炎症细胞及乳酸在结直肠癌肝转移中的作用机制

The Role and Mechanism of Inflammatory Cells and Lactic Acid in Colorectal Cancer Liver Metastasis

摘要: 结直肠癌(Colorectal cancer, CRC)是全球第三大最常见的恶性肿瘤，大约50%的患者在随访期间发生结直肠癌肝转移(Colorectal cancer liver metastasis, CRLM)，肝转移是其最常见的远处转移部位；并且肝转移是结直肠癌患者死亡的主要原因。CRLM的管理最好通过多学科方法实现，诊断和治疗决策过程很复杂。为了优化患者的生存和生活质量，必须克服几个未解决的挑战。这些主要包括及时诊断和确定可靠的预后因素。早期识别结直肠癌肝转移的危险因素可能是降低肝转移发生率的有效策略。炎症细胞及乳酸在肿瘤微环境中发挥着重要作用，对肿瘤细胞转移机制至关重要。本文将探讨炎症细胞及乳酸在结直肠癌异时性肝转移中的作用，这是对手术后发生异时性肝转移的结直肠癌患者进行有效干预的前提，对改善患者生活质量、延长患者生命具有重要意义。

Abstract: Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignant tumor worldwide, and approximately 50% of patients develop colorectal cancer liver metastasis (CRLM) during follow-up, making it the most common distant metastatic site. Liver metastasis is the main cause of death in patients with CRC. The management of CRLM is best achieved through a multidisciplinary approach, and the process of diagnosis and treatment decision-making is complex. To optimize patient survival and quality of life, several unresolved challenges must be overcome. These include the timely diagnosis and the identification of reliable prognostic factors. Early identification of risk factors for CRLM may be an effective strategy to reduce the incidence of liver metastasis. Inflammatory cells and lactic acid play a significant role in the tumor microenvironment and are crucial for the metastatic mechanism of tumor cells. This paper will explore the role of inflammatory cells and lactic acid in the metachronous liver metastasis of colorectal cancer, which is a prerequisite for effective intervention in patients with metachronous liver metastasis of colorectal cancer after surgery, and has important significance for improving patient quality of life and extending patient life.

1. 引言

结直肠癌(CRC)是全球第三大最常见的恶性肿瘤，据估计，2022年发生超过190万例新发结直肠癌(包括肛门癌)病例和90.4万例死亡，占癌症病例和死亡人数的近十分之一，发病率排名第三，但死亡率排名第二[1]；在中国结直肠癌发病率排名第二，而死亡率排名第四[2]。肝转移是其最常见的远处转移部位；并且肝转移是结直肠癌患者死亡的主要原因。初诊时同时性肝转移约占所有结直肠癌患者15%~25%。同时，即使原发病灶根治性切除后，异时性肝转移仍占10%~25% [3]。未经治疗的肝转移患者的中位生存期仅6.9个月，无法切除患者的5年生存率低于5% [4]。一旦发生肝转移，治疗变得更加复杂，需要综合应用手术、化疗、放疗以及靶向治疗等多种手段。而这些治疗方式不仅增加了医疗费用，也给患者带来了更多的副作用和生活质量下降的风险。

鉴于结直肠癌术后肝转移对预后的显著影响，识别和理解其危险因素对于改善患者预后至关重要。肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)在肿瘤的发生、发展和侵袭中起着至关重要的作用[5]。肿瘤微环境的主要成分是微血管(微血管和淋巴管)、炎性反应细胞和癌症相关成纤维细胞。炎症细胞通过释放活性氧(reactive oxygen species, ROS)、活性氮(reactive nitrogen species, RNS)或蛋白酶以及促进循环生长因子如白细胞介素-1、白细胞介素-6和血管内皮生长因子的分泌，参与肿瘤的起始、生长、增殖或转移扩散等多个过程[6]-[8]。乳酸及其产生的酸性肿瘤微环境可以通过对相关的免疫细胞，如单核/巨噬细胞，自然杀伤(NK)细胞，中性粒细胞和树突状细胞，抑制其增殖和存活[9]，诱导免疫细胞去分化[10]，调节下游过程的信号传导抑制免疫细胞抗癌作用[11] [12]。本综述旨在系统总结和分析炎症细胞及乳酸在结直肠癌根治术后发生肝转移的机制及相关临床预测模型，为临床实践提供参考依据，并为未来研究提供方向。

肝脏是结直肠癌最常见的转移部位。肝脏的独特结构和以下特征使其本质上容易发生血源性转移。(1) 肝门静脉和肝动脉的双重供血，为循环癌细胞侵入肝脏提供了更多的机会。这一现象是大多数原发肿瘤向特定继发器官转移的基础[13] [14]。(2) 肝窦内皮细胞(liver sinusoidal endothelial cells, LSECs)的血流缓慢和高通透性促进了播散性癌细胞的侵袭能力[15]。(3) 肝脏的免疫耐受能力形成免疫抑制微环境，防止抗原进入肝脏后过度反应造成损伤[16]。

CRLM的发病发展主要分为四个相互重叠的阶段[17] [18]。(1) 微血管期：被困在窦状血管中的肝浸润性结直肠癌细胞通过枯否细胞(Kupffer cells, KCs)和自然杀伤细胞介导的抗肿瘤细胞毒性吞噬而被杀死[19] [20]；它们也可能通过逃避细胞毒性作用并粘附在LSECs [18]上而存活，这有助于癌细胞迁移到疾病空间以避免免疫杀伤。(2) 外渗和血管生成前期：CRC细胞迁移到窦周间隙，招募基质细胞，包括负责纤维连接蛋白和胶原分泌的肝星状细胞(hepatic stellate cells, HSCs)，形成新生血管的框架[21] [22]，和门静脉成纤维细胞负责产生IL-8促进侵袭和血管生生成[23]。(3) 血管生成期：在LSECs被激活并被肿瘤-肝脏界面增选后，激活的肝星状细胞来源的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)诱导转移内血管的形成，这些血管与窦状血管[24]呈连续性。多种免疫抑制细胞，如免疫抑制调节性T-(Treg)细胞、髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)和巨噬细胞被激活形成免疫抑制微环境，促进CRLM的发展。(4) 生长期：CRC细胞获得充足的血液供应，在肝脏固有免疫耐受和免疫抑制微环境的“保护”下迅速增殖，最终形成可检测的转移性肿瘤[25]。

2. 炎症细胞在结直肠癌肝转移中作用

肿瘤微环境中各种各样的先天免疫细胞在结直肠癌肝转移中起着至关重要的作用。这些细胞包括单核/巨噬细胞、自然杀伤(NK)细胞、中性粒细胞和树突状细胞。越来越多的证据表明，炎症细胞可产生可溶性细胞因子，避开宿主防御机制的作用，帮助癌细胞存活和生长[26]。

1) 中性粒细胞(Neutrophils)

中性粒细胞是先天免疫系统的重要组成部分，在结直肠癌肝转移中发挥双重作用，既促进又抑制肿瘤的生长和转移。浸润恶性组织的中性粒细胞被称为肿瘤相关中性粒细胞(tumour‑associated Neutrophils, TANs)，TANs通过呈递抗原并释放IL-18诱导NK细胞活化，从而促进活化的t细胞免疫反应，从而抑制肿瘤生长及转移。在促进肿瘤生长和转移方面，TANs释放CCL2和CCL17，募集-ccr2 + M2巨噬细胞和-ccr4+ T-reg细胞，在肝脏形成抑制性肿瘤微环境，从而促进癌症的进展和转移[27]。此外，TANs产生MMP-9和中性粒细胞弹性酶，促进癌细胞外渗，并驱动弥散性癌细胞转移[28]。而且TANs挤压染色质纤维，形成中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)，将CRC细胞困在肝脏中，最终促进其侵袭和转移能力，促进其在肝脏定植[29]。

2) 巨噬细胞(Macrophages)

巨噬细胞作为多功能抗原提呈细胞，是肿瘤免疫的重要介质。巨噬细胞通过MHC-I和MHCII向T细胞呈递外源抗原，并辅之以共刺激信号、抑制信号或其他细胞因子信号，调节T细胞活化[30]。浸润恶性组织的巨噬细胞被称为肿瘤相关巨噬细胞(tumour‑associated macrophages, TAMs)。巨噬细胞具有固有的可塑性和极化特性，通常被分为两种亚型：M1和M2巨噬细胞。M1巨噬细胞通过释放细胞毒性活性氧(ROS)、NO和IL-12，直接杀伤癌细胞，从而抑制肿瘤生长[31]。然而，M2巨噬细胞通过分泌IL-10、TGF-β、CCL17和CCL22等细胞因子诱导免疫抑制性肿瘤微环境的形成[32] [33]。由于M2巨噬细胞呈递肿瘤抗原的能力较差，因此会破坏Th1适应性免疫[34]。此外，M2巨噬细胞产生MMPs调节基质重塑，从而促进肿瘤的侵袭和转移[35]。在结直肠癌中，不断扩大的肝转移肿瘤中富含tam (主要是M2巨噬细胞)，在CRLM中起着重要的作用。有报道称，细胞外基质糖蛋白spondin 2 (SPON2)重塑细胞骨架，激活整合素β1/PYK2信号，促进tam的迁移，从而增加tam的浸润，促进CRC的转移[36]。此外，CRC衍生的脂质在CD36的帮助下重塑tam的代谢，从而诱导tam M2极化，推动肝转移的发展。肝转移细胞通过CCL2/CCR2趋化因子轴募集tam形成免疫抑制微环境[37]，该微环境受CRC细胞中TCF4表达的调控，促进肿瘤转移。

总之，作为肿瘤微环境中主要的肿瘤浸润免疫细胞，tam在结直肠癌的进展和转移中起着关键作用，其高比例与预后不良密切相关[38]。

3) T细胞和B细胞

T细胞在结直肠癌发生肝转移中发挥着重要作用。CD4+ T细胞通过调控CD8+ T细胞活性和影响抗肿瘤反应结果，在抵抗肿瘤方面起着关键作用。不同的CD4+ T辅助细胞亚群(如Th1、Th2、Th9、Th17和FOXP3+ Treg细胞)会产生不同的细胞因子和调节抗肿瘤免疫应答[39]。特别是FOXP3+ Treg细胞在肝转移组织中的高比例与较差的预后相关[40]。这些Treg细胞通过与抗原呈递细胞相互作用、使用免疫抑制代谢物、产生细胞因子等途径，抑制效应T细胞的活化。此外，CD8+ T细胞作为抗肿瘤的关键细胞，在对抗癌细胞时促进细胞毒杀，并通过不同机制如细胞因子释放和抑制受体的调节，影响肿瘤的生长和转移[41]-[43]。因此，激活CD8+ T细胞以及减少Treg细胞在肿瘤微环境中的影响，可能是治疗肝转移结直肠癌的有益途径。

B细胞通过分化为浆细胞产生特异性抗体，对抗肿瘤抗原。抗体依赖的细胞介导毒性(ADCC)：抗体可以标记肿瘤细胞，使其成为自然杀伤(NK)细胞等效应细胞的靶标。补体激活：抗体可以激活补体系统，导致肿瘤细胞溶解和死亡。与T细胞相比，B细胞的浸润数量较少，但最近的研究表明，B细胞在向T细胞呈递肿瘤抗原、分泌促进细胞毒性免疫反应的细胞因子、促进免疫浸润性肿瘤微环境的形成和对抗免疫编辑等方面发挥着积极作用[44] [45]。此外，B细胞还有助于肿瘤相关的三级淋巴结构(TLS)的形成，该结构支持肿瘤特异性B细胞的成熟和亚型转换，以及肿瘤特异性T细胞反应的发展[46]。B细胞可以集中在肿瘤边缘或形成各种复杂的肿瘤相关免疫聚集体，从小簇到结构化的TLS。特别是，T细胞和B细胞之间的抗原特异性相互作用似乎在TLS和肿瘤浸润淋巴细胞群中至关重要，而肿瘤微环境的抗肿瘤作用通常取决于T细胞和B细胞的合作[47]。

4) 树突状细胞(Dendritic cells)

树突状细胞(dc)是典型的抗原提呈细胞，在触发抗原特异性免疫反应和诱导免疫耐受方面具有相当大的影响。常规dc (cdc)的抗原提呈功能对于效应T细胞的抗肿瘤反应很重要。有效的抗原呈递增加了-CD4+ Th1细胞的极化和-CD8+ T细胞的活化[48] [49]。从骨髓来源的祖细胞分化而来的肝驻留调节性dc分泌高水平的IL-10而低水平的IL-12，从而抑制有效的t细胞功能来维持肝脏耐受[50]。CRLM中被鉴定为DC3s的一组cdc可诱导促炎表型，并与不良预后相关[51]。DC3s可能被认为是改善CRLM免疫治疗效果的一个有希望的靶点。需要进一步的研究来阐明DC3s促进CRLM的机制。研究发现，结直肠癌患者肝转移灶中树突状细胞的数量和功能常被抑制，这与较差的预后相关。增强树突状细胞功能或采用树突状细胞疫苗策略，被认为是潜在的治疗途径[52]。

3. 乳酸在结直肠癌肝转移中的作用

乳酸是细胞代谢过程中通过糖酵解产生的代谢产物。正常细胞在有氧条件下主要通过氧化磷酸化生成能量，而缺氧条件下通过糖酵解生成乳酸。癌细胞即使在有氧条件下也倾向于通过糖酵解产生能量，这一现象称为Warburg效应。Warburg效应导致乳酸的大量积累，是肿瘤细胞代谢重编程的标志之一[53]。在实体瘤的生长过程中，快速增殖的细胞需要更持续的能量来生长和存活[54]。为了支持这种高代谢需求，糖酵解在各种肿瘤组织中都非常活跃[55]。因此，糖酵解状态被认为对预测患者预后有潜在价值。通过有氧糖酵解和谷氨酰胺水解产生大量乳酸，并随后排放到癌细胞之间的细胞外空间(即肿瘤微环境)。这种过量和持续产生乳酸导致酸性肿瘤微环境[56]，抑制抗癌免疫反应，进而促进肿瘤的生长和转移[57]。

乳酸及其形成的酸性肿瘤微环境与炎症细胞密切相关。乳酸的积累不仅直接改变了炎症细胞的代谢和功能，还通过调控其分泌的炎症因子和趋化因子，进一步建立了一个免疫抑制且支持结直肠癌肝转移的复杂网络。

T细胞与乳酸：乳酸通过降低T细胞的pH值，抑制了T细胞的增殖和生存，导致效应T细胞的功能受到抑制。此外，乳酸还减少了T细胞对趋化因子的响应，降低了它们的迁移能力[58]。调节性T细胞(Tregs)：在酸性TME中，Tregs的活性和招募增加，这进一步抑制了抗癌免疫反应。酸性环境还有助于Treg的诱导，增加了Treg活性，从而减少了抗癌免疫反应[59]。吲哚胺2,3-双加氧酶是Treg表达的一种免疫调节酶，可将色氨酸转化为犬尿氨酸。酸性TME水平升高会降低色氨酸水平，进而激活维持Treg抑制功能的应激反应途径[60] [61]。

树突细胞(DC)与乳酸：树突状细胞作为经典的抗原提呈细胞，其功能在乳酸丰富的肿瘤微环境中被显著抑制。乳酸通过干扰树突状细胞成熟过程，降低其抗原提呈能力，使其难以有效激活CD8+ T细胞[62] [63]。当与不同肿瘤细胞系分泌的IL-4和GM-CSF一起培养时，DC前体不表达CD1a，不能分化为DC [64]。因此，乳酸诱导的酸中毒会损害单核细胞向DC的分化。增强DC功能是克服肿瘤免疫抑制进行肿瘤免疫治疗的途径之一。在这方面，IDO和STAT3的抑制作用正在小鼠和临床试验中进行探索[65]。

中性粒细胞与乳酸：在乳酸积累导致的酸性微环境中，中性粒细胞的凋亡被延迟，同时其向N2表型的分化增加[66]，这一表型具有强烈的促肿瘤功能。N2型中性粒细胞通过释放MMP-9和中性粒细胞弹性酶，促进基质降解以及癌细胞侵袭和转移[67]。

自然杀伤细胞(NK细胞)与乳酸：虽然在某些情况下，NK细胞在酸性环境中的激活和脱颗粒能力得到增强，但乳酸通常抑制NK细胞的效应功能。在黑素瘤小鼠模型中的研究表明，将肿瘤微环境pH值降低到5.8~7.0会减少溶解颗粒含量的释放，如穿孔素和颗粒酶。它还能降低IFN-γ和TNF-α的分泌，从而降低对肿瘤细胞的细胞毒性反应[68]。

乳酸不仅作为代谢产物，还作为信号分子，通过与G蛋白偶联受体GPR81结合，促进肿瘤细胞的增殖、药物抗性和PD-L1的表达增加[69] [70]。

乳酸和酸性肿瘤微环境通过多种机制抑制抗癌免疫反应，促进肿瘤的生长和转移。这些机制包括抑制免疫细胞的增殖和生存、诱导免疫细胞的去分化、以及通过信号传导影响下游过程。这些发现为开发新的抗癌治疗策略提供了潜在的靶点。

炎症细胞和乳酸在结直肠癌肝转移中的协同效应显著影响了肿瘤微环境的形成与发展。通过深入研究两者之间复杂的相互作用，可以揭示新的治疗靶点，为开发个体化治疗方案提供科学依据。未来的研究或许可以集中在以下几个方面。深入机制研究：利用先进的单细胞技术和基因编辑工具，解析乳酸和炎症细胞相互作用的具体机制，为新药开发提供基础数据。临床转化研究：通过多中心、大规模的临床试验验证潜在治疗靶点和联合治疗策略的有效性，并开发精准的生物标志物，用于个体化治疗方案的优化。动态监测与调整：结合液体活检等前沿技术，实现对患者治疗反应的动态监测，并根据实时数据调整治疗方案，提高治疗效果。

这些方向的深入研究将有助于提高结直肠癌肝转移患者的生存率和生活质量，为实现精准医疗提供新的契机。

NOTES

^*通讯作者。