肿瘤微环境中免疫抑制性细胞和细胞因子在抗肿瘤免疫反应中的作用研究进展

何亚运，罗泊涛，陆元志

(1广东医科大学病理学系，广东湛江524023；2 广东医科大学附属医院)

肿瘤组织本质上是一种异常的炎性组织。肿瘤细胞与其间质成分相互作用是影响肿瘤发生发展及治疗效果的重要因素。一方面肿瘤细胞通过产生各种炎症因子如生长因子、细胞因子和趋化因子等募集炎症细胞到达肿瘤组织并通过不同的机制改变这些炎症细胞的分化、发育与功能状态，同时激活肿瘤组织中成纤维细胞以重塑肿瘤微环境。另一方面，肿瘤组织中浸润的各种炎症细胞及活化的成纤维细胞又反过来改变肿瘤细胞的代谢与功能状态，促进肿瘤免疫抑制和免疫逃逸。机体免疫系统在肿瘤的发生、发展过程中起双重作用。一方面，机体可通过先天性和后天性免疫抵抗肿瘤发生；另一方面，肿瘤细胞可通过形成特殊免疫抑制微环境等多种机制逃避机体免疫系统的识别和攻击，产生免疫逃逸。肿瘤免疫逃逸主要机制包括[1]：肿瘤表面抗原缺失、抑制肿瘤细胞裂解、形成肿瘤免疫抑制性微环境，产生免疫抑制。肿瘤免疫抑制性微环境主要由肿瘤细胞产生的免疫抑制分子、基质成分和抑制性的免疫细胞和相关免疫抑制性细胞因子构成。其中免疫抑制性细胞主要包括肿瘤相关巨噬细胞、调节性T 细胞、骨髓来源的抑制性细胞(Myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)、癌相关成纤维细胞(CAFs)等。而免疫细胞因子主要包括IL-10、TGFβ1、IL-17，此外还有PD-1/PD-L1等免疫检查点分子及外泌体等。现将肿瘤免疫抑制性微环境中的免疫抑制性细胞和免疫抑制性细胞因子在抗肿瘤免疫反应中的作用研究进展综述如下。

1 免疫抑制性细胞在抗肿瘤免疫反应中的作用

1．1 巨噬细胞 根据其表型和功能可将巨噬细胞分为可分为经典活化的巨噬细胞(M1型)和替代性活化的巨噬细胞(M2型)两个亚型。肿瘤组织中大量存在的M2型巨噬细胞，又被称为肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages ，TAMs)[2]。TAM可阻止T细胞攻击肿瘤细胞，分泌生长因子滋养肿瘤细胞，促进肿瘤组织血管的生成，进一步促进肿瘤细胞的转移、扩散。

巨噬细胞可通过PI3Kγ信号通路发挥免疫抑制作用。研究[3]显示，巨噬细胞可活化PI3Kγ信号通路，抑制T细胞的激活，促进肿瘤的免疫抑制作用，而阻断PI3Kγ信号通路可增强肿瘤对抗癌药物及免疫治疗敏感性。此外，封闭巨噬细胞表面的SIRPα分子可增强巨噬细胞对高表达CD47的急性髓系白血病细胞的吞噬能力，而SIRPα/CD47途径可阻碍单克隆抗体的肿瘤靶向治疗[4]。目前以CD47为靶点的药物已进入临床试验。此外，G蛋白耦联受体(G-protein-coupled receptor，GPCR)家族成员Lgr4在巨噬细胞调节肿瘤免疫中起关键作用。Lgr4通过激活ERK/STAT3信号通路促进M2型巨噬细胞分化，敲除Lgr4可明显抑制小鼠肿瘤生长，延长小鼠生存期，且肿瘤组织中出现大量M1型巨噬细胞和活化的CD8+T细胞浸润，提示Lgr4通过改变巨噬细胞极化而促进抗肿瘤效应[5]。

1.2 调节性T细胞 Tregs 是一类CD4+CD25+并参与调节体内自身免疫反应性的T细胞亚群，能通过接触依赖和释放抑制性细胞因子如IL-10、IL-4及分泌型TGF-β的方式抑制肿瘤细胞的增殖和活化，同时调节性T细胞亦抑制B细胞、NK细胞和其他免疫细胞的功能[6]。此外，Tregs还可通过调控CTLA-4、PD-1及TGF-β等表达直接与靶细胞上相应受体结合，抑制IFN-γ、TNF-α和IL-2等T细胞相关重要细胞因子的表达。。Tregs也可通过下调抗原呈递细胞(APC)的功能或竞争APC上的共刺激分子来抑制效应T细胞[7]，从而产生免疫抑制作用。在缺氧的条件下，肿瘤细胞可通过上调趋化因子配体28(CCL28)的表达来募集Tregs，增强肿瘤免疫耐受性和促进血管生成[8]。

研究[9]发现活化的Tregs通过表达胞外酶CD39和CD73，使胞外ATP转化为腺苷，又通过腺苷和A2A受体信号通路来介导免疫抑制，而Tregs在凋亡后会释放大量的ATP，快速转变为腺苷，腺苷与T细胞表面相应受体结合，抑制效应T细胞功能。因此，通过阻断CD39和CD73通路作用来控制或阻断Tregs的抑制活性或许产生更明显的肿瘤治疗效果。

1.3 MDSCs MDSCs是异质细胞群体，主要包括骨髓祖细胞和未成熟髓细胞(IMC)。在肿瘤微环境相关细胞因子作用下，IMC未能分化成熟髓样细胞，并不断扩增。激活IMC上调表达许多免疫因子如精氨酸酶1(由ARG1编码)和诱导型iNOS等，进而产生一氧化碳和活性氧，这些因子导致具有免疫抑制活性的IMC群体进一步扩增，抑制免疫细胞应答的能力[10]。Notch信号通路能够抑制髓系分化，导致MDSCs的积累[11]。一方面MDSCs可使肿瘤微环境中免疫抑制因子ARG1的表达上调，ARG1能分解T细胞活化所必须的精氨酸，使CD4+和CD8+效应T细胞活化受阻；另一方面MDSCs下调TCR相关ζ链[12]，抑制T细胞的活化[13]，此外， Schlecker等[14]发现，MDSCs可通过分泌多种趋化因子如CCL3、CCL4、CCL5及炎性因子IL-17等募集Tregs，促进肿瘤免疫逃逸。

此外，MDSCs通过与自然杀伤( NK )细胞和NKT细胞的相互作用，干扰机体先天免疫功能；同时MDSCs使巨噬细胞转化为具有免疫抑制作用的M2型巨噬细胞[15]，Ⅱ型NKT细胞可产生IL-13，促进MDSCs和M2型巨噬细胞极化[15,16]。总之，MDSCs在肿瘤微环境中具有免疫抑制作用是不争的事实，但其能否成为有效的抗肿瘤靶点，仍需要进一步探讨。

1.4 CAFs CAFs是肿瘤微环境中最重要的细胞成分。CAFs主要通过释放蛋白水解酶、生长因子和细胞因子来调节肿瘤微环境，并影响肿瘤细胞生物学行为。已发现，在TGF-β等细胞因子的作用下，肿瘤微环境中静止成纤维细胞活化成为CAFs[17]。CAFs通过促进血管生成和修饰ECM直接刺激肿瘤细胞增殖，参与肿瘤细胞侵袭。CAFs还通过分泌细胞因子和趋化因子来调节肿瘤中免疫细胞的功能，介导肿瘤炎症反应[18]。

在大多数癌组织中，CAFs选择性表达成纤维细胞激活蛋白-α( Fibroblast Activation Protein Alpha ，FAP-α)，其具有胶原酶活性，能改变胶原蛋白结构和降解纤连蛋白而促进微环境基质的重建，进而增强肿瘤细胞侵袭能力；同时FAP-α还可以与其它一些细胞因子一起协作阻止免疫细胞聚集，抑制肿瘤组织内浸润免疫细胞的功能，增加细胞外基质等，从而促进肿瘤的生长[19]。因此，CAFs在FAPα的作用下，逐渐形成适宜肿瘤细胞增殖及转移的微环境。

Cohen等[18]在小鼠实验中，通过特异性敲除CAFs内的Chi3L1基因，可以抑制肿瘤生长，延长带瘤小鼠的寿命，提示CAFs的Chi3L1基因对肿瘤细胞的生长具有直接促进作用。CAFs的Chi3L1基因参与促进巨噬细胞的募集并影响体内T细胞的募集和分化，从而促进肿瘤的免疫抑制微环境的形成。

2 免疫抑制性细胞因子在抗肿瘤免疫反应中作用

2.1 IL-10 IL-10是由多种免疫细胞产生的具有免疫抑制作用的细胞因子[20]。目前已有许多机制解释IL-10介导APC功能抑制，然而IL-10参与免疫抑制的确切机制尚未完全清楚。IL-10可通过降低树突状细胞和巨噬细胞等APCs表面MHCⅡ类分子和共刺激分子CD80、CD86的表达，抑制抗原特异性CD4+T细胞增殖的能力[21]。Mittal等[22]发现IL-10在APCs中的表达作用主要通过STAT3的磷酸化介导，抑制MAPK途径、PI3K/Akt途径和NF-kB途径，干扰TLR信号传导，抑制T细胞功能；同时IL-10信号能干扰IFN-γ诱导的单核细胞活化，从而抑制IFN-γ诱导的MHC-Ⅱ和共刺激分子表面表达、促炎性细胞因子产生和单核细胞功能[22]。

2.2 TGF-β TGF-β是诱导巨噬细胞趋向M2型极化的重要因子。Costa等[23]研究发现口腔鳞状细胞癌微环境中普遍存在巨噬细胞M2极化现象，且与TGF-β作用密切相关。TGF-β可显著促进IL-10的分泌，从而降低DC的表面分子如MHC-Ⅱ类分子及CD80等表达，抑制DC分化成熟，使其无法激活T细胞。通过激活下游的Smad分子，TGF-β可抑制穿孔蛋白、Caspase激活分泌因子颗粒酶A和B等细胞因子的产生，促进凋亡因子FasL和γ干扰素等，促进免疫逃逸。TGF-β还可抑制T细胞和B细胞的增值，并抑制B淋巴细胞产生免疫因子[24]。

Mariathasan等[25]研究发现，TGF-β蛋白在免疫检查点抑制剂Atezolizumab治疗无效的患者肿瘤组织中高表达，认为免疫检查点抑制剂原发耐药性可能与TGF-β通路相关。因此，TGF-β抑制剂与PD-L1抑制剂联合用药，或可重塑基质微环境并使T细胞进入肿瘤内部，然而，目前尚无确切临床证据支持联合TGF-β抑制剂提高PD-L1抑制剂疗效更优于单药作用，具体疗效及其作用机制仍需进一步探讨。

2.3 IL-17 IL-17属于促炎细胞因子，在肿瘤发生发展具有双重作用。一方面IL-17可以作用于T细胞、巨噬细胞、上皮细胞和内皮细胞等多种细胞，诱导这些细胞分泌IL-1β、IL-6、IL-12、TNF-α等炎症细胞因子，促进CXCL-18、CXCL-1、MCP-1等趋化因子的表达，从而增强NK细胞和细胞毒性T淋巴细胞(CTL)的激活和募集嗜中性粒细胞、NK细胞和CD4+和CD8+T细胞，发挥抗肿瘤作用[26]；另一方面，IL-17能促进肿瘤生长。在胃癌、非小细胞肺癌(NSCLC)、成神经管细胞瘤、卵巢癌、乳腺癌、结直肠癌、蕈样真菌病和Sezary综合征的肿瘤组织中，IL-17表达水平增高。

IL-17表达与恶性肿瘤的侵袭性呈正相关。IL-17能通过促进肿瘤细胞分泌促侵袭因子促进肿瘤转移、肿瘤血管生长、促进肿瘤干细胞的维持和生长、抑制肿瘤细胞凋亡，从而发挥促肿瘤作用[27]。此外，在MSCs存在情况下，IL-17增强免疫抑制。在荷瘤小鼠实验[28]中，IL-17可通过逆转mRNA衰减因子AUF 1通常赋予的基因表达抑制介导MDSCs的发育和促肿瘤活性从而诱导肿瘤产生免疫抑制微环境。

2.4 外泌体 外泌体(exosome) 是多种细胞在正常及病理状态下均可分泌的一种不可溶性的、非质膜来源的膜性盘状囊泡，携带蛋白质、mRNA 和一些小RNA，主要来源于细胞内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体，与细胞膜融合后释放到胞外基质中，在血液、尿液、唾液、母乳和脑脊液等多种体液中分布，是细胞与细胞和细胞与细胞外通信的重要介质[29]。肿瘤细胞分泌的外泌体(Tumor-derived exosomes，TEX)可通过向活化的免疫细胞传递抑制或凋亡诱导信号直接诱导免疫抑制，降低JAK的表达，影响JAK信号通路，通过诱导免疫抑制性细胞Tregs和MDSCs的分化及增殖来间接诱导免疫抑制。TEX能抑制CD3ζ 链mRNA表达从而抑制T细胞活化。

此外，TEX携带CD39和CD73，会促进CD39+Tregs的抑制作用，TEX介导的CD73递送使它们能够增加腺苷产量和上调免疫抑制功能。TEX还会抑制NK细胞活性及抑制单核细胞分化在肿瘤与基质及肿瘤细胞之间通讯发挥作用[30]。最新研究[31]发现转移性黑色素瘤释放的外泌体表面携带PD-L1，并且通过IFN-γ的刺激可上调外泌体表面PD-L1，抑制CD8+T细胞的功能并促进肿瘤生长，而循环外泌体PD-L1增加的幅度可区分临床免疫治疗应答者与无应答患者者，阻断外泌体PD-L1的分泌会有利于抗肿瘤免疫治疗。

2.5 免疫检查点分子 除了上述免疫抑制性细胞和细胞因子外，肿瘤微环境中或肿瘤细胞表面还存在一些分子，其对T细胞的活化进行负性调节，如细胞程序性死亡受体(PD-1)以及其配体(PD-L1)、CTLA-4、BTLA、GAL-3、Siglec-9和FGL等，这些分子构成的被称为免疫检查点[32]。正常情况下，这些分子主要参与维持T细胞功能稳态，但在肿瘤演进过程中这些分子可参与瘤细胞逃逸免疫反应。

PD-1又称CD279，主要存在于活化的T细胞、B细胞以及骨髓细胞，也可被抗原呈递细胞、髓系树突状细胞以及单核细胞诱导表达，其主要配体PD-L1又称B7-H1、CD274。已发现，许多类型的癌细胞及微环境中的DCs、淋巴结树突状细胞、巨噬细胞、成纤维细胞等高表达PD-L1[33]。目前认为当PD-1与PD-L1相互识别时，阻断PI3K活化，IL-2的表达和糖代谢均下降，导致CD8+T细胞和CD4+T细胞功能丧失[34]。同时通过抑制下游PI3K/Akt/mTOR和RAS/MAPK/ERK信号通路，致使T细胞内糖酵解代谢和氨基酸代谢的下调和脂肪酸氧化增加，导致T细胞异常分化效应和记忆分化障碍，同时增强Tregs功能和T细胞衰竭[35]。因此阻断PD-1/PD-L1信号通路不仅可阻止PD-1介导的近端TCR信号的衰减，恢复和增强耗竭的CD8+效应T细胞抗肿瘤免疫活性，而且还能在一定程度上逆转相关的细胞代谢重编程，促进了T细胞功能恢复[36]。

综上所述，肿瘤免疫抑制性微环境中免疫抑制性细胞主要包括肿瘤相关巨噬细胞、Tregs、MDSCs、CAFs等。抑制性细胞因子主要包括IL-10、TGFβ、IL-17、外泌体及PD-1/PD-L1等免疫检查点分子等。近几年，肿瘤免疫治疗发展迅速，已成为继手术治疗、放射治疗和化疗药物治疗之后的第四大肿瘤治疗方式，目前已在多种肿瘤如黑色素瘤，非小细胞肺癌、肾癌和前列腺癌等实体瘤的治疗中展示出了强大的抗肿瘤活性。然而，免疫抑制微环境调节及免疫检查点抑制剂的临床应用中仍存在许多问题，如部分患者发生明显的自身免疫反应，而一些患者几乎没反应，或出现耐药等。