运动与免疫动员和肿瘤防治

杨 洪

运动与人类健康息息相关，强身健体可降低多种疾病的发病率及死亡率[1]。尽管运动方面的流行病学研究，以及运动对慢性病的影响易于被生活方式等其他因素所干扰，但有效数据仍表明坚持运动可预防肿瘤的发生，坚持运动锻炼的人肿瘤发生率显著降低[2-3]。运动对肿瘤的治疗及预后也有显著影响，已证实运动可显著降低肿瘤的复发率[4-5]。虽然具体机制尚不明确，但运动在调节激素水平、参与炎症反应及调控免疫应答中发挥着重要作用。临床研究表明，运动会引起患者肿瘤组织中免疫细胞的富集。研究和利用运动对免疫细胞的动员机制，对食管癌等人类常见肿瘤的防治有重要意义。

食管癌是我国最有代表性的肿瘤之一，全世界每年新发患者约50万例，一半以上在我国[6]。食管癌的病因至今尚不完全明确，早期诊断困难，预后极差，虽然治疗手段不断更新，但中晚期患者5 a生存率仍低于20%[7-8]。因此，从包括运动等更多方面来探讨食管癌等严重危害我国人民健康的肿瘤的防治很有必要。

本文整理归纳相关研究，分析运动在肿瘤预防和免疫治疗中的作用，并讨论运动对免疫细胞的动员机制及其在肿瘤防治领域的应用前景。

1 运动对免疫细胞的动员作用

研究显示，规律的中强度运动可显著降低20%～30%肿瘤的发生率，可能的原因有：运动可降低内脏脂肪，减少胃食管反流；运动可培养良好的生活习惯，减少吸烟和酗酒等不良嗜好；运动可调动机体免疫细胞，增强其对癌细胞的监视和杀伤功能[5]。在小鼠皮下荷瘤模型中，进行运动训练(转轮跑)的小鼠肿瘤体积显著缩小，成瘤率显著降低[9]。且无论是小鼠肺转移模型还是皮下荷瘤模型，运动训练均可抑制肿瘤恶性增殖及转移。除此之外，在二乙基亚硝胺(diethyl nitro samine,DEN)诱发的肝癌小鼠模型与促代谢型谷氨酸受体1(metabolic glutamate receptor 1,GrM1)诱导的黑色素瘤小鼠模型中，运动训练均能影响肿瘤的成瘤率及增殖能力。为了了解运动训练对肿瘤的抑制机制，研究采用小鼠皮下荷瘤模型作为对象，发现与对照组小鼠相比，运动训练组小鼠肿瘤中与免疫功能相关的通路被显著激活。后续通过RT-PCR、免疫组织化学及流式细胞术在细胞水平上均验证了通路中相关蛋白表达水平均显著上调，且运动训练组小鼠肿瘤组织中浸润的免疫细胞显著增多。由于皮下荷瘤与肺转移模型的肿瘤组织中NK细胞均出现大量富集，于是采用裸鼠移植瘤模型来观察在T细胞和B细胞缺失的情况下，运动训练是否仍具有动员作用。结果显示，运动训练对免疫细胞的动员作用并未发生改变。而在野生型C57BL/6皮下荷瘤小鼠模型中，当使用了anti-asialo单克隆抗体清除小鼠的NK细胞时，运动不再发挥免疫动员作用。表明在移植瘤模型中，NK细胞是动员机制中必不可少的一员[9]。众所周知，NK细胞可以杀伤肿瘤细胞[10]，所以运动对NK细胞的动员作用对抗肿瘤免疫反应至关重要。

2 运动相关免疫动员机制及临床应用

2.1 运动相关免疫动员机制

运动时，人体内会发生一系列生理性改变，且与运动强度与持续时间密切相关。当需氧量增加时，心输出量也会增加，并且血流状态也会发生巨大的改变。代谢率增加，葡萄糖的消耗增加，肌细胞内厌氧代谢产生的乳酸水平也随之增加。内分泌系统在调节休息状态或运动状态下的生理反应中发挥着重要的作用[11]。运动训练时，肾上腺分泌的儿茶酚胺显著增多，与增加心率、升高血压、升高血糖及调动免疫系统密切相关。对于免疫系统，尽管数据尚不确切，但肯定的是运动前期血液中各种免疫细胞的数量均会迅速增加，接着会下降至低于基线，最终细胞数量又会恢复正常[12]。NK细胞是运动早期变化最灵敏的免疫细胞[13]，在运动最初几分钟时就会增加[14]。运动30 min后，NK细胞数量会达到峰值，且延长运动时间也不能继续增加NK细胞数量。但是NK细胞的峰值可以通过持续运动维持3 h[13]。NK细胞的特点是不需要提前动员就能杀死靶细胞[10]，并且它们主要是清除一些被病毒感染的、处于应激状态的或发生形态改变的细胞。运动诱发的NK细胞动员效应可能是由于儿茶酚胺升高引起的。在白细胞中，NK细胞表面儿茶酚胺(尤其是肾上腺素与去甲肾上腺素)特异性受体β-adrenergic表达量最高[15]，并且运动相关的NK细胞动员机制可以由肾上腺素激活[16]。

有研究观察了运动组和对照组小鼠血清中肾上腺素与去甲肾上腺素含量，发现运动组小鼠血清中这两种儿茶酚胺含量显著升高。并且，当阻断了运动对NK细胞的动员效应时，就像使用了β受体阻断剂普萘洛尔[9]，均会使免疫细胞大量涌入肿瘤组织中，二者对肿瘤恶化的影响一致。为了验证肾上腺素是否可以单独发挥作用，将肾上腺素注入小鼠体内，发现肾上腺素确实可以影响NK细胞的数量、免疫细胞对肿瘤组织的浸润以及肿瘤的体积，但是效果并没有运动影响的显著。因此在运动相关的肿瘤辅助治疗中，肾上腺素是免疫动员的关键分子。由于肾上腺素仅仅只能发挥运动训练的部分作用，其他分子可能也参与其中。

运动时，肌肉收缩分泌出大量肌激酶。白细胞介素6(IL-6)是一种关键的肌激酶，在免疫系统中广泛存在，且不同情况下会产生不同作用。在细菌感染和慢性炎症时，IL-6是一个促炎因子。但是在阻断了TNF-α和IL-1时，它会产生抗炎作用，并且可激活免疫抑制因子IL-10[17]。在运动过程中，肌细胞分泌的IL-6会随运动强度的增加而迅速增多[18]。由于NK细胞表面存在IL-6受体复合物，那么运动诱发的IL-6因子的分泌是否能增强肾上腺素的作用？有研究用IL-6的特异性单抗(mAb)清除了IL-6，发现肿瘤体积及肿瘤组织中浸润的淋巴细胞均变化不明显了。但是，重组的细胞因子不能代替IL-6。因为存在很多影响因素,比如给药的剂量、方式以及肾上腺素作用的时间等。因为胸腺来源的NK细胞选择性地表达IL-6α受体，所以IL-6可增强NK细胞的动员效果。而包括食管癌细胞在内的许多肿瘤细胞通常高表达IL-6，因此，可诱导表达IL-6α受体的NK细胞归巢。但是，具体机制尚未完全阐明，IL-6在NK细胞向肿瘤归巢中发挥的作用需要进一步验证。综上所述，以上研究在肿瘤的发病率与临床治疗方面都会起到非常重要的作用。

2.2 运动相关免疫动员与肿瘤防治

人类的NK细胞表达儿茶酚胺特异性受体β-adrenergic，所以儿茶酚胺可以动员NK细胞。同样，运动早期白细胞，尤其是NK细胞会显著增多，因此在运动对人类和小鼠免疫功能的影响中，NK细胞的动员机制非常重要[19]。然而有趣的是，在所有进行运动训练的小鼠肿瘤中，T淋巴细胞的数量也会显著增多。T细胞表面也有β-adrenergic受体，因此也可以被肾上腺素动员。并且，被NK细胞杀伤的肿瘤细胞可能会导致树突细胞摄取肿瘤抗原，并诱发肿瘤特异性T细胞反应。尽管NK细胞具有不同的表面标记物和信号分子[20]，但就其功能而言，在免疫应答方面具有基本的相似之处，即都可以识别和杀伤处于异常状态的细胞[10]。NK细胞也可以通过激活型受体，如NKG2D，识别表达在肿瘤细胞上的配体，从而识别肿瘤细胞[21]。由于运动可以动员人体的NK细胞，而NK细胞可以有效地杀伤肿瘤细胞，因此运动可以有效地辅助肿瘤治疗。为此，Moore等汇总了12个潜在人群的运动锻炼调查问卷与26种肿瘤的发病率，发现业余时间进行运动锻炼可以显著降低包括食管癌、肝癌、肺癌、肾癌、结肠癌、乳腺癌、白血病及骨髓瘤等在内的多种肿瘤的发病率[5]。显然，这些数据本身并不能揭示潜在的分子或细胞机制，但仍表明了运动相关的免疫动员可能在肿瘤防治中起到重要的作用。在小鼠模型中，参与运动训练的小鼠肿瘤中会富集大量免疫细胞，这是运动保护机制的重要特征[9]，且与人类长寿有关[22]。此外，患者肿瘤组织中免疫细胞的浸润可以通过运动前后的连续活检来观察。关于免疫细胞浸润肿瘤的深入研究为免疫治疗提供了新思路，并为联合治疗提供了新策略。

2.3 运动相关免疫动员与肿瘤早期监控

小鼠模型显示NK细胞与运动的抗癌作用有关，且在T细胞和B细胞缺失的情况下，NK细胞效果更加显著。研究显示，在野生型C57BL/6皮下荷瘤小鼠模型中，NK细胞并没有发挥非常重要的作用，运动的效果并不是非常显著。但当小鼠在接种肿瘤细胞之前就进行运动训练，那么运动的抗癌效果就会更加显著。而当小鼠在接种肿瘤细胞的同时进行运动训练，仅仅只能观察到运动训练组小鼠的肿瘤体积相对较小[9]。因此推测，提前进行运动训练会使血液循环中富集更多的NK细胞，这就为在肿瘤接种部位归巢以及迅速杀伤接种部位肿瘤细胞做好准备。但是，NK细胞是否能独立对更多临床相关肿瘤模型起作用，尚不明确。在进展缓慢的肿瘤模型中，如二乙基亚硝胺(DEN)或促代谢型谷氨酸受体1(GrM1)诱导的肿瘤模型中，NK细胞是传递“攻击”信号的关键因素，而“攻击”信号是诱发全面抗癌免疫应答的必要条件，同时参与抗癌免疫应答中最重要的免疫细胞是树突细胞和T细胞。同样，研究表明NK细胞在肿瘤发生的早期阶段起到非常重要的作用，一旦肿瘤形成，作用就不再显著[22-23]。实体肿瘤中浸润的NK细胞数量较少，而T细胞数量较多[24]。一项历时11 a的NK细胞研究，通过使用细胞毒性读数，显示外周血淋巴细胞出现高水平细胞毒性活动时，肿瘤的发病率显著降低[25]。表明，NK细胞在肿瘤防御中发挥着关键作用，但在肿瘤治疗中作用并不显著。这再次表明了NK细胞在肿瘤早期监控中发挥着重要的作用。

近期研究中最重要的结果是运动对进展缓慢和进展迅速的小鼠肿瘤模型所产生的影响。在小鼠模型中，运动训练组小鼠肿瘤发生率显著降低。在黑色素瘤小鼠模型中，运动训练组小鼠肿瘤组织中不仅NK细胞浸润的数量显著增多，树突细胞、B细胞和T细胞浸润数量均显著增多。因此推测，在进展缓慢的肿瘤模型(如食管癌模型)中，NK细胞可能参与了肿瘤的早期监测，而其他免疫细胞亚群在对抗已形成肿瘤的免疫反应中发挥着更重要作用。

2.4 运动相关免疫动员与食管癌免疫治疗

由于运动可引起免疫细胞动员及肿瘤浸润，所以会有效地辅助肿瘤免疫治疗。目前包括食管癌在内的部分肿瘤的免疫治疗中已应用免疫检查点的抑制性单抗，且适用的肿瘤类型日益增加。PD1单克隆抗体，可通过诱发肿瘤部位的特异性免疫反应而进行临床治疗[26]。临床资料显示，肿瘤部位免疫细胞浸润丰富的食管癌患者，治疗效果会显著增强[27]。因此，免疫细胞浸润较少或缺失的肿瘤成为当前研究热点。当肿瘤部位出现大量抗肿瘤免疫细胞如T细胞、NK细胞、树突细胞等浸润时，“冷肿瘤”就可以转化为“热肿瘤”。因此，在接受PD1免疫治疗之前进行运动锻炼，可以使病人肿瘤组织中富集大量免疫细胞，从而增强临床治疗的效果。而肿瘤免疫治疗的另一个突破就是，使用肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocytes,TIL)进行过继治疗(adoptive cell transfer,ACT)。临床治疗成功的关键就是肿瘤组织中富集大量肿瘤特异性T淋巴细胞，因为这些细胞已经在体外为扩增做好准备，且会大量输送回病人体内。在接受治疗的患者中，50%病人对治疗有效，其中20%病人效果显著[28-29]。因此，在治疗之前进行运动锻炼不仅能通过富集大量T淋巴细胞而提高免疫细胞的数量，还可能提高肿瘤组织中浸润的“新型”免疫细胞的质量。在临床试验中，可以通过收集运动前后食管癌患者肿瘤细针穿刺的活检组织，来分析免疫细胞的浸润及体外功能情况。多方面数据均证实，免疫系统对化疗效果至关重要[30]。因此，运动可辅助食管癌的常规治疗[31]。

目前，肿瘤的免疫治疗已在包含食管癌在内的多种肿瘤中得到临床验证，甚至对很多晚期患者，效果仍很显著。然而，在很多治疗中，大多数患者疗效差且缺乏早期预测指标。因此，寻找能够提高疗效的特异性预测指标和方法迫在眉睫。众所周知，运动锻炼在各个方面都有益于健康，且运动有利于食管癌患者的免疫治疗，可增强和改善免疫治疗的效果。更重要的是，坚持体育运动是一种健康的生活方式，有利于直接延缓或抑制食管癌的发生发展。