免疫細胞在腫瘤骨轉移骨微環境調控中的作用研究進展

唐亮 朱麗娟 呂成偉 康輝

［摘要］ ??腫瘤的發生發展與其所在的微環境密切相關，在腫瘤發生骨轉移的過程中，骨髓微環境中大量的免疫細胞對于腫瘤細胞的定植以及轉移灶的形成，發揮了重要的作用，其中較為顯著的就是協助腫瘤細胞發揮免疫逃逸作用。因此如何針對腫瘤的免疫逃逸進行有效干預顯得尤為重要。本文就巨噬細胞、骨髓來源的抑制細胞以及淋巴細胞在腫瘤骨轉移中的作用進行綜述，為腫瘤免疫治療的基礎研究和臨床治療提供參考。

［關鍵詞］ ?腫瘤轉移；骨腫瘤；骨和骨組織；腫瘤微環境；腫瘤逃逸；免疫系統；綜述

［中圖分類號］ ?R73-37;R392.1

［文獻標志碼］ ?A

Research advances in the role of immune cells in the regulation of bone microenvironment in bone metastasis of tumor

TANG Liang， ZHU Lijuan， LYU Chengwei， KANG Hui

（Department of Orthopedics， 989 Hospital of the Joint Logistic Support Force of The Chinese Peoples Liberation Army， Luoyang 471031， China）

;［ABSTRACT］ ?The development and progression of tumor is closely associated with the microenvironment in which the tumor is located. In the process of bone metastasis， the numerous immune cells in bone marrow microenvironment play an important role in the colonization of tumor cells and the formation of metastases， and in particular， they can assist tumor cells with immune escape. Therefore， it is especially important to explore effective interventions to suppress the immune escape of tumor. This article reviews the role of macrophages， myeloid-derived suppressor cells， and lymphocytes in bone metastasis， so as to provide a refe-rence for the basic research on tumor immunotherapy and clinical treatment.

［KEY WORDS］?Neoplasm metastasis; Bone neoplasms; Bone and bones; Tumor microenvironment; Tumor escape; Immune system; Review

隨著腫瘤的發生發展，其轉移率會逐漸增高，骨組織是腫瘤轉移的常見部位。腫瘤發生骨轉移的主要過程包括腫瘤細胞在原位組織中的增殖，以及通過分泌細胞因子、外泌體等物質改造骨微環境。隨后，腫瘤細胞從原位組織進入循環系統，最終到達骨組織，并逐漸形成轉移灶。在腫瘤發生骨轉移的過程中，免疫細胞與腫瘤細胞處于一種博弈的狀態，在腫瘤發生初期，固有免疫系統以及適應性免疫系統均被激活，部分腫瘤細胞被清除，抑制腫瘤的發生發展［1-2］。然而，免疫系統對腫瘤的清除作用存在局限性，腫瘤細胞通過分泌和表達多種蛋白，直接或間接地抑制免疫系統的殺傷功能。骨微環境中存在多種免疫細胞［3-4］，主要包括巨噬細胞、骨髓來源抑制性細胞（MDSCs）、調節性T淋巴細胞（Treg）、調節性B淋巴細胞（Breg）及輔助性T淋巴細胞17（Th17），這些免疫細胞在腫瘤細胞改造骨微環境中以及免疫逃逸發生過程中均發揮有重要作用。本文就巨噬細胞、骨髓來源的抑制細胞以及淋巴細胞在腫瘤骨轉移中的作用進行綜述，為腫瘤骨轉移的免疫靶向治療提供參考。

1 巨噬細胞

1.1 腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）

機體出現腫瘤后，巨噬細胞隨之呈現趨化現象。大部分實體腫瘤通過分泌細胞因子招募巨噬細胞到達腫瘤微環境，如集落刺激因子、血管內皮生長因子A、腦信號蛋白3A以及趨化因子CCL2、CXCL12等。腫瘤微環境當中的巨噬細胞被稱為TAMs。TAMs的出現通常會導致患者不良的預后［5-6］。動物實驗以及臨床研究均發現，TAMs具有促進腫瘤細胞轉移的作用［7-8］。TAMs可以抑制CD8+T淋巴細胞在腫瘤微環境中的浸潤［9］，其一方面是通過表達抑制性分子，如程序性死亡配體1、細胞激活抑制因子1發揮抑制作用，另一方面，還可以通過趨化因子CCL22招募Treg間接發揮作用。這樣TAMs抑制了淋巴細胞的活性，減弱其對腫瘤細胞的殺傷能力，使得循環腫瘤細胞（CTCs）的數量增多，為骨轉移的發生奠定了基礎。TAMs還可作用于血管生成素受體2，促進血管新生，一方面有助于腫瘤原位播散，另一方面為腫瘤轉移灶提供了更多的養分，促進轉移灶的形成［10］。在腫瘤細胞轉移發生過程中，TAMs與腫瘤細胞之間存在一種循環效應，即腫瘤細胞分泌的集落刺激因子1（CSF1）可以招募巨噬細胞，并且促使其分泌表皮生長因子（EGF），分泌的EGF又可作用于腫瘤細胞的EGF受體，增加侵襲小體的生成和基質的降解，促進了腫瘤發展，并產生更多的CSF1，從而形成了一種惡性循環［9］。巨噬細胞的極化特性也在腫瘤轉移過程中發揮重要的作用，當腫瘤細胞中組氨酸糖蛋白表達量較高時，TAMs的極性會發生變化，從促進腫瘤轉移轉變為抑制腫瘤轉移，使血管通透性趨于正常，從而抑制了腫瘤播散和轉移。因此可以設想，是否可以通過干預TAMs的極化達到抑制腫瘤轉移的目的。

1.2 轉移相關巨噬細胞（MAMs）

腫瘤發生轉移時，可通過分泌細胞因子和外泌體等方式，誘導巨噬細胞的分化，使得巨噬細胞具有促進腫瘤轉移的功能。例如，當巨噬細胞受到IL-4、IL-13刺激時，則具有促進腫瘤發展的能力［10］。

巨噬細胞可分化為多種亞群，在腫瘤微環境中發揮著不同的作用，具有代表性的為MAMs。相關研究表明，單核細胞通過CCL2/CCR2趨化因子信號通路，被招募到腫瘤微環境中并分化為MAMs［11］。如MAMs可利用乳腺癌細胞的血管黏附分子，通過AKT信號通路，協助循環腫瘤細胞發生定植，從而促進轉移的發生［12］。

2 MDSCs

2.1 MDSCs的分類及作用機制

在腫瘤微環境當中發現的特異性表達CD11b+CD14－CD33+的骨髓細胞被定義為MDSCs，其通過抑制機體的固有免疫和適應性免疫系統，發揮促進腫瘤發生發展作用。MDSCs又可根據其表面蛋白進一步分為CD14highCD15－單核細胞來源的MDSCs，以及CD14lowCD15+粒細胞來源的MDSCs。在小鼠模型的研究中，表達CD11b和GR1的骨髓來源的未成熟細胞，根據其表面特異性蛋白和細胞形態，可分為單核細胞來源CD11b+LY6ChighLY6Glow，以及粒細胞來源的CD11b+LY6ClowLY6G+兩類MDSCs亞群，兩類亞群均可以不同程度地表達誘導性一氧化氮合酶（iNOS）和精氨酸酶1，其中iNOS有助于微環境中產生一氧化氮，以抑制T淋巴細胞JAK3以及STAT5的活性，從而發揮抑制T淋巴細胞功能［13］。MDSCs表達的arginase 1可以通過使左旋亮氨酸發生分解代謝，產生對于T淋巴細胞具有抑制作用的低L-arginine的微環境，當環境中L-arginine降低后，T淋巴細胞CD3合成受到抑制，同時限制細胞周期素D3和細胞周期素依賴酶4的表達，從而抑制T淋巴細胞的活性［14］。

2.2 MDSCs調控腫瘤轉移的作用機制

當血液、淋巴結、脾臟中的MDSCs含量升高時，預示著機體正處于腫瘤進展中，MDSCs既可以浸潤到原發腫瘤組織，也可以在轉移部位存活。在對腫瘤骨轉移的研究中發現，MDSCs可協助腫瘤細胞免疫逃逸，從而減弱免疫系統對腫瘤細胞的清除作用，加速骨轉移病灶的形成［15］。對小鼠腫瘤模型的研究結果顯示，伴隨著腫瘤的進展，骨髓中浸潤的MDSCs逐漸增多，當通過抑制MMP9通路使MDSCs浸潤減少后，腫瘤細胞在骨組織中的生長得到了有效抑制［16］。

臨床及動物模型研究顯示，MDSCs可以產生活性氧族（ROS），可通過抑制ROS活性減弱MDSCs對于T淋巴細胞的抑制作用［17］。轉化生長因子-β（TGF-β）、IL-3、IL-6、IL-10以及粒細胞巨噬細胞集落刺激因子等細胞因子均可誘導MDSCs產生ROS［18］。

在MDSCs與T淋巴細胞的直接接觸過程中，可產生過氧亞硝酸鹽，使T淋巴細胞受體和CD8分子發生硝基置換，干擾特異性抗原在T淋巴細胞上的結合，使致敏的記憶性T淋巴細胞失去對特異抗原的免疫反應，從而發揮抑制免疫功能的作用［19］。

MDSCs也是一種前體細胞，在不同的誘導條件下可分化為中性粒細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞，可通過抑制T淋巴細胞的增殖和相關細胞因子的產生來發揮其免疫抑制作用［20］。另一方面，在IFN-γ、IL-10的誘導下，MDSCs還可以促進Treg的產生，發揮免疫抑制作用。對乳腺癌動物模型研究顯示，乳腺癌細胞可以通過分泌CXCL1和CXCL5招募MDSCs，此過程與TGF-β信號通路密切相關；MDSCs和Treg還可被浸潤到癌組織中的樹突狀細胞所招募，通過分泌細胞因子RANKL和IL-15協助乳腺癌細胞定植，促進乳腺癌細胞骨轉移的發生［21］。

3 淋巴細胞

3.1 Treg

胸腺來源并具有免疫抑制作用的T細胞亞群被稱為Treg，在生理條件下，Treg具有維持自身抗原免疫耐受的特性，在防止發生自身免疫性疾病方面發揮重要作用，其可特異性表達CD4、CD25和FOXP3，常被縮寫為CD4+CD25+FOXP3+。根據分泌細胞因子的不同可分為Tr1和Tr3兩個亞型，前者主要分泌IL-10，后者則主要分泌TGF-β。

在機體出現腫瘤后，Treg的免疫抑制作用會被腫瘤細胞所利用，從而促進腫瘤的轉移。Treg分泌的顆粒酶B具有誘導效應T淋巴細胞凋亡的能力，在敲除顆粒酶B基因的動物模型中可觀察到，分離的Treg抑制效應性淋巴細胞的能力減弱［22］。在生理條件下Treg中CD4+T淋巴細胞的比例約為4%，在機體出現腫瘤后，其比例可上調至20%～30%。在易發生骨轉移的乳腺癌與前列腺癌中，腫瘤微環境中的Treg與效應性T淋巴細胞的比例和預后密切相關，高水平的Treg提示存在不良預后［23］。在乳腺原位腫瘤中存在的Treg可分泌RANKL，其可作用于骨微環境中其他細胞的RANKL受體，促進乳腺癌細胞骨轉移的發生［24］。

腫瘤細胞分泌的趨化因子CCL22可以通過CCR4招募Treg，使得Treg向腫瘤組織及轉移部位遷移，并在微環境中大量聚集發揮免疫抑制作用，并且腫瘤細胞分泌的TGF-β亦會促進Treg的分化以及增殖。乳腺癌細胞分泌的前列腺素E2可通過招募Treg，促進CD8+T淋巴細胞的凋亡，協助腫瘤發生免疫逃逸，促進乳腺癌骨轉移的發生。在乳腺癌發生轉移的過程中，腫瘤來源的半乳糖凝集素可通過上調T淋巴細胞調節因子（LAT）增加Treg活性，發揮免疫抑制作用，從而促進了轉移的發生［25］。

3.2 ?Th17

輔助性T淋巴細胞響應于MDSCs分泌的IL-6、IL-23和TGF-β等細胞因子，而被招募至腫瘤微環境中，腫瘤組織以及微環境中的Th17分泌的IL-17，可進一步增強MDSCs的浸潤能力，從而形成一個級聯放大的循環效應。在腫瘤部位被Th17招募的MDSCs，作用于腫瘤相關的成纖維細胞（CAFs），而CAFs分泌的粒細胞集落刺激因子，使得更多具有免疫抑制功能的骨髓細胞聚集。可見，在腫瘤部位聚集的Th17，通過招募MDSCs間接使腫瘤細胞發生免疫逃逸，而促進腫瘤骨轉移的發生［26］。在一系列的免疫反應過程中，Th17在TGF-β1的刺激下，還可分化為Treg，此過程與芳香烴受體（AhR）密切相關［27］。

3.3 ?Breg

Breg是一類特異性表達CD25和B220的一個B淋巴細胞亞群，根據Breg所分泌細胞因子的不同，可進一步分為Br1、Br3兩個亞型，與Treg相應亞型一致，這兩個亞型分別分泌IL-10和TGF-β。Breg可通過分泌抑制炎性反應的細胞因子IL-10，而發揮免疫抑制的作用，協助腫瘤細胞逃脫免疫系統的攻擊，進而促進腫瘤轉移的發生。腫瘤細胞誘導的Breg還可直接抑制CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞的增殖，發揮免疫抑制作用；也可通過分泌TGF-β，使得CD4+T淋巴細胞向FOXP3+Treg轉變，誘導產生大量Treg，從而間接發揮免疫抑制作用。此外Breg發揮免疫抑制作用機制還包括，其通過表達的人凋亡相關因子配體（FasL）、腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體以及程序性死亡受體1的配體促使效應細胞發生凋亡［28］。

4 結語

在腫瘤微環境中還存在其他的免疫細胞，如自然殺傷細胞（NK），NK也可對腫瘤細胞起到殺傷作用，然而在腫瘤發展過程中，當酪氨酸激酶受體被抑制時，限制了NK細胞的殺傷作用，為腫瘤細胞發生轉移提供了有利條件［29］。有研究表明，在前列腺癌、胃癌以及食管鱗狀細胞癌中，均發現NK細胞受到了抑制［30］。NK細胞與TAMs功能類似，腫瘤細胞相關中性粒細胞（TANs）也可降低CD8+T淋巴細胞活性，促進原發腫瘤的增殖［31］。

由此可見，免疫系統在清除腫瘤細胞的道路上并不是一帆風順的，其殺傷作用會在一定程度上被腫瘤細胞所抑制。腫瘤細胞對轉移部位的微環境進行了改造，使得免疫細胞的免疫應答能力下降，從而產生了免疫逃逸現象。因此，腫瘤的轉移之所以難以治愈，與其利用多種免疫細胞所發揮的免疫逃逸作用密不可分。因此，關注腫瘤相關的免疫細胞，了解其作用機制，并針對腫瘤免疫逃逸關鍵蛋白進行藥物研發，對腫瘤的治療具有重要的意義。

作者聲明： 唐亮、康輝參與了研究設計；唐亮、朱麗娟、呂成偉參與了論文的寫作和修改。所有作者均閱讀并同意發表該論文，且均聲明不存在利益沖突。

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（本文編輯 耿波 厲建強）