腫瘤相關中性粒細胞在腫瘤雙向調控作用中的研究進展

金昱彤，曹敏，劉海朝，王怡楊，趙舒武，滿姍姍，邊育紅，賈貝田

(1.天津中醫(yī)藥大學中西醫(yī)結合學院，天津 301617； 2.天津市第二人民醫(yī)院肝病研究所，天津 300192)

腫瘤的發(fā)展與腫瘤微環(huán)境密切相關，而腫瘤微環(huán)境由腫瘤細胞募集的免疫細胞及其釋放的炎癥因子和細胞外基質共同構成。中性粒細胞是免疫細胞中的一員，在多種調節(jié)因子作用下由髓樣干細胞分化而來。中性粒細胞從骨髓遷移至腫瘤部位需要經歷骨髓內中性粒細胞的成熟、在血液中的循環(huán)以及向腫瘤部位趨化3個階段[1]。中性粒細胞是多功能先天免疫細胞，具有多樣性和可塑性等特征。腫瘤相關中性粒細胞(tumor-associated neutrophils，TANs)是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，通過發(fā)揮促腫瘤和抗腫瘤功能，在腫瘤的進展中起雙向調控作用[2-4]。TANs參與腫瘤發(fā)展的各個階段，在腫瘤早期形成階段，TANs通過調控自身遷移能力、T細胞功能及促進細胞毒性作用等發(fā)揮抗腫瘤作用；在腫瘤晚期階段，TANs通過與其他免疫細胞相互作用、調控蛋白酶的分泌及中性粒細胞外誘捕網(neutrophil extracellular traps，NETs)的功能起到促腫瘤轉移的作用，這可能與腫瘤不同時期TANs的極化狀態(tài)及招募其他免疫細胞的能力相關。現(xiàn)就TANs在腫瘤雙向調控作用中的研究進展予以綜述。

1 TANs概述

中性粒細胞是人體先天免疫應答中重要的免疫細胞，占所有白細胞的50%～70%[3]，具有清除病原體、抵抗外源性感染的作用。TANs是浸潤于腫瘤微環(huán)境中的中性粒細胞，其可塑性的發(fā)揮主要依賴于所處環(huán)境的差異。中性粒細胞是腫瘤中形成炎癥浸潤的主要因素，與循環(huán)中的中性粒細胞相比，腫瘤微環(huán)境中的促炎因子可延長TANs的存活時間，在多種趨化因子、細胞因子、黏附分子的作用下，TANs對腫瘤的調控更具多樣性[5]。總之，TANs可通過調控其他免疫細胞功能、NETs的形成以及極化狀態(tài)等積極參與腫瘤的形成、發(fā)展和轉移，并通過多種信號通路影響腫瘤的進展。

2 TANs對腫瘤形成的影響

2.1中性粒細胞的遷移 中性粒細胞在骨髓中的增殖、成熟和釋放受細胞因子和趨化因子的影響，其中粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，G-CSF)是調控中性粒細胞成熟和遷移的主要調節(jié)因子，可通過促進CXC趨化因子受體[chemokine (C-X-C) motif receptor，CXCR]2或抑制基質細胞衍生因子-1和CXCR4的表達及信號轉導促進中性粒細胞釋放[6-7]。中性粒細胞向腫瘤部位的遷移受趨化因子的調控，CXCR2和CXC趨化因子配體[chemokine(C-X-C) motif ligand 1，CXCL]1、CXCL2、CXCL5在其中起關鍵作用[8-9]。在腫瘤形成階段，中性粒細胞受炎癥因子與細胞因子的影響表現(xiàn)出抑制腫瘤形成的作用，如核因子κB信號通路激活可誘導胰腺癌模型小鼠CXCL5表達，進而促進TANs向腫瘤部位遷移[10]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌形成的早期階段，腫瘤組織中的CXCL2和CXCL5表達顯著上調，敲除CXCR2則可見明顯的促腫瘤現(xiàn)象，提示CXCR2可通過影響腫瘤的血管生成和活性氧的產生使TANs具有抗腫瘤功能[11]。還有研究發(fā)現(xiàn)，干擾素激動劑環(huán)鳥苷酸-腺苷酸可通過激活核因子κB/CXCL1/CXCL2信號通路促進TANs向腫瘤部位遷移，進而觸發(fā)抗腫瘤免疫反應[12]。

2.2調控T細胞的功能 在早期腫瘤微環(huán)境中，TANs可通過增強T細胞應答發(fā)揮抗腫瘤作用。Singhal等[5]在早期肺癌患者中鑒定出抗原呈遞細胞樣TANs，并發(fā)現(xiàn)抗原呈遞細胞樣TANs僅存在于可產生少量γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)的早期小型肺癌中，抗原呈遞細胞樣TANs具有增強抗原非特異性和腫瘤特異性T細胞應答的功能。在腫瘤早期階段，中性粒細胞可通過調控白細胞介素(interleukin，IL)-17的產生間接促進CD8+T細胞的抗腫瘤功能[13]。此外，TANs還能通過抑制IL-17+γδ T細胞的增殖發(fā)揮抗腫瘤作用，在小鼠黑色素瘤早期階段，IL-17+γδ T細胞中的谷胱甘肽水平降低，導致其對TANs產生的活性氧的敏感性增強，進而提高氧化應激水平、抑制腫瘤細胞增殖[14]。Ponzetta等[15]研究表明，TANs分泌的IL-12對肉瘤模型小鼠αβ T細胞的Ⅰ型極化和IFN-γ介導的抗腫瘤反應至關重要；進一步研究顯示，與CSF3R+/+小鼠相比，TANs減少的CSF3R-/-小鼠的腫瘤進展明顯，表明TANs對3-甲基膽甾烷誘導的腫瘤具有一定的抑制作用。

2.3促進細胞毒作用 TANs具有直接殺傷腫瘤細胞的能力，但具體作用機制目前尚未明確。有研究證實，早期腫瘤中的TANs對腫瘤細胞的細胞毒作用更強，TANs激活后可產生更高水平的過氧化氫優(yōu)先殺傷腫瘤細胞，抑制腫瘤的發(fā)生[16-17]。而瞬時受體電位M2是一種過氧化氫依賴性Ca2+通道，可通過增加腫瘤細胞內的鈣通量介導TANs的細胞毒性作用，與腫瘤細胞接觸的TANs可分泌過氧化氫，導致腫瘤細胞因瞬時受體電位M2 Ca2+通道流入的大量Ca2+而死亡[18]。在三陰性乳腺癌的人源性腫瘤移植模型中，TANs被單核細胞來源的IFN-γ激活后殺傷能力顯著增強，并進一步靶向肺部播散的腫瘤細胞，防止其體內轉移性生長[19]。此外，TANs還可通過抗體依賴的細胞毒性作用殺傷腫瘤細胞，抗體通過TANs表面的Fc受體識別腫瘤細胞抗原，誘導中性粒細胞釋放細胞毒介質殺傷腫瘤細胞[20]。綜上，在腫瘤形成早期，TANs在多個方面發(fā)揮細胞毒性作用，從而達到抗腫瘤的目的。

3 TANs在腫瘤發(fā)展中的作用

腫瘤進展大致可分為腫瘤清除階段、腫瘤平衡階段和腫瘤逃逸階段。在腫瘤發(fā)展的早期，TANs可促進T細胞對腫瘤的殺傷，其可分泌大量一氧化氮、過氧化氫、腫瘤壞死因子-α以及活性氧等細胞毒介質以殺傷腫瘤細胞，從而抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展；在腫瘤發(fā)展的后期階段，TANs的抗腫瘤功能下調，其分泌的細胞毒性介質水平顯著降低，TANs的促瘤表型占優(yōu)勢，從而加速腫瘤的生長和轉移[21]。隨著腫瘤的進展，TANs在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮促進腫瘤生長和轉移的作用。

3.1促進腫瘤生長 TANs可通過抑制免疫細胞募集、抑制免疫細胞活性等方式促進腫瘤生長。Michaeli等[22]從不同的小鼠腫瘤模型中分離出TANs，其可通過腫瘤壞死因子-α和一氧化氮接觸依賴性機制誘導腫瘤環(huán)境中的CD8+T細胞凋亡，促進腫瘤生長。Wang等[23]發(fā)現(xiàn)，胃癌患者的腫瘤細胞中存在明顯的CD54+TANs浸潤，且高表達程序性細胞死亡配體1(programmed cell death-ligand 1，PD-L1)，腫瘤細胞分泌的GM-CSF通過Janus激酶和信號轉導及轉錄活化因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信號通路激活TANs，以PD-L1依賴的方式抑制T細胞的免疫功能，促進腫瘤生長。TANs還可通過分泌CC趨化因子配體17募集調節(jié)性T細胞并遷移至腫瘤部位，抑制抗腫瘤免疫活性[24]。還有研究發(fā)現(xiàn)，TANs可降低自然殺傷細胞的細胞毒性和浸潤能力，并通過G-CSF/STAT3和IL-18信號通路調控程序性細胞死亡受體1和PD-L1的表達，進而抑制自然殺傷細胞的抗腫瘤免疫活性[25]。

3.2促進腫瘤轉移 TANs積極參與腫瘤細胞從原發(fā)性腫瘤逃逸[26-27]。研究顯示，Smad4陰性的結直腸癌TANs浸潤顯著且高表達CXCL1和CXCL8，其中CXCL8是導致結直腸癌患者預后不良的關鍵因素[28]。此外，TANs促進腫瘤轉移需要細胞因子的調控，如G-CSF與腫瘤預后不良密切相關，G-CSF長期刺激可導致腫瘤微環(huán)境中的中性粒細胞產生免疫抑制作用[29]。在自發(fā)乳腺癌轉移的小鼠模型中，IL-1β可促進γδT細胞中的IL-17表達，導致TANs呈G-CSF依賴性擴增和極化，從而抑制CD8+T細胞的抗腫瘤活性，促進腫瘤轉移，而清除γδ T細胞或TANs可顯著減少腫瘤細胞向肺和淋巴結轉移[29-30]。G-CSF可招募精氨酸酶1陽性和PD-L1陽性的TANs至大腦，以促進腫瘤腦轉移，使用G-CSF抗體或免疫檢查點阻滯聯(lián)合Src抑制劑則可阻斷中性粒細胞浸潤，阻止pY696-果蠅zeste基因增強子的人類同源物2誘導的腫瘤腦轉移[31]。此外，轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)也具有促腫瘤轉移的作用，用TGF-β刺激腫瘤細胞或腫瘤細胞產生的TGF-β均可導致中性粒細胞遷移，增強TANs在腫瘤組織中的浸潤，抑制TGF-β信號則可有效減少轉移灶的形成[32-34]。有研究表明，TANs在腫瘤轉移中的作用與自然殺傷細胞相關，TANs可抑制自然殺傷細胞缺陷小鼠乳腺癌向肺轉移[35]。

3.2.1調控蛋白酶的分泌 TANs可通過調節(jié)自身酶的產生影響腫瘤細胞的遷移和侵襲，如彈性蛋白酶、組織蛋白酶G和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)-9[36]。彈性蛋白酶是中性粒細胞分泌的活性最高、含量最多的蛋白酶，也是中性粒細胞功能的主要貢獻者[37]。TANs釋放的彈性蛋白酶可直接作用于腫瘤組織，破壞細胞間黏附并促進腫瘤轉移[36]。在腫瘤環(huán)境中，彈性蛋白酶可通過維持腫瘤表皮生長因子受體的活性促進腫瘤細胞轉移，蛋白裂解作用可降解組織中的多種蛋白，加重組織的破壞，導致腫瘤的發(fā)生和轉移[38-40]。研究發(fā)現(xiàn)，組織蛋白酶G可促進前列腺癌細胞轉移，且腫瘤組織中的組織蛋白酶G表達與前列腺癌患者的預后密切相關[41]。組織蛋白酶G、彈性蛋白酶可通過作用于上皮-間充質轉化和細胞外基質重塑的相關機制發(fā)揮促腫瘤轉移作用[42]，也可通過下調血小板反應蛋白1的表達促進腫瘤細胞向肺轉移[43]。在腫瘤發(fā)生的中晚期階段，TANs可分泌多種MMP，其中MMP-9可導致細胞外基質重塑、組織學屏障破壞以及腫瘤血管生成[44]；MMP-9過表達還與乳腺癌較高的轉移率和復發(fā)率顯著相關[45]。

3.2.2調控NETs的功能 NETs是指中性粒細胞壞死或凋亡后將細胞內的DNA、組蛋白或其他功能蛋白釋放到細胞外空間而形成的DNA網狀結構。由TANs產生的NETs在促進腫瘤細胞擴散和向遠處遷移的過程中發(fā)揮了重要作用[46]。研究發(fā)現(xiàn)，抑制乳腺腫瘤模型小鼠NETs的形成可顯著抑制原發(fā)性腫瘤的生長與肺轉移[47]。NETs主要依靠其網狀結構捕獲病原體，進而促進病原體與中性粒細胞衍生的效應分子相互作用[48]。NETs在乳腺癌和結腸癌患者的肝轉移中高表達，同時NETs還可調控乳腺癌模型小鼠腫瘤細胞上卷曲螺旋結構域蛋白25的表達，從而導致腫瘤細胞遠處轉移[49]。另有研究發(fā)現(xiàn)，TANs可通過NETs促進胰腺癌模型血栓形成，而胰腺癌與靜脈血栓栓塞高發(fā)密切相關[50]。此外，NETs還可通過增強外滲參與胰腺癌轉移，而抑制NETs的形成可防止胰腺癌肝轉移的發(fā)生[51]。NETs也可通過激活Toll樣受體4/Toll樣受體9信號通路增強肝癌細胞的轉移潛能[52]。有研究指出，早期腫瘤來源的TANs對腫瘤細胞具有更強的殺傷作用，且隨著腫瘤的發(fā)展TANs的表型逐漸向促進腫瘤形成和轉移的方向變化[16]。

4 TANs極化對腫瘤的影響

TANs極化與腫瘤的形成、發(fā)展和轉移均密切相關。根據(jù)在腫瘤微環(huán)境中受到的刺激不同，TANs可分為抗腫瘤和促腫瘤兩種極化狀態(tài)。Fridlender等[53]根據(jù)TANs作用的不同將其分為抗腫瘤型(N1型)和促腫瘤型(N2型)，并指出腫瘤內的TGF-β傾向于將TANs向N2表型分化。抑制TGF-β信號或使用IFN-β誘導后，TANs主要表現(xiàn)為N1表型[54-55]。N1型與N2型TANs在腫瘤進展的各個階段均發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，尼古丁可促進N2型TANs分泌脂質運載蛋白2，從而誘導腫瘤細胞上皮-間充質轉化，促進腫瘤細胞定植和遷移生長[56]。

此外，通過比較使用TGF-β阻斷劑處理的N1型TANs形態(tài)與未經處理的TANs形態(tài)發(fā)現(xiàn)，未經處理的TANs細胞核呈圓形，而使用TGF-β阻斷劑處理的N1型TANs呈多分葉狀，提示TANs的極化可能與中性粒細胞成熟與活化環(huán)境有關[53]。而Eruslanov等[57]認為，隨著腫瘤向晚期階段發(fā)展，免疫抑制環(huán)境可導致N1型TANs失去作用，甚至在晚期逃避階段可將其轉變?yōu)镹2型TANs，提示N2型TANs促腫瘤作用在一定程度上代表腫瘤進展的結果。促進TANs向N1型極化或抑制其向N2型極化，可促使其在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮抗腫瘤作用[58]。研究發(fā)現(xiàn)，circRNAs中的circPACRGL可通過miR-142-3p/miR-506-3p-TGF-β1軸促進結腸癌細胞增殖和遷移，同時還可促進TANs由N1型向N2型分化，從而促進腫瘤進展[59]。Ohms等[60]將血液來源的人中性粒細胞在體外分化為N1型與N2型，并通過檢測細胞表面標志物、細胞因子和活性氧水平證實體外極化中性粒細胞具有可行性。因此，抑制N2型TANs的促腫瘤功能或將其轉化為抗腫瘤的N1型均可為TANs極化的研究提供新思路，為靶向中性粒細胞抗腫瘤治療提供新策略。

5 小 結

中性粒細胞作為腫瘤微環(huán)境中的免疫細胞可通過調控腫瘤細胞或其他免疫細胞通路，在腫瘤形成、發(fā)展以及轉移中發(fā)揮重要作用。但目前關于TANs的研究仍缺乏臨床綜合性研究，如在腫瘤不同階段分離出的TANs表型不同、從動物體內分離出的TANs與從人外周血中分離出的TANs特異性標志物不同以及TANs耗竭可導致機體的免疫力降低等均是臨床亟須解決的問題。隨著代謝組學、轉錄組學等技術的發(fā)展，研究者對TANs的了解將更全面、更深入。此外，利用TANs對腫瘤的雙重性治療不同階段腫瘤還應充分明確TANs復雜的生物學活性和作用，全面探索TANs促瘤或抑瘤作用的途徑及具體機制，從而為腫瘤的治療提供幫助。