基質細胞在腫瘤微環境中作用的研究進展△

王劍鋒，高磊，周天，周相男，胡凱文#

1北京中醫藥大學第二臨床醫學院，北京 100029

2北京中醫藥大學東方醫院腫瘤科，北京 100078

在全球范圍內，惡性腫瘤是造成死亡的原因之一，且其發病率和病死率逐年增加[1]。惡性腫瘤細胞的十大標志性特征為維持生長信號、逃避生長抑制、促進侵襲和轉移、抵抗細胞凋亡、促進血管生成、維持增殖信號、細胞能量異常、逃避免疫打擊、基因的不穩定性和易突變性以及誘導腫瘤炎癥反應發生。惡性腫瘤的特征與腫瘤細胞招募的基質細胞的類型及其之間相互作用形成的腫瘤微環境（tumor microenvironment，TME）密切相關[2-3]。TME是腫瘤細胞生存和發展的特殊環境，主要由細胞外基質、基質細胞、血管和淋巴管網絡組成，TME與腫瘤的發生、發展和轉移密切相關，相對健康的TME對腫瘤的發生、發展起抑制作用，反之起促進作用[4]。TME中的基質細胞可分為免疫浸潤細胞（infiltrating immune cell，IIC）、血管生成細胞（angiogenic vascular cell，AVC）、腫瘤相關成纖維細胞（cancer associated fibroblast，CAF）和腫瘤相關脂肪細胞（cancer-associated adipocyte cell，CAA）等[5]，而基質細胞的類型和比例關系著TME所起的作用，如促瘤作用、抑瘤作用或雙向調節作用。本文對TME中基質細胞的作用進行綜述。

1 IIC

1.1 TAM

腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM）是指TME中的巨噬細胞，而巨噬細胞是先天免疫系統的重要組成部分，在維持組織穩態、預防病源感染和預防炎癥反應方面具有重要作用，是單核吞噬系統中的可塑性細胞。巨噬細胞受周圍微環境的影響而可以極化為典型激活的M1型巨噬細胞與交替激活的M2型巨噬細胞[6]。M1型極化巨噬細胞被認為具有抗炎和抗腫瘤的作用；M2型巨噬細胞能夠促進免疫抑制，并有利于TME中導致腫瘤進展的異常血管的形成，從而促進腫瘤進展[6-8]。TAM是TME中數量最多的腫瘤浸潤性免疫細胞[9]。然而TAM是一種轉錄和表型特征不同于M1型和M2型的巨噬細胞，由于TME的復雜性和可塑性，目前很難找到TAM的特異性標志物，其表型特征與M2型巨噬細胞更接近[10-12]。

1.2 TAN

腫瘤相關中性粒細胞（tumor-associated neutrophil，TAN）是被腫瘤細胞釋放的相關細胞因子和趨化因子募集至TME中的中性粒細胞。中性粒細胞來源于骨髓的髓樣前體細胞，約占白細胞總數的50%～70%，是天然免疫應答的主要反應細胞類型，最先對炎癥和組織損傷做出反應，能夠通過多種機制介導宿主防御反應，是TME的重要組成部分[13-14]。TME中的相關因子如轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）可以抑制TAN極化為N1型TAN，并刺激TAN向N2型極化，N1型TAN通過直接或間接的細胞毒性發揮抗腫瘤活性，N2型TAN通過DNA的不穩定性或細胞因子和趨化因子的釋放來刺激免疫抑制、血管生成及腫瘤的生長、增殖和轉移[15-17]。

1.3 MDSC

髓源性抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）來源于骨髓造血干細胞分化而來的未成熟的、具有免疫抑制性的髓系細胞群，即粒細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞（dendritic cell，DC）或早期髓系祖細胞的前體，在腫瘤衍生因子的作用下無法分化成為成熟的髓系細胞，其確切性質取決于宿主腫瘤和腫瘤來源因素[18]。MDSC具有較強的免疫抑制活性，盡管MDSC的免疫抑制作用在不同TME和不同免疫細胞中具有異質性，但MDSC的主要靶標是T細胞[18]。MDSC介導的T細胞抑制有多種途徑，包括通過產生精氨酸酶1（arginase 1，ARG1）消耗微環境中的L-精氨酸和產生一氧化氮合酶 2（nitric oxide synthase 2，NOS2），這兩條途徑均能阻斷T細胞CD3Zeta鏈的轉錄，抑制T細胞的增殖，促進T細胞凋亡[19]。有研究將MDSC比作TME的“蜂王”，認為其能夠保護腫瘤細胞，使腫瘤細胞逃避免疫細胞的攻擊，促進腫瘤進展[20]。

1.4 Treg

調節性T細胞（regulatory T cell，Treg）是具有免疫抑制作用的一類CD4+T細胞亞群，在腫瘤免疫中，Treg細胞通過抑制抗腫瘤免疫參與腫瘤的發生、發展[21]。根據來源的不同，Treg可分為來源于胸腺的自然性調節性T細胞（natural Treg，nTreg）和來源于外周淋巴器官的誘導性調節性T細胞（induced Treg，iTreg）[22-23]。TME中的Treg在表型和功能方面不同于傳統的T細胞，其類似于iTreg[24]。Treg細胞具有多種免疫抑制機制，例如，通過細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4（cytotoxic T-lymphocyte associated protein 4，CTLA-4）抑制DC表達的CD80和CD86的共刺激信號，通過高表達CD25消耗IL-2，抑制細胞因子的分泌，調節色氨酸和腺苷的代謝，以及直接殺傷效應性T細胞[21]。Treg在TME中大量浸潤，不僅能夠抑制腫瘤免疫，還能夠促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移[25]。

1.5 Th

輔助T細胞（T helper cell，Th）表達CD4+，通常所稱的CD4+T細胞即指Th。CD4+T細胞是獲得性免疫的主要組成部分，是宿主對許多病原體反應的激活和調節過程中不可或缺的一部分。未受抗原刺激的初始CD4+T細胞為Th0。抗原性質和細胞因子等因素調控Th0向不同譜系分化，如Th1、Th2、Th9、Th17、Th22和濾泡輔助性T細胞（follicular helper T cell，Tfh）[26]。Th1和Th2是最早被確定的、最具有特征的Th亞群[27]。

Th1被認為是腫瘤免疫中最重要的輔助細胞類型，可通過釋放激活腫瘤細胞表面死亡受體的細胞因子直接殺死腫瘤細胞，增強CD8+T細胞反應或直接激活巨噬細胞，還能夠激活DC的細胞毒性，以干擾素（interferon，IFN）-γ依賴的方式消除腫瘤細胞，并提供來自被殺死的腫瘤細胞的腫瘤相關抗原來源[27-29]。Th1細胞有助于將自然殺傷（natural killer，NK）細胞和Ⅰ型巨噬細胞招募至腫瘤部位，這兩種細胞可協同殺滅腫瘤[27]。

Th2細胞對抗腫瘤細胞免疫的貢獻有些矛盾，其作用可能取決于環境[27]。Th2介導的免疫傳統上被認為有利于腫瘤的生長，既可以促進血管的生成，又可以抑制細胞介導的免疫和隨后的腫瘤細胞殺傷。雖然有證據表明，Th2可以協助B細胞產生抗體，并抑制細胞毒性T細胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）的功能，產生白細胞介素（interleukin，IL）-10，促進了腫瘤的生長。但也有研究表明，CD4+T細胞亞群中的Th2細胞具有抗腫瘤的活性，尤其是可與腫瘤浸潤性粒細胞（如嗜酸性粒細胞）協同作用[30-31]。

Th17對于腫瘤具有雙重作用，Th17細胞不僅能通過促進腫瘤血管生成或抑制腫瘤免疫活性而促進多種惡性腫瘤的生長，還能通過向腫瘤募集免疫細胞，刺激效應CD8+T細胞，或向Th1表型轉變，產生IFN-γ，從而介導抗腫瘤免疫反應，同時有證據表明，過繼轉移的Th17細胞可以引起腫瘤模型小鼠產生持久的抗腫瘤反應，TME中的細胞因子、共刺激分子和細胞間相互作用均能夠影響Th17細胞的作用，繼而影響了Th17細胞發揮的是促腫瘤作用或抗腫瘤作用[32-33]。

Th22是以表達IL-22為特征的Th亞群，其功能主要是由IL-22和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）介導的，IL-22受其他細胞因子和組織微環境的影響，可能同時具有抗炎和促炎作用。盡管如此，IL-22被認為屬于致病性Th17細胞因子，可以促進炎癥和自身免疫疾病的發生。Th22細胞被普遍認為具有致病性[26]。IL-22在肺腺癌和肝細胞癌等多種腫瘤中起到促進腫瘤細胞生長的作用[34]。有研究顯示，共同產生IL-17/IL-22的Th17、Th22和CD4+細胞于結腸癌組織中的積累可能與結腸癌的發生、發展有關[35]。

Th9以分泌IL-9為特征，Th9細胞來源的IL-9被證實在實體瘤中發揮抗腫瘤作用，Th9的抗腫瘤作用與IL-9、Eome和Traf6的高表達有關，Th9具有充分的細胞溶解能力以及高度增殖、不易耗盡的特點，使其同時具備Th1和Th17的優勢，既有與Th1細胞一樣強大的殺傷腫瘤細胞的活性，又有Th17細胞干細胞樣的持久性特征[36]。Th9細胞被證明既能激活先天免疫應答，又能激活獲得性免疫應答，從而發揮抗腫瘤作用[37]。

Tfh是一種存在外周免疫器官淋巴濾泡的CD4+T細胞，是輔助B細胞應答的關鍵細胞，是產生記憶性B細胞和長期分泌抗體的漿細胞所必需的[38]。腫瘤浸潤的Tfh細胞與腫瘤內產生IFN-γ的Th1、CD8+T和B細胞的增加有關，且與腫瘤結局的改善有關，有效和可持續的抗腫瘤免疫需要依賴Tfh的B細胞反應和T細胞反應之間的共同作用[38]。然而，Tfh樣細胞介導的B細胞成熟有助于為腫瘤中具有促瘤作用的M2b巨噬細胞的極化創造條件[39]。

1.6 CTL

CTL表達CD8+，通常所稱的CD8+T細胞即指CTL。CD8+T細胞在抗腫瘤免疫中起核心作用，其效應CTL通過其表達的T細胞受體識別主要組織相容性復合體Ⅰ（major histocompatibility complexⅠ，MHCⅠ）上的腫瘤相關抗原，從而殺滅腫瘤細胞[40]。CD8+T細胞通過與DC、NK細胞和CD4+T細胞相互作用，啟動細胞形成效應CTL，通過顆粒胞吐途徑，如釋放穿孔素、顆粒酶、顆粒溶素等物質，以及Fas-FasL/腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-腫瘤壞死因子受體（tumor necrosis factor receptor，TNFR）途徑誘導FasL或分泌TNF-α介導凋亡，從而殺傷腫瘤細胞[41]。TME中CD8+T細胞的浸潤與乳腺癌、肺癌、黑色素瘤、結直腸癌和腦癌等多種惡性腫瘤的良好預后有關[42-43]。Treg和M2型巨噬細胞可促進這些細胞上共抑制受體的表達，抑制TME內的免疫激活信號，限制新招募的CD8+T細胞向腫瘤間質募集，促進其耗竭，這些均有利于腫瘤的進展和侵襲[41]。

1.7 DC

DC起源于骨髓中的造血前體細胞，是體內功能最強的專職性抗原呈遞細胞（antigen presenting cell，APC），可激活初始T細胞。DC通過攝取、處理和呈遞抗原，激活具有抗原特異性的CD8+T細胞，從而啟動適應性免疫反應[44]。DC能夠誘導幼稚的CD4+T細胞分化為Treg和Th亞群[45]。DC通過可溶性因子調節TME，并吸引和介導抗腫瘤T細胞的啟動，在抗腫瘤免疫中發揮核心作用；另外，其通過招募和激活不同的免疫細胞從而促進有效的抗腫瘤免疫，但TME含有豐富的免疫抑制因子，限制了DC的免疫刺激能力，并使DC偏向抗炎表型[46]。在大多數實體瘤中，腫瘤浸潤樹突狀細胞（tumor infiltrating dendritic cell，TIDC）的密度與病理分級、腫瘤分期均呈負相關，與良好的預后呈正相關[44]。TME中的相關細胞或因子對TIDC的抑制和調節削弱了DC介導的抗腫瘤免疫功能，甚至促進了腫瘤的進展[40]。

1.8 B 淋巴細胞

B淋巴細胞簡稱B細胞，來源于骨髓淋巴樣干細胞，不僅能通過產生抗體發揮特異性體液免疫的功能，還作為一類APC參與免疫調功能的調節。B細胞在腫瘤免疫中發揮著不同的作用。B細胞是體液免疫的主要效應細胞，可通過分泌免疫球蛋白促進T細胞反應，直接殺傷腫瘤細胞，從而抑制腫瘤的進展。B細胞及B細胞相關途徑在通過體液免疫激活的免疫應答中以及通過三級淋巴結構（tertiary lymphoid structure，TLS）形成的局部免疫激活中起關鍵作用[47]。B細胞可見于腫瘤浸潤邊緣，但更多見于TME附近的引流淋巴結和淋巴組織。B細胞向TME的浸潤與乳腺癌、卵巢癌的良好預后有關，但是，B細胞和免疫球蛋白在皮膚癌遺傳小鼠模型中發揮促進腫瘤發生、發展的作用[48]。調節性B細胞（regulatory B cell，Breg）是一個新確定的B細胞亞群，已被證明在調節涉及炎癥、自身免疫和腫瘤免疫反應中發揮關鍵作用，可通過分泌IL-10等抗炎介質抑制包括T細胞在內的多種細胞亞型，促進T細胞向Treg轉化，從而減弱抗腫瘤免疫反應[49]。

1.9 NK 細胞

NK細胞是屬于固有淋巴細胞，在天然免疫系統中具有強大的細胞毒性，占所有循環淋巴細胞的15%[50]。血液循環中靜息的NK細胞能夠被IL-12、IL-15或IL-2、IFN-α、IFN-β等NK細胞刺激因子快速激活，從而浸潤大部分腫瘤組織[51]。NK細胞活性的調節取決于種系編碼的激活受體和抑制受體，激活受體識別應激誘導的、病原體衍生的或腫瘤特異性的配體，而抑制性受體結合正常細胞上呈現的自身分子。由于抑制和激活受體具有多樣性，因此，NK細胞能夠識別和殺死一系列腫瘤細胞[50,52]。NK細胞通過釋放炎癥介質，如細胞因子和趨化因子，激活局部免疫細胞并招募額外的免疫細胞，從而促進自發和急性抗腫瘤反應的發生，還通過釋放細胞毒顆粒直接殺死惡性或轉化的細胞，最終產生細胞碎片，供APC（包括巨噬細胞和DC）捕獲[53]。腫瘤免疫抑制微環境可以上調NK細胞抑制性受體的配體的表達，產生可溶性分子或免疫抑制因子，使腫瘤細胞逃避NK細胞的攻擊[54]。TME會損害NK細胞的功能、表型、活化和持久性，甚至導致NK細胞功能異?；蛩ソ遊55-56]。

1.10 MC

肥大細胞（mast cell，MC）由造血干細胞（hemopoietic stem cell，HSC）在骨髓中產生，多能祖細胞（multi-potent progenitor，MPP）在此過程中發揮重要作用[57]。浸潤在TME中的MC稱為腫瘤相關肥 大 細 胞（tumor-associated mast cell，TAMC）。TME中腫瘤細胞或免疫細胞分泌的干細胞因子（stem cell factor，SCF）、單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）、血管內皮生 長因 子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管生成素 1（angiopoietin 1，Ang1）等趨化因子可導致TAMC在不同腫瘤中積聚，并且招募MC前體細胞，誘導其成熟和激活[57]。在TME中，MC同時具有促腫瘤和抗腫瘤的特性[58]，一旦其激活和脫粒后就會變得高度促炎，并積極招募先天免疫系統的細胞，以及后天免疫系統的細胞（B細胞和T細胞）來協調發揮抗腫瘤免疫反應，相反，其也可能通過釋放VEGF來支持腫瘤血管的生成，釋放基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）來降解細胞外基質（extra cellular matrix，ECM）并促進轉移，從而有利于腫瘤的進展[59-60]。

2 AVC

腫瘤血管的生成是實體腫瘤增殖、侵襲、轉移的標志，腫瘤在不斷生長的過程中，TME不斷刺激血管的生成，為腫瘤細胞提供能量。若無適當的血管結構滿足腫瘤細胞的能量需求，實體瘤直徑很難超過2～3 mm，腫瘤血管生成不僅為腫瘤細胞提供營養和氧氣，清除代謝廢物，而且為轉移的腫瘤細胞提供進入循環系統的切入點[61]。

2.1 EC

內皮細胞（endothelial cell，EC）是排列在血管和淋巴管內表面的一種扁平細胞。內皮細胞控制營養物質進入組織，維持血液流動，并調節白細胞的運輸。TME中的EC因缺氧和慢性生長因子的刺激等因素會導致內皮功能障礙，使腫瘤血管內皮細胞（tumor endothelial cell，TEC）的形狀和大小不規則，邊緣起皺，形態異常[62]。TEC在結構和功能上的異常，如增加血管通透性、促進血管生成、促進腫瘤細胞侵襲、促進腫瘤細胞耐藥、促進免疫抑制性TME形成，促進了腫瘤的進展和轉移[62-64]。

2.2 周細胞

周細胞存在于血管周圍，是腫瘤血管系統的重要組成部分，能夠穩定血管結構，維持內皮細胞的存活，并且能單獨啟動血管生成，在腫瘤血管的發展、穩定、成熟及重塑過程中發揮著重要作用[65]。腫瘤血管較差的穩定性與周細胞有關。與正常血管相比，腫瘤血管中的周細胞密度較低，且附著松散[66]。周細胞在TME中的作用是矛盾的，一方面作為TME的組成部分，可能積極參與了一些經典的惡性腫瘤特征，即誘導血管生成、腫瘤的持續生長、腫瘤的轉移和逃避免疫監視[67]；另一方面，其功能不全被認為是腫瘤血管生成過多、腫瘤細胞外滲和腫瘤細胞進一步擴散的原因，其通常作為促進血管正?；陌屑毎承┠[瘤的血管正?；欣陬A防腫瘤發生轉移，提高氧合作用以增強治療（如放射治療）效果，從而抑制腫瘤的生長，并優化啟動力量以增加組織間液體的壓力，從而有助于實現腫瘤細胞導向的治療[68-70]。

3 CAF

成纖維細胞是結締組織中最常見的細胞，在正常情況下主要起到損傷修復的作用[71]。在TME中，存在于腫瘤細胞周邊的成纖維細胞被稱為腫瘤相關成纖維細胞（tumor-associated fibroblast，TAF），也稱為CAF，是TME中最主要的基質細胞。不同來源的活化成纖維細胞導致了CAF表型的異質性，由于CAF的異質性，其在腫瘤的發生過程中具有雙重作用。在TME中，CAF可以直接促進腫瘤的生長、侵襲和轉移，而且，可以通過促進富氧、免疫抑制和促炎性微環境的形成間接支持腫瘤的發生，還可以通過某種未知的機制抑制腫瘤，此種抑制機制可能與成纖維細胞最初是一種抑制腫瘤生長的細胞類型，但隨著腫瘤的發展，受到TME相關因子的影響而轉變為促瘤表型有關[72-73]。

4 CAA

浸潤在腫瘤細胞周圍重塑的脂肪細胞被稱為CAA，在TME的低氧、酸性、炎性條件下，脂肪細胞的表型和功能會發生改變，促進腫瘤的進展[74]。脂肪細胞衍生的瘦素和脂聯素等脂肪分泌因子，以及胰島素和胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF1）等生長因子，均對腫瘤的生長起重要作用[75]。脂肪細胞是許多實體腫瘤TME中的主要成分，脂肪細胞產生促進腫瘤生長的代謝物和脂肪因子，為腫瘤細胞生長提供能量，促進腫瘤細胞在原發腫瘤部位和遠處轉移的侵襲特性，保護腫瘤細胞免受各種治療的影響[76]。此外，脂肪細胞體積和數量的增加會導致TME的不穩定以及TME內部缺氧的增加，這進一步促進了腫瘤的侵襲和轉移[77]。

5 MSC

間充質基質細胞（mesenchymal stromal cell，MSC）又稱間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC），是具有成纖維細胞樣形態的多能成體祖細胞，可分化為脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞和肌細胞[78]。單純的MSC對腫瘤具有雙向作用，既能促進腫瘤進展，又能抑制腫瘤進展；而腫瘤來源的MSC受TME的影響而僅發揮促進腫瘤進展的作用[79]。MSC對腫瘤細胞有4個主要作用：①影響腫瘤細胞的存活，對腫瘤細胞有促凋亡或抗凋亡的作用；②通過分泌血管生成因子和促進血管周圍組織分化成周細胞而促進腫瘤血管的形成；③通過產生CCL5促進腫瘤細胞運動和向遠處器官轉移；④具有免疫調節作用，抑制Th1淋巴細胞、DC、B細胞和NK細胞的功能[80]。

6 小結與展望

TME在腫瘤進展中的重要性越來越被重視，積極參與腫瘤的進展過程。TME中的腫瘤細胞約占30%。腫瘤細胞在大多數情況下并不是自主生長的，而需要通過基質細胞才能存活和生長。TME中的非腫瘤細胞與腫瘤細胞關系密切，腫瘤內的部分基質細胞在腫瘤中發揮抑制腫瘤或促進腫瘤的作用，部分基質細胞具有雙向調節的作用[81]。腫瘤細胞和TME中的基質細胞之間的作用是相互的，其中，腫瘤細胞的行為與腫瘤的發生、發展密切相關，并影響著TME中基質細胞的生物學行為，TME中的基質細胞會影響腫瘤的啟動、局部生長或全身擴散的方式[82]。

TME中基質細胞的促瘤或抑瘤作用決定了腫瘤的命運及其侵襲和轉移能力，并且與免疫治療效果和預后有關。免疫檢查點（immune chenkpoint，IC）與其配體之間的相互作用負向調節T細胞的活化途徑，參與針對特定抗原的生理性免疫應答，IC及其配體與惡性腫瘤免疫抑制微環境的形成的關系密切，是抗腫瘤免疫反應的重要屏障[83]。免疫檢查點抑制劑[如抗程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）、抗程序性死亡受體配體 1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）等]在一定程度上能夠促進TME中T細胞的活化，從而改變TME，進而抑制腫瘤的發生、發展。近年來，免疫治療在臨床上取得了突破性進展，能夠有效延長多種類型惡性腫瘤患者的生存期，但受益人群尚存在局限性，長期使用的敏感性是亟待解決的問題。免疫治療的有效性通常依賴于腫瘤細胞與TME內免疫調節之間的動態相互作用，TME導致的免疫治療耐藥機制如下：①對于TME內的免疫細胞，特別是T細胞的抑制微環境或缺乏抗原刺激或共刺激信號，可能能夠促進腫瘤生長和免疫逃逸；②腫瘤組織周圍的生物屏障可能導致免疫細胞遷移至腫瘤部位的數量不足；③抗原特異性T細胞被耗盡或短暫激活，具有有限的抑制腫瘤生長的能力；④淋巴組織直接或間接的APC能力差，TME向引流淋巴結釋放的腫瘤抗原不足，導致T細胞啟動不足；⑤靶向改變TME中的基質細胞將有利于改變免疫治療耐藥的發生，提高免疫治療效果[84]。

綜上所述，TME內的基質細胞可以塑造TME為抑瘤TME，從而抑制腫瘤侵襲、轉移的靶點，也就是說，可以通過調節一種或幾種基質細胞，使促瘤的TME轉變為抑瘤的TME，減少免疫抑制，從而有利于腫瘤的治療，對腫瘤患者的預后產生積極影響。