巨噬细胞迁移抑制因子对肿瘤微环境影响的研究进展

陈其冰，李芬综述 陶泽璋审校

肿瘤的发生发展受到众多因素的影响，而肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)对肿瘤的影响极为密切而重大；肿瘤微环境中存在大量细胞因子，每时每刻都在对环境本身及瘤细胞产生或多或少的作用。其中巨噬细胞迁移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)对肿瘤微环境的影响越来越受到重视，研究表明巨噬细胞迁移抑制因子在不同的疾病模型中发挥的生理作用大相径庭。本文就MIF对TME中几种主要的免疫细胞、内皮细胞、成纤维细胞的作用作一简单概述。

1 巨噬细胞迁移抑制因子与肿瘤微环境

1.1 巨噬细胞迁移抑制因子(MIF) MIF是一种以促炎作用为主的多功能细胞因子，通常也被认为具有促瘤作用。目前已被学界证明可与包括CD77/44、CXCR4、CXCR2、IL-2/6/8、MMP成员及EGFR在内的多种细胞因子相互作用，并在多种肿瘤的形成、侵袭和转移过程中发挥重要作用[1]。事实上MIF的作用并非一直促瘤，而是随生理环境变化而变化，这点可以从MIF的结构角度解释：MIF的四级结构由3个同源单体组成，每个单体由115个氨基酸构成，其中有多个氨基酸残基容易发生翻译后修饰从而影响最终的四级结构，所以MIF的生理作用及活性受到具体生理环境影响[2-3]。

1.2 肿瘤微环境(TME) 肿瘤的发生发展与其所处的生理环境密切相关，肿瘤细胞所处的细胞环境和细胞外基质(extracellular matrix，ECM)环境统称作肿瘤微环境。肿瘤微环境是一个包含边界、血管、淋巴管等复杂结构的生理环境，它可发挥促瘤作用也可发挥抑瘤作用。它的细胞成分包括大量正常细胞，如血管内皮细胞、成纤维细胞和免疫细胞[如T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤T细胞、肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAMs)]等[4-5]。而基质部分则指以上细胞及肿瘤细胞自身分泌的细胞因子、各类大分子物质及相关复合物[6]。其中免疫细胞可被肿瘤细胞从外周循环中招募并浸润到瘤体中，并通过旁分泌作用参与细胞外基质环境的改造，从而为原发肿瘤创造更好的生长环境，促进肿瘤发生发展[7]。

2 MIF对肿瘤影响

MIF主要来源于单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、T细胞、B细胞和树突细胞等多种免疫细胞以及血管内皮细胞，其作用主要表现为对巨噬细胞迁移的抑制和增强局部炎性反应[8]。而在肿瘤状态下，MIF还来源于肿瘤细胞，大量文献证实肿瘤来源MIF可对肿瘤的癌变、肿瘤细胞增殖、侵袭及疾病预后产生重要影响。如在鼻咽癌细胞系中，Liu等[9]发现针对MIF的siRNA可显著减少鼻咽癌细胞(SUNE-1、CNE-2)的克隆形成并抑制其侵袭能力，提示MIF可能会促进鼻咽癌的形成、侵袭甚至转移。除此之外，MIF在黑色素瘤、消化系统恶性肿瘤和宫颈癌等多种人类癌症中的表达水平均显著高于健康对照组，提示肿瘤状态下MIF水平虽然上升但机体对肿瘤的局部免疫并没有增强[10-12]；同时也有学者的研究结果支持高水平MIF对应更好的疾病预后。Castro等[1]发现MIF水平的降低会导致恶性胶质瘤瘤体边缘的M2样巨噬细胞浸润增加，引起免疫抑制、增加肿瘤对贝伐珠单抗的耐药性，进而促进肿瘤生长。Presti等[13]在治疗胶质母细胞瘤时发现新辅助治疗可显著增加患者体内MIF的表达，提出MIF的相对高表达与相对较低的总体存活率缺乏相关性，反而表现出增加总体存活率的趋势。

这些截然相反的研究结论提示：MIF的作用并非一成不变，不同肿瘤意味着不同的肿瘤微环境，不同肿瘤微环境下MIF的功能和活性发生变化，该现象可能与蛋白质的翻译后修饰密切相关[7]。

3 MIF对TME中主要细胞的作用

免疫细胞是MIF对肿瘤产生影响的重要媒介之一。所有实体瘤都包埋在有免疫细胞参与组成的微环境中，如巨噬细胞和淋巴细胞；另外还有一些非免疫细胞，如成纤维细胞[11]。在TME中，有的免疫细胞如树突状细胞(DC)、自然杀伤T(NKT)细胞、CD8+/CD4+T淋巴细胞等被激活后会包围肿瘤细胞，进行免疫杀伤，延缓疾病进展；而另一些免疫细胞如TAM、调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)、髓源性抑制性细胞(MDSC)等则会促进肿瘤生长、侵袭、血管生成并抑制抗肿瘤免疫反应[14]。因此，TME中免疫细胞的组成直接影响肿瘤的预后，富集T淋巴细胞的TME与较好的肿瘤预后相关，而富集TAMs的TME则与肿瘤预后不良有关[15-16]。

3.1 树突状细胞及效应T细胞 MIF作为促炎因子会增强DC的聚集和抗原提呈作用，激活巨噬细胞、T细胞和B细胞并抑制免疫细胞的坏死从而加强肿瘤区域的局部免疫；Brocks等[17]在皮肤癌模型中发现，从表皮到真皮的MIF浓度梯度利于抗原提呈细胞向真皮层聚集，对于皮肤组织募集抗原提呈细胞从而抑制肿瘤生成至关重要。

然而Balogh等[18]对乳腺癌的研究发现，MIF表达的丧失反而使得更多活化的DC聚集到原发肿瘤中，导致瘤内IFN-γ+的CD8+/CD4+T细胞丰度增加，强化免疫监视。Hsieh等[19]则发现在皮肤炎性反应中MIF可通过CD74和CXCR2特异性地触发NKT细胞的趋化性从而增强炎性反应，同时，对MIF表达水平的抑制则会大大减少IFN-γ+NKT细胞的皮肤浸润，减弱免疫活动。可见在不同的疾病模型中MIF的功能存在明显差异，取决于不同疾病具体生理环境下的MIF是否可以增强免疫提呈及免疫杀伤。

3.2 肿瘤相关巨噬细胞 TAMs作为TME中最重要的组成部分之一，具有高度可塑性，是肿瘤内免疫逃避、新血管生成、细胞外基质重塑和肿瘤细胞增殖失调的重要决定因素，对肿瘤的生长起到重要调节作用[20-21]。

TAMs分为具有促炎抗肿瘤功能的M1经典激活表型和促进肿瘤生长和侵袭的M2替代激活表型；TME中的单核细胞转变为TAM并经过M2极化后可抑制T细胞的抗肿瘤作用，产生促瘤作用，因此，M2极化TAMs被认为是肿瘤启动子而M1极化TAMs被认为是肿瘤抑制因子[22-23]。Yaddanapudi等[22]指出MIF在TAMs募集和极化中具有重要作用，其研究表明在小鼠黑色素瘤模型中MIF的小分子拮抗剂4-碘-6-苯基嘧啶(4-iodo-6-phenylpyrimidine，4-IPP)可减弱TAMs的替代激活(M2)，削弱其免疫抑制和促血管生成作用，说明MIF在小鼠黑色素瘤模型中起到了促瘤作用。但Castro等[1]在对耐药型胶质母细胞瘤进行抗血管生成治疗时发现MIF的耗竭会导致肿瘤边缘TAMs的增加以及M2极化的增强，从而促进肿瘤细胞增殖和侵袭性生长，提示MIF可能存在一定的抑瘤作用，且主要表现在抑制瘤体侵袭与转移方面。

3.3 调节性T细胞 Treg细胞可抑制机体对肿瘤的免疫应答，诱导肿瘤特异性局部免疫抑制和耐受，极大地促进肿瘤的生长和转移；而有研究显示MIF的表达与肿瘤相关Treg细胞浓度呈显著正相关[24]。

有研究对结肠癌小鼠的脾脏和肿瘤细胞进行流式细胞分析发现MIF基因敲除(MIF-/-)小鼠的肿瘤相关CD4+Tregs水平显著低于野生型(MIF+/+)小鼠。研究表明MIF是通过上调IL-2的表达来增加Treg的产生从而促进肿瘤生长。而已知IL-2确实可扩增CD4+FoxP3+Treg细胞，介导免疫抑制和耐受[24-25]。

研究显示Treg细胞可抑制T细胞的活化，进而抑制肿瘤免疫，该过程与细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte antigen 4，CTLA-4)密切相关，而CTLA-4在FoxP3+Treg细胞表面呈持续性高表达。研究发现针对CTLA-4的单克隆抗体伊匹单抗(ipilimumab)可明显增强黑色素瘤患者体内抗肿瘤免疫反应并提高生存率[26]，由此可推测MIF可能通过MIF/IL-2/FoxP3+Treg/CTLA-4通路发挥肿瘤相关免疫抑制作用。

3.4 髓源性抑制性细胞 MDSCs是具有免疫抑制性的、未成熟的髓样细胞，可有效抑制自体T细胞增殖和IFN-γ的水平[27-28]。促进活性氧(reactive oxygen species，ROS)和PGE2的释放是MDSCs抑制T细胞功能的重要机制；而MIF对于MDSCs维持在免疫抑制表型至关重要，中和MIF或抑制MIF的表达会导致免疫抑制型MDSC向免疫刺激性树突细胞(DC)样表型的功能性逆转[27-30]。

Mao等[30]指出MIF是调节环氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)表达的重要因素，而MDSCs需要借助COX-2来发挥其对同源T细胞的抑制作用。研究还证明外源性重组前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)可维持MDSC表面标志物的表达，抑制了MDSCs功能表型向DC转化。由此猜测MIF调节MDSC功能的路径之一是通过COX-2上调PGE2的表达从而维持MDSC的免疫抑制表型，MDSCs再通过引发更多ROS与PGE2的释放发挥T细胞抑制功能，促进肿瘤细胞免疫逃逸。

3.5 内皮细胞 肿瘤的生长离不开新生血管，而内皮细胞(endothelial cell,EC)的增殖受多个细胞因子调控，其中包括MIF[31-32]。MIF可通过CD74的介导同时上调血管内皮生长因子(VEGF)和白介素8(IL-8)的分泌，且这种诱导呈剂量依赖性；而IL-8在各种肿瘤微血管形成中都起着重要作用[11,33]。

有研究指出EC会分泌高水平的MIF，它与肿瘤内微血管密度(intratumoral microvessel density,IMD)呈正相关，这对于血管内皮细胞的增殖极为重要；当MIF水平受限瘤体的微血管生成随之受到抑制，这也是MIF抑制疗法产生抗肿瘤作用的机制之一[32]。

缺氧可最终导致肿瘤进展已得到证明[34]，其中缺氧促进瘤体新生血管生成的机制也与MIF密切相关。肿瘤组织在缺氧环境下会大量释放缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor，HIF)，HIF则能够上调VEFG从而促进新生血管形成[35-36]，在该过程中MIF起了重要作用。一项近期研究显示缺氧可通过HIF-1α和HIF-2α多重诱导人微血管细胞-1(HMEC-1)中的MIF表达和分泌[31]，结合MIF对IL-8及VEGF的上调作用，HIF作用于MIF/VEGF、MIF/IL-8/VEGF轴促进新血管生成可能是缺氧环境产生促肿瘤作用的机制之一。

3.6 成纤维细胞 肿瘤状态下激活的成纤维细胞被称作肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)，是肿瘤微环境的主要组成之一，可对实体瘤的生长、侵袭起到重要促进作用。TGF-β作为CAFs的最主要调控因子可以诱导成纤维细胞的激活，从而使得肿瘤微环境中富集CAFs，促进肿瘤细胞的增殖和迁移[37-38]。

Xue等[39]在房颤相关研究中发现MIF可以通过上调TGF-β的表达促进心肌成纤维细胞增殖，参与心肌结构重建。Leung等[40]则在IgA肾病模型中发现MIF可以时间和剂量依赖形式上调肾组织的TGF-beta1水平，而抗MIF治疗会阻断这种促进作用。但是Heinrichs等[41]在慢性肝损伤模型中发现MIF可以通过CD74/AMPK(AMP-activated protein kinase)信号通路的介导减少肝脏组织的纤维化。而目前尚缺乏肿瘤状态下MIF对TGF-β及CAFs影响的相关研究，因此，关于MIF对实体瘤纤维化产生影响的途径研究亟待开展。

4 总结与展望

MIF作为肿瘤微环境的重要成员和调节者之一正受到广泛关注和研究，关于它对肿瘤细胞的作用存在分歧。众多研究指向MIF可影响肿瘤微环境中的免疫细胞构成、上调VEGF水平、削弱局部免疫反应、促进新生血管产生，从而发挥促瘤作用；但随着研究的深入也有学者提出某些肿瘤模型中MIF可能存在抑瘤作用，与VEGF相似，既有促血管生成的作用也有抗侵袭效果。

究其原因：(1)因为肿瘤微环境中其他细胞及细胞因子会影响MIF对免疫细胞的作用，而不同肿瘤、不同阶段意味着不同的肿瘤微环境；(2)MIF与肿瘤进展之间可能存在量效关系，极限浓度的MIF对肿瘤产生的总体影响可能相反；(3)肿瘤细胞来源的MIF和免疫细胞/基质细胞来源的MIF可能经历不同的翻译后修饰，使得它对肿瘤细胞或其微环境产生不同的作用。

综上所述，MIF对TME的作用复杂多变，假如能明确哪类TME下MIF表现为免疫抑制功能，在治疗拥有该特征TME的恶性肿瘤时有选择地利用MIF拮抗剂就能够对TME进行定向调控，从而产生重要治疗意义和广阔的临床应用前景。