腫瘤浸潤免疫細胞中自噬對腫瘤進展的影響

孫龍昊，陳俊航，楊甜甜，張楊 綜述，梁曉宇 審校

（天津醫科大學總醫院普通外科，天津 300052）

細胞自噬是真核生物進化過程中一種高度保守的自我降解過程，是機體在應對氧化應激、饑餓或缺氧等特殊環境所誘發的一種自我救援機制[1]。自噬在生理和病理生理狀態下都是調節生物活動穩態的重要過程，自噬障礙與多種臨床疾病特別是癌癥息息相關[2]。但目前對于自噬在癌癥中的作用機制，特別是在腫瘤免疫中作用機制的認識非常有限。本文就自噬對腫瘤微環境（tumor microenvironment，TME）的影響及潛在的臨床應用前景作一綜述。

自噬在腫瘤中的作用較為復雜，自噬與TME相互作用在癌癥進展的不同時期可能呈現相反的調節作用。一方面，自噬通過消除致癌蛋白底物，防止基因組不穩定，發揮著類似抑癌因子的作用。另一方面，在腫瘤形成之后，自噬又可以通過降解無用的蛋白質或功能障礙的細胞器，提供營養物質和能量，同時誘導血管生成，使腫瘤細胞克服營養匱乏和缺氧環境，充當腫瘤生長及轉移進展過程中的“啟動子”。自噬信號通路也有助于腫瘤細胞內穩態的維持，以快速適應缺乏營養、氧氣和生長因子的環境變化[3]，因此自噬能夠在惡性腫瘤形成后促進其進展。

由于TME的多樣性，自噬在腫瘤中的作用也非常復雜。既往腫瘤自噬相關的研究多集中于腫瘤細胞，而實體腫瘤中含有的間質成分，特別是腫瘤浸潤免疫細胞，亦參與了腫瘤生物學的方方面面。自噬和腫瘤免疫密不可分，多種免疫介質調控腫瘤微環境中的自噬，而自噬反之又調控免疫信號通路級聯反應，維持免疫反應的內穩態。在調節腫瘤免疫和腫瘤浸潤免疫細胞過程中，自噬起到不可忽視的作用[4]。

1 巨噬細胞

作為TME中最重要的免疫細胞之一，巨噬細胞發揮著重要的免疫調節作用。源于骨髓造血干細胞（hematopoietic stem cell，HSC）的單核細胞，根據不同的TME及刺激可以分化為與抗腫瘤免疫相關的M1型，以及與免疫抑制相關的M2型，極化后的巨噬細胞也可以依據TME的變化重新極化而相互轉化。腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM），主要表現為M2型，通過強大的免疫抑制作用促進腫瘤進展[5-6]。自噬參與了腫瘤組織中巨噬細胞的分化和極化，凸顯了自噬、巨噬細胞與腫瘤之間的密切聯系。

自噬是HSC維持活性的關鍵機制，其自我更新和分化依賴于自噬的高度激活[7-8]。通過3-甲基腺嘌呤處理或敲除Atg5基因抑制自噬過程，可以阻斷HSCs的自我更新和分化；通過Atg7-siRNA沉默抑制HSC的自噬水平，會影響骨髓祖細胞的生成。應激條件下HSCs可表達完整的FOXO3A誘導的促自噬基因程序，從而誘導細胞自噬避免HSC發生凋亡并維持活性。

巨噬細胞起源于單核細胞，由腫瘤細胞和基質細胞分泌的趨化因子和細胞因子募集至腫瘤組織。趨化因子CCL2在募集單核細胞后幫助其過表達抗凋亡蛋白，抑制caspase-8的裂解，促進自噬，以保護單核細胞免受凋亡的影響。重組衣殼病毒蛋白1（rVP1）可誘導細胞凋亡、調節CCL2的生成，抑制腫瘤細胞的增殖和轉移。rVP1還可以提高絲裂原活化蛋白激酶3/細胞外信號調節激酶1（MAPK3/ERK1）和絲裂原活化蛋白激酶1/細胞外信號調節激酶2（MAPK1/ERK2）的磷酸化水平和基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）的活性，促進腫瘤細胞自噬，從而促進巨噬細胞遷移。

自噬是單核細胞向巨噬細胞分化過程中的重要調控機制。集落刺激因子1（colony stimulating factor 1，CSF1）是誘導單核細胞向巨噬細胞分化的強效因子，分化過程中，ULK1的過表達及磷酸化均可誘導自噬；而當應用藥物或Atg7沉默阻斷自噬時，CSF1驅動的分化過程明顯受阻。而另一關鍵因子，集落刺激因子2（colony stimulating factor 2，CSF2）在這一過程中也起到激活自噬的作用，阻斷自噬對其誘導分化的過程有抑制作用。

自噬也參與巨噬細胞極化的調節[9-11]。腫瘤微環境中的巨噬細胞極化均由極化相關因子或細胞內信號通路調節的，如核因子κB（NFκB）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）[12-13]。轉錄因子NFκB在巨噬細胞極化的調控中發揮著關鍵作用。NFκB在TAM中通常表現為低活性。有研究表明，肝腫瘤來源的Toll樣受體2（TLR2）相關配體可通過RELA/NFκB途徑，通過自噬觸發M2巨噬細胞極化；肝癌衍生TLR2信號在巨噬細胞中形成聚集體樣結構，可被SQSTM1/p62介導的自噬降解。抑制自噬可恢復NFκB活性，誘導M2型巨噬細胞表達大量M1型細胞因子，恢復M1型巨噬細胞的抗腫瘤活性。mTOR可調控自噬，同時在調節巨噬細胞極化方面也起關鍵作用。抑制mTOR會導致巨噬細胞向M1型極化，而敲除mTOR抑制因子TSC2激活該通路則會發揮相反的作用，促進腫瘤血管生成和進展。CCL2和白細胞介素6（interleukin 6，IL6）在腫瘤微環境中含量較為豐富，具有誘導巨噬細胞自噬、抑制細胞凋亡以及刺激巨噬細胞向M2表型極化的作用。抑制CASP8可以促進巨噬細胞的自噬，增加M2巨噬細胞的極化，說明抑制自噬可以減弱M2巨噬細胞的極化。自噬在腫瘤微環境中巨噬細胞的極化和募集過程中起到關鍵作用，而正常巨噬細胞的自噬缺陷可能促進腫瘤的惡性轉化和進展，說明腫瘤發生與慢性炎癥相關。

2 樹突狀細胞（DC）

作為最關鍵的專職抗原提呈細胞，DC對適應性抗腫瘤免疫反應至關重要。TME中大量存在的活性氧簇（reactive oxygenspecies，ROS）能夠誘導氧化應激，經c-Jun氨基末端激酶（JNK）通路介導DC死亡，削弱其抗瘤功能。自噬可緩沖ROS，自噬缺陷會導致ROS積累而損傷DC。

自噬影響DC的抗原遞呈作用[14]。自噬促進DC對腫瘤抗原的吞噬和轉運，消化并負載到MHC-Ⅱ類分子上遞呈給CD4+T細胞。抑制自噬可通過減緩MHC-Ⅰ的內化，上調其表達。因此在自噬缺乏的情況下，MHC-Ⅰ分子的表達更加穩定，降解更少；而MHC-Ⅱ的表達則被下調。調節性T細胞（Treg）通過細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4（cytotoxic T lymphocyte associated protein 4，CTLA4）依賴機制抑制DC自噬，從而抑制自身免疫反應。而在Treg浸潤的TME中，CTLA4特異性免疫檢查點阻斷劑可能會抑制DC自噬水平，已被批準用于黑色素瘤的治療。

DC的交叉呈遞也與自噬水平的增加有關[15-17]。自噬被激活后能顯著促進MHC-Ⅰ分子對腫瘤抗原多肽的加工和交叉遞呈，從而誘導細胞毒性T細胞。自噬還可誘導MHC-Ⅰ分子上調對IFN-γ的反應，進一步增強細胞外抗原的交叉遞呈。腫瘤細胞中的自噬也可以促進腫瘤抗原從死亡細胞中釋放，間接促進腫瘤抗原的交叉遞呈，從而增加細胞外抗原的可用性。饑餓誘導的自噬增加了人B淋巴母細胞中MHC-Ⅱ分子細胞內和溶酶體衍生肽的負載，而自噬抑制降低了MHC依賴的DC交叉遞呈，從而下調抗原特異性T細胞反應。敲除DC自噬調節因子VPS34可干擾B16黑色素瘤特異性細胞毒性T細胞（CTL）的生成，促進肺轉移。自噬抑制顯著損傷DC中MHC依賴的腫瘤抗原遞呈，影響抗原特異性T細胞免疫。

3 T細胞

自噬是T淋巴細胞增殖、生存和建立適應性免疫的關鍵[18-19]。大量自噬小體存在于激活的CTL和輔助T細胞亞群中，僅少量存在于幼稚T細胞中。IL-2或4-1BB激活T細胞，誘導自噬和溶酶體含量增加，T細胞的激活還可促進自噬小體與溶酶體的融合，以增加自噬潮。敲除T細胞的核心自噬基因和上游自噬調節因子后，T細胞通過受體激活時增殖減弱，且無法通過CD28或IL-2共刺激來挽救。在自噬敲除小鼠模型中CTL顯著減少。敲除ATG3、ATG5或ATG7等自噬基因或調控因子，會導致活化T細胞中的caspase-9更加活化，表明細胞的凋亡水平更高。自噬缺失的T細胞在激活后，分泌IL-2和IFN-γ等促炎細胞因子的能力減弱，影響其生存能力。

自噬對T淋巴細胞的增殖和記憶維持也至關重要[20-21]。自噬水平在增殖的T細胞中上調，且其生存高度依賴于此。自噬缺失會導致T細胞最終分化為衰老CTL，表現為線粒體功能失調，ROS生成增加，p38水平升高。p38能夠抑制細胞的自噬，而抑制p38可恢復衰老CTL的增殖。在ATG5或ATG7基因敲除小鼠模型中，未發現保護性T細胞免疫，表明自噬對于正常T細胞的功能維持和提供保護性免疫的記憶T細胞的發育非常重要。因此，系統性、非靶向應用自噬抑制劑治療癌癥可能會損害T細胞的功能和活性，進而阻礙其抗腫瘤免疫反應。

自噬可通過降解線粒體和促凋亡蛋白來維持T細胞的穩態。在T細胞敲除自噬相關基因，可導致線粒體質量增加和ROS升高，提示自噬抑制可破壞線粒體穩態。使用自噬誘導物激活自噬則可以降低ROS水平，恢復T細胞增殖，提高其存活。

自噬也影響T細胞的細胞周期調節因子。T細胞受體激活通常會誘導CDKN1B周期蛋白依賴性激酶抑制劑1B（cyclin-dependent kinase inhibitor 1B，CDKN1B）的自噬介導降解。而自噬抑制可阻止CDKN1B的降解及T細胞增殖抑制。

癌細胞自噬也會影響T細胞介導的抗腫瘤免疫反應。免疫檢查點是TME中抗腫瘤T細胞免疫的關鍵抑制劑。應用mTOR抑制劑激活自噬可降低肺癌細胞中PD-L1的表達，而mTOR激活則可增加PD-L1的表達。在幾乎所有表達PD-L1的人類肺癌樣本均顯示出mTOR表達水平升高，而大多數PDL1陰性的腫瘤患者mTOR也為陰性表達。因此mTOR抑制劑雷帕霉素能夠通過誘導自噬來降低PD-L1的表達并重新激活T細胞抗腫瘤免疫。與單獨治療相比，聯合使用雷帕霉素和PD-1抗體能更有效地減少腫瘤生長，改善預后。

4 自然殺傷（NK）細胞

腫瘤細胞中的自噬會通過降低癌細胞與NK細胞之間免疫突觸的穩定性，從而降低其對NK細胞介導的細胞溶解的敏感性并導致抗腫瘤免疫的損傷。連接蛋白如連接蛋白43對于NK細胞的裂解功能非常重要，在低氧條件下，黑色素瘤細胞免疫突觸上連接蛋白43積累減少。自噬抑制可恢復連接蛋白43積累及NK介導的細胞裂解。對于活性顆粒酶B這一NK細胞的主要細胞毒性分子，連接蛋白43還能將其轉運至癌細胞中。因此自噬對連接蛋白43的降解能夠以多種方式影響細胞溶解。在肺癌、乳腺癌和黑色素瘤細胞中，自噬水平明顯上調，且在缺氧條件下能夠通過降解顆粒酶B介導其裂解抵抗。同時，由于顆粒酶B主要存在于缺氧細胞的LC3陽性部位，而NK細胞介導的細胞裂解亦可以通過抑制自噬而恢復。癌細胞中自噬增加可通過降解顆粒酶B和抑制免疫突觸影響癌細胞對NK細胞介導的細胞裂解功能的敏感性。

5 Treg

Treg是CD4+T細胞的一個亞群，起到抑制抗腫瘤免疫的作用。腫瘤免疫微環境中Treg浸潤增加，其自噬水平較幼稚CD4+T細胞更高，提示生存期較差。自噬對Treg介導的免疫抑制至關重要，抑制Treg自噬可誘導細胞凋亡并阻斷Treg介導的免疫抑制，從而誘導腫瘤浸潤性CTL比例增高，抑制腫瘤進展[22-23]。

自噬對腫瘤生存和發展至關重要，但自噬抑制劑對癌癥治療的作用卻差異較大[24]。目前臨床實踐主要集中于溶酶體抑制劑氯喹（CQ）和羥氯喹（HCQ），其能夠使得溶酶體脫酸，進而阻斷自噬體與溶酶體的融合，阻止后續降解過程。在進展期實體腫瘤和血液系統惡性腫瘤中，應用CQ或HCQ聯合放化療治療的患者預后更好。然而，隨著更多臨床試驗的開展，自噬抑制的臨床反應則表現出較大差異。目前應用自噬抑制治療的主要局限在于如何識別并選擇合適的藥效動力學生物標志，以評估和控制自噬。

TME中腫瘤浸潤免疫細胞的多樣性也是自噬在癌癥中存在爭議的原因之一。自噬能夠廣泛調節腫瘤浸潤免疫細胞的功能，以及其對TME刺激的反應。在某些免疫細胞中，自噬水平的下調可能會促進抗腫瘤反應，而在其他免疫細胞中其作用卻恰恰相反[25]。自噬可促進T細胞的增殖和存活，抑制晚期腫瘤免疫逃逸。乳腺癌中自噬水平高的腫瘤具有更為豐富的CD8+T細胞浸潤。然而，自噬也可抑制T細胞增殖，導致淋巴細胞減少。自噬抑制還可削弱T細胞相關細胞因子的分泌，從而減少依賴T細胞的細胞裂解。系統性應用自噬抑制既可能發揮抗腫瘤功能，也能抑制抗腫瘤免疫應答。因此，對于基于自噬抑制的癌癥治療策略的發展，需要更有選擇性的治療策略。VPS34、ARN5187、Lys05等多種新型自噬靶向藥物正處于研究中，治療效果尚待評估。在TME中激活自噬也能夠抑制促腫瘤炎癥，激活抗腫瘤免疫反應。因此聯合應用特異性自噬增強劑可以與免疫原性化療藥物和免疫檢查點阻斷劑一起發揮作用，增強腫瘤免疫治療療效。