中性粒细胞胞外诱捕网促进肿瘤转移

夏 杰，王 蓉

中性粒细胞胞外诱捕网促进肿瘤转移

夏 杰，王 蓉

（黄冈职业技术学院 李时珍中医药研究院，湖北 黄冈 438002）

转移是肿瘤患者病情恶化、死亡以及治疗失败的主要原因。中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）不仅是中性粒细胞的一种免疫机制，还通过多种策略促进肿瘤的转移。中性粒细胞被招募至转移位点形成NETs，参与转移前生态位的形成；NETs促进上皮细胞向间充质细胞转变，使得肿瘤细胞获得迁移和侵入能力；NETs粘附、截留循环肿瘤细胞，促其定植和增殖；NETs增强肿瘤细胞线粒体功能，改变肿瘤细胞能量代谢，唤醒休眠的微转移肿瘤细胞；NETs通过包裹的方式“装甲化”肿瘤细胞，使其免受攻击。

中性粒细胞胞外诱捕网；肿瘤转移；转移前生态位；上皮细胞间充质转化；循环肿瘤细胞；免疫逃逸

中性粒细胞可通过吞噬作用、释放颗粒内容物、产生活性氧(ROS)等途径杀灭微生物，是机体抵御病原体入侵的第一道防线。Brinkmann、Reichard等在2004年发现，中性粒细胞在针对病原体发挥免疫作用时可以释放出一种能够捕获、杀灭病原体的网状结构物质，这种网状结构物质源自构成染色体的DNA、组蛋白以及各种抗菌肽，并将这种网状结构称之为中性粒细胞胞外诱捕网（Neutrophilextracellular traps, NETs）[1]。中性粒细胞因释放NETs而死亡的过程称为NETosis。释放NETs是中性粒细胞的重要免疫机制之一，对病原体发挥着有效的杀伤作用，但过度的NETs形成也与各种疾病的病理损伤有关，如血栓形成、系统性红斑狼疮、急性肺损伤等。近年来，还发现NETs与肿瘤的转移有关。转移是肿瘤患者病情恶化、死亡以及治疗失败的主要原因。本文基于这些研究成果，综述了NETs参与肿瘤转移相关研究的进展。

1 NETs参与转移前生态位的建立

对于肿瘤的转移，英国医生Steven Paget在一个世纪前提出了“种子和土壤”假说。他认为，“种子”是癌细胞，“土壤”是癌细胞繁殖的局部生态系统，肿瘤在患者体内转移不是随机的，总是选择一个适于生存和增值的环境定植，例如乳腺癌倾向于转移到肺、骨、肝等部位。美国学者Rosandra N Kaplan在2005年的研究表明，原发肿瘤在转移发生前可以诱导某些组织器官的微环境发生适应性变化，为肿瘤转移进行前期准备，并首次提出了转移前生态位（Premetastatic niches，PMN）这一概念[2]。

Wang J、Hossain M等利用小鼠模型开展的研究发现，肝脏无菌炎症病灶中的中性粒细胞可以反向迁移至血管系统，并沿着循环系统进一步迁移到肺和骨髓[3]。这可以理解为中性粒细胞迁移到特定位点参与创建一种适应性微环境，为将要发生的某一事件，如肿瘤细胞转移，提前布局。

很多证据表明中性粒细胞可以被招募到PMN，并通过NETs和促炎介质的释放帮助重塑局部微环境，从而进一步促进肿瘤细胞转移和增殖。例如，Yang L、Liu Q等的研究表明，乳腺癌和结肠癌患者的肝转移灶中NETs含量丰富，血清NETs与早期乳腺癌患者肝转移的发生呈正相关。在对小鼠模型的研究中发现，肝脏或肺部的NETs对循环中的肿瘤细胞具有趋化作用，肿瘤细胞上的跨膜蛋白CCDC25是NETs-DNA受体，它能感知细胞外DNA，随后激活ILK-β-parvin通路以增强肿瘤细胞侵袭性。这种NETs介导的转移在CCDC25基因敲除细胞中消失。临床研究也表明，CCDC25在原发肿瘤细胞上的表达与患者预后不良密切相关[4]。他们的另一项研究证明，NETs促进直肠癌细胞肝转移。用脱氧核糖核酸酶（DNase）降解NETs-DNA，显著减少了NETs相关的肝转移。其原理是，NETs在肝脏中捕获、扣押直肠癌细胞，但对癌细胞并无杀伤性，反而增加了肿瘤细胞的定植和增殖能力，这一现象与NETs诱导的肿瘤白介素8(IL-8)表达升高有关，因为阻断IL-8活性可有效地消除NETs相关的转移现象[5]。此外，过量产生的IL-8反过来激活中性粒细胞NETs的形成，从而形成一个促进直肠癌肝转移的正循环。

Lee W、Ko SY等的研究也证明了NETs与PMN的关系。已知卵巢癌优先转移到大网膜，发生大网膜转移前中性粒细胞会提前迁入，并在卵巢癌相关炎症因子的刺激下形成NETs。临床研究表明，在早期卵巢癌妇女的大网膜中检测到NETs存在。NETs通过趋化、扣押循环卵巢癌细胞从而促进其转移。肽酰基精氨酸脱亚胺酶4 (PAD4)是NETs形成所必需的一种酶，PAD4基因敲除卵巢癌小鼠模型大网膜转移减少，使用PAD4抑制剂阻断NETs形成也可以降低卵巢癌的大网膜转移[6]。因此，中性粒细胞的迁入和NETs的形成在大网膜创建了一个有利于卵巢癌转移的PMN，通过阻断NETs预防转移的治疗策略还需要进一步临床验证。

2 NETs促进上皮细胞向间充质细胞转化

上皮细胞-间充质转化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)是一种复杂的细胞过程。在这一过程中，癌细胞失去极性和粘附性，获得间充质细胞的特性，迁移和侵入能力增强，EMT还使得癌细胞获得抗凋亡能力，让癌细胞从原发部位转移到继发位点过程中得以生存下来。多项研究表明，EMT激活与NETs相关。

Pieterse E、Rother N等将NETs与内皮细胞共培养，发现NETs通过降解血管内皮钙粘蛋白(CD144)和随后激活Wnt/β-catenin信号通路诱导EMT，NETs相关中性粒细胞弹性蛋白酶是诱导EMT的关键[7]。NETs还被证明可以通过上调ZEB1和SNAI1等EMT转录因子的表达，促使人乳腺癌细胞的上皮形态改变为间充质表型[8]。

Jin W、Yin H等在人类胰腺癌微环境中也观察到类似的结果。NETs显著上调了与EMT相关的几种蛋白质的mRNA水平，其中IL-1β可通过激活胰腺癌细胞EGFR/ERK信号通路诱导EMT。抗IL-1β抗体可通过阻断EGFR/ERK通路来消除NETs诱导的EMT。抑制NETs的形成和阻断IL‐1β都可以有效地减弱胰腺癌进展[9]。因此，针对NETs的靶向处理，可能对某些癌症患者带来希望。

3 NETs促进循环肿瘤细胞定植

目前，通过手术切除依然是癌症治疗的主要措施。然而，手术本身与肿瘤转移有关，主要原因是在手术过程中，因手术损伤导致肿瘤细胞脱落进入血液和淋巴循环，进而发生转移[10]。比如，肝癌患者手术切除后，循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTC)数量可显著增加。CTC可以粘附于内皮细胞并渗出，然后定植、增殖形成转移病灶。此外，手术应急会导致组织和循环中炎症因子激增，先天免疫细胞数量增加。Najmeh S、Cools-Lartigue J等研究发现，炎症环境下NETs形成增加，人和小鼠肺肿瘤细胞β1整合素表达的上调。循环肿瘤细胞易黏附于NETs，而肿瘤细胞β1整合素与这一粘附作用相关。黏附于NETs的肿瘤细胞促进肝转移，使用脱氧核糖核酸酶（DNAse）破坏NETs-DNA可以消除这种黏附，同时也减少转移的发生[11]。

另外，NETs可以通过诱导血栓形成，从而促进癌细胞转移[12]。NETs可作为血小板和凝血因子结合、激活的平台，是血栓形成的有效诱导剂[13]。H4组蛋白、瓜氨酸化的H3组蛋白 可激活血小板；NETs带负电荷，还能激活FXII，从而激活内源性凝血途径途径[14]。活化的血小板又可以有效诱导NETs形成。因此，NETs与血栓形成的这种相互促进作用是癌症相关血栓形成的基础，这也可能是NETs防止病原体扩散的策略，但同时也可能是循环肿瘤细胞截留、定植的机制之一。

4 NETs促进微转移病灶肿瘤细胞生长

循环肿瘤细胞定植后，通常处于营养缺乏、血供不足的不利环境中，肿瘤细胞会进入一种休眠状态潜伏下来，形成一种暂时不生长的微转移病灶（Micrometastatic disease）。这可能是原发肿瘤手术切除很长时间后仍然出现转移的原因之一。许多研究表明，NETs可通过多种途径促进微转移病灶肿瘤细胞生长。

4.1 NETs“唤醒”微转移病灶休眠肿瘤细胞

虽然还不完全了解是什么触发了这“休眠”和“唤醒”信号之间的平衡变化，但局部炎症与这些休眠肿瘤细胞的觉醒有关。Albrengues J、Shields MA等将实验小鼠鼻内灌注脂多糖（LPS）或暴露于烟草烟雾，在小鼠肺内形成的持续性炎症，发现肺部有NETs的形成，并且肺部先前休眠的乳腺癌微转移细胞快速增殖形成转移病灶。分析表明，这一现象与两种NETs相关蛋白有关，中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)在细胞外基质中裂解层粘连蛋白，重构的层粘连蛋白通过激活整合素α3β1信号通路诱导休眠癌细胞增殖。利用DNase降解NETs-DNA，这一过程则被抑制[15]。因此，休眠肿瘤细胞的“唤醒”机制与NETs密切相关。

4.2 NETs改变微转移病灶肿瘤细胞能量代谢

Yazdani HO、Roy E等的研究表明，NETs可以改变微转移病灶肿瘤细胞能量代谢。他们发现，PAD4敲除小鼠（不能形成NETs）皮下肿瘤植入和肝转移生长缓慢，线粒体密度、ATP生成以及线粒体生发蛋白显著降低。而在NETs富足环境中，肿瘤细胞线粒体密度增加，氧化磷酸化水平提高，ATP生成增多，定植率提高。在机制上，NETs释放的中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)激活肿瘤细胞上的TLR-4，导致PGC-1α上调，增加线粒体生物发生[16]。因此，NETs可以直接改变肿瘤细胞的代谢程序，从而促进肿瘤生长。

4.3 NETs“装甲化”微转移病灶肿瘤细胞

手术应激后的中性粒细胞趋化因子受体1（CXCR1）和趋化因子受体2（CXCR2）表达上调。IL-8是人类肿瘤细胞大量产生的一类趋化因子，在IL-8和一些炎症介质的作用下，中性粒细胞迁移至肿瘤微环境（Tumor microenvironment，TME），并诱导NETs形成。在NETs存在的情况下，CD8+细胞、自然杀伤(NK)细胞对肿瘤细胞的破坏作用下降，微转移病灶肿瘤细胞生存率显著提高。Teijeira证明这种保护作用的机制是NETs对肿瘤细胞的包裹，减少CD8+、NK细胞与肿瘤细胞的直接接触，以实现免疫逃逸的目的。这一现象可以理解为肿瘤细胞在NETs的包裹下被“装甲化”，从而免受攻击。使用DNAse降解NETs解除“装甲化”，肿瘤细胞也随即失去保护作用[17]。我们有理由相信，NETs对原发肿瘤细胞、循环肿瘤细胞、转移肿瘤细胞都有类似的保护作用，因此，NETs是肿瘤转移的一个重要促进因素。

综上所述，转移是肿瘤患者治疗失败和死亡的主要原因。NETs虽然是中性粒细胞重要的免疫机制之一，但在肿瘤的转移过程中，NETs却发挥着推波助澜的作用。针对NETs的靶向治疗可以作为降低肿瘤转移率的策略之一。

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R73-370

A

1672-1047（2023）04-0117-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2023.04.29

2023-07-04

黄冈职业技术学院科研项目“中性粒细胞胞外诱捕网促进肿瘤转移机制的研究”（2022C2012109）。

夏杰，男，湖北黄冈人，生物医学工程硕士，讲师。研究方向：基础医学。

[责任编辑：曾华]