肿瘤微环境参与肿瘤发生发展及治疗的研究进展

Research Progress of Tumor Microenvironment Involved in Tumor Development and Treatment

摘要: 肿瘤的发生与发展不仅取决于它们本身是代谢过程，还受到肿瘤内部环境的影响。肿瘤的微环境可以被描述为多个因素共同作用的结果，包括间质细胞、周围的非肿瘤细胞、血管、免疫细胞和分子。这些因素之间的交互作用可能会促进肿瘤细胞的增殖，并导致免疫系统的逃逸，从而导致肿瘤的发展和扩散。因此，肿瘤的治疗已经从仅仅关注肿瘤本身的角度转变为关注整个微环境。近年，肿瘤免疫治疗取得一定疗效与微环境的免疫抑制紧密相关。因此，本文将阐述有关肿瘤微环境影响肿瘤生长转移及治疗的相关研究进展，探索改善免疫治疗效果的理论基础。

Abstract: The occurrence and development of tumors not only depend on their own metabolic processes, but also be affected by the internal environment of tumors. The tumor microenvironment can be de-scribed as the result of a combination of factors, including stromal cells, surrounding non-tumor cells, blood vessels, immune cells, and molecules. The interaction between these factors may pro-mote the proliferation of tumor cells and lead to the escape of the immune system, which leads to the development and spread of tumors. As a result, tumor treatment has shifted from focusing solely on the tumor itself to focusing on the entire microenvironment. In recent years, the efficacy of tumor immunotherapy is closely related to the immunosuppression of microenvironment. There-fore, this paper will elaborate relevant research progress on the effect of tumor microenvironment on tumor growth and metastasis and treatment, and explore the theoretical basis for improving the effect of immunotherapy.

1. 引言

肿瘤微环境(Tumormicroenvironment, TME)是对肿瘤细胞生活的特殊环境的统称，主要由除肿瘤细胞外的许多间质细胞、邻近细胞、血管及免疫细胞和分子组成，整体上可划分为以成纤维细胞和血管内皮细胞为主的非免疫微环境和以巨噬细胞和T淋巴细胞为主的免疫微环境 [1] 。随着技术的进步，肿瘤的免疫治疗已经成为一种重要的治疗方法，它不仅可以替代传统的外科治疗和靶向治疗，而且在晚期肿瘤患者中也取得了良好的疗效 [2] 。但是，随着免疫检查点抑制剂在临床上应用的逐渐深入，我们发现仍然有部分患者初始使用时无效，部分患者虽然初始有效，但随着治疗的开展出现耐药抵抗，这与TME的异质性密切相关 [3] 。改善肿瘤获得性耐药最关键在于破除TME对人体自身免疫能力的控制，提升药物有效作用期限，进一步有效延长患者生存期。

2. 肿瘤微环境参与肿瘤的发生发展

2.1. 非免疫微环境

非免疫微环境由成纤维细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞组成，它们不仅为肿瘤细胞提供了良好的生长环境，而且还能够积极参与到肿瘤的发展过程中，发挥着重要作用。

肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblast, CAFs)是一种间质细胞，在电镜下可以看到CAFs形似纺锤，能够参与肿瘤发生与发展的全程。CAFs具有显著的促肿瘤活性，它能够激活多种细胞因子和生长因子，从而影响癌症的发展和转化 [4] 。

尽管关于CAFs在胆管癌微环境中的来源仍存在争议，但可以肯定的是，CAFs可能来源于多种途径，包括肝星状细胞与肿瘤细胞的相互作用、上皮间质转化、骨髓成纤维细胞和门静脉成纤维细胞 [5] [6] [7] 等，这些不同的细胞因子活化转化，使得CAFs在微环境中的分布呈现出高度的多样性。CAFs在促进肿瘤生长、扩散和转移方面扮演着至关重要的角色。首先，通过分泌多种生长因子，如VEGF、TGF-β、肝细胞生长因子，以及多种胶原蛋白和黏连蛋白，可以有效地激活肿瘤细胞的增殖，从而为其提供有效的抗癌保护 [8] ；研究发现，IL-6的抑制作用可以降低胆管癌的自噬通量，从而使胆管癌细胞具有更强的侵袭性，这一发现得到了Thongchot S [9] 等研究的证实；ECM的重塑可以产生新的基质蛋白，这些蛋白可以促进肿瘤细胞的侵袭和迁移，从而为恶性肿瘤的转移提供了可能的机会 [10] 。

关于肿瘤治疗方面，CAFs通过多途径产生增强ECM屏障的各种因子及蛋白，增加了ECM的厚度和刚度，阻止化疗药物渗透进入肿瘤细胞内部发挥作用。最近的研究表明，CAFs的存在能够激活STAT3相关的信号通路，从而使胆管癌细胞具备与肿瘤干细胞类似的功能，这也正是导致化疗耐药性出现的主要原因 [11] 。CAFs的出现，使得依赖于脂质过氧化物的新型细胞死亡模式——铁死亡和化疗耐药之间的联系变得更加紧密，它能够通过释放miR-522来减少花生四烯酸15-脂氧合酶(ALOX15)的产生，从而显著减少恶性肿瘤细胞对化疗药物的反应 [12] 。由此可见，作为非免疫微环境主要组分的CAFs调控参与了肿瘤细胞生长、增殖、侵袭及转移的全程，因此，靶向CAFs的治疗方案在现在和未来具有稳定且较大的潜力，但CAFs来源多样性造成的异质性，目前尚未发现能够精准靶向CAFs的临床有效的治疗方案，还需再针对其上下游的相关靶点深入研究以便实现更为有效全面的靶向治疗。

2.2. 免疫微环境

除了由基质细胞和间质细胞构成的非免疫微环境，肿瘤微环境还包括多种免疫细胞和分子，它们共同构成了一个复杂的免疫系统，以应对肿瘤的发生。免疫细胞由T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞组成，它们具有适应性免疫反应，可以提供抗病毒、抗炎症、抗肿瘤等免疫功能。其中，以肿瘤相关巨噬细胞(cancer associated macrophages, TAMs)和调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)为代表介导了免疫抑制，为肿瘤的生长、增殖与转移提供保护和路径。

巨噬细胞的数量在免疫微环境中是第一位的免疫细胞，主要可以分为M1和M2两个亚型，对肿瘤进展(例如细胞生长、转移和侵袭)发挥或促进、或抑制的作用。过去TAMs的来源被认为是由外周循环系统的单核细胞经肿瘤微环境的作用转化而来 [13] ，但近年的研究发现除单核起源外，TAMs还可能来源于胚胎，如肺癌中的TAMs有部分为红系髓系祖细胞发育而来，在胚胎期迁移到肺组织中形成 [14] ；神经胶质瘤中的部分TAMs来源于由胚胎期祖细胞分化的小胶质细胞 [15] 。M1型经典活性巨噬细胞是由Th1细胞因子(interferon-γ, IFN-γ)激发而产生的，它们能够分泌IL-1、IL-12等促进炎性介质，并且还能够结合许多趋化性配体，从而参与到炎症反应和抗肿瘤免疫机制中 [16] 。而M2型替代活化巨噬细胞则是巨噬细胞经由Th2细胞因子IL-4和IL-13及抗炎性细胞因子IL-10等诱导极化生成，抗原的呈递能力差，但可分泌抗炎的细胞因子，下调免疫应答反应来参与肿瘤侵袭及转移的进程 [17] 。TAM不仅可以促进新生血管的形成、淋巴管的生成，还能抑制特异性免疫反应，从而有效地阻止肿瘤细胞的进展，例如TAMs分泌的促血管生成因子(VEGFC)可以促进胃癌和膀胱癌血管及淋巴管的生成，还可以阻止肺癌发生淋巴结转移，为恶性肿瘤细胞的侵袭转移提供了有效的途径 [18] [19] [20] 。由此针对TAMs的靶向策略可集中于诱导其极性转化、阻断其向肿瘤组织趋化募集为思路研究开发临床新药。

Sakaguchi等学者在2002年首次提出了Tregs的概念，它指的是CD4⁺CD25⁺T细胞，这一细胞亚群具有显著的免疫调节功能，因此被称为调节性T细胞。Tregs来源于胸腺、骨髓和外周血，经CCL22趋化成熟，在肿瘤微环境中广泛浸润 [21] 。肿瘤微环境中的Tregs主要通过分泌肿瘤坏死因子-β和白介素-10等因子对肿瘤免疫进行负向调节，抑制免疫细胞的活化及抗原的呈递，有助于肿瘤的发生发展。有研究发现，Tregs可以参与IL-33/ST2信号通路的诱导活化，促进Tregs进一步增殖，抑制Th17细胞分化，发挥免疫抑制作用 [22] 。Hippo信号通路的关键蛋白YAP可促进Foxp3的表达，激活Tregs的负向免疫调节 [23] 。与肿瘤细胞增殖、侵袭和转移密切相关的Wnt/β-catenin通路则可抑制Foxp3的表达及Tregs的免疫调节功能 [24] 。因此，有关恶性肿瘤的治疗，不仅可以就Tregs自身进行耗竭，还可以通过阻断与Tregs相关的信号通路以及联合其他治疗方法一起提供崭新的思路和方法。

肿瘤浸润性B细胞(Tumor-Infiltrating B cell, TIB)虽然数量较少，但在抗体和细胞因子的基础上可以将抗原呈递给T细胞，并且TIB还与类似次级淋巴器官的三级淋巴滤泡的形成有关 [25] 。B细胞的生长和发育受到多种基因的影响，这些影响包括祖细胞、前体细胞、未成熟细胞和成熟细胞。这些影响导致了B细胞在不同阶段所表达的特定蛋白质的差异。此外，肿瘤微环境中的TIB是一把双刃剑，通过分泌不同的细胞因子和抗体，可发挥出促进和抑制肿瘤发生发展两种作用 [26] 。TIB通过产生IgG1抗体来抵御肿瘤，这种抗体会与补体形成稳定的结合，从而引起细胞毒性反应，并促进抗体依赖的吞噬反应。例如，在结肠癌患者身上，TIB分泌的IgG1抗体和其它免疫细胞一起构建的三级淋巴滤泡，可以大大提高免疫治疗的效率 [27] 。此外，TIB还具有抗原呈递作用，Suárez-Sánchez [28] 等研究发现在微环境中B细胞可同时对多种免疫细胞如不同表型的T细胞及巨噬细胞发挥抗原呈递作用，但下游靶细胞不同，这种作用呈现出效果不同。Zhao [29] 等通过抑制微环境中Th1/Th2平衡向Th2偏移发现治疗效果得到明显提升，而这种偏移就是由B细胞向CD4⁺T细胞呈递的信号所发挥的促肿瘤作用造成的。另一项有关肺腺癌患者免疫细胞作用的研究结果提示上述的信号还可以促进辅助性T细胞的分化以及分泌IL-21，进一步增加颗粒酶B的数量，增强其抗肿瘤的效应 [30] 。耗竭B细胞或者诱导三级淋巴滤泡的形成是目前针对TIB的有效靶向治疗策略，虽然其分泌的不同抗体对肿瘤发挥的作用机制尚未完全阐释清楚，但针对其不同的效应进行个体化治疗仍拥有广阔的科研前景。

3. 靶向肿瘤微环境的治疗策略

肿瘤微环境与肿瘤增殖、侵袭、转移以及预后之间的显著关系使得研发基于肿瘤微环境的治疗药物具有广阔的前景，提高相关细胞及因子抗肿瘤的活性、消耗能够促进肿瘤生长的细胞数量都是被证实行之有效的治疗方法。

在临床上，B-Raf原癌基因丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(BRAF)和丝裂原活化胞外信号调节激酶(mitogen- activated extracellular signal regulated kinase)被用于治疗b-raf原癌。研究发现，将MEK抑制剂与免疫检查点抑制剂联合应用于黑色素瘤患者，可以显著提高CD4⁺T细胞和CD8⁺T细胞的浸润率 [31] 。还有能够耗竭B细胞的CD20单抗不仅在血液肿瘤中的疗效得到证实，而且现在的一些实验证实其对实体瘤也有一定的效果，如Lee等 [32] 在HIF1α缺陷诱导的胰腺癌以及Affara等 [33] 在鳞状细胞癌中观察到CD20单抗耗竭B细胞取得了抑制肿瘤增长，提高紫杉醇及铂类化疗药物的疗效。

4. 总结及展望

综上所述，肿瘤微环境的多种组分在肿瘤发生、发展和治疗过程中发挥着重要作用，但仅仅针对其中某一个环节，治疗效果往往不能达到理想水平。因此，未来应该进一步探索如何有效地利用肿瘤微环境的靶点，结合现有治疗方案，来治疗恶性肿瘤。

针对非免疫微环境中的肿瘤新生血管的形成是较早进入临床应用的治疗思路，研究发现此方案对于原位癌症患者或者晚期姑息治疗的患者效果比较明显，但若作为术后辅助方案疗效却并不明显，可能与早期转移时癌细胞并不完全依赖血管有关 [34] 。此外目前最重要的进展是针对微环境的免疫检查点抑制剂的治疗方法，但此法仅对部分患者有效。为了更有效地开发新型抗癌药物，我们应该重新审视临床试验的标准和方法，使其不仅仅针对晚期已经出现转移的病例，而是将其与其他治疗方案结合起来，以便在尚未出现或只是局部转移的病例中使用，从而使得新药物能够尽快投放市场，并且能够最大程度地发挥其疗效。为此，我们必须建立一个由社会管理、肿瘤生物学家、临床医师、患者等多方参与的协同机制，并且通过深入探索肿瘤微环境与肿瘤细胞之间的相互作用，来实现这一目标。通过对临床试验的精细化管理，我们有信心让癌症患者得到治愈。

参考文献

NOTES

^*通讯作者。