編譯：關昱；審校：張軍，繆長虹
腫瘤細胞通過逃避機體免疫系統的識別，進行轉移和擴散，這也是90%腫瘤患者死亡的原因。原發腫瘤細胞分泌的因子，重塑腫瘤內微環境和全身免疫系統。2020年2月Hannah Garner等人在《Nature Review Immunology》上發表了題為《Immune crosstalk in cancer progression and metastatic spread: a complex conversation》的綜述，回顧了異常免疫細胞串擾在腫瘤轉移形成中的作用，以及原發性腫瘤在影響免疫串擾以增強其轉移潛能中發揮的作用。現介紹如下：
前言：
腫瘤和免疫系統之間的關係自19世紀中期以來就被科學家們關注。由於腫瘤與慢性炎症、損傷組織具有共同的病理學特徵，致其被描述為「無法癒合的傷口」。這種矛盾突出了腫瘤的免疫系統的雙重性：炎症可以促進腫瘤的發生，然而當免疫系統被適當的激活時，它也可以產生巨大的抗腫瘤特性。因此，近幾十年來的抗腫瘤治療發生了轉變：除了靶向治療以外，新的治療方式如免疫檢查點抑制劑應運而生，利用免疫系統來對抗腫瘤。
腫瘤患者治療中最大的挑戰是轉移，並且轉移在很大程度上是無法治癒的，造成了90%的腫瘤死亡率。本文關注的是原發性腫瘤如何幹擾局部和全身免疫細胞之間的相互作用，促進慢性炎症狀態和免疫抑制狀態，從而促使免疫逃避和轉移的形成。
1.慢性炎症和腫瘤進程
慢性感染、自身免疫疾病和腫瘤等病理狀況的共同特徵為不易消退的炎症反應，並且伴隨著宿主組織的間接損傷。在慢性炎症背景下，存在多種免疫抑制途徑，如免疫檢查分子（共抑制分子）的上調、免疫調節細胞的激活，免疫調節細胞因子的釋放和抗原呈遞的改變。
腫瘤的免疫環境與病毒感染之間有著許多相似之處：成功的抗腫瘤免疫就如同抗病毒免疫，是不同的免疫細胞之間精心策劃的一系列相互作用的結果，依賴於細胞毒性CD8+T細胞（CTLs）的激活。然而在腫瘤患者中，炎症反應持續存在，免疫病理調節機制用於限制炎症反應，但卻同時抑制了CTL的功能，導致機體慢性炎症與免疫抑制共存的狀態。此外，腫瘤細胞通過分泌和上調免疫調節因子從而增強免疫抑制，刺激基質細胞及免疫細胞深化慢性炎症環境。這種慢性激活的炎症信號不僅抑制了適應性免疫反應，並且同時通過細胞外基質（ECM）重塑，血管生成因子、生長因子、免疫調節因子的釋放增加從而支持腫瘤的生長。
長期高水平的炎症介質不僅影響原發腫瘤的微環境，還會擴散至遠處組織，包括骨髓，刺激骨髓細胞的發育和動員，導致實體瘤和全身性骨髓細胞的積聚和極化，並且與患者的預後不良相關。原發性腫瘤引起的全身性炎症會引起遠處器官的變化，使這些部位更容易被腫瘤細胞傳播而定植。
2.腫瘤內免疫細胞串擾
腫瘤轉移過程中的一個重要步驟是先天性/適應性免疫串擾，使其避開原發腫瘤部位的免疫攻擊。進展中的腫瘤細胞具有多種破壞抗腫瘤免疫的作用機制，包括通過幹擾T細胞的發生和腫瘤T細胞浸潤來逃避CTL介導的免疫殺傷，或者通過抑制T細胞的效應。
CTLs是主要的抗腫瘤效應細胞，次要淋巴組織內的未成熟CD8+T細胞的最佳啟動需要三個不同的信號：T細胞受體（TCR）與專性同源MHC I類肽複合物的相互作用，各自對CD28等受體的共刺激，合適的細胞因子信號（如IL-12或I型幹擾素）。最佳的啟動可使未成熟T細胞成熟為能夠被轉運至腫瘤以發揮其細胞毒性功能的CTLs。此外，具有長期記憶功能的細胞毒性T細胞的分化需要來自抗原激活的CD4+T細胞的支持。產生抗腫瘤免疫的第一個障礙是次標準的T細胞啟動。由於腫瘤來自於宿主細胞，免疫系統可能不會將腫瘤細胞衍生的抗原識別為外來抗原，因此，腫瘤細胞可能會產生外周耐受性。儘管如此，腫瘤的生長與一些過程有關，如快速增殖和壞死，導致暴露於高度免疫原性的危險相關分子模式（DAMPs）。儘管有這些免疫刺激觸發因素，但在多數患者中觀察到腫瘤細胞的免疫逃逸，致疾病進展。
在腫瘤患者中觀察到的一種促進免疫逃逸的機制涉及全身和腫瘤內失能或數量減少的DCs。樹突細胞的子集cDC1細胞，代表能夠進行抗原交叉提呈和啟動CD8+T細胞的主要亞型，對於產生抗腫瘤反應至關重要，因為它們在轉運抗原至腫瘤引流淋巴結方面非常高效。
2.1單核細胞
單核細胞在腫瘤中研究最廣泛的方面是其分化為TAMs的能力。但是，將單核細胞的腫瘤內功能與TAMs分開考慮是很重要的，因為兩種細胞均在腫瘤內被發現，並且單核細胞具有自己獨立的效應功能。小鼠中的單核細胞，即Ly6C，與人類CD14同樣，荷瘤小鼠的Ly6C單核細胞通過誘導iNOS的產生抑制CD8+T細胞增殖和IFN-γ表達。其還可通過將Treg細胞募集到腫瘤中，間接發揮免疫抑制活性。在PyMT小鼠模型中，其通過一種稱為MAM前體的中間體在轉移部位分化為免疫抑制轉移相關巨噬細胞（MAM）。該中間體通過其產生的超氧化物岐化酶抑制CTL功能。第二類主要單核細胞亞群是小鼠的Ly6Clow單核細胞（即人類中的CD14dimCD16+），一項研究表明在三類小鼠中均發現Ly6Clow單核細胞通過招募、激活NK細胞來限制肺轉移的能力。因此，調節Ly6C及Ly6Clow單核細胞之間的平衡可能產生一種全新的治療策略。
2.2腫瘤相關巨噬細胞
腫瘤內的巨噬細胞被稱為TAMs，而這些細胞是腫瘤微環境中研究最廣泛的免疫細胞，是免疫浸潤的主要細胞，與不良預後相關。在小鼠模型中，TAMs已被證明通過支持血管生成和細胞外基質重塑來促進腫瘤進展，這增強了腫瘤細胞的運動型和侵襲性。在小鼠模型中發現阻斷 TAMs的募集可以增加原發腫瘤的CD8+T細胞浸潤和CTL活性。TAMs通過產生趨化因子CCL22而募集Treg細胞；從人類腎細胞癌中分離出的TAMs可以在體外誘導CD4+T細胞中Treg細胞轉錄因子FOXP3的表達，並且TAMs可以表達PDL1、PDL2等配體，直接抑制TCR信號和CTL的功能。因此，強有力的實驗證據表明TAMs與適應性免疫細胞之間的串擾促進了免疫抑制環境的進展，使免疫逃逸成為可能，為轉移奠定了基礎。
與此相反，在胰腺導管腺癌（PDAC）小鼠模型中的一項研究顯示，單核細胞衍生的TAMs顯示出抗腫瘤表型，比組織中源於卵黃囊祖細胞的巨噬細胞具有更強的抗原呈遞能力。這些研究表明，腫瘤內個體發育不同的巨噬細胞可能具有相反的功能，這些功能可能因腫瘤類型而異。將這些發現推廣到轉移性組織，我們可以推測巨噬細胞的來源可能是決定一個器官對轉移性細胞生存的容忍度的重要因素。
2.3中性粒細胞
中性粒細胞是急性炎症中的關鍵組成部分，對於有效的抗菌反應不可或缺。一項大型針對18000位患39種不同類型惡性腫瘤患者的腫瘤表達特徵研究確定腫瘤浸潤的中性粒細胞是最不利於預後的免疫細胞群。在胰腺癌患者中，高度重型粒細胞浸潤較低或中度浸潤相比，與最劣預後相關。相似地，在胰腺癌小鼠模型中，CXCR2基因切除或抑制CXCR2（防止中性粒細胞從骨髓中流出，從而限制腫瘤內中性粒細胞的積聚），減少了轉移的發生，增加了活化和功能性T細胞浸潤，並提高了對於免疫檢查點阻斷的反應性。因此，中性粒細胞的積聚至少在胰腺癌中限制了CTLs的浸潤並增加了癌細胞轉移的能力。
2.4 Treg細胞
觀察到Treg細胞浸潤原發性腫瘤，並在各種實體瘤患者的引流淋巴結和外周血中積聚。此外，已發現轉移前淋巴結內Treg細胞積聚是疾病進展和轉移擴散的預測因子，根據這些觀察結果提出了Treg細胞通過其免疫抑制功能促進腫瘤進展和轉移的假說。在一些臨床前小鼠模型和患者中，已顯示Treg細胞的部分或全部耗竭可以限制腫瘤進展，乃至促進腫瘤消退的抗癌免疫反應。
小鼠活體顯微鏡研究表明腫瘤微環境中的Treg細胞通過Treg細胞-APC細胞相互作用誘導CTL功能障礙，導致共刺激分子CD80和CD86在APCs上的下調，表明Treg細胞可以主動抑制CTL；在乳腺癌小鼠模型中，腫瘤來源的PGE2增加了Treg細胞募集，增加CD8+T細胞凋亡，並促進了骨轉移的形成。同樣地，Treg細胞已被證明可誘導NK細胞凋亡，從而導致小鼠乳腺癌細胞的肺轉移增加。Treg細胞也被證明可促進原發性PDAC小鼠模型中的轉移，其中原發性腫瘤誘導的單核細胞衍生的樹突狀細胞通過轉移細胞中Treg細胞的擴增促進轉移，從而降低CTL活性。Treg細胞抑制抗腫瘤免疫反應的其他機制包括抑制CD8+T細胞的激活，包括消耗IL-2和通過高水平的胞外核苷酸酶CD39和CD73表達實現的，從而介導細胞外ATP向免疫抑制性腺苷的轉化。
2.5 B細胞
在患者中通常可以檢測到針對腫瘤相關抗原的抗體，但其不一定提供保護作用。自發鱗狀細胞癌的小鼠模型的功能研究證明，在癌前組織中免疫複合物（ICs）的沉積可激活常駐在髓樣細胞上的Fcγ受體，如巨噬細胞、肥大細胞，並有助於循環細胞的募集和Fcγ介導的激活。ICs與髓樣細胞上的Fcγ受體結合可以通過促進血管生成和組織重塑途徑建立腫瘤促進的微環境。
B細胞，ICs和髓樣細胞之間的串擾在腫瘤轉移的級聯反應中發揮作用。循環ICs可以沉積在遠處的器官中，也可以激活補體途徑，激活募集循環髓樣細胞，促進腫瘤轉移擴散。B細胞還通過抗原呈遞和細胞因子的產生來影響免疫反應。近年來，人們對分泌免疫抑制性細胞因子IL-10的B細胞（即Breg細胞）產生了研究興趣。在乳腺癌4T1肺部轉移模型中，Breg細胞以TGF-β依賴性的方式促進CD4+T細胞向FOXP3+Treg細胞的轉化從而增強了轉移。產生IL-10的IgA+PDL1+B細胞在肝細胞癌的小鼠模型中顯示出直接抑制CTL的作用。另外一些研究顯示，在缺乏B細胞或Breg細胞的情況下轉移減少，而與促進轉移密切相關的髓樣區室仍然大大擴展，表明Breg細胞在「培養」骨髓細胞以形成抑制功能表型方面發揮作用。
3.全身性炎症促使轉移形成
以上討論的臨床和臨床前研究提供了腫瘤破壞免疫串擾，因此使疾病進展的一些見解。炎症介質和細胞因子效應並不局限於腫瘤，它們也可以全身性地被檢測到。此外，許多腫瘤的疾病進展與全身性炎症有關。在患有腫瘤的患者中，循環中的中性粒細胞與淋巴細胞的比率（NLR）升高與不良預後密切相關。此外，臨床前研究表明，中性粒細胞的全身性動員有助於腫瘤的轉移擴散。
3.1腫瘤介導的造血變化
造血始於稀有的、自我更新的造血幹細胞（HSC），它們產生越來越多的、譜系確定的祖細胞，最終產生成熟血細胞。在急性應激時期如感染期間，骨髓啟動動態造血程序，快速而顯著地增加骨髓細胞產量，其關鍵特徵是外周血中出現未成熟的髓樣細胞，在臨床上被稱為「左移」。在臨床前小鼠模型中，腫瘤驅動的造血變化與細胞毒性免疫反應的抑制被證明和轉移性疾病的增加有關。此外，未成熟的髓細胞長期以來被認為具有免疫抑制功能。這表明腫瘤衍生因子通過使造血傾向於髓樣細胞，促使骨髓產生和釋放更多未成熟的髓樣細胞來促進轉移擴散。
除將造血細胞分化向骨髓譜系傾斜外，一些腫瘤來源的細胞因子和生長因子還調節骨髓細胞動員。如G-CSF動員中性粒細胞，CCL2動員單核細胞。在穩態條件下，僅約1%的成熟中性粒細胞在循環中，大多數存於骨髓中。腫瘤引起的G-CSF升高導致全身性骨髓擴增可表現為兩個水平：通過使造血偏向中性粒細胞分化，以及刺激骨髓釋放中性粒細胞。在荷瘤宿主中這種表現更為劇烈，以至於未成熟的髓樣細胞也被一同釋放。從前這種循環中性粒細胞的半衰期被認為很短，然而，一些證據表明，腫瘤來源的趨化因子和細胞因子可以延長中性粒細胞的存活，但是衰老的中性粒細胞是否有助於免疫抑制的環境產生仍有待闡明，此外，中性粒細胞已被腫瘤微環境極化為免疫抑制狀態。這種極化是否已在造血過程中出現，或當中性粒細胞完全成熟時即具有抑制性表型，還有待進一步確定。
3.2 IL-1-IL-17-G-CSF軸
促炎因子IL-1由惡性腫瘤細胞和腫瘤微環境中的細胞共同產生。高水平的IL-1在腫瘤內和全身均與腫瘤的分級和侵襲性增加相關，並與患者的不良預後有關。IL-1信號異常是許多類炎性疾病的關鍵介質，其中IL-1β是全身性炎症的強大刺激物，其可以直接誘導造血幹細胞向髓樣細胞分化來增加循環內中性粒細胞的數量，還可以刺激Th17和γδT細胞產生IL-17，刺激G-CSF產生，增加骨髓的中性粒細胞釋放。近來的一項研究展示了IL-1β、γδT細胞源性IL-17和G-CSF全身升高與腫瘤進展和轉移的因果關係。在基因工程小鼠的自發性乳腺癌轉移模型中，腫瘤來源的CCL2通過刺激TAMs增加IL-1β生成從而引發全身性炎症級聯反應，刺激γδT細胞產生IL-17增加，驅動G-CSF依賴性中性粒細胞的擴增。擴增的中性粒細胞通過產生iNOS抑制抗腫瘤CTL反應，導致腫瘤轉移增加。
3.3 CCL2-CCR2軸
趨化因子CCL2作為化學引誘劑，將Ly6C+單核細胞從骨髓引導至炎症部位，其過度表達與不良預後相關。轉移性乳腺癌和結腸癌的小鼠模型已經證明，原發性腫瘤來源的CCL2通過將Ly6C+單核細胞募集到抑轉移前的肺臟促進轉移發生，支持腫瘤細胞外滲。此外，通過抗CCL2抗體或CCR2的基因切除破壞CCL2-CCR2信號軸，阻斷了單核細胞的募集，減少轉移。然而當CCL2中和停止時，由於CCL2中和導致隔離在骨髓中的促轉移單核細胞突然釋放，反而使轉移率增加。
CCL2被發現具有抗轉移作用，通過釋放過氧化氫激活中性粒細胞殺滅擴散的腫瘤細胞。儘管如此，大量的研究表明，CCL2信號傳導在體內主要影響是促進轉移，並通過單核細胞募集到轉移部位而介導的。此外，研究證明CCL2通過誘導TAMs產生IL-1β而促進乳腺癌進展，使慢性炎症永久化。
「論腫道麻」點評
本文詳細討論闡述了腫瘤誘導因子如何擴散至腫瘤微環境以外的部位，表明了腫瘤誘導的慢性持續性炎症驅動造血以及免疫細胞的組成和功能狀態的改變，從而促進轉移發生。這些變化與慢性炎性疾病中觀察到的變化相似，因此正在進行的慢性炎性疾病臨床試驗也可以為轉移性疾病的治療提供經驗。不同的腫瘤類型通過不同的機制創造免疫抑制環境，而多種因素也造成不同患者之間的異質性，如性別、微生物組群和生活方式等。這些因素如何影響疾病的進展、轉移和治療還有待進一步研究去驗證和闡明。
我們公眾號在前期已多次提及免疫系統在腫瘤進展和抗腫瘤治療中的關鍵角色，如何通過調節免疫代謝，合理使用免疫治療以獲取更好的腫瘤治療轉歸，讓更多的腫瘤患者獲益，亟待研究者們更深層次的闡明腫瘤進展轉移的機制，進一步優化腫瘤治療策略。
（編譯：關昱；審校：張軍，繆長虹）
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「論腫道麻」系列回顧：
178.適者生存：骨髓源性抑制細胞如何在惡劣的腫瘤微環境中生存
176.抑制外泌體PD-L1可誘導全身抗腫瘤免疫和記憶功能
175.腺苷代謝：腫瘤治療的新興概念
174.靶向調控糖代謝增強免疫治療：間歇性禁食和熱量限制的循證依據
173.腫瘤的「免疫評分」
172.硫化氫調節髓源性抑制細胞功能而發揮抗腫瘤作用
170.靶向腫瘤轉移：將腫瘤細胞轉變為脂肪
169.生長因子信號通路中的癌基因擴增使腫瘤依賴於膜脂重塑
166.T細胞共刺激的代謝效應在抗腫瘤免疫中的作用
165.ERAS與結直腸腫瘤術後併發症
159.術前應用β-受體阻滯劑普萘洛爾可降低乳腺腫瘤轉移風險：一項II期臨床隨機對照試驗
158.手術應激與腫瘤進展
157.隔日禁食:一種安全的熱量限制替代方案
156.補充GM-CSF和阻斷PD-L1可減少膀胱癌術後局部復發
155.靶向代謝調節免疫反應治療自身免疫性疾病和腫瘤