腫瘤微環(huán)境與乳腺癌發(fā)生發(fā)展

吉麗銀，符策崗

(1中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院乳甲外科，?？?570208；2上海市第六人民醫(yī)院?？诠强婆c糖尿病醫(yī)院骨科，?？?570000)

乳腺癌（breast cancer, BC）是乳腺上皮細胞在多種致癌因子的作用下，發(fā)生增殖失控的現(xiàn)象，其發(fā)病率位于女性惡性腫瘤的首位，也是全世界婦女腫瘤相關(guān)死亡的主要原因[1]，常被稱為“粉紅殺手”。近20年來，研究表明BC的進展不僅取決于腫瘤本身的特質(zhì)，更依賴于腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment, TME）。TME中存在有免疫細胞——腫瘤浸潤淋巴細胞（tumor infiltrating lymphocyte, TIL）和嗜中性粒細胞，基質(zhì)細胞——成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、脂肪細胞等，以及腫瘤細胞等等[2]。TME有促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展的標志性特征，如血管生產(chǎn)、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transformation, EMT）、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[3]。近期有報導(dǎo)表明，除常見的T淋巴細胞、樹突狀細胞（dendritic cell, DC）、腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor associated macrophages, TAMs）外[4]，腫瘤相關(guān)脂肪細胞（cancer associated adipocytes, CAAs）、腫瘤相關(guān)嗜中性粒細胞（tumor-associated neutrophils, TANs）等對腫瘤的發(fā)生發(fā)展也有重要的作用。本文綜述總結(jié)近期腫瘤微環(huán)境相關(guān)因素對BC發(fā)生發(fā)展的研究進展，并討論它們作為治療靶點和臨床生物標志物的潛力。

1 腫瘤相關(guān)脂肪細胞

脂肪細胞是乳房主要的基質(zhì)細胞，它除了分化外還可以在許多生理及病理過程中發(fā)生去極化和轉(zhuǎn)分化[5]。越來越多的證據(jù)支持脂肪細胞和腫瘤細胞之間存在相互作用，且脂肪細胞參與BC發(fā)生、發(fā)展的所有進程[6]。腫瘤細胞與脂肪細胞的相互作用可以增強腫瘤細胞的侵襲性，腫瘤修飾脂肪細胞被稱為CAAs。已有報導(dǎo)提出CAAs驅(qū)動腫瘤進展的一些機制，但腫瘤細胞修飾脂肪細胞復(fù)雜作用的分子機制尚未完全闡明[7]。有研究發(fā)現(xiàn)CAAs與成熟脂肪細胞存在明顯的區(qū)別：首先是體積、脂質(zhì)含量和脂肪細胞分化標記物的表達，過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ, PPARγ）和共激活因子CCAAT/增強子結(jié)合蛋白α（CCAAT/enhancer binding protein α, C/EBPα），導(dǎo)致形狀不規(guī)則和小/分散的脂滴[8]，使它們類似于棕色脂肪細胞；與此相應(yīng)，CAAs中的解偶聯(lián)蛋白1也存在高表達現(xiàn)象[9]；同時，它們呈現(xiàn)出一種活化的表型。CAAs重組其肌動蛋白細胞骨架，增加成纖維細胞樣生物標志物。此外，在代謝變化方面，CAAs增加分解代謝過程，釋放代謝產(chǎn)物，如乳酸、丙酮酸、游離脂肪酸（free fatty acids, FFAs）和酮體[10]。

與來自多種組織類型（前列腺、胰腺、黑色素瘤、肺、卵巢、肝癌和白血?。┑哪[瘤細胞共培養(yǎng)[11]以及在人BC侵襲前的體內(nèi)腫瘤細胞共培養(yǎng)[12]實驗中，證實了CAAs活化表型。與遠離腫瘤或來自健康供體的脂肪細胞相比，腫瘤發(fā)生侵襲前的脂肪細胞更小，并表達CAAs相關(guān)分子。此外，在腫瘤中心很少發(fā)現(xiàn)脂肪細胞，而TME中存在大量成纖維細胞樣細胞，這表示其來源于脂肪細胞脫分化。雖然尚未發(fā)現(xiàn)脂肪細胞源性成纖維細胞（adipocyte-derived fibroblasts, ADFs）的特定標記物，但Bochet等證明這些細胞在小鼠乳腺癌組織中積累，并促進腫瘤周圍的結(jié)締組織增生反應(yīng)[13]。動物模型譜系追蹤研究支持了纖維母細胞可能來源于脂肪細胞這一說法，這些動物模型包括生理（如泌乳乳腺[14]）和病理（纖維化真皮[15]和脂肪肉瘤[16]）條件。

脂肪形成是間充質(zhì)干細胞在脂肪生成刺激下分化為脂肪細胞的過程。這是一個復(fù)雜和高度協(xié)調(diào)的程序，包括細胞外信號和復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄因子和輔助因子網(wǎng)絡(luò)，例如PPARγ和C/EBPα，是脂肪形成的關(guān)鍵調(diào)控因子，且二者之間之形成一個正反饋調(diào)節(jié)回路[17]。這個高度調(diào)控的轉(zhuǎn)錄程序在細胞內(nèi)和細胞外因子信息轉(zhuǎn)導(dǎo)信號通路下游被激活。Wnt[18]，Hedgehog[19]，Notch[20]和轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor β, TGFβ）[21,22]等信號通路已經(jīng)成為脂肪形成過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)信號。同時，也發(fā)現(xiàn)了一些新的涉及脂肪形成的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控機制[23-25]。此外，越來越多的miRNA已被發(fā)現(xiàn)是調(diào)節(jié)脂肪形成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，可以對多個基因的表達進行調(diào)控。

腫瘤細胞對脂肪細胞表型的修飾在腫瘤細胞和TME的其他細胞中具有強烈的誘導(dǎo)效應(yīng)。體外和體內(nèi)實驗表明，CAAs在促進BC的增殖、血管生成、遷移和侵襲方面發(fā)揮重要作用[26]。CAAs分泌的大量分子和代謝物可以直接或間接地介導(dǎo)這些作用，通過誘導(dǎo)腫瘤免疫抑制微環(huán)境。揭示CAAs衍生分子在BC進展中的功能和機制對建立潛在的治療干預(yù)至關(guān)重要。其中最重要的就是脂肪因子，是由脂肪細胞分泌的具有自分泌和旁分泌功能的細胞因子，包括瘦素[27]、脂聯(lián)素[9]、白細胞介素6（interleukin 6, IL-6）[28]和自身毒素（ATX）[29]等脂肪因子，這些來自CAAs的受損分泌物促進癌癥侵襲表型；其次是代謝重編程，其適應(yīng)性機制是癌癥的特征之一，在其他癌癥特征如遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移中也有重要作用，通過刺激分解代謝途徑，如自噬、糖酵解和脂解，從基質(zhì)細胞中隔離代謝底物，包括乳酸、谷氨酰胺和脂肪酸，這些代謝物被用作癌細胞合成代謝的底物[30]。此外還有細胞外基質(zhì)重塑[31]以及CAAs代謝產(chǎn)物對腫瘤免疫微環(huán)境的調(diào)控[32,33]。

目前的證據(jù)表明，在TME中發(fā)生非常復(fù)雜的情況，如分化阻斷、去分化和轉(zhuǎn)分化，可能會引導(dǎo)脂肪細胞到CAA表型，這是癌癥進展的關(guān)鍵。脂肪細胞作為腫瘤進展的積極參與者，正在成為治療BC的新靶點，未來可以開發(fā)針對脂肪細胞和/或癌細胞的新藥，以阻止脂肪細胞-腫瘤細胞的惡性循環(huán)，防止癌癥進展。

2 腫瘤相關(guān)嗜中性粒細胞

嗜中性粒細胞在TME中廣泛存在，以往一直都認為其對腫瘤的發(fā)生發(fā)展無顯著影響。但近期的研究表明這種存活期較短的細胞可以影響慢性進展性疾病。在人體中，嗜中性粒細胞是最常見的循環(huán)免疫細胞。在炎癥的情況下，它們作為第一效應(yīng)細胞出現(xiàn)在炎癥部位，通過分泌細胞因子和趨化因子來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。多項研究表明，腫瘤進展與嗜中性粒細胞密切相關(guān)[34]。傳統(tǒng)上認為，TME中的嗜中性粒細胞的存在可能是一種防御免疫反應(yīng)的指標。然而越來越多的證據(jù)表明，嗜中性粒細胞通過旁分泌調(diào)節(jié)，可以增強局部腫瘤的生長，這些細胞也積極參與腫瘤向遠處轉(zhuǎn)移的進展[35,36]。中性粒細胞誘導(dǎo)的炎癥也可能在廣泛的慢性綜合征和腫瘤進展的發(fā)病機制中發(fā)揮作用。值得注意的是，各種類型的癌癥患者外周血中性粒細胞的數(shù)量顯著增加。最近，外周血中性粒細胞與淋巴細胞比率（NLR）的增加已被視為癌癥患者總體生存期較差的獨立預(yù)后指標[37,38]，同時有研究表明乳腺癌患者外周血液中NLR升高與其預(yù)后較差密切相關(guān)[39]。一些臨床試驗報導(dǎo)，與其他循環(huán)中性粒細胞相比，TANs可能具有更長的循環(huán)時間[40]。這可能是由于腫瘤和基質(zhì)細胞產(chǎn)生的包括粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF)、IL-6、血管內(nèi)皮生長因子α（vascular endothelial growth factor, VEGF）和IL-1β等細胞因子共同作用的結(jié)果[41]，不僅可以刺激中性粒細胞成熟和發(fā)育，還誘導(dǎo)其在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮促進作用。在腫瘤環(huán)境中，TANs可影響腫瘤細胞增殖、組織重塑、血管生成、上皮遺傳不穩(wěn)定性和抑制淋巴細胞介導(dǎo)的免疫[42]。

中性粒細胞被趨化因子受體2（CXCR2）的配體(如CXCL1、2和5)吸引到腫瘤發(fā)生部位，并發(fā)揮關(guān)鍵的炎癥作用[43]。在中性粒細胞中，另一種重要的可與CXCR1或CXCR2結(jié)合的趨化因子是IL-8。這些受體由內(nèi)皮細胞、粒細胞（包括中性粒細胞）以及其他免疫細胞（如巨噬細胞和肥大細胞）表達。許多研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)IL-8在一些癌癥（如BC）的終末期會出現(xiàn)過度表達的情況。IL-8除了直接增加腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲外，還能增強中性粒細胞對腫瘤環(huán)境的浸潤，從而通過中性粒細胞分泌的酶在腫瘤細胞的進展和遷移潛能中發(fā)揮重要作用。此外，也有研究表明類二十烷白三烯B4（eicosanoid leukotriene B4, LTB4）、損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecular patterns, DAMPs）如高遷移率族蛋白B（high mobility group box 1, HMGB1）等這些蛋白能夠通過激活CD11b/CD18整合蛋白來增加中性粒細胞的趨化性[44]。這些免疫細胞積極參與腫瘤生長的各個方面，包括腫瘤起始、血管生成、轉(zhuǎn)移和增殖。一些因素，如活性氧（reactive oxygen species, ROS）、活性氮（reactive nitrogen species, RNS）或中性粒細胞釋放的蛋白酶有助于腫瘤啟動[45]。中性粒細胞彈性蛋白酶（neutrophil elastase, NE）刺激腫瘤細胞減少胰島素受體底物-1（insulin receptor substrate-1, IRS-1）。IRS-1水平降低可促進PI3K與血小板衍生生長因子受體（platelet-derived growth factor receptors, PDGF-R）的相互作用，進而促進腫瘤細胞增殖[46]。通過環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase-2, COX-2）介導(dǎo)的前列腺素E2合成促進腫瘤細胞增殖。中性粒細胞可通過增強腫瘤細胞的侵襲性、增加腫瘤細胞定植和細胞外基質(zhì)降解而加速腫瘤轉(zhuǎn)移。調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9, MMP-9）參與激活VEGF以增強血管生成，人中性粒細胞來源的MMP-9顯著刺激血管生成，這些來自腫瘤浸潤的中性粒細胞的MMP-9同時控制腫瘤內(nèi)細胞浸潤和腫瘤血管生成。阻斷中性粒細胞聚集或藥物抑制VEGFα和TANs來源的MMP-9可能有助于同時預(yù)防腫瘤內(nèi)細胞浸潤和血管生成。

近年來，TANs形成細胞外誘捕網(wǎng)（extracellular traps, NETs）的能力得到廣泛的研究，結(jié)果表明，NETs由DNA支架與金屬蛋白酶（MMPs）和各種細胞質(zhì)蛋白組成，包括組織蛋白酶G、乳鐵蛋白和中性粒細胞彈性酶，活化的中性粒細胞在腫瘤微環(huán)境中形成NETs，在腫瘤進展中發(fā)揮促腫瘤作用[47]，并且發(fā)現(xiàn)在BC患者血漿中NET水平高于健康對照組[48]。Casbon等人通過探索BC的多階段小鼠模型，發(fā)現(xiàn)侵襲性BC細胞介導(dǎo)骨髓細胞重編程，在骨髓分化的早期生成免疫抑制中性粒細胞[49]。TME中的其他細胞也可能參與中性粒細胞趨化因子的分泌。有人認為，在小鼠轉(zhuǎn)移性BC模型中，T細胞來源的IL-17誘導(dǎo)成瘤性中性粒細胞浸潤，從而導(dǎo)致腫瘤快速進展。此外，γδ T細胞釋放IL-1β誘導(dǎo)IL-17，導(dǎo)致中性粒細胞G-CSF依賴的擴張和極化，增加BC轉(zhuǎn)移[50]。在腫瘤環(huán)境中，調(diào)節(jié)TANs功能的另一個因素是VATPase α2亞型（α2NTD），該多肽在侵襲性BC細胞上高度表達。α2NTD的增加會上調(diào)中性粒細胞促炎因子的分泌，這與腫瘤細胞的侵襲有關(guān)[51]。中性粒細胞能夠破壞基底膜，長期以來被認為可以介導(dǎo)腫瘤細胞的侵襲和遠處轉(zhuǎn)移。另一項研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制IL-8基因表達和減少TANs浸潤，可以抑制中性粒細胞介導(dǎo)的腫瘤細胞遷移的增加[52]。有報道稱IL-8的表達與三陰性BC的不良預(yù)后有關(guān)，靶向IL-8信號可能會改善腫瘤治療[53]。據(jù)報道，在細胞毒性化療期間，中性粒細胞減少與幾種癌癥的高生存率相關(guān)，在現(xiàn)實環(huán)境中中性粒細胞計數(shù)較低的患者早期疾病進展的風(fēng)險可能較低[54]。此外，根據(jù)BC輔助化療的研究，在治療過程中細胞毒性作用增強的患者比沒有毒性作用的患者預(yù)后更好[55]。有研究表明，NE在可以直接通過溶解腫瘤基質(zhì)或間接通過這種蛋白酶級聯(lián)促進癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，BC患者NE過表達也與預(yù)后不良相關(guān)。NE在介導(dǎo)全身變化的若干機制中發(fā)揮著重要作用，尤其是細胞因子風(fēng)暴的發(fā)生機制。然而，有研究發(fā)現(xiàn)了NE在BC中的一種新功能，這與之前的報道不一致。結(jié)果表明，幾乎所有由TANs產(chǎn)生的NE都被BC細胞所吸收。NE的吸收與cyclin E1在BC細胞株中的低分子量表達有關(guān)，這增加了它們對肽特異性細胞毒性T淋巴細胞裂解的敏感性。因此，NE可以被認為是先天免疫系統(tǒng)與BC的適應(yīng)性免疫反應(yīng)的重要連接者。

最近，越來越多的研究表明中性粒細胞是BC轉(zhuǎn)移前因子[56]。腫瘤中中性粒細胞的存在通常表明對腫瘤的免疫應(yīng)答失敗。TME誘導(dǎo)的TANs是一個獨特的中性粒細胞群體，在腫瘤進化的所有階段[57]，對TANs和TME之間復(fù)雜的相互作用有一個總體認識至關(guān)重要。中性粒細胞已經(jīng)成為癌癥領(lǐng)域的新參與者，并有成為疾病結(jié)局的生物標志物或治療靶點的潛力[58]。

3 小結(jié)

現(xiàn)有證據(jù)表明，TME經(jīng)歷非常復(fù)雜的方式誘導(dǎo)形成的CAAs與TANs表型，是癌癥進展的關(guān)鍵步驟，但其作用以及核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍需進一步闡述。它們釋放的細胞因子與代謝產(chǎn)物，除了影響癌細胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移潛能外，還能進一步影響免疫細胞的效應(yīng)功能，形成免疫反應(yīng)。因此，需要進一步研究CAAs與TANs作為支持免疫治療療效，以及評估作為直接或間接抑制腫瘤進展的靶細胞的可能性。此外，需更加深入地了解觸發(fā)CAAs與TANs的信號，為治療癌癥提供新的途徑。腫瘤誘導(dǎo)的CAA及TANs表型的轉(zhuǎn)錄、代謝以及機械生物學(xué)控制都值得進一步研究，這可能會為乳腺癌的治療提供全面的線索。