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肿瘤相关中性粒细胞在肿瘤双向调控作用中的研究进展

2022-11-27金昱彤曹敏刘海朝王怡杨赵舒武满姗姗边育红贾贝田

医学综述 2022年13期
关键词:蛋白酶极化粒细胞

金昱彤,曹敏,刘海朝,王怡杨,赵舒武,满姗姗,边育红,贾贝田

(1.天津中医药大学中西医结合学院,天津 301617; 2.天津市第二人民医院肝病研究所,天津 300192)

肿瘤的发展与肿瘤微环境密切相关,而肿瘤微环境由肿瘤细胞募集的免疫细胞及其释放的炎症因子和细胞外基质共同构成。中性粒细胞是免疫细胞中的一员,在多种调节因子作用下由髓样干细胞分化而来。中性粒细胞从骨髓迁移至肿瘤部位需要经历骨髓内中性粒细胞的成熟、在血液中的循环以及向肿瘤部位趋化3个阶段[1]。中性粒细胞是多功能先天免疫细胞,具有多样性和可塑性等特征。肿瘤相关中性粒细胞(tumor-associated neutrophils,TANs)是肿瘤微环境的重要组成部分,通过发挥促肿瘤和抗肿瘤功能,在肿瘤的进展中起双向调控作用[2-4]。TANs参与肿瘤发展的各个阶段,在肿瘤早期形成阶段,TANs通过调控自身迁移能力、T细胞功能及促进细胞毒性作用等发挥抗肿瘤作用;在肿瘤晚期阶段,TANs通过与其他免疫细胞相互作用、调控蛋白酶的分泌及中性粒细胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps,NETs)的功能起到促肿瘤转移的作用,这可能与肿瘤不同时期TANs的极化状态及招募其他免疫细胞的能力相关。现就TANs在肿瘤双向调控作用中的研究进展予以综述。

1 TANs概述

中性粒细胞是人体先天免疫应答中重要的免疫细胞,占所有白细胞的50%~70%[3],具有清除病原体、抵抗外源性感染的作用。TANs是浸润于肿瘤微环境中的中性粒细胞,其可塑性的发挥主要依赖于所处环境的差异。中性粒细胞是肿瘤中形成炎症浸润的主要因素,与循环中的中性粒细胞相比,肿瘤微环境中的促炎因子可延长TANs的存活时间,在多种趋化因子、细胞因子、黏附分子的作用下,TANs对肿瘤的调控更具多样性[5]。总之,TANs可通过调控其他免疫细胞功能、NETs的形成以及极化状态等积极参与肿瘤的形成、发展和转移,并通过多种信号通路影响肿瘤的进展。

2 TANs对肿瘤形成的影响

2.1中性粒细胞的迁移 中性粒细胞在骨髓中的增殖、成熟和释放受细胞因子和趋化因子的影响,其中粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor,G-CSF)是调控中性粒细胞成熟和迁移的主要调节因子,可通过促进CXC趋化因子受体[chemokine (C-X-C) motif receptor,CXCR]2或抑制基质细胞衍生因子-1和CXCR4的表达及信号转导促进中性粒细胞释放[6-7]。中性粒细胞向肿瘤部位的迁移受趋化因子的调控,CXCR2和CXC趋化因子配体[chemokine(C-X-C) motif ligand 1,CXCL]1、CXCL2、CXCL5在其中起关键作用[8-9]。在肿瘤形成阶段,中性粒细胞受炎症因子与细胞因子的影响表现出抑制肿瘤形成的作用,如核因子κB信号通路激活可诱导胰腺癌模型小鼠CXCL5表达,进而促进TANs向肿瘤部位迁移[10]。另有研究发现,在乳腺癌形成的早期阶段,肿瘤组织中的CXCL2和CXCL5表达显著上调,敲除CXCR2则可见明显的促肿瘤现象,提示CXCR2可通过影响肿瘤的血管生成和活性氧的产生使TANs具有抗肿瘤功能[11]。还有研究发现,干扰素激动剂环鸟苷酸-腺苷酸可通过激活核因子κB/CXCL1/CXCL2信号通路促进TANs向肿瘤部位迁移,进而触发抗肿瘤免疫反应[12]。

2.2调控T细胞的功能 在早期肿瘤微环境中,TANs可通过增强T细胞应答发挥抗肿瘤作用。Singhal等[5]在早期肺癌患者中鉴定出抗原呈递细胞样TANs,并发现抗原呈递细胞样TANs仅存在于可产生少量γ干扰素(interferon-γ,IFN-γ)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)的早期小型肺癌中,抗原呈递细胞样TANs具有增强抗原非特异性和肿瘤特异性T细胞应答的功能。在肿瘤早期阶段,中性粒细胞可通过调控白细胞介素(interleukin,IL)-17的产生间接促进CD8+T细胞的抗肿瘤功能[13]。此外,TANs还能通过抑制IL-17+γδ T细胞的增殖发挥抗肿瘤作用,在小鼠黑色素瘤早期阶段,IL-17+γδ T细胞中的谷胱甘肽水平降低,导致其对TANs产生的活性氧的敏感性增强,进而提高氧化应激水平、抑制肿瘤细胞增殖[14]。Ponzetta等[15]研究表明,TANs分泌的IL-12对肉瘤模型小鼠αβ T细胞的Ⅰ型极化和IFN-γ介导的抗肿瘤反应至关重要;进一步研究显示,与CSF3R+/+小鼠相比,TANs减少的CSF3R-/-小鼠的肿瘤进展明显,表明TANs对3-甲基胆甾烷诱导的肿瘤具有一定的抑制作用。

2.3促进细胞毒作用 TANs具有直接杀伤肿瘤细胞的能力,但具体作用机制目前尚未明确。有研究证实,早期肿瘤中的TANs对肿瘤细胞的细胞毒作用更强,TANs激活后可产生更高水平的过氧化氢优先杀伤肿瘤细胞,抑制肿瘤的发生[16-17]。而瞬时受体电位M2是一种过氧化氢依赖性Ca2+通道,可通过增加肿瘤细胞内的钙通量介导TANs的细胞毒性作用,与肿瘤细胞接触的TANs可分泌过氧化氢,导致肿瘤细胞因瞬时受体电位M2 Ca2+通道流入的大量Ca2+而死亡[18]。在三阴性乳腺癌的人源性肿瘤移植模型中,TANs被单核细胞来源的IFN-γ激活后杀伤能力显著增强,并进一步靶向肺部播散的肿瘤细胞,防止其体内转移性生长[19]。此外,TANs还可通过抗体依赖的细胞毒性作用杀伤肿瘤细胞,抗体通过TANs表面的Fc受体识别肿瘤细胞抗原,诱导中性粒细胞释放细胞毒介质杀伤肿瘤细胞[20]。综上,在肿瘤形成早期,TANs在多个方面发挥细胞毒性作用,从而达到抗肿瘤的目的。

3 TANs在肿瘤发展中的作用

肿瘤进展大致可分为肿瘤清除阶段、肿瘤平衡阶段和肿瘤逃逸阶段。在肿瘤发展的早期,TANs可促进T细胞对肿瘤的杀伤,其可分泌大量一氧化氮、过氧化氢、肿瘤坏死因子-α以及活性氧等细胞毒介质以杀伤肿瘤细胞,从而抑制肿瘤的发生发展;在肿瘤发展的后期阶段,TANs的抗肿瘤功能下调,其分泌的细胞毒性介质水平显著降低,TANs的促瘤表型占优势,从而加速肿瘤的生长和转移[21]。随着肿瘤的进展,TANs在肿瘤微环境中发挥促进肿瘤生长和转移的作用。

3.1促进肿瘤生长 TANs可通过抑制免疫细胞募集、抑制免疫细胞活性等方式促进肿瘤生长。Michaeli等[22]从不同的小鼠肿瘤模型中分离出TANs,其可通过肿瘤坏死因子-α和一氧化氮接触依赖性机制诱导肿瘤环境中的CD8+T细胞凋亡,促进肿瘤生长。Wang等[23]发现,胃癌患者的肿瘤细胞中存在明显的CD54+TANs浸润,且高表达程序性细胞死亡配体1(programmed cell death-ligand 1,PD-L1),肿瘤细胞分泌的GM-CSF通过Janus激酶和信号转导及转录活化因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)信号通路激活TANs,以PD-L1依赖的方式抑制T细胞的免疫功能,促进肿瘤生长。TANs还可通过分泌CC趋化因子配体17募集调节性T细胞并迁移至肿瘤部位,抑制抗肿瘤免疫活性[24]。还有研究发现,TANs可降低自然杀伤细胞的细胞毒性和浸润能力,并通过G-CSF/STAT3和IL-18信号通路调控程序性细胞死亡受体1和PD-L1的表达,进而抑制自然杀伤细胞的抗肿瘤免疫活性[25]。

3.2促进肿瘤转移 TANs积极参与肿瘤细胞从原发性肿瘤逃逸[26-27]。研究显示,Smad4阴性的结直肠癌TANs浸润显著且高表达CXCL1和CXCL8,其中CXCL8是导致结直肠癌患者预后不良的关键因素[28]。此外,TANs促进肿瘤转移需要细胞因子的调控,如G-CSF与肿瘤预后不良密切相关,G-CSF长期刺激可导致肿瘤微环境中的中性粒细胞产生免疫抑制作用[29]。在自发乳腺癌转移的小鼠模型中,IL-1β可促进γδT细胞中的IL-17表达,导致TANs呈G-CSF依赖性扩增和极化,从而抑制CD8+T细胞的抗肿瘤活性,促进肿瘤转移,而清除γδ T细胞或TANs可显著减少肿瘤细胞向肺和淋巴结转移[29-30]。G-CSF可招募精氨酸酶1阳性和PD-L1阳性的TANs至大脑,以促进肿瘤脑转移,使用G-CSF抗体或免疫检查点阻滞联合Src抑制剂则可阻断中性粒细胞浸润,阻止pY696-果蝇zeste基因增强子的人类同源物2诱导的肿瘤脑转移[31]。此外,转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)也具有促肿瘤转移的作用,用TGF-β刺激肿瘤细胞或肿瘤细胞产生的TGF-β均可导致中性粒细胞迁移,增强TANs在肿瘤组织中的浸润,抑制TGF-β信号则可有效减少转移灶的形成[32-34]。有研究表明,TANs在肿瘤转移中的作用与自然杀伤细胞相关,TANs可抑制自然杀伤细胞缺陷小鼠乳腺癌向肺转移[35]。

3.2.1调控蛋白酶的分泌 TANs可通过调节自身酶的产生影响肿瘤细胞的迁移和侵袭,如弹性蛋白酶、组织蛋白酶G和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)-9[36]。弹性蛋白酶是中性粒细胞分泌的活性最高、含量最多的蛋白酶,也是中性粒细胞功能的主要贡献者[37]。TANs释放的弹性蛋白酶可直接作用于肿瘤组织,破坏细胞间黏附并促进肿瘤转移[36]。在肿瘤环境中,弹性蛋白酶可通过维持肿瘤表皮生长因子受体的活性促进肿瘤细胞转移,蛋白裂解作用可降解组织中的多种蛋白,加重组织的破坏,导致肿瘤的发生和转移[38-40]。研究发现,组织蛋白酶G可促进前列腺癌细胞转移,且肿瘤组织中的组织蛋白酶G表达与前列腺癌患者的预后密切相关[41]。组织蛋白酶G、弹性蛋白酶可通过作用于上皮-间充质转化和细胞外基质重塑的相关机制发挥促肿瘤转移作用[42],也可通过下调血小板反应蛋白1的表达促进肿瘤细胞向肺转移[43]。在肿瘤发生的中晚期阶段,TANs可分泌多种MMP,其中MMP-9可导致细胞外基质重塑、组织学屏障破坏以及肿瘤血管生成[44];MMP-9过表达还与乳腺癌较高的转移率和复发率显著相关[45]。

3.2.2调控NETs的功能 NETs是指中性粒细胞坏死或凋亡后将细胞内的DNA、组蛋白或其他功能蛋白释放到细胞外空间而形成的DNA网状结构。由TANs产生的NETs在促进肿瘤细胞扩散和向远处迁移的过程中发挥了重要作用[46]。研究发现,抑制乳腺肿瘤模型小鼠NETs的形成可显著抑制原发性肿瘤的生长与肺转移[47]。NETs主要依靠其网状结构捕获病原体,进而促进病原体与中性粒细胞衍生的效应分子相互作用[48]。NETs在乳腺癌和结肠癌患者的肝转移中高表达,同时NETs还可调控乳腺癌模型小鼠肿瘤细胞上卷曲螺旋结构域蛋白25的表达,从而导致肿瘤细胞远处转移[49]。另有研究发现,TANs可通过NETs促进胰腺癌模型血栓形成,而胰腺癌与静脉血栓栓塞高发密切相关[50]。此外,NETs还可通过增强外渗参与胰腺癌转移,而抑制NETs的形成可防止胰腺癌肝转移的发生[51]。NETs也可通过激活Toll样受体4/Toll样受体9信号通路增强肝癌细胞的转移潜能[52]。有研究指出,早期肿瘤来源的TANs对肿瘤细胞具有更强的杀伤作用,且随着肿瘤的发展TANs的表型逐渐向促进肿瘤形成和转移的方向变化[16]。

4 TANs极化对肿瘤的影响

TANs极化与肿瘤的形成、发展和转移均密切相关。根据在肿瘤微环境中受到的刺激不同,TANs可分为抗肿瘤和促肿瘤两种极化状态。Fridlender等[53]根据TANs作用的不同将其分为抗肿瘤型(N1型)和促肿瘤型(N2型),并指出肿瘤内的TGF-β倾向于将TANs向N2表型分化。抑制TGF-β信号或使用IFN-β诱导后,TANs主要表现为N1表型[54-55]。N1型与N2型TANs在肿瘤进展的各个阶段均发挥重要作用。研究发现,尼古丁可促进N2型TANs分泌脂质运载蛋白2,从而诱导肿瘤细胞上皮-间充质转化,促进肿瘤细胞定植和迁移生长[56]。

此外,通过比较使用TGF-β阻断剂处理的N1型TANs形态与未经处理的TANs形态发现,未经处理的TANs细胞核呈圆形,而使用TGF-β阻断剂处理的N1型TANs呈多分叶状,提示TANs的极化可能与中性粒细胞成熟与活化环境有关[53]。而Eruslanov等[57]认为,随着肿瘤向晚期阶段发展,免疫抑制环境可导致N1型TANs失去作用,甚至在晚期逃避阶段可将其转变为N2型TANs,提示N2型TANs促肿瘤作用在一定程度上代表肿瘤进展的结果。促进TANs向N1型极化或抑制其向N2型极化,可促使其在肿瘤微环境中发挥抗肿瘤作用[58]。研究发现,circRNAs中的circPACRGL可通过miR-142-3p/miR-506-3p-TGF-β1轴促进结肠癌细胞增殖和迁移,同时还可促进TANs由N1型向N2型分化,从而促进肿瘤进展[59]。Ohms等[60]将血液来源的人中性粒细胞在体外分化为N1型与N2型,并通过检测细胞表面标志物、细胞因子和活性氧水平证实体外极化中性粒细胞具有可行性。因此,抑制N2型TANs的促肿瘤功能或将其转化为抗肿瘤的N1型均可为TANs极化的研究提供新思路,为靶向中性粒细胞抗肿瘤治疗提供新策略。

5 小 结

中性粒细胞作为肿瘤微环境中的免疫细胞可通过调控肿瘤细胞或其他免疫细胞通路,在肿瘤形成、发展以及转移中发挥重要作用。但目前关于TANs的研究仍缺乏临床综合性研究,如在肿瘤不同阶段分离出的TANs表型不同、从动物体内分离出的TANs与从人外周血中分离出的TANs特异性标志物不同以及TANs耗竭可导致机体的免疫力降低等均是临床亟须解决的问题。随着代谢组学、转录组学等技术的发展,研究者对TANs的了解将更全面、更深入。此外,利用TANs对肿瘤的双重性治疗不同阶段肿瘤还应充分明确TANs复杂的生物学活性和作用,全面探索TANs促瘤或抑瘤作用的途径及具体机制,从而为肿瘤的治疗提供帮助。

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