炎症和肿瘤微环境与食管癌防治研究进展

张哲源，刘怡文，付 臻，代宁涛，杨海军，李军扩，孙 蔚，郭艺博，梁梦夏，张 宁，孔金玉，周福有

食管癌是常见的消化道恶性肿瘤，发病率与死亡率极高。随着诊疗技术医学的不断进步，食管癌的治疗效果明显好转，但预后仍很差[1]。因此，寻找精准的早期指标、有效的预防措施及靶向治疗方法，非常重要。

自19世纪以来，人们一直认为癌症和慢性炎症之间既有相似性，又有关联性[2]。近年大量的研究表明，炎症是导致肿瘤发生发展的重要因素[3-5]。炎症是人体对有害刺激物的免疫防御机制，它可以减轻感染、清除损伤细胞、启动组织修复[6]。持续性炎症刺激和免疫细胞激活会导致长期重复的组织破坏和再生，造成慢性炎症[7]。由于分子生物学的进步和转基因小鼠技术的发展，炎症在肿瘤发生、发展、转移过程中的分子和细胞机制慢慢被揭示，包括各种免疫细胞的功能以及由多种细胞因子、趋化因子和生长因子协调构建的复杂信号通路[8-10]。此外，以高通量测序技术(next-generation sequencing,NGS)和单细胞测序技术为代表的新技术的兴起，进一步完善了癌症与炎症领域的理论框架[11-12]。炎症是大多数恶性肿瘤的重要致病因素，了解炎症与肿瘤进展的分子机制对于抗癌治疗策略的制定与发展至关重要。

本文就肿瘤相关炎症的机制及炎症在食管癌中的作用予以综述，以期为食管癌治疗提供理论基础。

1 肿瘤炎症微环境中的细胞类型

肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)由异质细胞群组成，其中包括癌细胞、免疫细胞和基质细胞(如成纤维细胞和内皮细胞)[13-14]。这些细胞具有高度可塑性，可不断改变自身表型和功能，通过直接的细胞—细胞接触或可溶性因子(如细胞因子、趋化因子和生长因子)之间的动态串扰形成维护肿瘤发展的炎症微环境[15]。

1.1 髓系细胞

肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAMs)是TME中最常见的免疫细胞亚群之一，其作为炎性细胞因子的来源，在肿瘤相关炎症中发挥着不可或缺的作用[16]。该细胞群受环境信号调节极化为M1和M2两种亚型。M1型巨噬细胞是TME中促肿瘤炎性细胞因子的主要来源，具有促炎表型和细胞毒活性，其特征是产生炎性细胞因子，如IL-1、IL-6、IL-12、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)和一氧化氮(NO)。相比之下，M2型巨噬细胞在抑制炎症反应中发挥关键作用，其特征是：①表达IL-10、转化生长因子-β、前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)和精氨酸酶-1，参与免疫抑制反应；②表达IL-8、血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGF-A)和基质金属蛋白酶9(matrix metalloprotease 9,MMP-9)等，调控血管生成；③表达胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)和双调蛋白等，参与细胞增殖和组织修复[17]。

在TME中，肿瘤源性因子可诱导巨噬细胞M2样极化，大多数TAMs也被归类于M2亚型，参与促进肿瘤生长和血管生成。近年研究显示，肿瘤诱导巨噬细胞释放的嘧啶核苷酸增强了癌细胞对吉西他滨的耐药性，这表明了TAMs的新作用[18]。

肿瘤相关中性粒细胞(tumor-associated neutrophils,TANs)是急性炎症的核心，也参与了肿瘤相关的慢性炎症。在大多数人类上皮性肿瘤中，中性粒细胞与淋巴细胞的高比值与低生存率相关，且肿瘤患者中性粒细胞增高有助于肿瘤细胞的转移[19]。近年研究表明，荷瘤动物和肿瘤患者体内中性粒细胞的大量富集可通过抑制有效的抗肿瘤免疫应答，从而促进转移灶的形成，协助肿瘤恶性增殖。这些中性粒细胞被称作多形核髓源性抑制细胞(polymorphonuclear myeloid-derived suppressor cells,PMN-MDSCs)，肿瘤患者瘤体内MDSCs的大量富集可作为预后不良和抗肿瘤治疗无效的指标[20]。除了PMN-MDSCs外，在荷瘤动物体内还发现了另一种形态类似于单核细胞的MDSCs亚型(monocytic MDSCs,M-MDSCs)。有研究表明M-MDSCs可分化为促肿瘤巨噬细胞，其特征是表达S100A9[21]。

树突状细胞(dendritic cells,DC)是TME内罕见的免疫细胞群，但已被大量研究证实是最有效的抗原提呈细胞，能够诱导肿瘤特异性T细胞反应[22]。然而，这种抗肿瘤功能往往在TME的背景下受损，并且被极化为促肿瘤表型。

1.2 淋巴细胞

T淋巴细胞是一种浸润于TME的免疫细胞群。根据T细胞受体的表达将T淋巴细胞分为αβ T细胞和γδ T细胞两大类。大多数T细胞是αβ T细胞，进一步可分为CD8+细胞毒性T细胞和CD4+辅助T细胞(Th)，其中包括Th1、Th2、Th9、Th17、Th22、Tfh和调节性T(Treg)细胞。CD8+T细胞和Th1细胞是抗肿瘤免疫的核心细胞，可破坏肿瘤细胞。而在肠道肿瘤发生过程中，Th17和Th22细胞可分别作为促肿瘤细胞因子IL-17和IL-22的重要来源，从而协助肿瘤细胞逃避免疫监视。Treg细胞是一种免疫抑制性T细胞亚群，可抑制有效的抗肿瘤反应并促进肿瘤进展。然而，在TME中，Treg细胞也可转化为类似于Th17和Th22的促肿瘤炎症表型[23]。

固有淋巴细胞(ILCs)是一种新型的固有淋巴细胞群，可调节组织稳态、炎性反应、肿瘤发生和肿瘤监测。ILCs分为3组：自然杀伤细胞(natural killer,NK)和ILC1s为第1组ILCs；ILC2s为第2组ILCs；淋巴组织诱导细胞(lymphoid tissue-inducer,LTi)和ILC3s为第3组ILCs。第1组ILCs主要具有抗肿瘤性，而第2组和第3组ILCs大多被认为具有促肿瘤性[24]。尽管NK细胞在肿瘤中的作用已得到公认，但对肿瘤中其他ILCs亚群的研究依然有限，它们在炎症诱导的肿瘤发生、转移以及抗肿瘤免疫中的作用仍需进一步深入探讨。

1.3 肿瘤内皮细胞

肿瘤内皮细胞(tumor endothelial cells,TECs)是指排列在肿瘤血管上的细胞，它通过提供营养和氧气来支持肿瘤的发展，并作为肿瘤细胞扩散的通道。持续的新血管生成是肿瘤的标志之一，缺氧是肿瘤血管生成的主要触发因素，缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor 1,HIF-1)是这一过程中的关键调节因子，TAMs通过产生促血管生成因子(如VEGF-A)来响应缺氧信号，从而在肿瘤血管生成中发挥重要作用[25]。肿瘤细胞和TECs通过炎症介质的相互作用可以调节转移性肿瘤细胞的内渗和外渗。

1.4 肿瘤相关成纤维细胞

肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)是实体肿瘤微环境中最重要的基质细胞[13]。大量研究已证实CAFs可通过多种机制促进肿瘤生长：①通过分泌生长因子直接刺激肿瘤细胞增殖；②通过诱导血管生成和重塑细胞外基质(ECM)促进肿瘤细胞侵袭；③通过分泌细胞因子和趋化因子介导TME内免疫细胞的招募和功能调节，从而诱导促肿瘤炎症[26]。例如，CAFs中NLRP3炎症小体的激活和IL-1β的分泌促进了乳腺癌的恶性进展和肺转移[27]。相反，促炎细胞因子TNF、IL-1α和IL-1β可诱导CAFs细胞衰老，在衰老的CAFs中，通过EZH2下调介导的H3K27me3去甲基化，使IL-6高表达，增强了胃癌的腹膜扩散。同时，高表达的促炎细胞因子与胃癌患者的不良预后显著相关[28]。

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2 炎症诱导肿瘤的发生和转移

持续感染病毒或肠道微生物等致癌刺激物，往往会激活炎症信号，导致促肿瘤的慢性炎症，影响肿瘤的发生、进展和转移[4]。炎症细胞通常是各种促肿瘤炎症介质的重要来源，包括ROS、TNF、IL-1和IL-6等细胞因子，以及直接或间接支持肿瘤发生发展的生长因子。肿瘤细胞也有助于增强这种炎性循环。肿瘤相关基因的失调可引起趋化因子和细胞因子的过度产生，进一步招募和激活各种免疫细胞。

肿瘤发生的条件，是在正常细胞中积累肿瘤相关基因的突变、表观遗传学改变或两者兼具，而炎症微环境在很大程度上促成了这一过程[29]。活化的炎症细胞(如巨噬细胞和中性粒细胞)是ROS和活性氮中间体(reactive nitrogen intermediates,RNIs)的主要来源，可导致DNA损伤和基因组不稳定。研究表明，来源于髓系细胞的ROS在上皮细胞中可触发全基因组突变并刺激其恶变。炎症细胞释放的细胞因子也可通过提高癌前细胞内的ROS和RNI来促进其突变。这种炎症诱导的突变存在于几个重要的肿瘤相关基因，如错配修复(MMR)反应基因和肿瘤抑制基因TP53。慢性炎症还可以导致染色体不稳定和表观遗传机制的失调(如DNA和组蛋白修饰酶、microRNA和LncRNA)，从而导致肿瘤的发生[30]。

基因组DNA损伤可引发炎症。致癌物引起的遗传毒性应激可导致DNA损伤，诱发炎症介导的皮肤癌[31]。近年来有学者发现大肠杆菌可引起宿主细胞DNA烷基化，有助于结肠癌的发生[32]。

在肿瘤恶性进展过程中，肿瘤细胞易发生转移，导致其无法控制并威胁生命。上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是此阶段的标志之一，通过EMT，上皮肿瘤细胞获得间质特性，细胞运动和迁移活性增强。EMT不仅可促进组织损伤后的组织愈合和组织纤维化，也可促进肿瘤进展和远处转移[33]。TNF、IL-1β、IL-6、IL-11和IL-8等多种炎症介质均是EMT的有效诱导因子。

肿瘤间质的重塑是肿瘤细胞有效迁移和侵袭的必要条件，炎症反应也参与了这一过程。例如，TAMs通过产生基质金属蛋白酶(matrix Metalloproteinases,MMPs)破坏细胞黏附和细胞外基质，从而促进肿瘤细胞转移[34]。此外，肿瘤细胞向特定远端器官转移是由TME内形成的趋化因子梯度所引导的，并被趋化因子受体感应，其方式与白细胞转移类似[35]。某些在TME中较为富集的促炎细胞因子(如TNF和IL-1β)，可诱导趋化因子的表达，如CXCL1(角质细胞源性趋化因子)、CXCL5、CXCL8(IL-8)、CCL2(MCP-1)和CCL5(RANTES)[36]。

肿瘤细胞通过淋巴管和血管转移[35]。激活的巨噬细胞是血管生成和淋巴管生成刺激因子的来源。一旦肿瘤细胞进入血液循环，免疫细胞释放的炎性介质就会支持其在靶器官中存活和定植。研究表明，暴露于烟草烟雾或脂多糖( lipopolysaccharide,LPS)下所引起的持续实验性肺部炎症，以及伴随形成的中性粒细胞胞外杀菌网络(neutrophil extracellular traps,NETs)，可以将小鼠处于休眠状态的肿瘤细胞转化为侵袭性生长的转移瘤[37]。

3 肿瘤促炎信号

细胞因子、趋化因子和生长因子在TME炎症环境的形成中起主导作用，并通过直接作用于肿瘤细胞或间接调节TME的其他成分来促进肿瘤进展[13]。多个信号分子和转录因子所协调的复杂信号网络决定了不同炎症介质的产生和功能，其中，核因子-κB(NF-κB)轴、Janus激酶(Janus kinase,JAK)-信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)轴、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)—激活蛋白-1(activator protein-1,AP-1)轴起主导作用[38-40]。

STAT3最初被认为是IL-6活化的肝细胞中的DNA结合蛋白。目前，多项研究显示，TME内肿瘤细胞和非肿瘤细胞中均存在STAT3的过度激活，也有研究表明STAT3高表达与患者的不良预后密切相关[39]。STAT3的激活主要由IL-6家族细胞因子(IL-6、IL-11、LIF和抑瘤素M)、IL-22、IL-23和各种生长因子[如，表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)和血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)]通过其同源受体激活，随后被JAK磷酸化，使STAT3与目标序列结合以启动转录[39]。

AP-1是一种由Jun和Fos组成的二聚体DNA结合转录因子，其作用于MAPK信号的下游[40]。与NF-κB类似，MAPK-AP-1轴在炎性细胞因子(TNF和IL-1)和PRRs受体的下游被激活，诱导一系列靶基因的表达。

NF-κB、STAT3和AP-1通过串扰和协同作用来调控维持肿瘤促炎基因的表达。除此之外，三者也可与其他转录因子和信号转导通路相互作用，如p53、HIF-1α和WNT-β-catenin[42]。在胃肠道肿瘤中，IL-6家族细胞因子除了可调控JAK-STAT3通路外，还可通过其共同的受体糖蛋白130(gp130)/IL6ST，激活下游控制组织生长再生的转录调节因子YAP和Notch[43]。

4 炎症在食管癌中的作用

95%以上的食管癌为食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)和食管腺癌(esophageal adenocarcinoma,EAC)。亚洲和非洲部分地区主要为ESCC，欧洲和美洲主要为EAC[44]。

ESCC的危险因素有很多，包括常饮热饮、营养不良、慢性感染、遗传因素等，但主要危险因素仍是吸烟和饮酒，而两者都与炎症密切相关[45]。乙醛是乙醇的第一种代谢产物，为一种已知的局部致癌物，且为烟草烟雾的组成成分之一。与单独饮酒相比，饮酒期间主动吸烟会增加人体内的乙醛含量[46]。食管上皮内瘤变(esophageal intraepithelial neoplasia,IEN)是ESCC的癌前病变，易伴有长期持续性慢性炎症，其发展为ESCC的风险显著增加[47]。IEN细胞和ESCC细胞具有相似的基因组不稳定性标志物——载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽样蛋白(apolipoprotein B messenger RNA editing enzyme,catalytic polypeptide-like,APOBEC)，它可引起DNA损伤。在IEN中也检测到γH2AX的高表达，证实了DNA损伤是食管癌变的重要突变模式[48-49]。ESCC的早期阶段和进展过程中均存在DNA损伤修复和细胞周期调控缺陷，这些缺陷可能引起了ESCC的恶性进展[48]。TP53和CDKN2A被确定为ESCC的早期突变驱动基因，CCND1和SOX2的扩增以及NOTCH1的突变是ESCC常见的基因突变[50]。ESCC细胞可分泌IL-6和其他促炎细胞因子(如IL-8和LIF)，它们通过激活STAT3和YAP信号通路参与肿瘤进展和免疫逃避[51]。

EAC的主要危险因素是胃食管反流病(gastroesophageal reflux disease,GERD)。GERD是反流性食管炎的主要原因，当胃液中的胃酸、胆汁酸和其他有害物质倒流入食管中时就会发生反流性食管炎[52]。Barrett上皮是一种鳞状上皮化生为柱状上皮，其起源于GERD，可发展为EAC和食管神经内分泌癌[53]。研究表明，长期暴露于胆汁酸后，NF-κB的过度表达可促进Barrett食管的癌变，且该癌变过程可能是由生成具有诱导基因突变的N-亚硝基胆汁酸启动，并由持续的慢性炎症推动[54]。

在胃肠道肿瘤中，食管癌的肿瘤突变负荷相对较高，由此推测其对免疫检查点抑制剂(ICIs)的反应也相对较高，且相关研究已证实了免疫治疗在食管癌晚期和局限性食管癌中的潜力[55]。

5 结论和展望

综上所述，多项研究陆续揭示了炎症促进肿瘤发生和转移的分子机制。一些机制是普遍存在的，一些机制是某些肿瘤所特有的。但都表明了，慢性炎症和促炎信号通路是预防和治疗癌症的有效靶点。慢性炎症可通过诱导DNA损伤修复和细胞周期缺陷促进食管癌发生。同时，食管癌细胞可分泌促炎因子，激活NF-κB、STAT3、YAP等多种信号通路参与肿瘤恶性进展和免疫逃避。具体而言，促炎细胞因子、炎症相关激酶和炎症相关转录因子是食管癌潜在的治疗靶点。然而，长期抑制炎症和炎症相关分子会引起免疫抑制，从而增加感染的风险，且会抑制组织修复和再生以及抗肿瘤免疫。因此，识别与食管癌相关的炎症以及某些炎症特有的关键因子，并靶向针对这些因子，以避免副作用，至关重要。为实现这一目标，仍需对炎症和食管癌进行更深入的研究。