腫瘤糖酵解與腫瘤免疫微環境關系的研究進展△

王娜，周亞麗，宋飛雪，關泉林

1蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730000

2蘭州大學第二醫院腫瘤內科，蘭州 730000

3蘭州大學第二臨床醫學院，蘭州 730000

4蘭州大學第一醫院腫瘤外科，蘭州 730000

隨著對腫瘤研究的深入，越來越多的學者認為，腫瘤是免疫逃逸的結果。基于此，目前的研究方向主要為腫瘤代謝和腫瘤免疫微環境的關系。腫瘤細胞在代謝過程中會產生乳酸、消耗能量導致低氧等，從而構建一個免疫抑制的微環境，抑制免疫反應、促進免疫逃逸，為腫瘤的發生、發展、侵襲及轉移等提供了條件。同時，免疫微環境中的免疫抑制因子及免疫細胞也為腫瘤的生長奠定了基礎，因此，進一步明確腫瘤代謝與腫瘤免疫微環境間的關系可以為抗腫瘤治療提供一定的參考。

1 腫瘤代謝

1.1 正常組織的代謝

能量代謝是指物質在代謝過程中所伴隨的能量產生、釋放、轉移、貯存和利用的過程。組織細胞的能量主要來自葡萄糖的轉化。在氧氣充足的條件下，葡萄糖徹底氧化為水和二氧化碳的過程稱為有氧氧化，是糖氧化的主要方式，也是大多數細胞獲得能量的主要過程。在無氧條件下，葡萄糖或糖原分解為乳酸，伴有能量的產生過程，稱為無氧糖酵解。

1.2 腫瘤組織的代謝

腫瘤細胞的代謝不同于正常細胞，其特征之一是可以廣泛攝取營養，從而適應不斷變化的環境，即使在氧氣充足的條件下，仍以糖酵解作為主要的產能方式，這就是Warburg效應[1]。雖然糖酵解產能效率低，僅產生2個ATP，但其產能速度快，產生ATP的速度比氧化磷酸化快一百多倍；同時，糖酵解還能提供多種大分子物質，滿足腫瘤細胞對能量和物質的需求；此外，腫瘤細胞有氧糖酵解可再生還原分子NAD+，是三羧酸循環進入糖酵解或其他細胞必需的代謝通路[2]。

2 腫瘤微環境與腫瘤免疫微環境

腫瘤微環境是腫瘤細胞發生、發展的土壤，由內環境和外環境組成，在內外環境共同作用下，腫瘤細胞可以生長轉移[3]。腫瘤微環境不僅為腫瘤細胞的存活提供相對適宜的環境，同時腫瘤細胞與腫瘤微環境間的相互作用也會加速腫瘤惡化，增強腫瘤細胞的侵襲力[4-6]。也有研究表明，腫瘤微環境對腫瘤細胞及某些特定器官的生長或侵襲發揮著重要作用[7]。

腫瘤發生后，腫瘤細胞與免疫系統不斷地相互作用，逐漸獲得了免疫逃逸[8]。隨著臨床對免疫系統的深入了解以及免疫治療逐漸應用于臨床，有學者再次提出了腫瘤免疫微環境的概念。腫瘤免疫微環境指腫瘤在發生、發展過程中與腫瘤微環境中免疫細胞的浸潤、修飾、逃避的關系，也就是由腫瘤細胞、免疫細胞及細胞因子等構成的微環境，也有學者解釋為腫瘤微環境中免疫浸潤細胞的空間組織和豐度[9-10]。目前，腫瘤免疫微環境已成為重要的治療靶點，其中程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）/程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）信號通路尤為引人關注[11]。

腫瘤免疫微環境不僅包括腫瘤細胞本身，還包括多種腫瘤浸潤的免疫細胞，如T細胞（70%～80%）、B細胞（10%～20%）、巨噬細胞（5%～10%）、自然殺傷（natural killer，NK）細胞、樹突狀細胞、成纖維細胞和炎性細胞等[12]。這些細胞主要發揮免疫監視、抗腫瘤作用，但在某些條件下，免疫調控會失去平衡，上述細胞會發生免疫逃逸，促進腫瘤的發生。

T淋巴細胞是人體重要的免疫細胞，對維持機體的免疫平衡有重要作用，但腫瘤細胞可通過各種原因導致T淋巴細胞功能被破壞，從而使免疫監控和殺傷能力喪失，這種情況往往被稱為腫瘤免疫逃逸。腫瘤免疫細胞中，CD8+T細胞發揮重要的抗腫瘤作用，但腫瘤介導的T細胞耗竭可以抑制CD8+T細胞發揮細胞毒性作用，從而導致免疫抑制[13]。研究腫瘤浸潤T細胞表型的轉換機制，尤其是發揮正常功能的效應T細胞轉化為耗竭性T細胞的過程，可幫助了解腫瘤的免疫抑制機制，為腫瘤的免疫治療提供方向。

在腫瘤免疫微環境中，還存在著一種重要的免疫細胞——腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM），TAM是腫瘤免疫微環境中數量最多的免疫細胞，可以分泌多種細胞因子，在腫瘤的發生發展過程中發揮重要作用，但隨著腫瘤細胞的侵襲、轉移，TAM發揮著雙刃劍的作用，根據巨噬細胞的活化類型及其在微環境中作用的不同，TAM可分為M1型和M2型，M1型巨噬細胞具有殺傷腫瘤細胞的作用，M2型巨噬細胞則具有促進腫瘤細胞生長的作用[14]。

NK細胞也是機體重要的免疫細胞，是除T細胞、B細胞外的第三大類淋巴細胞，約占血液中所有免疫細胞的15%，與機體其他多種免疫細胞相互作用，共同調節機體的免疫狀態和免疫功能。NK細胞不但可以分泌腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）和白細胞介素-12（interleukin-12，IL-12）等多種細胞因子來增強機體的抗腫瘤免疫作用，還可以通過死亡受體介導的靶細胞凋亡和抗體依賴性細胞介導的細胞毒作用（antibody dependent cell mediated cytotoxicity，ADCC）發揮腫瘤殺傷作用。目前認為，腫瘤細胞可通過腫瘤微環境中基質細胞等分泌免疫抑制因子，如誘導自然殺傷細胞2族成員D配體（natural killer group 2 member D ligand，NKG2DL）的表達，來下調NK細胞表面受體的表達，從而逃避NK細胞的攻擊[15]。

樹突狀細胞為目前己知功能最強的抗原提呈細胞，與腫瘤的發生、發展密切相關，腫瘤微環境中浸潤的樹突狀細胞多，則患者的免疫反應好，預后相對較好。腫瘤微環境中存在多種抑制性細胞因子，可形成免疫抑制微環境，作用于樹突狀細胞后可抑制樹突狀細胞的抗原呈遞功能，進而導致機體的免疫耐受，促進腫瘤逃逸。因此若通過調節微環境中的免疫因子的表達來增強樹突狀細胞的抗腫瘤效應，并優化樹突狀細胞的免疫治療，激活機體免疫系統，可發揮腫瘤免疫治療的作用[16]。

在腫瘤免疫微環境中，除腫瘤細胞、免疫相關細胞外，還存在腫瘤相關成纖維細胞、血管內皮細胞等非免疫細胞，它們在維持腫瘤微環境的平衡方面發揮著重要作用。成纖維細胞主要來源于胰腺和肝臟組織中的成纖維細胞或星狀細胞，其他細胞如髓間充質干細胞、脂肪細胞等可受腫瘤源性刺激的影響而轉化為成纖維細胞。成纖維細胞的主要作用是促進腫瘤的發生，但部分情況下也可發揮抗腫瘤作用。成纖維細胞是腫瘤微環境的核心成分，不僅可與腫瘤細胞相互作用，也可以影響腫瘤微環境的其他成分（如細胞外基質和免疫浸潤），因此成纖維細胞也可能作為抗腫瘤治療的靶點[17]。

腫瘤血管是腫瘤營養物質來源及輸送的重要通道，腫瘤血管生成在腫瘤發生發展過程中發揮重要的促進作用，腫瘤微環境可調控腫瘤血管生成，從而抑制腫瘤細胞的生長和轉移[18]，而血管內皮細胞作為腫瘤微環境的重要組成部分，在腫瘤細胞轉移方面發揮了重要的輔助作用，且不易產生耐藥性，因此人們將血管生成作為抗腫瘤治療的靶點，尤其在聯合治療方面，是一個非常重要的治療手段[19]。

3 腫瘤代謝對腫瘤免疫微環境的影響

腫瘤的代謝與腫瘤免疫微環境之間互相影響、互相作用。腫瘤的代謝以糖酵解為主，糖酵解產生的乳酸堆積會導致腫瘤免疫微環境處于酸性狀態，同時腫瘤細胞的生長需要消耗大量的能量，也可導致腫瘤免疫微環境處于低氧、低能的狀態，這種低氧、低能、低pH值的微環境對人體的免疫系統產生了巨大的影響，可影響T細胞功能，促進腫瘤細胞的免疫逃逸，促進腫瘤細胞的發生、發展和轉移。同時，腫瘤代謝過程中會產生免疫抑制因子，改變免疫細胞的功能，使腫瘤微環境處于免疫抑制狀態，進一步加速了腫瘤的發生。既往Cell雜志發表的文章曾提出了一種可能，即可以通過調控腫瘤代謝來提高腫瘤內的免疫細胞功能、抑制糖酵解酶的表達，從而減弱腫瘤細胞的糖酵解，使腫瘤微環境中的葡萄糖水平恢復正常，激活T細胞活性，發揮抗腫瘤作用。因此，可通過抑制腫瘤的糖酵解來增強T淋巴細胞的腫瘤排斥反應[20]。

4 免疫微環境對腫瘤代謝的影響

腫瘤的免疫微環境為腫瘤的發生、發展提供了豐富的土壤和營養，在免疫微環境中，免疫細胞處于抑制狀態，腫瘤微環境常呈酸性，除可強烈抑制NK細胞的細胞毒作用外，還可抑制IL-2對活化的淋巴因子激活的殺傷（lymphokine-activated killer，LAK）細胞的增殖作用及相應黏附分子的增長。與調節細胞毒過程有關的細胞因子的產生與分泌也會受到酸性微環境的影響；此外，在酸性環境下，效應細胞的代謝活性也會明顯降低[21]。

細胞外乳酸的累積對腫瘤細胞的新陳代謝和非腫瘤細胞向腫瘤細胞轉化均有重要影響。乳酸對腫瘤促進作用包括阻斷單核細胞及T細胞的分化和激活。研究表明，乳酸可以通過缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）依賴機制促進血管內皮生長因子的分泌和M2型巨噬細胞的極化，而極化的M2型巨噬細胞分泌的精氨酸酶1可向腫瘤細胞發出信號，促進腫瘤細胞的生長。

低氧微環境可以通過改變腫瘤細胞的代謝方式、誘導腫瘤細胞代謝的適應性變化、調節腫瘤細胞中復雜的信號通路[如缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）、磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphoinositide 3-kinases，PI3K）、促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）]、誘發上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程來提高血管生成能力和基質金屬蛋白酶的生成[22]。低氧環境還有利于腫瘤新生血管生成，也有助于通過上調HIF-1α的表達來進一步誘導糖酵解[23]。HIF-1α可作為調控因子和信號轉導分子參與EMT過程，促進腫瘤細胞的侵襲轉移，如HIF-1α可以上調snail的表達、抑制E-鈣黏蛋白的活性從而促進非小細胞肺癌的EMT過程[24]。還有研究表明，HIF-1α也可以參與Twist信號通路誘導EMT過程，促進結腸癌細胞的遠處轉移[25]。此外，低氧對T細胞的合成和功能至關重要，在細胞和動物模型中發現，低氧可以抑制T細胞增殖，改善荷瘤小鼠的缺氧環境可以增加T細胞浸潤、上調促炎細胞的因子表達、抑制腫瘤細胞的生長、提高小鼠存活率[26]。

相關研究表明，在前列腺癌的治療中，增加腫瘤免疫微環境中的M2型巨噬細胞的浸潤、抑制樹突狀細胞的表達、上調免疫抑制細胞因子水平等均可以提高免疫治療的療效[27]。此外，在前列腺癌中，隨著藥物治療過程中腫瘤細胞的暴露增加，腫瘤微環境也隨之發生變化，使腫瘤微環境進一步向免疫抑制環境“進化”，這在一定程度解釋了目前已發表研究中前列腺癌免疫治療客觀緩解率（objective response rate，ORR）低的原因[28]。通過改變腫瘤免疫微環境來調節免疫細胞功能，從而達到抗腫瘤治療的目的，這為抗腫瘤治療提供了一種新思路。

了解腫瘤微環境中復雜的代謝作用不僅可以有助于研究腫瘤的發生發展機制，還可以通過調節腫瘤相關免疫細胞的功能來控制腫瘤[29]。已有研究表明，腫瘤細胞的快速增殖限制了T細胞獲取葡萄糖，可以促使T細胞代謝通路的轉換，使其將侵襲性實體腫瘤中存活的CD8+T細胞的葡萄糖代謝通路轉變為脂質代謝[30]，但這種轉變在實體腫瘤的生長過程中并不常見。腫瘤代謝與腫瘤免疫微環境的平衡決定了腫瘤的發生發展，通過改變腫瘤代謝過程中關鍵酶和限速酶的功能，以及免疫微環境中免疫細胞的功能狀態，抑制腫瘤的發生，這也將是目前及未來研究的重要方向[31-32]。

5 小結與展望

目前關于腫瘤免疫微環境與腫瘤代謝的相互關系尚在初步研究階段，根據理論及機制推論，若抑制糖酵解過程中的關鍵酶的表達，可以改變腫瘤代謝過程、抑制糖酵解，從而改變腫瘤免疫微環境中的代謝物質、酸堿度及免疫細胞的數量和種類，或可提高免疫微環境中免疫細胞活性，從而抑制免疫逃逸。目前PD-1、PD-L1抑制劑可以提高多種腫瘤的療效，且與抗血管生成藥物或化療聯合的效果更好；與糖酵解過程中關鍵酶抑制劑，如草氨酸鹽、檸檬酸鈉、3-溴丙酮等聯合，也可以提高療效，這也將成為今后的研究熱點，雖然目前免疫檢查點抑制劑應用廣泛，但臨床應用中也發現，免疫檢查點抑制劑單藥的療效已經達到了限制，開始向聯合治療的方向發展，以期提高免疫治療的療效，盡可能降低免疫治療出現假性進展、超進展的風險。

近年來，免疫治療廣泛應用于臨床多個腫瘤的治療，但免疫治療單藥也存在多種問題，如起效慢、假性進展、超進展、耐藥及療效受限等，因此多種腫瘤采用了聯合治療方案，如免疫治療聯合化療、免疫治療聯合抗血管治療、雙免治療等，目的均是通過協同作用延長患者的無進展生存期、總生存期等；同時，不良反應也是臨床關注的重點，藥物增多必然會增加不良反應，因此臨床聯合治療時應重點關注如何聯合可以提高療效，又可以盡量控制不良反應發生情況。

腫瘤的代謝也已經進行了多年的研究，從發現腫瘤代謝與正常組織代謝的不同，到開始研究腫瘤代謝中關鍵酶的抑制及激活對腫瘤細胞的影響，糖酵解過程中關鍵酶抑制劑還未廣泛應用于臨床，但基礎研究中已經有很多充分的證據，如抑制其糖酵解酶的表達可以促進腫瘤細胞的凋亡，影響腫瘤微環境，進一步影響部分免疫細胞，提高其免疫反應，增強其抗腫瘤效應，因此，如2-脫氧葡萄糖、二氯乙酸、氯尼達明、3-溴丙酮酸及檸檬酸鈉等糖酵解酶抑制劑能應用于臨床，可能為抗腫瘤治療帶來新的方向，且后期如何與PD-1、PD-L1、細胞毒T淋巴細胞相關抗原1等免疫治療聯合應用，均是今后研究的熱點，目前一些基礎實驗逐漸開展，若可以取得陽性結果，然后逐漸應用于臨床，為患者提供更好的治療方案，是臨床今后的研究方向。