腫瘤酸性微環(huán)境對相關(guān)免疫成分的作用研究進(jìn)展*

戰(zhàn)楚婷，張境豐，劉江華

（1.廣西醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，南寧 530021；2.廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院急診科，南寧 530007）

惡性腫瘤是目前全世界的主要死亡原因之一，疾病負(fù)擔(dān)較大[1]。如何提高腫瘤患者的生存率和生活質(zhì)量，一直是醫(yī)學(xué)亟待解決的問題。目前，腫瘤的治療方式主要包括手術(shù)治療、放療、化療等。近年來，由于免疫療法在實(shí)體腫瘤中取得的重大突破，使得免疫療法的關(guān)注度越來越高。在一些癌癥（如非小細(xì)胞肺癌[2]）患者中，通過使用抗程序性死亡受體-1（programmed death receptor-1,PD-1）或抗程序性死亡配體-1（programmed death ligand-1，PDL1）抗體來恢復(fù)抗腫瘤T細(xì)胞的活性，與化療相比，顯示出無進(jìn)展生存期和總生存期的延長。因此，探討在酸性微環(huán)境中免疫治療的分子機(jī)制及可能存在的靶點(diǎn)對于腫瘤的治療有重要意義。

1 腫瘤酸性微環(huán)境（tumor microen?vironment，TME）與腫瘤免疫反應(yīng)

1.1 TME的形成

TME是腫瘤細(xì)胞生存的內(nèi)環(huán)境，與腫瘤細(xì)胞的一切生理病理活動息息相關(guān)。越來越多的研究表明，靶向TME可與傳統(tǒng)治療（如手術(shù)、放療、化療）互為補(bǔ)充，改善惡性腫瘤的治療結(jié)果。即使是在有氧的條件下，腫瘤細(xì)胞仍優(yōu)先選擇糖酵解供能[3]，即腫瘤細(xì)胞的沃伯格效應(yīng)（Warburg effect）。腫瘤細(xì)胞通過大量消耗葡萄糖并通過糖酵解將其轉(zhuǎn)化為乳酸來獲得生長代謝所需的能量[4]。為了維持新陳代謝，腫瘤細(xì)胞必須通過單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（monocarboxylate transporters，MCTs）將乳酸從細(xì)胞內(nèi)排出[5]。癌細(xì)胞的糖酵解代謝利用乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸。丙酮酸濃度降低對酮戊二酸脫氫酶（oxoglutarate dehydrogenase complex，OGDC）的抑制作用減弱，OGDC主要負(fù)責(zé)缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）α泛素化和退化。因此，低濃度丙酮酸可以穩(wěn)定HIF-1α，且乳酸通過突變或失活的希佩爾-林道蛋白（von Hippel-Lindau，VHL）減少HIF-1α降解，導(dǎo)致HIF-1α水平升高[6]。HIF-1α與癌基因如c-myc、p53或有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)體1（oct1）協(xié)同誘導(dǎo)糖酵解基因的表達(dá)[7]，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤細(xì)胞有氧糖酵解，形成TME。

1.2 腫瘤免疫反應(yīng)

腫瘤免疫涉及到兩種抗原，分別為腫瘤相關(guān)抗原（tumor-associated antigen，TAA）和腫瘤特異抗原（tumor specific antigen，TSA）。TAA是激活T細(xì)胞的重要因素之一，但是由于TAA存在異質(zhì)性和腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制因子引起的T細(xì)胞衰竭，導(dǎo)致T細(xì)胞并不能發(fā)揮出抗腫瘤效應(yīng)[8]。TSA則是腫瘤細(xì)胞所特有的抗原，因此是理想的免疫治療靶點(diǎn)[9]，但迄今為止很少被發(fā)現(xiàn)，原因?yàn)槟[瘤細(xì)胞表達(dá)的活化免疫細(xì)胞配體以及潛在的免疫原性抗原被許多免疫抑制信號所覆蓋[10]。腫瘤細(xì)胞生長與消除之間的平衡是由其生長速度與免疫系統(tǒng)的抗腫瘤反應(yīng)共同決定的[11]。免疫系統(tǒng)在癌癥中起著雙重作用：不僅能通過破壞癌細(xì)胞或抑制癌細(xì)胞生長而起到抗腫瘤作用，還能通過選擇更適合在免疫活性宿主中存活的腫瘤細(xì)胞或通過在腫瘤微環(huán)境中建立促進(jìn)腫瘤生長的條件而發(fā)揮促瘤作用[12]。

1.3 腫瘤的免疫逃逸和免疫治療

1.3.1 免疫逃逸 免疫逃逸的機(jī)制較為復(fù)雜，包括腫瘤細(xì)胞特異性抗原的缺失、突變或表達(dá)減少，抗原提呈細(xì)胞的功能異常，無法激活T淋巴細(xì)胞完成免疫應(yīng)答反應(yīng)[13]以及免疫抑制成分的異常擴(kuò)張[14]。例如在癌癥患者中髓系來源的抑制細(xì)胞（myeloidderived suppressor cells，MDSCs）、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cells，Tregs）的異常擴(kuò)增[15]，通過上調(diào)白介素（IL）-4、IL-10、IL-13和糖皮質(zhì)激素的表達(dá)促進(jìn)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumour-associated macrophages，TAM）的擴(kuò)張[16-17]，均可引起免疫逃逸的發(fā)生。

1.3.2 免疫治療 癌癥的免疫治療已成為研究熱點(diǎn)，由于其具有特異性，可以靶向治療腫瘤，對正常組織的影響最小[18]。免疫治療有兩種主要思路，一是免疫檢查點(diǎn)療法，以增強(qiáng)非特異性免疫系統(tǒng)的功能；二是利用新興的合成生物學(xué)以及分子生物學(xué)和基因組工程來編輯工程病毒，加強(qiáng)宿主細(xì)胞的免疫原性[19]。

免疫檢查點(diǎn)是由免疫細(xì)胞表達(dá)的調(diào)節(jié)免疫激活程度的一系列分子，例如程序性死亡蛋白1及其配體和細(xì)胞毒性T細(xì)胞相關(guān)抗原4等，其功能是維持外周耐受和預(yù)防自身過度免疫[20]。腫瘤細(xì)胞會表達(dá)一些物質(zhì)來激活免疫檢查點(diǎn)，后者一旦被激活，就如同踩下“剎車”，使抗原不能被提呈至T細(xì)胞，阻斷了腫瘤免疫環(huán)中的提呈抗原過程，從而抑制T細(xì)胞的免疫功能。

免疫檢查點(diǎn)抑制劑（immune checkpoint inhibitors，ICI）在多種癌癥中均有較好的治療效果[21]。檢查點(diǎn)阻斷免疫療法在提高T細(xì)胞對患者特異性新抗原的反應(yīng)性方面取得了成功[22]。雖然免疫治療在許多癌癥治療中取得了重大的進(jìn)展，但在許多情況下，反應(yīng)率仍然不高。一些患者開始時(shí)有反應(yīng)，但最終對治療和進(jìn)展產(chǎn)生了獲得性抵抗[23]。而且免疫治療在某些腫瘤中的應(yīng)用也受到了免疫抑制程度的限制，例如膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）[24]，TME中免疫抑制因素的存在是造成這種現(xiàn)象的原因之一。由于用ICI治療癌癥存在局限性，所以研究人員又把目光投向了聯(lián)合治療。已有研究證實(shí)，使用一種共表達(dá)PD-L1抑制劑和gm-csf的工程溶瘤病毒，能夠分泌PD-L1抑制劑，并且該抑制劑能系統(tǒng)地結(jié)合并抑制腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞上的PD-L1[25]。

2 酸性微環(huán)境對各種免疫細(xì)胞的影響

2.1 T淋巴細(xì)胞

T細(xì)胞在抵抗癌癥的過程中起著至關(guān)重要的作用。T細(xì)胞的激活需要雙重信號，在被激活后，代謝模式就由原來的氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)閃arburg模式，對于T細(xì)胞來說，免疫功能的激活與有氧糖酵解的激活是完全一致的，雖然糖酵解在產(chǎn)生能量上效率低下，但重要的是糖酵解可以為細(xì)胞提供生物合成DNA和細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)所必需的糖酵解中間體。上述過程是通過戊糖磷酸途徑完成的，其中包括生成還原型輔酶Ⅱ（NADPH，用于脂肪酸合成）和核糖-5-磷酸（用于核苷酸合成）[26]，這就為T細(xì)胞的擴(kuò)增打下堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在腫瘤微環(huán)境中，激活的T細(xì)胞會與腫瘤細(xì)胞之間形成對葡萄糖的競爭，并且T細(xì)胞內(nèi)的乳酸也依賴于MCT介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)來防止細(xì)胞內(nèi)過度酸化，而TME中由于腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生高濃度梯度的乳酸又抑制了這一轉(zhuǎn)運(yùn)過程，導(dǎo)致T細(xì)胞內(nèi)乳酸濃度升高，使得T細(xì)胞活性受到抑制，也減少了細(xì)胞因子的分泌[27]。

2.2 樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）

在免疫系統(tǒng)中，DC是最強(qiáng)大的抗原呈遞細(xì)胞（antigen-presenting cells，APCs)。DC通過巡視組織來識別來自微生物和組織的抗原和危險(xiǎn)信號，隨后整合環(huán)境線索，調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答或形成耐受。DC不僅對誘導(dǎo)初級免疫應(yīng)答至關(guān)重要，而且對調(diào)節(jié)T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答類型也很重要。通過識別、加工腫瘤抗原，形成抗原—MHC復(fù)合物表達(dá)于細(xì)胞表面供T淋巴細(xì)胞識別，促進(jìn)幼稚T淋巴細(xì)胞成熟。DC被環(huán)境因素誘導(dǎo)激活后，會發(fā)生類似于腫瘤中的Warburg效應(yīng)的代謝轉(zhuǎn)換，由氧化磷酸化變成有氧糖酵解。有研究證實(shí)，微酸環(huán)境（pH=6.5、5.8）和乳酸（5 mmol/L、10 mmol/L和20 mmol/L）均能減弱DC的遷移能力[31]。例如間皮瘤細(xì)胞暴露于酸中毒會促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β2的分泌[28]，TGF-β2也是免疫耐受的主要調(diào)節(jié)因子，進(jìn)而導(dǎo)致DC代謝重組，降低DC的遷移潛能和抗癌能力。

此外，漿細(xì)胞樣DC[29]（plasmacytoid DC，pDC）可以通過Toll樣受體分泌高水平的I型干擾素（IFN）。但越來越多的證據(jù)表明，pDC在腫瘤微環(huán)境中的功能活性被改變，高表達(dá)TGF-β、吲哚胺2，3-雙加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）等免疫抑制因子，誘導(dǎo)Tregs擴(kuò)增[30]，同時(shí)分泌顆粒酶，抑制CD4+T細(xì)胞擴(kuò)增[31]。因此，針對加強(qiáng)DC抗原呈遞功能的免疫治療，誘導(dǎo)或增強(qiáng)針對腫瘤抗原的有效抗腫瘤免疫反應(yīng)會是非常有效的抗癌手段。

2.3 Tregs

Treg是腫瘤免疫抑制的主要機(jī)制之一[32]，不僅可以直接抑制效應(yīng)性T細(xì)胞，還能對局部APCs有很強(qiáng)的抑制作用。在腫瘤免疫過程中，CD8+T細(xì)胞被激活分化為細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），產(chǎn)生長效的抗腫瘤免疫反應(yīng)。CD8+T細(xì)胞啟動本質(zhì)上是指先天免疫細(xì)胞（包括DCs和NK細(xì)胞）與CD4+T細(xì)胞在過繼免疫中的相互作用。激活后，效應(yīng)細(xì)胞浸潤到腫瘤的核心或侵襲部位，并在殺死癌細(xì)胞中發(fā)揮重要作用。但巨噬細(xì)胞和Tregs可以形成針對CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)的免疫屏障[33]。

2.4 TAM

巨噬細(xì)胞分為經(jīng)典激活的巨噬細(xì)胞（M1）和交替激活的巨噬細(xì)胞（M2）。在正常的免疫反應(yīng)中，大多數(shù)巨噬細(xì)胞為M1表型，參與Th1細(xì)胞因子對各種病原體的反應(yīng)。M2表型與Th2細(xì)胞因子相關(guān)，參與傷口愈合和組織重塑。

癌癥初期可以視作一個炎癥微環(huán)境，癌基因突變和轉(zhuǎn)錄因子激活可誘導(dǎo)高水平的炎癥介質(zhì)，它們被分泌到腫瘤微環(huán)境中，以招募和激活各種炎癥細(xì)胞，反過來，這些招募炎癥細(xì)胞產(chǎn)生更多的炎癥信號，形成與癌癥相關(guān)的炎癥微環(huán)境[34]。

TAM在炎癥微環(huán)境中表現(xiàn)出促進(jìn)腫瘤生長和血管生成、組織重塑和抑制獲得性免疫的特征表型。研究顯示，在酸性微環(huán)境中，單核/巨噬細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)和與舌鱗癌細(xì)胞混合培養(yǎng)，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）分泌明顯減少，精氨酸（arginine，Arg）分泌明顯增加，提示舌鱗癌酸性微環(huán)境中單核/巨噬細(xì)胞的表型偏向于M2型[35]。黑色素瘤中，浸潤腫瘤的TAM會感知到微環(huán)境的強(qiáng)酸化，最終導(dǎo)致胞質(zhì)cAMP濃度升高和免疫逃避[36]。

2.5 MDSCs

MDSCs是骨髓來源的一群異質(zhì)性細(xì)胞，具有顯著抑制免疫應(yīng)答的能力[37]。在腫瘤微環(huán)境的缺氧區(qū)域，會導(dǎo)致細(xì)胞的HIF-1表達(dá)上調(diào)。HIF是由氧敏感性的α亞基和持續(xù)表達(dá)的β亞基組成的異源二聚體。缺氧條件下，HIF-1α與缺氧反應(yīng)元件（HRE）結(jié)合，激活缺氧反應(yīng)基因的表達(dá)，包括血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和其他促進(jìn)血管生成的因子，而血管生成又會進(jìn)一步促進(jìn)MDSCs的擴(kuò)張。

3 微環(huán)境免疫治療與逃逸進(jìn)展

傳統(tǒng)療法如手術(shù)、放療、化療的治療機(jī)制均是攻擊癌細(xì)胞本身，而不考慮其所處的環(huán)境。免疫治療則是利用人自身的免疫系統(tǒng)來對抗腫瘤。目前，腫瘤的免疫治療主要有兩種形式：一是被動免疫治療，如單克隆抗體、溶瘤病毒、多特異性抗體、細(xì)胞療法；二是主動免疫療法，如細(xì)胞因子治療、治療性疫苗、結(jié)合ICI或協(xié)同刺激檢查點(diǎn)激動劑的免疫療法。

雖然ICI的有效性已在多種實(shí)體瘤中得到驗(yàn)證，但也并非所有接受ICI治療的患者均能達(dá)到腫瘤縮小、生存期延長的治療效果。例如，ICI在原發(fā)性肝癌的治療中，僅對小部分患者具有持久的治療效果。表明存在其他免疫逃逸機(jī)制的同時(shí)，也提示單一地限制某一機(jī)制或通路的免疫治療存在局限性。

4 總結(jié)與展望

TME越來越被認(rèn)為是腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵因素，盡管有關(guān)TME對免疫治療的影響和調(diào)控機(jī)制的研究仍在不斷深入中，其對免疫治療的負(fù)向調(diào)節(jié)不容忽視[38]。調(diào)節(jié)TME不僅能夠逆轉(zhuǎn)腫瘤浸潤性T淋巴細(xì)胞的免疫無能，而且能夠改善由ICI誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)[39]。同時(shí)針對其他免疫組分也有不同的策略，在TME內(nèi)特異性降低Tregs功能可以提供一種更有效、更有針對性的方法來限制腫瘤內(nèi)的免疫抑制環(huán)境，而不會引起系統(tǒng)性不良后果[40]。而對于TAM的工作目標(biāo)是將TAM從M2重新編程為M1表型或抑制TAM向腫瘤的募集。如果激活的免疫系統(tǒng)能成為化療和放療的有效的額外效應(yīng)機(jī)制，那么潛在的臨床影響將是巨大的。