58]。NE也稱為絲氨酸蛋白酶。中性粒細(xì)胞主要為NE。NE可啟動和上調(diào)與腫瘤相關(guān)的信號通路，如EGFR/MEK/ERK信號通路和 PI3K信號通路[56,59]。與CG相似，NE在早幼粒細(xì)胞中預(yù)合成，并以一種活躍的形式儲存在中性粒細(xì)胞中[60]。NE和CG均通過降解TSP1促進(jìn)肺轉(zhuǎn)移[61]。CG和NE也參與了腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞外基質(zhì)的重塑。細(xì)胞外基質(zhì)重塑在腫瘤轉(zhuǎn)移中起著非常重要的作用[62]。除NE和CG外，中性粒細(xì)胞釋放的MMP，如MMP-8和MMP-9也參與ECM重塑以促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移和血管生成需要控制性降ECM，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的表達(dá)增加與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移活性密切相關(guān)，提示MMPs可作為乳腺癌患者的一種潛在的生物標(biāo)記物[63]。

3.5中性粒細(xì)胞胞外陷阱NETs 中性粒細(xì)胞的正常功能是通過3種方式殺死有害微生物(1)吞噬作用，即吞噬和消化細(xì)菌或真菌的過程；(2)細(xì)胞毒性酶的脫顆粒進(jìn)入細(xì)胞外空間； (3)中性粒細(xì)胞的細(xì)胞外陷阱(NETs)，是帶有相關(guān)細(xì)胞毒性酶的DNA網(wǎng)格，這些酶被釋放到細(xì)胞外空間中，從而捕獲微生物。2004年，BRINKMANN等[64]發(fā)現(xiàn)了一種新的、出乎意料的中性粒細(xì)胞抗微生物活性：當(dāng)遇到細(xì)菌時，中性粒細(xì)胞釋放出一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠誘捕和清除微生物。這些網(wǎng)狀陷阱包含一個由DNA/組蛋白組成的骨架，并夾雜著通常位于中性粒細(xì)胞顆粒內(nèi)的抗菌肽。這些結(jié)構(gòu)被稱為中性粒細(xì)胞胞外陷阱NETs。

在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤細(xì)胞增強(qiáng)了中性粒細(xì)胞的炎癥特性，而中性粒細(xì)胞也被激活并形成NETs[65]。NETs在腫瘤進(jìn)展過程中也起著促進(jìn)腫瘤生長的作用[66-67]。有證據(jù)表明，NETs直接作用于腫瘤細(xì)胞，通過NETs上的NE等蛋白酶或通過激活NF-κB等信號通路來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。在肺癌模型中，NETs捕獲循環(huán)中的肺癌細(xì)胞并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[68]。進(jìn)一步的研究表明，中性粒細(xì)胞對癌細(xì)胞的捕獲是通過β1-整合素在癌細(xì)胞和NETs上的表達(dá)實現(xiàn)的[69]。

4 中性粒細(xì)胞的臨床意義

NETs的發(fā)現(xiàn)是中性粒細(xì)胞生物學(xué)的新方向，其在腫瘤進(jìn)展中的作用具有重大意義[70]。目前 NETs 對腫瘤影響的研究結(jié)果仍存在爭議，NETs 可能直接殺傷或刺激免疫系統(tǒng)反應(yīng)抑制腫瘤細(xì)胞，相反亦可能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和免疫逃逸[71-74]。近期研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中通常通過NETs形成、ROS的釋放、促腫瘤細(xì)胞因子和趨化因子的分泌以及促進(jìn)免疫抑制來發(fā)揮促腫瘤作用[75-78]。腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞對于腫瘤患者的生存最不利的細(xì)胞群，對患者預(yù)后具有重要的意義[22,79-81]。腫瘤患者中的中性粒細(xì)胞或NLR高浸潤性與多種腫瘤的不良預(yù)后相關(guān)[22-24,82]。研究證明，中性粒細(xì)胞可被認(rèn)為是一個潛在的腫瘤患者預(yù)后的標(biāo)志物[83]。與正常組織相比，當(dāng)腫瘤組織中浸潤的中性粒細(xì)胞數(shù)量顯著增加時，中性粒細(xì)胞可作為一種診斷指標(biāo)，除中性粒細(xì)胞本身外，中性粒細(xì)胞釋放的NE和OSM也作為多種腫瘤的預(yù)后和診斷標(biāo)志物[84-86]。

5 結(jié) 論

中性粒細(xì)胞作為人類循環(huán)系統(tǒng)中數(shù)量最多的白細(xì)胞，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。中性粒細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中起著促進(jìn)/抑制腫瘤生長的作用。靶向中性粒細(xì)胞或中性粒細(xì)胞釋放因子可被視為有希望的腫瘤治療方案。然而，仍需要更多的數(shù)據(jù)來證明中性粒細(xì)胞促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展，并且可能需要更多的時間將這些研究成果轉(zhuǎn)化為對腫瘤患者的臨床應(yīng)用。盡管如此，對中性粒細(xì)胞的研究仍然有助于更深層次了解腫瘤微環(huán)境，以便為腫瘤患者找到一種新的治療方法。