腫瘤微環境中免疫抑制性細胞和細胞因子在抗腫瘤免疫反應中的作用研究進展

何亞運，羅泊濤，陸元志

(1廣東醫科大學病理學系，廣東湛江524023；2 廣東醫科大學附屬醫院)

腫瘤組織本質上是一種異常的炎性組織。腫瘤細胞與其間質成分相互作用是影響腫瘤發生發展及治療效果的重要因素。一方面腫瘤細胞通過產生各種炎癥因子如生長因子、細胞因子和趨化因子等募集炎癥細胞到達腫瘤組織并通過不同的機制改變這些炎癥細胞的分化、發育與功能狀態，同時激活腫瘤組織中成纖維細胞以重塑腫瘤微環境。另一方面，腫瘤組織中浸潤的各種炎癥細胞及活化的成纖維細胞又反過來改變腫瘤細胞的代謝與功能狀態，促進腫瘤免疫抑制和免疫逃逸。機體免疫系統在腫瘤的發生、發展過程中起雙重作用。一方面，機體可通過先天性和后天性免疫抵抗腫瘤發生；另一方面，腫瘤細胞可通過形成特殊免疫抑制微環境等多種機制逃避機體免疫系統的識別和攻擊，產生免疫逃逸。腫瘤免疫逃逸主要機制包括[1]：腫瘤表面抗原缺失、抑制腫瘤細胞裂解、形成腫瘤免疫抑制性微環境，產生免疫抑制。腫瘤免疫抑制性微環境主要由腫瘤細胞產生的免疫抑制分子、基質成分和抑制性的免疫細胞和相關免疫抑制性細胞因子構成。其中免疫抑制性細胞主要包括腫瘤相關巨噬細胞、調節性T 細胞、骨髓來源的抑制性細胞(Myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)、癌相關成纖維細胞(CAFs)等。而免疫細胞因子主要包括IL-10、TGFβ1、IL-17，此外還有PD-1/PD-L1等免疫檢查點分子及外泌體等。現將腫瘤免疫抑制性微環境中的免疫抑制性細胞和免疫抑制性細胞因子在抗腫瘤免疫反應中的作用研究進展綜述如下。

1 免疫抑制性細胞在抗腫瘤免疫反應中的作用

1．1 巨噬細胞 根據其表型和功能可將巨噬細胞分為可分為經典活化的巨噬細胞(M1型)和替代性活化的巨噬細胞(M2型)兩個亞型。腫瘤組織中大量存在的M2型巨噬細胞，又被稱為腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages ，TAMs)[2]。TAM可阻止T細胞攻擊腫瘤細胞，分泌生長因子滋養腫瘤細胞，促進腫瘤組織血管的生成，進一步促進腫瘤細胞的轉移、擴散。

巨噬細胞可通過PI3Kγ信號通路發揮免疫抑制作用。研究[3]顯示，巨噬細胞可活化PI3Kγ信號通路，抑制T細胞的激活，促進腫瘤的免疫抑制作用，而阻斷PI3Kγ信號通路可增強腫瘤對抗癌藥物及免疫治療敏感性。此外，封閉巨噬細胞表面的SIRPα分子可增強巨噬細胞對高表達CD47的急性髓系白血病細胞的吞噬能力，而SIRPα/CD47途徑可阻礙單克隆抗體的腫瘤靶向治療[4]。目前以CD47為靶點的藥物已進入臨床試驗。此外，G蛋白耦聯受體(G-protein-coupled receptor，GPCR)家族成員Lgr4在巨噬細胞調節腫瘤免疫中起關鍵作用。Lgr4通過激活ERK/STAT3信號通路促進M2型巨噬細胞分化，敲除Lgr4可明顯抑制小鼠腫瘤生長，延長小鼠生存期，且腫瘤組織中出現大量M1型巨噬細胞和活化的CD8+T細胞浸潤，提示Lgr4通過改變巨噬細胞極化而促進抗腫瘤效應[5]。

1.2 調節性T細胞 Tregs 是一類CD4+CD25+并參與調節體內自身免疫反應性的T細胞亞群，能通過接觸依賴和釋放抑制性細胞因子如IL-10、IL-4及分泌型TGF-β的方式抑制腫瘤細胞的增殖和活化，同時調節性T細胞亦抑制B細胞、NK細胞和其他免疫細胞的功能[6]。此外，Tregs還可通過調控CTLA-4、PD-1及TGF-β等表達直接與靶細胞上相應受體結合，抑制IFN-γ、TNF-α和IL-2等T細胞相關重要細胞因子的表達。。Tregs也可通過下調抗原呈遞細胞(APC)的功能或競爭APC上的共刺激分子來抑制效應T細胞[7]，從而產生免疫抑制作用。在缺氧的條件下，腫瘤細胞可通過上調趨化因子配體28(CCL28)的表達來募集Tregs，增強腫瘤免疫耐受性和促進血管生成[8]。

研究[9]發現活化的Tregs通過表達胞外酶CD39和CD73，使胞外ATP轉化為腺苷，又通過腺苷和A2A受體信號通路來介導免疫抑制，而Tregs在凋亡后會釋放大量的ATP，快速轉變為腺苷，腺苷與T細胞表面相應受體結合，抑制效應T細胞功能。因此，通過阻斷CD39和CD73通路作用來控制或阻斷Tregs的抑制活性或許產生更明顯的腫瘤治療效果。

1.3 MDSCs MDSCs是異質細胞群體，主要包括骨髓祖細胞和未成熟髓細胞(IMC)。在腫瘤微環境相關細胞因子作用下，IMC未能分化成熟髓樣細胞，并不斷擴增。激活IMC上調表達許多免疫因子如精氨酸酶1(由ARG1編碼)和誘導型iNOS等，進而產生一氧化碳和活性氧，這些因子導致具有免疫抑制活性的IMC群體進一步擴增，抑制免疫細胞應答的能力[10]。Notch信號通路能夠抑制髓系分化，導致MDSCs的積累[11]。一方面MDSCs可使腫瘤微環境中免疫抑制因子ARG1的表達上調，ARG1能分解T細胞活化所必須的精氨酸，使CD4+和CD8+效應T細胞活化受阻；另一方面MDSCs下調TCR相關ζ鏈[12]，抑制T細胞的活化[13]，此外， Schlecker等[14]發現，MDSCs可通過分泌多種趨化因子如CCL3、CCL4、CCL5及炎性因子IL-17等募集Tregs，促進腫瘤免疫逃逸。

此外，MDSCs通過與自然殺傷( NK )細胞和NKT細胞的相互作用，干擾機體先天免疫功能；同時MDSCs使巨噬細胞轉化為具有免疫抑制作用的M2型巨噬細胞[15]，Ⅱ型NKT細胞可產生IL-13，促進MDSCs和M2型巨噬細胞極化[15,16]。總之，MDSCs在腫瘤微環境中具有免疫抑制作用是不爭的事實，但其能否成為有效的抗腫瘤靶點，仍需要進一步探討。

1.4 CAFs CAFs是腫瘤微環境中最重要的細胞成分。CAFs主要通過釋放蛋白水解酶、生長因子和細胞因子來調節腫瘤微環境，并影響腫瘤細胞生物學行為。已發現，在TGF-β等細胞因子的作用下，腫瘤微環境中靜止成纖維細胞活化成為CAFs[17]。CAFs通過促進血管生成和修飾ECM直接刺激腫瘤細胞增殖，參與腫瘤細胞侵襲。CAFs還通過分泌細胞因子和趨化因子來調節腫瘤中免疫細胞的功能，介導腫瘤炎癥反應[18]。

在大多數癌組織中，CAFs選擇性表達成纖維細胞激活蛋白-α( Fibroblast Activation Protein Alpha ，FAP-α)，其具有膠原酶活性，能改變膠原蛋白結構和降解纖連蛋白而促進微環境基質的重建，進而增強腫瘤細胞侵襲能力；同時FAP-α還可以與其它一些細胞因子一起協作阻止免疫細胞聚集，抑制腫瘤組織內浸潤免疫細胞的功能，增加細胞外基質等，從而促進腫瘤的生長[19]。因此，CAFs在FAPα的作用下，逐漸形成適宜腫瘤細胞增殖及轉移的微環境。

Cohen等[18]在小鼠實驗中，通過特異性敲除CAFs內的Chi3L1基因，可以抑制腫瘤生長，延長帶瘤小鼠的壽命，提示CAFs的Chi3L1基因對腫瘤細胞的生長具有直接促進作用。CAFs的Chi3L1基因參與促進巨噬細胞的募集并影響體內T細胞的募集和分化，從而促進腫瘤的免疫抑制微環境的形成。

2 免疫抑制性細胞因子在抗腫瘤免疫反應中作用

2.1 IL-10 IL-10是由多種免疫細胞產生的具有免疫抑制作用的細胞因子[20]。目前已有許多機制解釋IL-10介導APC功能抑制，然而IL-10參與免疫抑制的確切機制尚未完全清楚。IL-10可通過降低樹突狀細胞和巨噬細胞等APCs表面MHCⅡ類分子和共刺激分子CD80、CD86的表達，抑制抗原特異性CD4+T細胞增殖的能力[21]。Mittal等[22]發現IL-10在APCs中的表達作用主要通過STAT3的磷酸化介導，抑制MAPK途徑、PI3K/Akt途徑和NF-kB途徑，干擾TLR信號傳導，抑制T細胞功能；同時IL-10信號能干擾IFN-γ誘導的單核細胞活化，從而抑制IFN-γ誘導的MHC-Ⅱ和共刺激分子表面表達、促炎性細胞因子產生和單核細胞功能[22]。

2.2 TGF-β TGF-β是誘導巨噬細胞趨向M2型極化的重要因子。Costa等[23]研究發現口腔鱗狀細胞癌微環境中普遍存在巨噬細胞M2極化現象，且與TGF-β作用密切相關。TGF-β可顯著促進IL-10的分泌，從而降低DC的表面分子如MHC-Ⅱ類分子及CD80等表達，抑制DC分化成熟，使其無法激活T細胞。通過激活下游的Smad分子，TGF-β可抑制穿孔蛋白、Caspase激活分泌因子顆粒酶A和B等細胞因子的產生，促進凋亡因子FasL和γ干擾素等，促進免疫逃逸。TGF-β還可抑制T細胞和B細胞的增值，并抑制B淋巴細胞產生免疫因子[24]。

Mariathasan等[25]研究發現，TGF-β蛋白在免疫檢查點抑制劑Atezolizumab治療無效的患者腫瘤組織中高表達，認為免疫檢查點抑制劑原發耐藥性可能與TGF-β通路相關。因此，TGF-β抑制劑與PD-L1抑制劑聯合用藥，或可重塑基質微環境并使T細胞進入腫瘤內部，然而，目前尚無確切臨床證據支持聯合TGF-β抑制劑提高PD-L1抑制劑療效更優于單藥作用，具體療效及其作用機制仍需進一步探討。

2.3 IL-17 IL-17屬于促炎細胞因子，在腫瘤發生發展具有雙重作用。一方面IL-17可以作用于T細胞、巨噬細胞、上皮細胞和內皮細胞等多種細胞，誘導這些細胞分泌IL-1β、IL-6、IL-12、TNF-α等炎癥細胞因子，促進CXCL-18、CXCL-1、MCP-1等趨化因子的表達，從而增強NK細胞和細胞毒性T淋巴細胞(CTL)的激活和募集嗜中性粒細胞、NK細胞和CD4+和CD8+T細胞，發揮抗腫瘤作用[26]；另一方面，IL-17能促進腫瘤生長。在胃癌、非小細胞肺癌(NSCLC)、成神經管細胞瘤、卵巢癌、乳腺癌、結直腸癌、蕈樣真菌病和Sezary綜合征的腫瘤組織中，IL-17表達水平增高。

IL-17表達與惡性腫瘤的侵襲性呈正相關。IL-17能通過促進腫瘤細胞分泌促侵襲因子促進腫瘤轉移、腫瘤血管生長、促進腫瘤干細胞的維持和生長、抑制腫瘤細胞凋亡，從而發揮促腫瘤作用[27]。此外，在MSCs存在情況下，IL-17增強免疫抑制。在荷瘤小鼠實驗[28]中，IL-17可通過逆轉mRNA衰減因子AUF 1通常賦予的基因表達抑制介導MDSCs的發育和促腫瘤活性從而誘導腫瘤產生免疫抑制微環境。

2.4 外泌體 外泌體(exosome) 是多種細胞在正常及病理狀態下均可分泌的一種不可溶性的、非質膜來源的膜性盤狀囊泡，攜帶蛋白質、mRNA 和一些小RNA，主要來源于細胞內溶酶體微粒內陷形成的多囊泡體，與細胞膜融合后釋放到胞外基質中，在血液、尿液、唾液、母乳和腦脊液等多種體液中分布，是細胞與細胞和細胞與細胞外通信的重要介質[29]。腫瘤細胞分泌的外泌體(Tumor-derived exosomes，TEX)可通過向活化的免疫細胞傳遞抑制或凋亡誘導信號直接誘導免疫抑制，降低JAK的表達，影響JAK信號通路，通過誘導免疫抑制性細胞Tregs和MDSCs的分化及增殖來間接誘導免疫抑制。TEX能抑制CD3ζ 鏈mRNA表達從而抑制T細胞活化。

此外，TEX攜帶CD39和CD73，會促進CD39+Tregs的抑制作用，TEX介導的CD73遞送使它們能夠增加腺苷產量和上調免疫抑制功能。TEX還會抑制NK細胞活性及抑制單核細胞分化在腫瘤與基質及腫瘤細胞之間通訊發揮作用[30]。最新研究[31]發現轉移性黑色素瘤釋放的外泌體表面攜帶PD-L1，并且通過IFN-γ的刺激可上調外泌體表面PD-L1，抑制CD8+T細胞的功能并促進腫瘤生長，而循環外泌體PD-L1增加的幅度可區分臨床免疫治療應答者與無應答患者者，阻斷外泌體PD-L1的分泌會有利于抗腫瘤免疫治療。

2.5 免疫檢查點分子 除了上述免疫抑制性細胞和細胞因子外，腫瘤微環境中或腫瘤細胞表面還存在一些分子，其對T細胞的活化進行負性調節，如細胞程序性死亡受體(PD-1)以及其配體(PD-L1)、CTLA-4、BTLA、GAL-3、Siglec-9和FGL等，這些分子構成的被稱為免疫檢查點[32]。正常情況下，這些分子主要參與維持T細胞功能穩態，但在腫瘤演進過程中這些分子可參與瘤細胞逃逸免疫反應。

PD-1又稱CD279，主要存在于活化的T細胞、B細胞以及骨髓細胞，也可被抗原呈遞細胞、髓系樹突狀細胞以及單核細胞誘導表達，其主要配體PD-L1又稱B7-H1、CD274。已發現，許多類型的癌細胞及微環境中的DCs、淋巴結樹突狀細胞、巨噬細胞、成纖維細胞等高表達PD-L1[33]。目前認為當PD-1與PD-L1相互識別時，阻斷PI3K活化，IL-2的表達和糖代謝均下降，導致CD8+T細胞和CD4+T細胞功能喪失[34]。同時通過抑制下游PI3K/Akt/mTOR和RAS/MAPK/ERK信號通路，致使T細胞內糖酵解代謝和氨基酸代謝的下調和脂肪酸氧化增加，導致T細胞異常分化效應和記憶分化障礙，同時增強Tregs功能和T細胞衰竭[35]。因此阻斷PD-1/PD-L1信號通路不僅可阻止PD-1介導的近端TCR信號的衰減，恢復和增強耗竭的CD8+效應T細胞抗腫瘤免疫活性，而且還能在一定程度上逆轉相關的細胞代謝重編程，促進了T細胞功能恢復[36]。

綜上所述，腫瘤免疫抑制性微環境中免疫抑制性細胞主要包括腫瘤相關巨噬細胞、Tregs、MDSCs、CAFs等。抑制性細胞因子主要包括IL-10、TGFβ、IL-17、外泌體及PD-1/PD-L1等免疫檢查點分子等。近幾年，腫瘤免疫治療發展迅速，已成為繼手術治療、放射治療和化療藥物治療之后的第四大腫瘤治療方式，目前已在多種腫瘤如黑色素瘤，非小細胞肺癌、腎癌和前列腺癌等實體瘤的治療中展示出了強大的抗腫瘤活性。然而，免疫抑制微環境調節及免疫檢查點抑制劑的臨床應用中仍存在許多問題，如部分患者發生明顯的自身免疫反應，而一些患者幾乎沒反應，或出現耐藥等。