腫瘤酸性微環境對相關免疫成分的作用研究進展*

戰楚婷，張境豐，劉江華

（1.廣西醫科大學第二臨床醫學院，南寧 530021；2.廣西醫科大學第二附屬醫院急診科，南寧 530007）

惡性腫瘤是目前全世界的主要死亡原因之一，疾病負擔較大[1]。如何提高腫瘤患者的生存率和生活質量，一直是醫學亟待解決的問題。目前，腫瘤的治療方式主要包括手術治療、放療、化療等。近年來，由于免疫療法在實體腫瘤中取得的重大突破，使得免疫療法的關注度越來越高。在一些癌癥（如非小細胞肺癌[2]）患者中，通過使用抗程序性死亡受體-1（programmed death receptor-1,PD-1）或抗程序性死亡配體-1（programmed death ligand-1，PDL1）抗體來恢復抗腫瘤T細胞的活性，與化療相比，顯示出無進展生存期和總生存期的延長。因此，探討在酸性微環境中免疫治療的分子機制及可能存在的靶點對于腫瘤的治療有重要意義。

1 腫瘤酸性微環境（tumor microen?vironment，TME）與腫瘤免疫反應

1.1 TME的形成

TME是腫瘤細胞生存的內環境，與腫瘤細胞的一切生理病理活動息息相關。越來越多的研究表明，靶向TME可與傳統治療（如手術、放療、化療）互為補充，改善惡性腫瘤的治療結果。即使是在有氧的條件下，腫瘤細胞仍優先選擇糖酵解供能[3]，即腫瘤細胞的沃伯格效應（Warburg effect）。腫瘤細胞通過大量消耗葡萄糖并通過糖酵解將其轉化為乳酸來獲得生長代謝所需的能量[4]。為了維持新陳代謝，腫瘤細胞必須通過單羧酸轉運體（monocarboxylate transporters，MCTs）將乳酸從細胞內排出[5]。癌細胞的糖酵解代謝利用乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）將丙酮酸轉化為乳酸。丙酮酸濃度降低對酮戊二酸脫氫酶（oxoglutarate dehydrogenase complex，OGDC）的抑制作用減弱，OGDC主要負責缺氧誘導因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）α泛素化和退化。因此，低濃度丙酮酸可以穩定HIF-1α，且乳酸通過突變或失活的希佩爾-林道蛋白（von Hippel-Lindau，VHL）減少HIF-1α降解，導致HIF-1α水平升高[6]。HIF-1α與癌基因如c-myc、p53或有機陽離子轉運體1（oct1）協同誘導糖酵解基因的表達[7]，進一步促進腫瘤細胞有氧糖酵解，形成TME。

1.2 腫瘤免疫反應

腫瘤免疫涉及到兩種抗原，分別為腫瘤相關抗原（tumor-associated antigen，TAA）和腫瘤特異抗原（tumor specific antigen，TSA）。TAA是激活T細胞的重要因素之一，但是由于TAA存在異質性和腫瘤微環境中的免疫抑制因子引起的T細胞衰竭，導致T細胞并不能發揮出抗腫瘤效應[8]。TSA則是腫瘤細胞所特有的抗原，因此是理想的免疫治療靶點[9]，但迄今為止很少被發現，原因為腫瘤細胞表達的活化免疫細胞配體以及潛在的免疫原性抗原被許多免疫抑制信號所覆蓋[10]。腫瘤細胞生長與消除之間的平衡是由其生長速度與免疫系統的抗腫瘤反應共同決定的[11]。免疫系統在癌癥中起著雙重作用：不僅能通過破壞癌細胞或抑制癌細胞生長而起到抗腫瘤作用，還能通過選擇更適合在免疫活性宿主中存活的腫瘤細胞或通過在腫瘤微環境中建立促進腫瘤生長的條件而發揮促瘤作用[12]。

1.3 腫瘤的免疫逃逸和免疫治療

1.3.1 免疫逃逸 免疫逃逸的機制較為復雜，包括腫瘤細胞特異性抗原的缺失、突變或表達減少，抗原提呈細胞的功能異常，無法激活T淋巴細胞完成免疫應答反應[13]以及免疫抑制成分的異常擴張[14]。例如在癌癥患者中髓系來源的抑制細胞（myeloidderived suppressor cells，MDSCs）、調節性T細胞（regulatory T cells，Tregs）的異常擴增[15]，通過上調白介素（IL）-4、IL-10、IL-13和糖皮質激素的表達促進腫瘤相關巨噬細胞（tumour-associated macrophages，TAM）的擴張[16-17]，均可引起免疫逃逸的發生。

1.3.2 免疫治療 癌癥的免疫治療已成為研究熱點，由于其具有特異性，可以靶向治療腫瘤，對正常組織的影響最小[18]。免疫治療有兩種主要思路，一是免疫檢查點療法，以增強非特異性免疫系統的功能；二是利用新興的合成生物學以及分子生物學和基因組工程來編輯工程病毒，加強宿主細胞的免疫原性[19]。

免疫檢查點是由免疫細胞表達的調節免疫激活程度的一系列分子，例如程序性死亡蛋白1及其配體和細胞毒性T細胞相關抗原4等，其功能是維持外周耐受和預防自身過度免疫[20]。腫瘤細胞會表達一些物質來激活免疫檢查點，后者一旦被激活，就如同踩下“剎車”，使抗原不能被提呈至T細胞，阻斷了腫瘤免疫環中的提呈抗原過程，從而抑制T細胞的免疫功能。

免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors，ICI）在多種癌癥中均有較好的治療效果[21]。檢查點阻斷免疫療法在提高T細胞對患者特異性新抗原的反應性方面取得了成功[22]。雖然免疫治療在許多癌癥治療中取得了重大的進展，但在許多情況下，反應率仍然不高。一些患者開始時有反應，但最終對治療和進展產生了獲得性抵抗[23]。而且免疫治療在某些腫瘤中的應用也受到了免疫抑制程度的限制，例如膠質母細胞瘤（GBM）[24]，TME中免疫抑制因素的存在是造成這種現象的原因之一。由于用ICI治療癌癥存在局限性，所以研究人員又把目光投向了聯合治療。已有研究證實，使用一種共表達PD-L1抑制劑和gm-csf的工程溶瘤病毒，能夠分泌PD-L1抑制劑，并且該抑制劑能系統地結合并抑制腫瘤細胞和免疫細胞上的PD-L1[25]。

2 酸性微環境對各種免疫細胞的影響

2.1 T淋巴細胞

T細胞在抵抗癌癥的過程中起著至關重要的作用。T細胞的激活需要雙重信號，在被激活后，代謝模式就由原來的氧化磷酸化轉變為Warburg模式，對于T細胞來說，免疫功能的激活與有氧糖酵解的激活是完全一致的，雖然糖酵解在產生能量上效率低下，但重要的是糖酵解可以為細胞提供生物合成DNA和細胞結構物質所必需的糖酵解中間體。上述過程是通過戊糖磷酸途徑完成的，其中包括生成還原型輔酶Ⅱ（NADPH，用于脂肪酸合成）和核糖-5-磷酸（用于核苷酸合成）[26]，這就為T細胞的擴增打下堅實的物質基礎。在腫瘤微環境中，激活的T細胞會與腫瘤細胞之間形成對葡萄糖的競爭，并且T細胞內的乳酸也依賴于MCT介導的轉運來防止細胞內過度酸化，而TME中由于腫瘤細胞產生高濃度梯度的乳酸又抑制了這一轉運過程，導致T細胞內乳酸濃度升高，使得T細胞活性受到抑制，也減少了細胞因子的分泌[27]。

2.2 樹突狀細胞（dendritic cell，DC）

在免疫系統中，DC是最強大的抗原呈遞細胞（antigen-presenting cells，APCs)。DC通過巡視組織來識別來自微生物和組織的抗原和危險信號，隨后整合環境線索，調節免疫應答或形成耐受。DC不僅對誘導初級免疫應答至關重要，而且對調節T細胞介導的免疫應答類型也很重要。通過識別、加工腫瘤抗原，形成抗原—MHC復合物表達于細胞表面供T淋巴細胞識別，促進幼稚T淋巴細胞成熟。DC被環境因素誘導激活后，會發生類似于腫瘤中的Warburg效應的代謝轉換，由氧化磷酸化變成有氧糖酵解。有研究證實，微酸環境（pH=6.5、5.8）和乳酸（5 mmol/L、10 mmol/L和20 mmol/L）均能減弱DC的遷移能力[31]。例如間皮瘤細胞暴露于酸中毒會促進轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β2的分泌[28]，TGF-β2也是免疫耐受的主要調節因子，進而導致DC代謝重組，降低DC的遷移潛能和抗癌能力。

此外，漿細胞樣DC[29]（plasmacytoid DC，pDC）可以通過Toll樣受體分泌高水平的I型干擾素（IFN）。但越來越多的證據表明，pDC在腫瘤微環境中的功能活性被改變，高表達TGF-β、吲哚胺2，3-雙加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）等免疫抑制因子，誘導Tregs擴增[30]，同時分泌顆粒酶，抑制CD4+T細胞擴增[31]。因此，針對加強DC抗原呈遞功能的免疫治療，誘導或增強針對腫瘤抗原的有效抗腫瘤免疫反應會是非常有效的抗癌手段。

2.3 Tregs

Treg是腫瘤免疫抑制的主要機制之一[32]，不僅可以直接抑制效應性T細胞，還能對局部APCs有很強的抑制作用。在腫瘤免疫過程中，CD8+T細胞被激活分化為細胞毒性T淋巴細胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），產生長效的抗腫瘤免疫反應。CD8+T細胞啟動本質上是指先天免疫細胞（包括DCs和NK細胞）與CD4+T細胞在過繼免疫中的相互作用。激活后，效應細胞浸潤到腫瘤的核心或侵襲部位，并在殺死癌細胞中發揮重要作用。但巨噬細胞和Tregs可以形成針對CD8+T細胞介導的抗腫瘤免疫反應的免疫屏障[33]。

2.4 TAM

巨噬細胞分為經典激活的巨噬細胞（M1）和交替激活的巨噬細胞（M2）。在正常的免疫反應中，大多數巨噬細胞為M1表型，參與Th1細胞因子對各種病原體的反應。M2表型與Th2細胞因子相關，參與傷口愈合和組織重塑。

癌癥初期可以視作一個炎癥微環境，癌基因突變和轉錄因子激活可誘導高水平的炎癥介質，它們被分泌到腫瘤微環境中，以招募和激活各種炎癥細胞，反過來，這些招募炎癥細胞產生更多的炎癥信號，形成與癌癥相關的炎癥微環境[34]。

TAM在炎癥微環境中表現出促進腫瘤生長和血管生成、組織重塑和抑制獲得性免疫的特征表型。研究顯示，在酸性微環境中，單核/巨噬細胞單獨培養和與舌鱗癌細胞混合培養，誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）分泌明顯減少，精氨酸（arginine，Arg）分泌明顯增加，提示舌鱗癌酸性微環境中單核/巨噬細胞的表型偏向于M2型[35]。黑色素瘤中，浸潤腫瘤的TAM會感知到微環境的強酸化，最終導致胞質cAMP濃度升高和免疫逃避[36]。

2.5 MDSCs

MDSCs是骨髓來源的一群異質性細胞，具有顯著抑制免疫應答的能力[37]。在腫瘤微環境的缺氧區域，會導致細胞的HIF-1表達上調。HIF是由氧敏感性的α亞基和持續表達的β亞基組成的異源二聚體。缺氧條件下，HIF-1α與缺氧反應元件（HRE）結合，激活缺氧反應基因的表達，包括血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和其他促進血管生成的因子，而血管生成又會進一步促進MDSCs的擴張。

3 微環境免疫治療與逃逸進展

傳統療法如手術、放療、化療的治療機制均是攻擊癌細胞本身，而不考慮其所處的環境。免疫治療則是利用人自身的免疫系統來對抗腫瘤。目前，腫瘤的免疫治療主要有兩種形式：一是被動免疫治療，如單克隆抗體、溶瘤病毒、多特異性抗體、細胞療法；二是主動免疫療法，如細胞因子治療、治療性疫苗、結合ICI或協同刺激檢查點激動劑的免疫療法。

雖然ICI的有效性已在多種實體瘤中得到驗證，但也并非所有接受ICI治療的患者均能達到腫瘤縮小、生存期延長的治療效果。例如，ICI在原發性肝癌的治療中，僅對小部分患者具有持久的治療效果。表明存在其他免疫逃逸機制的同時，也提示單一地限制某一機制或通路的免疫治療存在局限性。

4 總結與展望

TME越來越被認為是腫瘤進展的關鍵因素，盡管有關TME對免疫治療的影響和調控機制的研究仍在不斷深入中，其對免疫治療的負向調節不容忽視[38]。調節TME不僅能夠逆轉腫瘤浸潤性T淋巴細胞的免疫無能，而且能夠改善由ICI誘導的抗腫瘤免疫反應[39]。同時針對其他免疫組分也有不同的策略，在TME內特異性降低Tregs功能可以提供一種更有效、更有針對性的方法來限制腫瘤內的免疫抑制環境，而不會引起系統性不良后果[40]。而對于TAM的工作目標是將TAM從M2重新編程為M1表型或抑制TAM向腫瘤的募集。如果激活的免疫系統能成為化療和放療的有效的額外效應機制，那么潛在的臨床影響將是巨大的。