新闻资讯 | 吉康医学研究院——肿瘤微环境您真的了解吗？

癌症不是简单的由大量的恶性细胞组成，而是一个复杂的“流氓”器官，大量其他健康细胞被招募到这些器官中，并且在这个过程中也可能被转化的细胞(癌变的细胞)所破坏。恶性癌变细胞和未转化的健康细胞之间的相互作用创造了肿瘤微环境(TME)。TME的非恶性细胞在癌变的所有阶段都具有动态且经常是促癌的功能。细胞间通讯是由细胞因子、趋化因子、生长因子、炎症和基质重塑酶组成的复杂而动态的网络驱动的，其背景是组织的物理和化学性质受到重大扰动。TME中细胞的演变、结构和活动与伤口愈合和炎症过程有许多相似之处，但在未发现与慢性炎症条件有关的癌症中也发现了巨噬细胞等细胞。其中一个原因是炎症和伤口愈合过程在恶性细胞的致癌突变下游被激活。

在这里主要介绍了在大多数人类和实验癌症的TME中发现的主要非恶性细胞类型的功能；免疫系统的细胞、肿瘤血管和淋巴管的细胞，以及成纤维细胞、周皮细胞和脂肪细胞，并将讨论它们在癌症发展、扩散和治疗反应中的重要性。许多TME的共同特征表明，靶向非恶性细胞或其通讯的介质，可应用于不同的肿瘤类型，也可以补充其他治疗方案。

肿瘤微环境的细胞

除恶性肿瘤细胞外，TME还包括免疫系统细胞、肿瘤血管细胞和淋巴管细胞。如成纤维细胞、周皮细胞，有时还有脂肪细胞，这些细胞通常通过细胞类型特异的标记来区分，这些标记通常是细胞表面分子。Joyce和Pollard对其中的一些做了很好的总结，下面将详细介绍一些常用的、信息量最大的标记。

T淋巴细胞

在TME内有许多不同的T细胞群，它们浸润在肿瘤区域、浸润的肿瘤边缘和引流的淋巴器官中。其中，细胞毒性CD8+记忆T细胞(CD8+CD45RO+)，通常是抗原“亲身经历的”，能够杀死肿瘤细胞，与良好的预后密切相关。CD8+T细胞由CD4+T辅助细胞1(TH1)支持，TH1细胞的特征是产生细胞因子白细胞介素-2(IL-2)和干扰素-γ(IFN-γ)；TME中这些细胞的数量高也与良好的预后相关。其他CD4+细胞群体，例如产生IL-4、IL-5和IL-13的TH2细胞(支持B细胞反应)，或TH17细胞，产生有利于抗微生物组织炎症的IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22，通常被认为促进了肿瘤的生长，尽管它们也与有利的结果有关，例如乳腺癌中的TH2细胞和食管癌中的TH17细胞。CD4+T细胞(CD4+T Cells)是以表达FOXP3和CD25为特征的免疫抑制T调节细胞(Tregs)。组成性和诱导性Treg通过产生IL-10、转化生长因子β(TGF-β)和通过细胞毒性T淋巴细胞抗原4(CTLA4)介导的细胞接触发挥免疫抑制功能，抑制免疫系统对肿瘤细胞的识别和清除。在许多类型的癌症中，TME中Tregs的数量越多，预后越差。就像在一些B细胞癌中一样，Tregs也可以抑制肿瘤；它们在霍奇金淋巴瘤中的存在与良好的预后相关，可能是通过直接抑制肿瘤细胞的生长。γδ T淋巴细胞具有先天免疫细胞而不是获得性免疫细胞的某些特征，并对包括癌症干细胞在内的多种恶性肿瘤细胞显示出强大的细胞毒活性。虽然实验动物癌症研究表明它们发挥了免疫监视活性，但TME中γδ T细胞的存在是否反映了预后的好坏尚不确定。

B淋巴细胞

B细胞可见于肿瘤浸润边缘，但更多见于TME附近的引流淋巴结和淋巴组织。在一些乳腺癌和卵巢癌中，B细胞向TME的浸润与良好的预后相关；最新的研究数据支持B细胞和免疫球蛋白在皮肤癌遗传小鼠模型中的促肿瘤作用。产生IL-10的免疫抑制B细胞群，称为调节性B细胞(Bregs)或B10细胞，在炎症诱导的皮肤癌中增加肿瘤负担并抑制肿瘤特异性免疫反应，而且在乳腺癌的小鼠模型中似乎也有利于肺转移。在淋巴瘤小鼠模型中，Bregs还抑制抗CD20抗体清除肿瘤细胞。然而，所有这些效应都不是由于Bregs浸润TME造成的；相反，它们似乎影响周围淋巴组织或引流淋巴结中的其他免疫细胞，以及调节髓样细胞的活动。B细胞和Bregs在人类癌症中是否具有相似的作用还有待证实。

NK和NKT细胞

固有的细胞毒性淋巴细胞、自然杀伤细胞(NK)和自然杀伤T细胞(NKT)也浸润在肿瘤间质中，但不与肿瘤细胞接触。对于许多癌症，如结直肠癌、胃癌、肺癌、肾癌和肝癌，它们似乎预示着良好的预后。然而，尽管NK细胞存在于TME中，但可能不能发挥其杀伤肿瘤的功能。许多研究报道，肿瘤间质中的NK细胞具有由恶性肿瘤细胞衍生的转化生长因子β(TGF-β)诱导的无活性表型。

肿瘤相关巨噬细胞

肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在大多数人类和实验小鼠癌症中含量丰富，它们的活动通常是促肿瘤的。根据Condeelis和Pollard的说法，TAMs是恶性细胞迁移、侵袭和转移的必备伙伴。大多数TAMs具有IL-10高、IL-12低的表型，并表达甘露糖受体和清道夫受体A类(SR-A，也称为SCARA)。有临床前和临床证据表明，TME中大量的TAMs与不良预后相关。此外，滤泡性淋巴瘤的基因阵列研究表明，与强烈的“巨噬细胞”特征相关的基因表达与其他临床变量无关，预后较差。巨噬细胞是肿瘤血管生成的主要贡献者。TAMS高密度寡核苷酸阵列的转录图谱显示，它们在编码血管生成分子的转录本中高度富集。TAM转录本与现有临床数据库的比较表明，这些转录特征可以预测生存。巨噬细胞与肿瘤微环境的双向相互作用决定了巨噬细胞的表型和对环境条件的反应。肿瘤缺氧很重要，因为许多TAM聚集在肿瘤的缺氧和/或坏死区。人们认为这些区域通过释放缺氧诱导的趋化因子，如血管内皮生长因子(VEGF)、内皮素和内皮单核细胞激活多肽II(EMAP2，也称为AIMP1)来吸引TAMs。一种独特的低氧诱导的促血管生成人类巨噬细胞表型已经确定。

髓系来源的抑制细胞

髓系来源的抑制细胞(MDSCs)目前被定义为在各种小鼠和人类癌症中数量增加的抑制性免疫细胞群。人骨髓间充质干细胞的特征很难确定，因为它们的表型非常不同。事实上，它们甚至可以区分为TAMs。小鼠和人的MDSCs通过表达一氧化氮合酶2(NOS2)和精氨酸酶(ARG1)来抑制CD8+T细胞的激活。它们还诱导Tregs的发育和巨噬细胞极化为TAM样表型。

树突状细胞

树突状细胞(DC)在抗原处理和提呈中具有重要功能。在TME中发现的DC被认为是有缺陷的，也就是说，它们不能充分刺激对肿瘤相关抗原的免疫反应。TME的缺氧和炎症微环境进一步损害了DC激活免疫功能的功能，一些DC被发现抑制了肿瘤部位的T细胞反应。最近的两项研究指定ZBTB46为一种新的转录因子，在所有经典的人和小鼠DC中特异表达。这项工作表明DC是一种独特的免疫细胞谱系，有助于我们理解TME中的DC。

肿瘤相关中性粒细胞

肿瘤相关中性粒细胞(TANs)对原发肿瘤生长和转移的作用存在一定争议。有证据表明，在小鼠癌症模型中，中性粒细胞促进了原发肿瘤的生长，并通过促进血管生成、增加细胞外基质(ECM)的降解和免疫抑制而具有促肿瘤作用。此外，CD11b+骨髓来源的细胞是一种异质的髓样细胞群体，与启动转移前肺和增强循环肿瘤细胞的种植有关。相反，在免疫学或细胞因子激活之后，观察到这些细胞的抗肿瘤功能。在这些条件下，中性粒细胞可以主动清除播散的肿瘤细胞，也可以间接地通过抑制TGF-β。

癌症相关成纤维细胞

当组织受到损伤时，Residential成纤维细胞在旁分泌信号的响应下分化为肌成纤维细胞。肌成纤维细胞的诱导也会导致器官纤维化，从而增加癌症发展的风险。肌成纤维细胞在许多TME中含量丰富，也被称为癌症相关成纤维细胞(CAF)。CAFs可来源于多种常驻前体，如内皮细胞、平滑肌细胞和肌上皮细胞，或间充质干细胞。CAFs分泌生长因子，如EGF家族成员肝细胞生长因子(HGF)、成纤维细胞生长因子(FGFs)和胰岛素样生长因子1(IGF1)，它们对恶性肿瘤细胞具有有丝分裂作用。来自成纤维细胞的TGF-β诱导恶性细胞的上皮-间充质转化(EMT)，并有助于免疫抑制的微环境。成纤维细胞产生的CXCL12趋化因子可以促进恶性细胞的生长和存活，还具有趋化特性，可以刺激其他类型的基质细胞及其前体细胞迁移到TME中。在皮肤、乳腺和胰腺肿瘤的小鼠模型中，CAFs表达促炎基因信号，通过增强新生血管和免疫细胞的招募，有助于支持肿瘤的生长。这些促进肿瘤的作用在抑制转录因子NF-κB后被取消，这表明，在基质细胞中，这种炎症信号通路在肿瘤进展中具有重要功能。成纤维细胞对TME组成的另一个主要贡献是它们分泌细胞外基质成分和细胞外基质重塑酶。在一些癌症中，CAF排列在遍布整个肿瘤的纤维血管核心中，而在另一些癌症中，它们以致密的促结缔组织间质包围着恶性细胞，这些间质可以占据大部分空间，从而限制了肿瘤的生长。

最近的一项研究调查了在荷瘤小鼠中删除对成纤维细胞标记成纤维细胞激活蛋白-a(FAP)呈阳性的细胞的影响。这些细胞的枯竭诱导了由IFN-γ和TNF-a介导的肿瘤坏死，作者还表明FAP阳性TME细胞是免疫抑制的重要介体。

脂肪细胞

在某些癌症中，例如转移到网膜的腹腔内肿瘤，脂肪细胞通过分泌脂肪因子积极协助恶性细胞的募集，并通过提供脂肪酸作为癌细胞的燃料来促进恶性细胞的生长。

血管内皮细胞

TME中存在许多可溶性因子，例如VEGF，FGF，血小板衍生的生长因子(PDGF)和趋化因子在癌症生长所需的新生血管形成过程中刺激内皮细胞及其相关的周皮细胞。当静止的血管感觉到来自恶性或炎性细胞的血管生成信号，或者由于TME中的低氧条件，血管生成就会受到刺激，新的血管会从现有的脉管系统中萌发。肿瘤脉管系统在其结构和功能的几乎每个方面都是异常的。例如，血管是异质的，具有混乱的分支结构和不均匀的血管腔，并且是泄漏的。血管的泄漏会增加组织液压力，从而导致TME中的血流，充氧，营养和药物分布不均。反过来，这会增加缺氧并促进转移。VEGF(也称为VEGFA)是TME中主要的血管生成因子，由肿瘤细胞和炎性白细胞产生，但晚期肿瘤可产生一系列其他血管生成因子来替代血管内皮生长因子。

周皮细胞

血管周基质细胞，又称周皮细胞，是肿瘤血管系统的组成部分，为血管提供结构性支持。临床研究，例如膀胱癌和结直肠癌表明，血管周皮细胞覆盖率低与预后不良和转移增加相关。最近的一项研究解释了周皮细胞覆盖与不良预后之间的关系，在该研究中，小鼠遗传模型中的周皮细胞枯竭抑制了原发性肿瘤的生长，但增加了缺氧、EMT和MET受体的激活。在这些小鼠实验中，周皮细胞耗尽也增加了转移，作者进一步表明，周皮细胞覆盖率低，加上MET受体的激活，与浸润性乳腺癌妇女的不良预后相关。因此，肿瘤血管的“正常”周皮细胞覆盖可能是转移的关键负面调节因素。

淋巴管内皮细胞

肿瘤通过产生VEGFC或VEGFD来驱动淋巴管生成或淋巴管增生。虽然肿瘤细胞可以侵袭现有的淋巴管，但如果恶性细胞或巨噬细胞分泌高水平的VEGFC或VEGFD，则TME会有广泛的淋巴管出芽、集合淋巴管增大和淋巴结淋巴管生成。虽然TME中的淋巴管内皮细胞及其形成的淋巴管在恶性肿瘤的扩散中具有重要作用，但越来越多的证据表明，它们还通过机械调节TME和改变宿主对肿瘤的免疫反应来影响癌症的进展。

肿瘤微环境的ECM

ECM不仅为TME中的所有细胞提供了物理支架，而且在癌症的进化和扩散中也起着动态作用，特别是因为细胞与ECM的粘附是其移出和移入TME的关键。ECM还含有关键的生长因子，如血管生成因子和趋化因子，它们与细胞表面受体相互作用，赋予每个组织其拉伸、压缩强度和弹性。肿瘤通常比周围正常组织更硬，这是由于CAF增加了ECM沉积。胶原和弹性蛋白纤维被TME中存在的赖氨酰氧化酶(LOX)和转谷氨酰胺酶重新定位和交联，例如，导致更大、更坚硬的纤维。降解ECM蛋白的基质金属蛋白酶(MMPs)由恶性细胞、TAMs和CAFs分泌和激活。基质金属蛋白酶进一步重塑细胞外基质，从而释放趋化因子、生长因子和血管生成因子。在TME细胞中上调的其他蛋白酶包括半胱氨酸蛋白酶的一个大家族，即组织蛋白酶。例如，组织蛋白酶L处理并激活乙酰肝素酶，从而帮助转移、血管生成和炎症。

靶向肿瘤微环境

尽管如上所述，TME的组成可能存在异质性，但许多TME的共同特征表明，靶向存在的细胞或其通信的介体可应用于不同的肿瘤类型，并且还可以补充其他治疗选项。事实上，例如，抗CTLA4抗体和其他免疫治疗方法的临床试验正在几种类型的晚期癌症中进行。血管生成抑制剂以及影响VEGF信号通路的多靶点酪氨酸激酶抑制剂已被批准用于多种人类癌症的临床治疗。有广泛的临床前和临床方法旨在消除或重新编程TME中的髓样细胞。肿瘤细胞外基质也可能是一个靶点，特别是通过增加药物进入肿瘤的途径来提高肿瘤对化疗的反应。最后，我们对癌症相关炎症的理解已经达到了将知识转化为临床试验的程度，有时使用已经在炎症性疾病研究中的药物，如治疗性抗体。

前瞻解读

TME的非恶性细胞可占原发瘤及其转移瘤质量的0.50%，但关于它们的生物学和功能仍有许多悬而未决的问题。我们知道拮抗剂或基质金属蛋白酶抑制剂可能会增加传统化疗的有效性和毒性。TME在设计新的癌症治疗方案中的重要性现在已经很明显了。在癌症治疗期间，针对TME的几个不同方面，可能会让我们达到一个“临界点”，在这个点上，促进肿瘤和抑制肿瘤的免疫系统被禁用或重新编程，其混乱的血液供应被正常化或被破坏，随着恶性细胞的破坏，新的抗原被发现，被重新唤醒的免疫系统识别。