肿瘤微环境在乳腺癌发生及转移中的研究进展

刘俊杰 朱娟英

人体内的正常细胞有属于自己的微环境, 适宜的微环境让其能发挥正常功能。某些细胞及因子可以检测微环境中的不稳定因素, 通过免疫或非免疫方式将其清除, 对肿瘤细胞的清除就是其中一环, 但肿瘤细胞尤其特异性, 可以通过分泌各种因子或是其他物质来塑造属于它自己的微环境［1］, 并且影响正常微环境中的某些物质, 进一步将其进行招募, 从而改造正常细胞的微环境［2］。

1 BC 概述

根据全球癌症观察(Global Cancer Observatory)的数据, 2020 年在1930 万例新发病例和1000 万例癌症死亡病例中［均不包含非黑色素皮肤瘤(NMSC)、基底细胞癌］, 在女性中, BC 为最常见的癌症(占总病例的11.7%), 并且是女性最常被诊断出的癌症, 也是癌症致死的主要原因［3］, 这种高死亡率主要与晚期转移性癌症有关, 因为当癌症扩散到远处身体部位时, 5 年生存率从局限性疾病的99%下降到27%。

BC 中由于雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)、人表皮生长因子受体-2(HER-2)表达水平的不同, 从而分成了不同的分子亚型, 当EP/RP(+)、HER-2(-)时为Luminal A 型；Luminal B 型 则 是ER/RP 相 对 低 表达, HER-2 表达增加；若ER、PR、HER-2 均为阴性,称为三阴性乳腺癌(TNBC)［4］。其中激素受体阳性的Luminal A 亚型发病率相对最高, 预后最好。而与之相反的各受体表达皆为阴性的TNBC 亚型的预后最差［5］。

BC 一旦开始远处转移, 提示不良后果, 占BC 相关死亡的大多数。主要因为BC 转移将会增加手术难度,并且目前尚无用于治疗转移性BC 的特效药。BC 在不同器官中的转移倾向性有所不同, 肺、骨、肝、脑转移较为常见, 其中骨转移比例多于肺转移, 且5 年生存率高于肺转移［6,7］, 肝转移相较于前两者, 生存率及预估5 年生存率均较低。

2 肿瘤细胞在微环境中的进展与转移

TME是由癌变细胞和非癌变细胞组成的动态实体,包括成纤维细胞、脂肪细胞、内皮细胞和免疫细胞(如巨噬细胞、淋巴细胞、NK 细胞)、可溶性因子和ECM成分, 对肿瘤的恶性进展有重要影响。

肿瘤的进展及转移一般是肿瘤细胞与免疫细胞相互作用的动态过程, 一般分为消除、平衡和逃逸3 个阶段［8］, 不仅取决于癌细胞的特性, 还取决于它们与周围环境和间质的相互作用。企图通过血道、淋巴、组织旁等途径逃逸的肿瘤细胞被免疫细胞发现并抑制, 为平衡阶段, 此时大部分肿瘤细胞选择进入休眠状态［9］,该过程可持续数年, 看似肿瘤的转移被遏制住了, 实则休眠癌细胞被认为是导致癌症进展的重大原因［10］。

进入休眠状态的肿瘤细胞, 可通过上调或下调某些因子或是抑制某些通路, 如BC 细胞进入休眠期时,通过适应CXC 趋化因子配体12(CXCL12)信号轴, 部分肿瘤细胞最终对免疫细胞的检测和(或)消除变的不敏感, 从而有部分肿瘤细胞可逃避宿主免疫系统, 这称之为——逃逸阶段。不同侵袭性的肿瘤各有不同, 如招募免疫细胞, 成为肿瘤相关的免疫细胞从而促进免疫耐受等。此外, 肿瘤细胞必须同时逃避宿主免疫反应和凋亡信号方能生存或(并)转移, 与原发肿瘤相比,肿瘤首次转移复发时的淋巴细胞浸润较低, 提示免疫逃逸在转移进展中起重要作用。

3 TME 中各元素与BC 进展及转移的关系

BC 的器官转移具有特异性［11］, 肿瘤细胞在这其中需要适宜生存的微环境, 正如20 世纪80 年代Paget［12］提出的转移性“种子和土壤”理论, 也如中国古代晏子所言“橘生淮南则为橘, 生于淮北则为枳”,发生转移的肿瘤细胞就如播散的种子一般, 当找到了适宜的环境, 就会在那片土壤中生根发芽。一开始, 转移的肿瘤细胞由于微环境中促血管生成因子和抑血管生长因子的作用, 生长相对缓慢, 但由于肿瘤细胞定植后的脉管系统往往比较扭曲, 从而衍生出一些异常血管, 加上异常血管供氧不足, 肿瘤细胞缺氧会加快促血管生成因子的产生, 从而加重异常脉管系统的形成, 久而久之促血管与抗血管生成的平衡被打破, 利于肿瘤转移的微环境从而产生［13］。临床上目前有通过运用抗血管生成药物如血管内皮生长因子(VEGF)抑制剂阻止转移性肿瘤细胞的进一步进展［14］, 但因为它的毒性、低进展生存期、肿瘤耐药性等, 具有一定的局限性。

3.1 微环境中的免疫细胞 TME 中的免疫细胞分为髓系和淋巴系, 它们是属于先天和适应性免疫系统, 在不同的癌症及其亚型当中具有较大的差异性［15］。

3.1.1 肿瘤相关中性粒细胞(TAN) 循环中的中性粒细胞有时会被趋化因子招募到TME 中, 从而形成肿瘤相关中性粒细胞群, 中性粒细胞积聚在癌症患者的外周血中, 特别是在晚期患者中。Shaul 等［16］表示相对高表达的循环中性粒细胞可作为癌症不良临床结局中较为强大的生物性标志。有相关研究表示［15］,在TNBC 中肿瘤相关中性粒细胞含量达到了90%, 而在HER-2 或是ER/PR 激素阳性的受体中含量就略微适中。

3.1.2 肿瘤相关巨噬细胞(TAM) TAM 具有很强的可塑性, 可根据供氧情况、炎症介质和其他可溶性因子等微环境刺激分化成不同的表型。主要表型是经典激活型(M1)和替代激活型(M2)巨噬细胞。在正常的免疫反应期间, 大多数巨噬细胞均归属于M1 表型, 并参与对各种病原体的Th1 细胞因子反应。巨噬细胞可以通过直接杀死或间接招募和激活其他免疫细胞等方式促进抗肿瘤反应。有研究表示TAM 与M2 型非常相似［17］, M2 表型与Th2 细胞因子相关, 参与伤口愈合和组织重塑, 因此猜想在肿瘤的平衡阶段, 肿瘤通过分泌某种生长因子或是细胞因子使得Th2 主导TME, 从而表现免疫抑制性。TME 中较高数量的TAM 与更严重的疾病和不良预后相关［18］, 其中对TAM 在BC 进展中的作用的研究表示TAM 能够诱导血管生成并肿瘤细胞外基质进行重塑, 模拟正常细胞以逃避宿主免疫系统,并招募免疫抑制性白细胞入TME 中促进肿瘤转移。有学者提出［19］通过抑制巨噬细胞之间的募集, 将TAM重新极化为抗肿瘤表型并增强巨噬细胞介导的肿瘤细胞杀伤或吞噬作用。

3.1.3 肿瘤相关淋巴细胞(TIL) 在BC 的微环境中,CD8+T 细胞的含量是最丰富的, 其次就是CD4+T 细胞和NK 细胞［20］。TNBC 中淋巴细胞的浸润数量极有可能＞50%, 称为淋巴细胞为主型BC, 并且淋巴细胞的含量与最大生存获益息息相关。虽然HER-2 型BC 中的淋巴浸润情况与TNBC 相似, 但与生存益处的关系尚不明朗。有研究展示了T 细胞的浸润与原发性乳腺肿瘤的预后以及对新辅助化疗(NAC)之间的关系［21,22］。

3.1.4 树突状细胞(DC) DC 是一种专业的抗原提成细胞, 在癌症中主要作用是启动抗肿瘤免疫应答。Giorello 等［23］发现BC 患者中DC 的CD1a(+)发生骨转移的几率相对较低, 可作为无骨转移生存期(BMFS)和总生存期(OS)的独立预后因素, 并且还发现DC 的CD83(+)患者发生多器官转移的风险较低, 并可作为无病生存期(DFS)和OS 相对独立的预后因素。此外, 浆细胞样树突状细胞(pDC)作为一种独特的前哨细胞类型, 其浸润虽然很少被观察到, 但肿瘤浸润的pDC 具有较为严重的功能减退或异常状态［24］, 并且与总生存率和无复发生存率的下降密切相关。因此, Kini 等［25］提出较高水平的循环pDC 可能反映了肿瘤部位浸润较低, 被证明是BC 良好的预后因素。

3.1.5 NK 细胞 NK 细胞作为天然淋巴细胞, 在肿瘤免疫监测、抑制生长和预防转移性播散中发挥重要作用。Jin 等［26］发现BC 细胞可以通过调节PI3K/Akt/GSK-3β/ROS/eIF2B 通路来调节NK 细胞的活性及对肿瘤细胞的敏感性, 从而促进BC 的生长和肺转移。NK 细胞中对自然杀伤细胞2 组D(NKG2 d)配体和DNAX 附属因子(DNAM-1)配体的讨论和研究是较为常见的, 特别是肿瘤中相对低表达的人类白细胞抗原(HLA)。一些较为经典的HLA, 如HLA-A、HLA-B、HLA-C, 是抗肿瘤免疫所必须的, 如果缺失,则会导致肿瘤的免疫逃逸［27］。一些非经典的HLA, 如HLA-G, 也参与着肿瘤的进展及转移。Zheng 等［28］研究发现HLA-G 参与其同源受体人类免疫球蛋白样转录子(ILT)-2、ILT-4 和杀伤细胞免疫球蛋白样受体2 dL4(KIR2 dL4)在免疫细胞上的表达, 并且KIR2 dL4作为目前发现与HLA-G 结合的唯一受体, 可以介导并扰乱BC 微环境中免疫检查点与细胞因子之间的复杂关系, 从而诱导免疫抑制并导致免疫逃逸的发生, 而造成肿瘤细胞的转移。

一项研究［29］表示在肿瘤细胞休眠的过程中, NK细胞会选择性的增加, 活化的肝星状细胞(aHSCs)一方面可以通过分泌趋化因子CXCL12 作用于CXCR4 受体, 使得NK 细胞增殖性减弱, 另一方面通过干扰素γ信号通路使肿瘤细胞维持休眠状态, 抑制BC 细胞的转移。

3.2 非免疫细胞对微环境的影响

3.2.1 癌相关成纤维细胞(CAF) CAF 可由多种细胞衍生而来, 一旦衍生成为CAF, 将不可逆转并且可以逃避凋亡信号［30］。CAF 之前被普遍的认为可通过多种机制促进癌细胞的生长和侵袭［30,31］。然而, 近期研究表明, 在某些情况下, CAF 也可能会成为抑制肿瘤转移进展的因素［32,33］。CAF 具有四个亚群, 其中在TNBC 富集的CAFS1 亚群被强调为免疫抑制的主要成员, 因为它增强了调节性T 细胞抑制T 效应子增殖的能力［34］。由于CAF 具有不同的蛋白质表达谱并且它们转录的mRNA 也有所不同, 可通过比如整合素β3-p38 MAPK信号传导促进BC 细胞侵袭和转移活化［35］, 这可能也与患者的生存率降低、肿瘤的分化不良以及肿瘤的转移息息相关。

3.2.2 癌相关脂肪细胞(CAA) 脂肪细胞是乳腺组织中最大的组成部分。异常脂肪细胞, 特别是癌相关脂肪细胞群(CAAs), 与正常相比, 能够释放多种脂肪因子, 如瘦素、脂联素、白细胞介素-6(IL-6)、趋化因子配体(CCL)2 和CCL5, 对BC 的发生发展产生影响。有研究表明肥胖与绝经后BC 转移风险之间有流行病学联系［36］。此外, 随着肿瘤的侵袭, 加之基底膜的破坏,BC 细胞和脂肪细胞密切接触, 导致两种细胞类型的表型和功能改变［37］。在体内外, 浸润性肿瘤周围的脂肪细胞都表现出脂质含量和脂肪细胞标记物的低表达,以及一种以蛋白酶和促炎细胞因子过表达为特征的激活状态, 对于组织中脂肪细胞某些指标的检测可能可以作为BC 细胞侵袭性强弱的依据。

3.2.3 内皮细胞(EC) 肿瘤的脉管系统一般相对异常, 从而导致组织供氧不足, 进而使得TME 中促血管生成与抗血管生成间的平衡被打破, 这也有助于肿瘤细胞的转移［38］。缺氧状态下机体会诱导缺氧诱导因子(HIF-1α)的表达, HIF-1α 是参与血管生成和转移行为基因的转录因子, 包括VEGF、基质金属蛋白酶(MMPs)和整合素等, 将刺激肿瘤血管生成, 加之新生的血管形态较差, 其渗透性更强, 间接的促进了肿瘤细胞的转移［39］。另外有研究表示EC 具有促进TNBC 转移的潜能, Zhang 等［40］表示TNBC 细胞可以产生纤溶酶原激活剂抑制剂-1(PAI-1), 作用于EC 中趋化因子CCL5, 刺激它的表达和分泌, 然后通过旁分泌的方式使得CCL5 与TNBC 膜结合。这进一步刺激PAI-1 的产生, 形成一个正反馈回路。此外, 在TNBC 患者的组织中, PAI-1 的表达与血管生成和远处转移相关, 表明靶向PAI-1 抑制TNBC 转移具有潜在的临床意义。

4 总结与展望

TME 在BC 进展和转移中起重要的作用, 对肿瘤进展休眠期的把控, 可以极大的削弱肿瘤的转移, 维持正常的微环境或是逆转TME, 目前也有探究通过研制药物使肿瘤维持在休眠期, 维持微环境的稳态。微环境中各因子的变化都可对肿瘤的进展和转移产生或大或小的作用, 肿瘤细胞可以通过适应免疫细胞的作用,让微环境为它的肿瘤逃逸服务, 那些特定的细胞群, 如TIL、TAM 或DC 等在肿瘤的增殖、侵袭或转移方面都展现了不小的价值。有研究表明［24］, 髓系起源的树突状细胞(mDC)被发现在早期BC 的TME 中常有浸润,常浸润早期BC。猜想也许通过检测微环境中各免疫及非免疫细胞的含量, 或者免疫通路的产物来预测肿瘤的变化、侵袭性强弱。

尽管TME 对于BC 的具体作用知之甚少, 但是这些发现也强调了微环境在BC 预后和治疗中的重要性,会对TME 中细胞之间的相互作用有更好的理解。假如让微环境中免疫及非免疫细胞提升对肿瘤细胞的抗性,或是重置肿瘤对于免疫细胞的抑制性, 或许可以降低肿瘤细胞逃逸的可能性。