腫瘤微環境在乳腺癌發生及轉移中的研究進展

劉俊杰 朱娟英

人體內的正常細胞有屬于自己的微環境, 適宜的微環境讓其能發揮正常功能。某些細胞及因子可以檢測微環境中的不穩定因素, 通過免疫或非免疫方式將其清除, 對腫瘤細胞的清除就是其中一環, 但腫瘤細胞尤其特異性, 可以通過分泌各種因子或是其他物質來塑造屬于它自己的微環境［1］, 并且影響正常微環境中的某些物質, 進一步將其進行招募, 從而改造正常細胞的微環境［2］。

1 BC 概述

根據全球癌癥觀察(Global Cancer Observatory)的數據, 2020 年在1930 萬例新發病例和1000 萬例癌癥死亡病例中［均不包含非黑色素皮膚瘤(NMSC)、基底細胞癌］, 在女性中, BC 為最常見的癌癥(占總病例的11.7%), 并且是女性最常被診斷出的癌癥, 也是癌癥致死的主要原因［3］, 這種高死亡率主要與晚期轉移性癌癥有關, 因為當癌癥擴散到遠處身體部位時, 5 年生存率從局限性疾病的99%下降到27%。

BC 中由于雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)、人表皮生長因子受體-2(HER-2)表達水平的不同, 從而分成了不同的分子亞型, 當EP/RP(+)、HER-2(-)時為Luminal A 型；Luminal B 型 則 是ER/RP 相 對 低 表達, HER-2 表達增加；若ER、PR、HER-2 均為陰性,稱為三陰性乳腺癌(TNBC)［4］。其中激素受體陽性的Luminal A 亞型發病率相對最高, 預后最好。而與之相反的各受體表達皆為陰性的TNBC 亞型的預后最差［5］。

BC 一旦開始遠處轉移, 提示不良后果, 占BC 相關死亡的大多數。主要因為BC 轉移將會增加手術難度,并且目前尚無用于治療轉移性BC 的特效藥。BC 在不同器官中的轉移傾向性有所不同, 肺、骨、肝、腦轉移較為常見, 其中骨轉移比例多于肺轉移, 且5 年生存率高于肺轉移［6,7］, 肝轉移相較于前兩者, 生存率及預估5 年生存率均較低。

2 腫瘤細胞在微環境中的進展與轉移

TME是由癌變細胞和非癌變細胞組成的動態實體,包括成纖維細胞、脂肪細胞、內皮細胞和免疫細胞(如巨噬細胞、淋巴細胞、NK 細胞)、可溶性因子和ECM成分, 對腫瘤的惡性進展有重要影響。

腫瘤的進展及轉移一般是腫瘤細胞與免疫細胞相互作用的動態過程, 一般分為消除、平衡和逃逸3 個階段［8］, 不僅取決于癌細胞的特性, 還取決于它們與周圍環境和間質的相互作用。企圖通過血道、淋巴、組織旁等途徑逃逸的腫瘤細胞被免疫細胞發現并抑制, 為平衡階段, 此時大部分腫瘤細胞選擇進入休眠狀態［9］,該過程可持續數年, 看似腫瘤的轉移被遏制住了, 實則休眠癌細胞被認為是導致癌癥進展的重大原因［10］。

進入休眠狀態的腫瘤細胞, 可通過上調或下調某些因子或是抑制某些通路, 如BC 細胞進入休眠期時,通過適應CXC 趨化因子配體12(CXCL12)信號軸, 部分腫瘤細胞最終對免疫細胞的檢測和(或)消除變的不敏感, 從而有部分腫瘤細胞可逃避宿主免疫系統, 這稱之為——逃逸階段。不同侵襲性的腫瘤各有不同, 如招募免疫細胞, 成為腫瘤相關的免疫細胞從而促進免疫耐受等。此外, 腫瘤細胞必須同時逃避宿主免疫反應和凋亡信號方能生存或(并)轉移, 與原發腫瘤相比,腫瘤首次轉移復發時的淋巴細胞浸潤較低, 提示免疫逃逸在轉移進展中起重要作用。

3 TME 中各元素與BC 進展及轉移的關系

BC 的器官轉移具有特異性［11］, 腫瘤細胞在這其中需要適宜生存的微環境, 正如20 世紀80 年代Paget［12］提出的轉移性“種子和土壤”理論, 也如中國古代晏子所言“橘生淮南則為橘, 生于淮北則為枳”,發生轉移的腫瘤細胞就如播散的種子一般, 當找到了適宜的環境, 就會在那片土壤中生根發芽。一開始, 轉移的腫瘤細胞由于微環境中促血管生成因子和抑血管生長因子的作用, 生長相對緩慢, 但由于腫瘤細胞定植后的脈管系統往往比較扭曲, 從而衍生出一些異常血管, 加上異常血管供氧不足, 腫瘤細胞缺氧會加快促血管生成因子的產生, 從而加重異常脈管系統的形成, 久而久之促血管與抗血管生成的平衡被打破, 利于腫瘤轉移的微環境從而產生［13］。臨床上目前有通過運用抗血管生成藥物如血管內皮生長因子(VEGF)抑制劑阻止轉移性腫瘤細胞的進一步進展［14］, 但因為它的毒性、低進展生存期、腫瘤耐藥性等, 具有一定的局限性。

3.1 微環境中的免疫細胞 TME 中的免疫細胞分為髓系和淋巴系, 它們是屬于先天和適應性免疫系統, 在不同的癌癥及其亞型當中具有較大的差異性［15］。

3.1.1 腫瘤相關中性粒細胞(TAN) 循環中的中性粒細胞有時會被趨化因子招募到TME 中, 從而形成腫瘤相關中性粒細胞群, 中性粒細胞積聚在癌癥患者的外周血中, 特別是在晚期患者中。Shaul 等［16］表示相對高表達的循環中性粒細胞可作為癌癥不良臨床結局中較為強大的生物性標志。有相關研究表示［15］,在TNBC 中腫瘤相關中性粒細胞含量達到了90%, 而在HER-2 或是ER/PR 激素陽性的受體中含量就略微適中。

3.1.2 腫瘤相關巨噬細胞(TAM) TAM 具有很強的可塑性, 可根據供氧情況、炎癥介質和其他可溶性因子等微環境刺激分化成不同的表型。主要表型是經典激活型(M1)和替代激活型(M2)巨噬細胞。在正常的免疫反應期間, 大多數巨噬細胞均歸屬于M1 表型, 并參與對各種病原體的Th1 細胞因子反應。巨噬細胞可以通過直接殺死或間接招募和激活其他免疫細胞等方式促進抗腫瘤反應。有研究表示TAM 與M2 型非常相似［17］, M2 表型與Th2 細胞因子相關, 參與傷口愈合和組織重塑, 因此猜想在腫瘤的平衡階段, 腫瘤通過分泌某種生長因子或是細胞因子使得Th2 主導TME, 從而表現免疫抑制性。TME 中較高數量的TAM 與更嚴重的疾病和不良預后相關［18］, 其中對TAM 在BC 進展中的作用的研究表示TAM 能夠誘導血管生成并腫瘤細胞外基質進行重塑, 模擬正常細胞以逃避宿主免疫系統,并招募免疫抑制性白細胞入TME 中促進腫瘤轉移。有學者提出［19］通過抑制巨噬細胞之間的募集, 將TAM重新極化為抗腫瘤表型并增強巨噬細胞介導的腫瘤細胞殺傷或吞噬作用。

3.1.3 腫瘤相關淋巴細胞(TIL) 在BC 的微環境中,CD8+T 細胞的含量是最豐富的, 其次就是CD4+T 細胞和NK 細胞［20］。TNBC 中淋巴細胞的浸潤數量極有可能＞50%, 稱為淋巴細胞為主型BC, 并且淋巴細胞的含量與最大生存獲益息息相關。雖然HER-2 型BC 中的淋巴浸潤情況與TNBC 相似, 但與生存益處的關系尚不明朗。有研究展示了T 細胞的浸潤與原發性乳腺腫瘤的預后以及對新輔助化療(NAC)之間的關系［21,22］。

3.1.4 樹突狀細胞(DC) DC 是一種專業的抗原提成細胞, 在癌癥中主要作用是啟動抗腫瘤免疫應答。Giorello 等［23］發現BC 患者中DC 的CD1a(+)發生骨轉移的幾率相對較低, 可作為無骨轉移生存期(BMFS)和總生存期(OS)的獨立預后因素, 并且還發現DC 的CD83(+)患者發生多器官轉移的風險較低, 并可作為無病生存期(DFS)和OS 相對獨立的預后因素。此外, 漿細胞樣樹突狀細胞(pDC)作為一種獨特的前哨細胞類型, 其浸潤雖然很少被觀察到, 但腫瘤浸潤的pDC 具有較為嚴重的功能減退或異常狀態［24］, 并且與總生存率和無復發生存率的下降密切相關。因此, Kini 等［25］提出較高水平的循環pDC 可能反映了腫瘤部位浸潤較低, 被證明是BC 良好的預后因素。

3.1.5 NK 細胞 NK 細胞作為天然淋巴細胞, 在腫瘤免疫監測、抑制生長和預防轉移性播散中發揮重要作用。Jin 等［26］發現BC 細胞可以通過調節PI3K/Akt/GSK-3β/ROS/eIF2B 通路來調節NK 細胞的活性及對腫瘤細胞的敏感性, 從而促進BC 的生長和肺轉移。NK 細胞中對自然殺傷細胞2 組D(NKG2 d)配體和DNAX 附屬因子(DNAM-1)配體的討論和研究是較為常見的, 特別是腫瘤中相對低表達的人類白細胞抗原(HLA)。一些較為經典的HLA, 如HLA-A、HLA-B、HLA-C, 是抗腫瘤免疫所必須的, 如果缺失,則會導致腫瘤的免疫逃逸［27］。一些非經典的HLA, 如HLA-G, 也參與著腫瘤的進展及轉移。Zheng 等［28］研究發現HLA-G 參與其同源受體人類免疫球蛋白樣轉錄子(ILT)-2、ILT-4 和殺傷細胞免疫球蛋白樣受體2 dL4(KIR2 dL4)在免疫細胞上的表達, 并且KIR2 dL4作為目前發現與HLA-G 結合的唯一受體, 可以介導并擾亂BC 微環境中免疫檢查點與細胞因子之間的復雜關系, 從而誘導免疫抑制并導致免疫逃逸的發生, 而造成腫瘤細胞的轉移。

一項研究［29］表示在腫瘤細胞休眠的過程中, NK細胞會選擇性的增加, 活化的肝星狀細胞(aHSCs)一方面可以通過分泌趨化因子CXCL12 作用于CXCR4 受體, 使得NK 細胞增殖性減弱, 另一方面通過干擾素γ信號通路使腫瘤細胞維持休眠狀態, 抑制BC 細胞的轉移。

3.2 非免疫細胞對微環境的影響

3.2.1 癌相關成纖維細胞(CAF) CAF 可由多種細胞衍生而來, 一旦衍生成為CAF, 將不可逆轉并且可以逃避凋亡信號［30］。CAF 之前被普遍的認為可通過多種機制促進癌細胞的生長和侵襲［30,31］。然而, 近期研究表明, 在某些情況下, CAF 也可能會成為抑制腫瘤轉移進展的因素［32,33］。CAF 具有四個亞群, 其中在TNBC 富集的CAFS1 亞群被強調為免疫抑制的主要成員, 因為它增強了調節性T 細胞抑制T 效應子增殖的能力［34］。由于CAF 具有不同的蛋白質表達譜并且它們轉錄的mRNA 也有所不同, 可通過比如整合素β3-p38 MAPK信號傳導促進BC 細胞侵襲和轉移活化［35］, 這可能也與患者的生存率降低、腫瘤的分化不良以及腫瘤的轉移息息相關。

3.2.2 癌相關脂肪細胞(CAA) 脂肪細胞是乳腺組織中最大的組成部分。異常脂肪細胞, 特別是癌相關脂肪細胞群(CAAs), 與正常相比, 能夠釋放多種脂肪因子, 如瘦素、脂聯素、白細胞介素-6(IL-6)、趨化因子配體(CCL)2 和CCL5, 對BC 的發生發展產生影響。有研究表明肥胖與絕經后BC 轉移風險之間有流行病學聯系［36］。此外, 隨著腫瘤的侵襲, 加之基底膜的破壞,BC 細胞和脂肪細胞密切接觸, 導致兩種細胞類型的表型和功能改變［37］。在體內外, 浸潤性腫瘤周圍的脂肪細胞都表現出脂質含量和脂肪細胞標記物的低表達,以及一種以蛋白酶和促炎細胞因子過表達為特征的激活狀態, 對于組織中脂肪細胞某些指標的檢測可能可以作為BC 細胞侵襲性強弱的依據。

3.2.3 內皮細胞(EC) 腫瘤的脈管系統一般相對異常, 從而導致組織供氧不足, 進而使得TME 中促血管生成與抗血管生成間的平衡被打破, 這也有助于腫瘤細胞的轉移［38］。缺氧狀態下機體會誘導缺氧誘導因子(HIF-1α)的表達, HIF-1α 是參與血管生成和轉移行為基因的轉錄因子, 包括VEGF、基質金屬蛋白酶(MMPs)和整合素等, 將刺激腫瘤血管生成, 加之新生的血管形態較差, 其滲透性更強, 間接的促進了腫瘤細胞的轉移［39］。另外有研究表示EC 具有促進TNBC 轉移的潛能, Zhang 等［40］表示TNBC 細胞可以產生纖溶酶原激活劑抑制劑-1(PAI-1), 作用于EC 中趨化因子CCL5, 刺激它的表達和分泌, 然后通過旁分泌的方式使得CCL5 與TNBC 膜結合。這進一步刺激PAI-1 的產生, 形成一個正反饋回路。此外, 在TNBC 患者的組織中, PAI-1 的表達與血管生成和遠處轉移相關, 表明靶向PAI-1 抑制TNBC 轉移具有潛在的臨床意義。

4 總結與展望

TME 在BC 進展和轉移中起重要的作用, 對腫瘤進展休眠期的把控, 可以極大的削弱腫瘤的轉移, 維持正常的微環境或是逆轉TME, 目前也有探究通過研制藥物使腫瘤維持在休眠期, 維持微環境的穩態。微環境中各因子的變化都可對腫瘤的進展和轉移產生或大或小的作用, 腫瘤細胞可以通過適應免疫細胞的作用,讓微環境為它的腫瘤逃逸服務, 那些特定的細胞群, 如TIL、TAM 或DC 等在腫瘤的增殖、侵襲或轉移方面都展現了不小的價值。有研究表明［24］, 髓系起源的樹突狀細胞(mDC)被發現在早期BC 的TME 中常有浸潤,常浸潤早期BC。猜想也許通過檢測微環境中各免疫及非免疫細胞的含量, 或者免疫通路的產物來預測腫瘤的變化、侵襲性強弱。

盡管TME 對于BC 的具體作用知之甚少, 但是這些發現也強調了微環境在BC 預后和治療中的重要性,會對TME 中細胞之間的相互作用有更好的理解。假如讓微環境中免疫及非免疫細胞提升對腫瘤細胞的抗性,或是重置腫瘤對于免疫細胞的抑制性, 或許可以降低腫瘤細胞逃逸的可能性。