蔡向濛

摘 要：腫瘤微環(huán)境是腫瘤治療研究中的重要因素。其與腫瘤本身構(gòu)成完整的生態(tài)系統(tǒng)，在影響免疫的同時促進腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移。腫瘤微環(huán)境特殊的生物特征和多種生物因子為腫瘤的治療帶來了挑戰(zhàn)和機遇，現(xiàn)已成為腫瘤治療的研究熱點。本文就腫瘤的微環(huán)境與腫瘤的相互作用，微環(huán)境對腫瘤療法的影響展開討論，并討論消除腫瘤屏障，改善腫瘤微環(huán)境促進治療效果的潛在方法。

關(guān)鍵詞：腫瘤微環(huán)境；免疫療法；免疫抑制；腫瘤屏障；抗癌治療；檢查點阻斷；嵌合抗原受體T細胞

中圖分類號：R730.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0175-03

目前，對腫瘤的生物特征、治療方法的重心已由腫瘤本身變?yōu)槟[瘤和腫瘤細胞生活的內(nèi)環(huán)境，即腫瘤微環(huán)境（tumormicroenvironment， TME）。作為腫瘤細胞和相鄰組織之間的部位，腫瘤微環(huán)境具有多種特殊的理化環(huán)境：如低氧、低pH、高間質(zhì)液壓（interstitial fluid pressure， IFP）、血管高滲透等，這些特征對腫瘤保持自身存活、增殖并轉(zhuǎn)移有著重要影響，也是討論“微環(huán)境—腫瘤細胞相互作用”的重點。完整腫瘤微環(huán)境的組成包括細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）、可溶性分子，和細胞基質(zhì)細胞（stormal cells）[1]。其中研究最為集中、作用最為顯著的是巨噬細胞、樹突狀細胞（dendriticcell，DC cells）、T 細胞等多種免疫細胞及IL-10、促血管生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等細胞因子。這些因子影響了嵌合抗原受體T細胞（chimeric antigen receptor T cell， CAR-T）療法等免疫療法的效果，但同時其作為腫瘤細胞與周圍環(huán)境交流的靶點，也為將來的治療方法提供了新思路。

1 腫瘤微環(huán)境

隨著近年研究的深入，微環(huán)境影響腫瘤的免疫機制也逐漸明晰，大致可以分為調(diào)節(jié)腫瘤理化特征、構(gòu)造適宜腫瘤生存的環(huán)境，及促進腫瘤擴散轉(zhuǎn)移。為了實現(xiàn)這些目標，微環(huán)境利用了多種調(diào)控因子與內(nèi)在免疫系統(tǒng)的作用。這種腫瘤細胞與環(huán)境的信號交流（cross-talk）在微環(huán)境中起到了重要作用，有研究者將ECM、微血管和免疫系統(tǒng)的關(guān)系描述為復(fù)合進化（co-evolution），以強調(diào)其相互作用[2]。

2 腫瘤微環(huán)境（TME）的理化特征

（1）腫瘤血管（tumor vasculature）。腫瘤組織的血管因其特殊的性質(zhì)，影響了多種微環(huán)境特征的形成，被認為是腫瘤的關(guān)鍵性質(zhì)之一。TME中的血管與正常組織的血管相比生長空間有限，但又因為腫瘤快速的增長需要氧氣與營養(yǎng)物質(zhì)的輸送，產(chǎn)生了大量的血管。根據(jù)Rakesh Jain描繪的腫瘤結(jié)構(gòu)，腫瘤內(nèi)部的血管解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生變動，總體排列雜亂，大量血管受到擠壓，產(chǎn)生了間質(zhì)高壓（IFP）的現(xiàn)象。同時，隨著腫瘤的體積膨脹，部分組織離開了血管組織，加重了缺氧的現(xiàn)象。（2）酸性環(huán)境。微環(huán)境的缺氧特點導致腫瘤細胞的葡萄糖分解只能進行無氧代謝途徑，該途徑產(chǎn)生的乳酸降低了組織的pH。新近研究也指出腫瘤細胞使用細胞膜上的V-ATPase離子交換體將H+泵出胞體外部，從而避免酸中毒。（3）免疫細胞和生物因子。癌細胞中存在的豐富的免疫細胞的生物因子直接或間接地影響了TME的特性。當腫瘤生長到1mm3時，會產(chǎn)生血管活性因子（VEGR）促進血管的生成。也有研究指出腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAMs）可以參與相關(guān)細胞因子的生成。另外多種免疫細胞：包括調(diào)節(jié)性T細胞（Tregs），髓源性抑制細胞（MDSC）都可分泌IL-10， IL-35， TGF-β1及FGL2 抑制T淋巴細胞、NK細胞和樹突狀細胞（DCs）的免疫作用。臨床研究中TAM與腫瘤微環(huán)境的關(guān)系也有了較為集中的進展。隨著對于炎癥的深入了解，慢性炎癥，或“陰性炎癥”對癌癥的誘導作用逐漸明顯，科學界發(fā)現(xiàn)炎癥增強了腫瘤的遺傳不穩(wěn)定性。對于其具體機理，有猜測與病灶處聚集的TAM等免疫細胞有關(guān)。免疫細胞能在特別條件下通過活性氧和活性氮類化合物產(chǎn)生高度活性的化合物，導致組織上皮細胞的突變。（4）腫瘤的適應(yīng)性。腫瘤不僅可以利用趨化因子使免疫細胞（K細胞、髓源抑制性細胞、巨噬細胞等）和成纖維細胞（fibroblasts）等非免疫細胞創(chuàng)造適宜的微環(huán)境，也能利用細胞因子適應(yīng)逆境。腫瘤細胞利用缺氧誘導因子（hypoxia-induciblefactor-1αHIF-1α）來適應(yīng)TME缺氧已被實驗證明。HIF-1α可以穩(wěn)定VEGF的mRNA，增加其轉(zhuǎn)錄。實驗還指出腫瘤缺氧導致HIF-1α高表達，得以在缺氧條件下存活的同時繼續(xù)無氧分解葡萄糖，降低pH。而酸性環(huán)境有利于囊泡對VEGF的攝取，促進血管生成，從而加強上述過程。這一由各個理化特征相關(guān)聯(lián)而形成的正反饋鏈，再次證明了腫瘤與其微環(huán)境的整體性[3]。TME中的細胞和細胞因子圖1所示。

3 腫瘤微環(huán)境對治療的影響

傳統(tǒng)的腫瘤治療手段，無論是化療，放療，手術(shù)，或是腫瘤基因靶向療法，都難以在持久性和抗復(fù)發(fā)性上有太大的建樹，其治療效率也會從不同程度上受到TME的干擾[4]。

3.1 TME理化特征影響抗癌治療效果

腫瘤屏障。對于實體瘤的治療，腫瘤屏障是阻礙有效治療的一大因素，前文所述的TME特征都參與了腫瘤屏障的構(gòu)成。由于腫瘤血管的特殊性，試圖靜脈輸送藥物控制腫瘤的治療手段成效往往不高。間質(zhì)高壓（IFP）使得血液負載分子難以通過壓力差擴散進腫瘤細胞中，往往被致密的ECM阻攔或是被組織滲出液沖洗掉。

3.2 TME對免疫療法的影響

免疫療法是對于傳統(tǒng)抗癌手段的突破，也是當下癌癥治療的新星。但是雖然與傳統(tǒng)療法相比免疫療法在特異性、持久性上都有較好的表現(xiàn)，但其治療效果仍然深受TME理化以及細胞因子環(huán)境的影響（根據(jù)新近研究仍認為以抑制作用為主）。當下的免疫療法大致可以分為兩類：抗體療法和細胞療法，以下將從這兩個方面展開討論[5]。

（1）抗體療法?？贵w療法（或稱干預(yù)療法）在目前主要著眼于檢查點阻斷劑（Check Point Inhibitors），主要選擇的靶點是CTLA-4或PD-1/PD-L1。在人體正常的免疫活動中，激活T細胞還需要T細胞膜表面的CD28與抗原提呈細胞（大多數(shù)是DC cells）表面的B7分子相結(jié)合產(chǎn)生的共刺激信號。鑒于TME中的Treg大量表達與CD28同源性強的CTLA-4，TME能抑制T-cells的共刺激信號，從而逃避自身免疫。所以該免疫療法使用anti-CTLA-4 antibody耗盡TME中的CT LA antigen，讓T-cells得以激活，針對該靶點的藥ipilimumab已被FDA批準。針對另一個靶點，當上皮細胞、腫瘤細胞等細胞接觸到Th 1免疫反應(yīng)產(chǎn)生的IFN-γ時，它們就可以上調(diào)表達PD-1的配體PD-L1。藥物只需阻斷PD-1/PD-L1免疫檢查點即可。但近來研究表明，對于一些低表達或不表達PD-1/PD-L1的腫瘤，該療法的效果有限。

（2）細胞療法。細胞療法，包括過繼免疫，是將人體自身的免疫細胞取出在體外培養(yǎng)后回輸入人體發(fā)揮免疫作用。做過的嘗試有將浸潤淋巴細胞（TIL）分離出來，加入淋巴因子IL-2激活淋巴細胞對腫瘤的殺傷性，即LAK療法；同理，該類型的還有CIK，CIK-DC療法；該療法在黑色素瘤中客觀反應(yīng)率高達50%-70%。但由于難以分離新鮮腫瘤組織，難以廣泛使用。且免疫檢查點，Treg等TME的抑制因素也影響了治療效果?，F(xiàn)在研究的熱點主要是嵌合抗原受體T細胞（Chimeric antigen receptor T cell， CAR-T）。由CAR（ScFv單鏈抗體與ITAM融合）修飾的T cells能跳過MHC，利用CAR與TCR的信號分子使T cells特異性活化，完成增殖和殺傷。雖然CAR-T特異性好，但是目前在實體瘤方面難有進展。鑒于CAR-T目前在實體瘤和血液腫瘤中治療效果的差異大，有理由相信實體瘤的腫瘤屏障影響了CAR-T的療效。與血液腫瘤相比，實體瘤缺乏特異性靶點，腫瘤的免疫逃逸較難解決。并且，實體瘤腫瘤體積大，具有典型的TME理化特點，導致T cells難以趨化，也難以滲透致密的ECM進入腫瘤發(fā)揮效用。

4 針對微環(huán)境改善治療手段

TME為腫瘤治療帶來諸多困難的同時也為將來藥物、治療方法的設(shè)計提供了良好的靶點和思路。其中常常被提及的就是聯(lián)合治療，即不再強調(diào)免疫療法一枝獨秀的地位，而是將其與傳統(tǒng)的治療手段結(jié)合起來，讓化療、放療，和手術(shù)破解腫瘤屏障，實現(xiàn)免疫療法的高效。早在1966年Stanley E. Order就提出先對實質(zhì)性腫瘤進行小劑量輻射，讓腫瘤屏障的效果減弱；再使用單克隆抗體進行免疫治療。事實上科學界也有大量實驗把目光轉(zhuǎn)向了上文提到的VEGR，即血管活性因子。雖然試驗中anti-VEGF antibody存活率提升效果不及預(yù)期，但將其作為潛在的輔助免疫療法的手段，即先用anti-VEGFantibody技術(shù)誘使血管正常化（vasculature normalization）再進行免疫治療不失為一種有潛力的方法[6]。

5 結(jié)語

對細胞微環(huán)境的理解標志著人類對于腫瘤的實質(zhì)的認識又上了一個新臺階。與傳統(tǒng)的觀點不同，我們不能將腫瘤與它周圍的“生態(tài)系統(tǒng)”分隔開，而是要意識到腫瘤及其基質(zhì)，和多種瘤內(nèi)細胞，細胞因子是一個整體。而腫瘤也不能簡單地看做由于基因異常所致的組織增生物，而是要理解腫瘤如何利用微環(huán)境的特性躲避自身免疫，增殖并轉(zhuǎn)移。理解這些特征，其根本目的還是要補充、改良現(xiàn)有的治療手段：

（1）腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSC）隨著人們對TME了解的深入吸引了越來越多的注意。CSCs與成纖維細胞，轉(zhuǎn)移生長因子（TGF）和TCM等TME中腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)細胞、因子的關(guān)聯(lián)還需要更深入的探究。深入了解腫瘤干細胞對于控制腫瘤轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)，提高患者長期存活率有重要意義。（2）TME的特征為治療造成了阻礙，但也是雙刃劍。TME鮮明的特征為診斷提供了很大的機遇，如Hiratsuka et al. 發(fā)現(xiàn)肺部腫瘤在轉(zhuǎn)移前會上調(diào)表達基因金屬蛋白酶-9（MMP-9）。已有研究以此為靶點設(shè)計納米材料，試圖實現(xiàn)腫瘤的精確定位。對于治療而言，無論是通過TME直接錨定腫瘤細胞，還是通過作用于TME間接抑制腫瘤細胞，微環(huán)境都提供了相當多的可能。納米材料在利用TME特點方面，研究人員設(shè)計了納米粒子作為載體，將藥物加載與內(nèi)部或是修飾在表面，已報告有增強靶向性，延長半衰期等特點。

參考文獻

[1]F. Klemm， J.A. Joyce， Microenvironmental regulation of therapeutic response in cancer， Trends Cell Biol，2015（4）：198-213.

[2]C. Devaud， et al.， Immune modulation of the tumor microenvironment for enhancing cancer immunotherapy， Oncoimmunology，2013（8）：259-261.

[3]Junittila MR， de Sauvage FJ. Influence of tomour micro-environment heterogeneity on therapeutic response[J].Nature，2013，（7467）：346-354.

[4]Zhang Baihong， Yue Hongyun， The mechanism of immune microenvironment in cancer development， Modern Oncology，2015（06）：862-864.

[5]Hanahan， D. and Weinberg， R.A. Hallmarks of cancer： the next generation. Cell，2011（144）：646-674.

[6]Thomlinson R， Gray L.The histological structure of some human lung cancers and the posible implications for radiotherapy[J].Br J Cancer，1955（94）：539-549.